Křesla a pistole – pomůcky pro pohyb při EVA (2. díl)

Wan Hu a raketové křeslo

Jedna stará čínská legenda z období vlády dynastie Ming zmiňuje osud jistého muže z bohaté rodiny jménem Wan Hu, který byl fascinován raketami. Jeho snem bylo poslat člověka pomocí raket „do modrého nebe“, aby mohl zažít pohled z ptačí perspektivy. Jednoho dne prý na své křeslo připevnil dva velké papírové draky a 47 prachových raket. Jeho služebníci část raket zapálili a Wan Hu se za ohromného hluku a kouře vydal k nebesům. Podle některých vypravěčů jej už nikdy nikdo nespatřil, podle jiných jej zase exploze ve vzduchu vyhodila z křesla a nebohý Wan Hu zahynul při dopadu na zem. Ať už nebožák Hu dopadl tak či onak, pověst o něm je prvním případem, kdy je zmiňováno raketové křeslo. Nad tímto vynálezem se poté na několik století zavřela voda, aby jej vzkřísili novodobí dobyvatelé vesmíru v polovině šedesátých let. Použití raketového křesla na oběžné dráze totiž přinášelo zcela nové možnosti, jež podle některých rozhodně stály za prozkoumání…

 

Gemini: AMU

 

Idea raketového křesla byla pro mnoho lidí velmi lákavou. Mnozí počítali s tím, že prostřednictvím výstupů do volného prostoru budou astronauti zajišťovat relativně náročné úkoly, sahající od inspekce a oprav zamýšlených orbitálních stanic až po „šňupání“ v okolí nepřátelských satelitů a jejich případné zneškodňování.

Oproti jiným zamýšleným pomůckám pro pohyb ve vakuu, jakou byla třeba pistole HHMU, mělo křeslo několik výhod. Mělo totiž umožnit udělení většího impulsu vzhledem k relativně velké zásobě paliva, dále mělo zajistit větší přesnost trajektorie, protože těžiště pilota bylo fixováno v přijatelné poloze, a v neposlední řadě také znamenalo volné ruce pro pilota v okamžiku, kdy dorazil ke svému cíli.

Projekt raketového křesla, jež se posléze v rámci programu Gemini dostalo na orbit, byl zahájen hned na počátku šedesátých let. Celého dění se ujalo americké letectvo, které počítalo s vypuštěním vlastní vojenské stanice MOL a raketové křeslo vidělo jako vhodný doplněk tohoto programu. O zakázku na vývoj křesla projevily zájem dva subjekty: Bell a Ling-Temco-Vought (LTV). Přestože byl návrh firmy Bell v mnoha ohledech lepší než návrh LTV, dokázala posledně jmenovaná firma v průběhu posuzování ideového návrhu svůj zamýšlený koncept vylepšit natolik, že při udělení kontraktu nakonec dostala přednost. Na počátku roku 1962 vypracovala LTV studii, ve které načrtla konkrétní design vývojového prototypu raketového křesla a vyrobila jeden testovací exemplář pod označením SMU („Self Maneuvering Unit“ – autonomně manévrující jednotka). 25. června 1962 byl tento exemplář dodán USAF k ověření základní funkčnosti při letech po parabole v upraveném letounu KC-135. Spolu s konglomerátem LTV na testech a vývoji spolupracovala USAF Aero Propulsion Laboratory.

SMU během více než 250 parabol nalétala kolem 50 minut ve volném letu. Přestože byl pro pohon skutečného stroje pro vesmír zvolen peroxid vodíku, zkušební kusy využívaly stlačeného dusíku. U peroxidu mohla teplota v okolí trysek dosahovat několika stovek stupňů Celsia, což bylo pochopitelně v interiéru KC-135 nemyslitelné. Koncept SMU využíval k pohybu v prostoru 10 trysek, z toho 3 pro pohyb vpřed, 3 pro pohyb vzad, 2 pro pohyb vzhůru a 2 pro pohyb dolů. Zajímavým detailem byl fakt, že jedna z trysek pro pohyb vzad se nacházela těsně pod rozkrokem mezi nohama figuranta.

Prototyp MMU

Prototyp MMU
Zdroj: Astronaut Maneuvering Unit Technology (kredit: P.N Van Schaik)

Z provedených zkoušek pak vykrystalizovalo několik dalších možných vývojových cest. Prvním byla „Modular Maneuvering Unit“ (Modulární manévrovací jednotka, dále MMU). Tento koncept počítal s tím, že křeslo bude využito pouze k pohonu. Oproti SMU byl přepracován pohonný systém, který v případě MMU využíval 12 trysek (k velké potěše zkušebních figurantů byla vynechána tryska v rozkroku), přičemž trysky pro pohon vzad byly umístěny vedle ramen a kyčlí.

Druhým konceptem pak byla „Astronaut Maneuvering Unit“ (Manévrovací jednotka pro astronauta, dále AMU), jež měla přímo v sobě integrovány také prostředky pro zajištění životních podmínek. Co se týče konfigurace pohonného systému, využívala AMU stejného rozmístění pohonných trysek jako MMU, tedy pár na horní straně batohu pro pohyb dolů, pár na spodní straně batohu pro pohyb vzhůru, čtyři trysky v rozích přední strany pro pohyb vzad a čtyři trysky v rozích zadní strany pro pohyb vpřed.

Jak MMU tak AMU využívaly pro stabilizaci tři gyroskopy, jež při výchylce od dané osy vyslaly signál ventilu příslušného motorku, který pálil, dokud se odchylka nevrátila do stanovených mezí. Systém se ukázal být životaschopný a umožňoval udržování polohy jednotky automaticky, bez zásahu astronauta. V průběhu testování se však podařilo identifikovat také závažné problémy.

Raketové křeslo AMU

Raketové křeslo AMU
Zdroj: commons.wikimedia.org

Prvním problémem byla poloha těla astronauta. Protože skafandr byl v natlakované poloze přizpůsoben poloze vleže na zádech, zaujímala záda lehce nahrbené postavení. To působilo problémy ohledně pevného uchycení astronauta k manévrovací jednotce. Navíc se tak linie pohledu astronautových očí stáčela směrem dolů a tuto osu měli zkušební figuranti tendenci považovat za přímý směr vpřed. Problém se podařilo vyřešit tvarováním oblasti, na níž přiléhala záda astronauta a mírnou změnou polohy jeho těla vůči křeslu.

Dalším – a nutno říci velmi výrazným – problémem pak byla otázka působení horkých výtokových plynů z trysek na skafandr. Trysky byly umístěny v bezprostřední blízkosti astronauta a panovaly obavy z poškození tlakové vrstvy, neboť plyny z peroxidových motorků měly dosahovat teplot okolo 700°C. Problémy měly nastávat zejména v oblasti helmy, ramen a také přední a zejména zadní části nohou.

Řešení tohoto problému se nabízelo několik: mohly být prodlouženy kryty trysek; bylo možné doplnit křeslo zábranou, zaručující, že se nohy astronauta nedostanou do oblasti horkých výtokových plynů; mohla být přepracována samotná soustava trysek; ke skafandru mohla být přidána jakási „sukýnka“, jež by chránila nohy astronauta. Situace byla komplikována zejména termíny – křeslo bylo určeno pro misi Gemini IX, plánovanou na první polovinu roku 1966 (nakonec se z Gemini IX stala Gemini IX-A, to je ovšem zcela jiný příběh).

Nakonec se podařilo najít rozumný kompromis. V oblasti ramen byla situace napravena použitím prodloužených krytů trysek a nohavice skafandru byly doplněny o ochