Kosmický šatník 13. díl

Space Shuttle

Po skončení programu Apollo se Spojené státy v oblasti pilotovaných misí nadlouho odmlčely. Nebylo to snad proto, že by jim došel dech. V zákulisí se chystal revoluční dopravní prostředek na orbit – raketoplán. Velký orbitální kluzák, jenž se vyznačoval znovupoužitelností a jehož verzatilita měla překonat vše, co zde dosud bylo. Raketoplán měl startovat několikrát měsíčně a na orbitu podporovat stavbu americké orbitální stanice, provádět vojenská i civilní pozorování Země, biologické a materiálové experimenty, ale hlavně – vynášet a zachycovat družice (a nejen ty americké!). Byly plánovány dokonce inspekce a opravy družic přímo na orbitu. K tomu však bylo zapotřebí vyvinout nové technologické prostředky, pomocí nichž by bylo možné tyto úkoly provádět. Tak se zrodila například robotická paže, nebo nová generace skafandrů. Raketoplán se po mnohých porodních bolestech nakonec podařilo uvést v život na počátku 80. let. Ovšem realita ukázala limity jak co do původních záměrů ohledně využití, tak i po ekonomické stránce. Zamýšlený monopol na vynášení velkých družic vzal zasvé, stejně jako plány na čistě americkou stanici Alpha. Nakonec, po 30 let trvající službě, zmizely ze scény i raketoplány samotné. Zbylo nám po nich však několik „potomků“ – jedním z nich je například robotické rameno Canadarm, jehož evoluce je využívána na stanici ISS. Dalším pozůstatkem je pak skafandr EMU, protějšek sovětského a posléze ruského Orlanu. A stejně jako Orlan, i EMU se pyšní přes třicet let trvající zářnou kariérou a, jak se zdá, její konec je zatím v nedohlednu…

 

Raketoplány a ISS – EMU

 

Počáteční fáze vývoje Shuttlu se datují do počátku sedmdesátých let, kdy Kongres přiklepnul projektu dostatečnou finanční injekci. Zajímavou perličkou je fakt, že pozdější velitel první mise raketoplánu John Young se o tomto důležitém výsledku hlasování zákonodárců dozvěděl na poměrně neobvyklém místě – informace jej zastihla na povrchu Měsíce během první procházky v rámci mise Apollo 16.

Současně s rozjezdem designových prací na orbiteru samotném se začalo také přemýšlet o skafandrech, jež budou použity pro zamýšlené EVA. Od roku 1971 do roku 1974 byly formovány požadavky, jež skafandry měly splňovat. Krom požadavků na vzrůst uživatelů se jednalo například o životnost (6 let), délku provozu během jedné EVA (7 hodin + 30 minut záloha), hloubku skafandru od prsou po zadní stranu batohu PLSS (33 % „zeštíhlení“ oproti skafandrům Apolla – důvodem byly rozměry přechodové komory Shuttlu), absenci vstupních zipů a lanek pro úpravu velikosti, operační tlak 280 hPa (oproti 255 hPa u předchozího typu) či zachování helmy z obleků A7L spolu se systémem přírub.

V únoru 1976 pak NASA vypsala soutěž, do které se zapojily dva konglomeráty firem: Allied Signal/Aerotherm/David Clark Co. a Hamilton Standard/ILC. Pro mnohé mohla být aliance Hamilton Standard a ILC překvapením, zvláště po problémech při vývoji lunárních skafandrů. Bylo zajímavé, jak se časem dva subjekty, jež se vzájemně neměly zrovna v lásce, naučily kooperovat a vzájemně se respektovat.

První konglomerát Allied Signal/Aerotherm/David Clark Co. nabídnul dokonce dva modely, jež ovšem nesplňovaly podmínky v celé šíři. Druhé uskupení nabídlo svoji verzi obleku, nazvanou SX-1, která veškeré podmínky splňovala. V lednu 1977 byl po pečlivém zvážení vybrán právě tento koncept. Zahrnoval zajímavá řešení, jež umožnila vyhovět požadavkům tendru a současně zjednodušila a zlevnila výrobu i použití.

Prototyp skafandru SX-1

Prototyp skafandru SX-1
Zdroj: hq.nasa.gov (kredit: W. Airey)

Oproti skafandrům A7L nebyl nový skafandr, jenž nakonec dostal název EMU („Extravehicular Mobility Unit“ – jednotka pro pohyb mimo kabinu) kompletem. Firma ILC, která si vzala na starost vývoj přetlakového obleku, vyřešila zákaz zipů zajímavým způsobem: rozdělila skafandr na dvě poloviny – jedna polovina zahrnovala část od pasu nahoru (byla nazývána HUT – „Hard Upper Torso“ – tuhé horní torzo) a druhá pak nohavice (LTA – „Lower Torso Assembly – sestava spodního torza“). Obě poloviny byly spojeny přírubou s ložisky, jež umožňovaly jistou svobodu pohybu ve smyslu rotace trupu astronauta. Důsledkem tohoto řešení pak byla obrovská variabilita, neboť bylo možné spárovat horní a spodní části skafandru odlišných velikostí, tím pádem se našla velikost téměř pro každého.

V průběhu dalšího vývoje byl model SX-1 upravován, revizí prošly jak materiály, tak konstrukce skafandru. Například ona horní část skafandru, nesoucí název HUT, byla tvořena pevnou skořepinou z hliníkové slitiny. Po evaluacích v rámci oddílu astronautů byl nakonec hliník vyměněn za laminátovou skořepinu, jež byla lehčí a současně vyhovovala všem bezpečnostním a pevnostním nárokům. Stejně tak byla inovována i vrstva, zabraňující bobtnání rukávů a nohavic při natlakování. Původně použité využití kevlaru se ukázalo být problematickým a kevlar byl nahrazen polyesterem. Další úpravy zahrnovaly materiály tlakové vrstvy, postavení příruby LTA a byly doplněny prvky, umožňující nastavit délku rukávů a nohavic.

O systémy zajištění životní podpory se postarala firma Hamilton Standard. Jako základ si vzala „batoh“ PLSS, použitý při misích Apolla. Ten ale bylo samozřejmě nutné zásadně inovovat. Vnitřní komponenty byly vylepšeny a „poskládány“ takovým způsobem, aby se astronauti s batohy byli schopni natěsnat do přechodové komory. Vznikl tak nový batoh „LSS (Life Support System)“. Velkým krokem vpřed při srovnání s do té doby používanými systémy byla integrace LSS ke skafandru samotnému. Zatímco astronauti Apolla museli připojovat hadice (což bylo považováno za vážný rizikový faktor), u EMU je batoh připojen k zadní stěně HUT a voda a plyny tak mohou být vedeny skrze napevno zabudované ventily. Chlazení obstarávala zásoba přibližně 4,5 kg vody ve třech vacích připojených k chladicímu okruhu. Hlavní součástí okruhu byl sublimátor, jenž byl od dob Apolla vylepšen a upraven pro opakované dlouhodobé využití. Pročišťování kyslíku v uzavřené ventilační smyčce bylo řešeno tradičně kazetami s hydroxidem lithným, jež bylo možné vyměňovat přímo na orbitu. Ve skafandru byl udržován tlak 296 hPa (původně se počítalo s nižším tlakem, v průběhu vývoje systému Space Shuttle však vyvstala potřeba zkrátit aklimatizační periodu před EVA). Primární zásoba kyslíku činila zhruba 0,5 kg (ve dvou nádržích je udržován pod tlakem 5,8 MPa). Spolu se zásobou energie v bateriích stačila přibližně na 8 hodin samostatné funkce EMU (v praxi byla tato doba občas dokonce překročena). Pro případ nouze tady byl SOP („Secondary Oxygen Pack“ – sekundární kyslíková sada), tedy systém, jehož základem byly dvě lahve s celkem 1,1 kg kyslíku pod tlakem 41,3 MPa. Tento objem stačil na 30 minut provozu v režimu otevřené smyčky. Ovšem právě SOP stál za jedním velmi nepříjemným incidentem během testování a zkoušek.

18. dubna 1980 probíhala v jedné z laboratoří Johnson Space Center v Houstonu zkouška systému udržení životních podmínek skafandru EMU předtím, než bude skafandr otestován v podtlakové komoře. Skafandr s připevněným batohem PLSS ležel na pracovním stole a kolem něj byly rozestavěny aparatury a záznamové přístroje. V místnosti se pohybovalo několik techniků. Jeden z nich měl za úkol vyzkoušet funkci systému SOP, sklonil se proto nad skafandrem, aby systém aktivoval. V okamžiku, kdy se tak stalo, skafandr se náhle ocitnul v plamenech!

Následky požáru 18.4.1980

Následky požáru 18.4.1980
Zdroj: Tested.com (kredit: NASA)

Bleskový požár se podařilo rychle uhasit, nicméně zmíněný technik utrpěl popáleniny 1. a 2. stupně na přibližně 30% těla. Další technik pak utržil lehké popáleniny na rukou. Oba měli obrovské štěstí, o zuřivosti požáru, živeného vysokotlakým čistým kyslíkem, vypovídá i fakt, který vyšel najevo při pozdějších analýzách. Vyplynulo z nich, že hliníkový regulátor, k němuž byl kyslík přiváděn, se vypařil během necelé sekundy! LSS i skafandr byly zcela zničeny a škoda dosáhla přibližně 2 milionů dolarů. Přesnou příčinu se nepodařilo určit, mohlo se jednat buď o kompresi a zahřátí některých součástek při natlakování kyslíkem ze SOP, nebo impakt částečky – kontaminátu – do vnitřní stěny regulátoru.

Během vyšetřování bylo provedeno zhruba 2000 pokusů o vyvolání podobné situace s regulátory ze stejné série, ovšem bez výsledku. Přesto vyšetřovací tým nalezl mnoho oblastí, jež by vylepšily stávající design a mimo jiné i snížily možnost zahoření. A mimochodem – od té doby se při práci s kyslíkem a hořlavinami materiály používají v laboratořích NASA ohni odolné pláště – ty původní, nylonové, rozhodně situaci během požáru neulehčily…

Firma Hamilton Standard musela v testovací fázi řešit mimo jiné ještě jeden zajímavý problém: astronauti si v dobách Gemini, Apolla a Skylabu stěžovali na relativní hluk uvnitř skafandru. Agregáty v batozích PLSS, šumění hadic ventilačního okruhu – to vše tvořilo nepřeslechnutelnou kulisu všech EVA. Konstruktéři u Hamiltonu si tedy vytknuli za cíl eliminovat hluk v interiéru EMU. Do ventilačního systému byly přidány tlumiče zvuku. Úprava se osvědčila – jen možná až příliš. Ticho prý bylo ve skafandrech až zlověstné a technici a astronauti, kteří obleky testovali, měli obavu, zda vůbec jejich systém zabezpečení životních podmínek funguje. Hamiltonu nezbylo, než tlumiče odstranit. Mírný hluk, navrátivší se do útrob skafandrů, byl astronautskou obcí akceptován s povděkem.

Na konci roku 1980 byl skafandr EMU víceméně hotov a připraven k použití s tím, že v průběhu jeho užívání budou implementovány změny a vylepšení – proto byl označován jako „Baseline EMU (základní model EMU)“. Jeho hmotnost činila cca 115 kg (z toho 49,4 kg oblek samotný a 65,8 kg batoh LSS). Zprvu byl využíván hlavně při výcviku, ovšem pár kusů si našlo cestu do vesmíru ještě před samotným premiérovým výstupem. Kosmická kariéra začala pro EMU – zatím nanečisto – 12. dubna 1981, kdy dva kusy se sériovými čísly 1002 a 1003 okusily stav beztíže při prvním letu raketoplánu, misi STS-1. Minimálně dva kusy EMU byly na palubě každého letu raketoplánu přesto, že EVA nemusela být v plánu. Pro případ nutné opravy orbiteru a zejména pro případ selhání mechanismu uzavírání dveří nákladového prostoru (bez uzavřených dveří by orbiter logicky nemohl vstoupit zpět do atmosféry) bylo nutné vybavit posádku prostředky pro vykonání nouzového výstupu.

První plánovaný výstup s použitím EMU se měl uskutečnit při misi STS-5 v listopadu 1982. Výstup měli provést Bill Lenoir a Joe Allen. Ovšem v momentě, kdy Joe Allen zapnul systémy svého PLSS během příprav na výstup, věděl, že něco není v pořádku. Z výcviku byl zvyklý na specifický pískavý zvuk, který vydával ventilátor ve ventilační jednotce PLSS. Tentokrát ale měl zvuk jiný tón a zdálo se, že kolísá. Následná zkouška elektrického systému ukázala, že skoro nic nefunguje, jak by mělo. Skafandr Billa Lenoira zase měl problémy regulátorem tlaku, takže o první EVA v rámci programu Space Shuttle nemohlo být ani řeči.

Následná analýza odhalila u skafandru Joe Allena korozi Hallovy sondy, jež kontrolovala rychlost ventilátoru, a u druhého skafandru bylo selhání regulátoru vysvětleno vibracemi během startu raketoplánu. Na svou první vycházku si skafandr EMU musel počkat až do dubna 1983, kdy byla uskutečněna mise STS-6. Story Musgrave a Don Peterson 7. dubna, tedy třetí den po startu, oblékli skafandry s výrobními čísly 1026 a 1024 a provedli 4 hodiny a 19 minut trvající vycházku.

Musgrave a Peterson během premiéry EMU

Musgrave a Peterson během premiéry EMU
Zdroj: nasa.gov

Ani během ní však nebylo všechno zcela bez chybiček. Krom malé účinnosti vodního separátoru (Musgrave měl po výstupu úplně mokré ruce) v jeden okamžik Petersonovi začal ječet do sluchátek alarm a na ovládací jednotce na hrudi se objevilo varovné světlo. Podle všeho neúměrným způsobem vzrostl průtok kyslíku do skafandru. Peterson v oné chvíli vykonával fyzicky poměrně náročnou činnost, zprvu tedy onen nárůst přisuzoval své zvýšené dechové frekvenci. Alarm trval jen asi dvacet sekund a poté ztichnul. Astronauti se vrátili ke své práci a poté, co následná kontrola neodhalila příčinu alarmu, celá událost pomalu zapadla do zapomnění.

Teprve během přípravy na misi STS 51-G se přišlo na příčinu tajemného alarmu. Když před letem testovala Shannon Lucid skafandr na pohyblivém pásu ve vakuové komoře, objevil se alarm znovu. A stejně jako v Petersonově případě, i nyní se po několika sekundách vše vrátilo do normálu. Technici ovšem rychle zjistili, že skafandr ve stejnou dobu vykazoval únik kyslíku. Nakonec se přišlo na to, že při specifických pohybech během chůze (které mimo jiné souvisejí i s geometrií ženské pánve) na chvilku selhalo těsnění v přírubách mezi HUT a LTA. V momentě, když se Lucid zastavila, těsnění zaskočilo zpět na své místo a alarm utichnul. Podle videozáznamu jeden z techniků zjistil, že Peterson v momentu, kdy se alarm spustil, vykonával podobné pohyby, jako Lucid. Řešení bylo jednoduché: těsnění a jeho uchycení bylo vyměněno a vylepšeno. Don Peterson si ovšem ještě dlouho užíval jedovatých poznámek svých kolegů: „Hýbeš boky jako Shannon!“

Skafandry EMU po svém debutu začaly být používány poměrně zhusta pro relativně běžné, ale i neobvyklé výstupy. Například v říjnu 1984 se stal skafandr s číslem 1050 prostředkem pro výstup první Američanky do volného prostoru. Kathy Sullivan tehdy jen zhruba o tři měsíce nestihla světový primát, který jí první ženskou EVA „vyfoukla“ v červenci Světlana Savickaja.

Bruce McCandless na historické fotografii

Bruce McCandless na historické fotografii
Zdroj: commons.wikimedia.org

Ale ještě předtím, v únoru toho roku, skafandry EMU figurovaly v podniku, jenž byl nesporným prvenstvím, a jehož fotografický záznam se stal stejně ikonickým, jako tomu bylo u snímku Buzze Aldrina na měsíčním povrchu. Během mise STS-41-B se v nákladovém prostoru orbiteru Challenger a posléze i mimo něj proháněli Bruce McCandles a Bob Stewart na zajímavém zařízení, zvaném MMU (Manned Maneuvering Unit – pilotovaná manévrovací jednotka). Jednalo se o splněný sen mnoha malých chlapců, tvůrců komiksů i vojenských kosmických plánovačů. Pod nenápadnou zkratkou se skrývalo raketové křeslo, které mohlo znamenat definitivní osvobození astronautů při pohybu ve volném prostoru. Během prvního testu se McCandless bez jistícího lana dostal až do vzdálenosti 96 metrů a velitel Vance Brand mohl „cvaknout“ dnes již klasickou fotografii, jež je k nalezení snad ve všech encyklopediích a populárně naučných knihách o moderní trechnice. Při stejné misi se také McCandless stal prvním člověkem, jenž byl přemisťován prostřednictvím manipulátoru RMS (známějšího pod přezdívkou „Kanadská ruka“). MMU bylo použito ještě při misích STS-41-C a STS-52-A. Nakonec se však ukázalo, že nebude zapotřebí a jeho vysoká hmotnost a relativně velké rozměry byly považovány za příliš velkou nevýhodu. Koneckonců raketoplány oplývaly solidní manévrovatelností a tak křeslo ztratilo smysl.

Skafandr EMU však i nadále fungoval ke spokojenosti svých uživatelů. Několik dalších výstupů, v nichž EMU ve své základní verzi figuroval, stojí za speciální zmínku. Duben 1984 znamenal první produktivní využití EMU v konjunkci s křeslem MMU, když Joe Allen bez problémů zachytil půltunového „macka“ Palapa 8-2, s pomocí křesla MMU zastavil jeho rotaci a dopravil jej do rukou Dale Gardnera, jenž na satelit čekal na konci robotické paže RMS. Další významný okamžik přišel pro MMU v květnu 1992, když v rámci mise STS-49 měla posádka orbiteru Endeavour zachytit satelit Intelsat 603, toho času uvězněný na nesprávné dráze. Po nezdařených pokusech o záchyt nakonec posádka zaimprovizovala a rozhodla se zkusit to ve třech. Ještě nikdy v historii výstupů se EVA neodehrála ve třech lidech a podpůrný tým na Zemi měl co dělat, aby přišel na způsob, jak do přechodové komory Shuttlu vecpat tři astronauty v jejich neforemných skafandrech. Nakonec se vše podařilo a Pierre Thuot, Thomas Akers a Rick Hieb dokázali Intelsat zachytit a bezpečně jej ukotvit v nákladovém prostoru raketoplánu.

Jeff Hoffman během mise STS-61

Jeff Hoffman během mise STS-61
Zdroj: upload.wikimedia.org

Největší slávu si však základní model EMU vydobyl při letu STS-61. Spektakulární selhání NASA a kontraktorů během výroby Hubblova teleskopu mělo být napraveno při neméně spektakulární misi na jeho záchranu. Fotografie skafandrů EMU se opět dostaly na první stránky světového tisku a do všech zpravodajských relací na světě. I díky těmto oblekům se podařilo Hubbla zachránit a zachovat tak pro příští generace nádherné pohledy do hlubin vesmíru a času.

Skafandr EMU v základní konfiguraci sloužil dlouho a věrně. Už v průběhu jeho využívání proběhly dílčí změny a vylepšení. Týkaly se zejména designu rukavic a některých komponentů batohu PLSS. Na počátku devadesátých let se však rozběhl program na celkové vylepšení skafandru a rok 1998 znamenal nástup vylepšené verze na scénu. Základní model EMU však nebyl okamžitě odsunut do pozadí – několik EVA bylo provedeno způsobem, kdy jeden astronaut měl na sobě starý model EMU a druhý člen nový typ.

Celkově bylo se základním model EMU provedeno 56 výstupů (z toho 17 v kombinaci s novým typem). Celkový počet vyrobených kusů není lehké určit vzhledem k modularitě obleku. Nicméně jako základ lze vzít 52 kusů HUT a 17 batohů LSS. Poslední misí, při které „Baseline“ EMU asistoval, byl let STS-110 v dubnu 2002, kdy si základní model přímo vyžádal Steven Smith. Po této derniéře už pole amerických výstupů do volného prostoru zcela opanoval potomek základního modelu – Enhanced EMU…

 

(článek má pokračování)

 

Zdroje obrázků:

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:STS-133_Space_Shuttle_Discovery_after_undocking_1.jpg
ILC Space Suits & Related Products,0000-712731, Rev. A (kredit: W. Airey)
http://files.tested.com/photos/2015/06/10/55-76989-lab-1433956452.jpg (kredit: NASA)
http://www.nasa.gov/multimedia/imagegallery/image_feature_1850.html
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Astronaut-EVA.jpg
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/07/STS-61_Hubble_servicing.jpg

Pin It
Nahlásit chybu

Hlášení chyb a nepřesnostíClose

GD Star Rating
loading...
Níže můžete zanechat svůj komentář.

Více se o tomto tématu dočtete zde »
(odkaz vede na příslušné vlákno diskuzního fóra www.kosmonautix.cz)


6 komentářů ke článku “Kosmický šatník 13. díl”

  1. Radoslav Packa napsal:

    Veľa zaujímavého čítania! Myslím, že tento skafander je veľmi „fotogenický“ , a v kombinácii s MMU „zaveseného“ vo vákuu je obdivuhodný.
    Samotné testovanie MMU, bez lana, bol asi skutočne adrenalínový zážitok.

    • Ondřej Šamárek napsal:

      Díky!
      Až tak adrenalinové to nebylo – v případě problémů by si prostě pro astronauta kolegové v Challengeru dolétli… 🙂

  2. Radim napsal:

    Jen dvě „technické“ k úvodu.

    1) Pojem “zmizet v propadlišti dějin” znamená „upadnout v zapomnění“. To se snad amerických raketoplánů netýká…

    2) „Pohrobek“ je „syn narozený po smrti otce“. Opět to na označení ať už manipulátoru (byl na stanici dopraven raketoplánem, nevznikl po jeho smrti – odstavení z provozu) či EMU (byl využíván i při letech raketoplánů, tedy za jejich „života“) moc nesedí.

    Vypadá to sice tak nějak hezky knižně/ dramaticky, ale i tyhle pojmy mají to svůj konkrétní význam, stejně jako třeba technické pojmy. Nedá se s nimi jen tak volně žonglovat podle toho, jak nám zní a nebrat v potaz co označují…

    • Ondřej Šamárek napsal:

      Díky za komentář a připomínky. Ty výrazy jsou pravda trochu nevhodné, už jsem je nahradil. 😉

  3. Branislav Pecho napsal:

    Každý nový skafander je super. Ovšem pre mňa navždy zostane skafandrom skafandrov mesačný A7/A7L. Dúfam však, že čoskoro nastane éra „Bio Suit“. I keď v otvorenom vesmíre asi nie.
    A ešte obligátne: „Super článok, ako vždy.“

Zanechte komentář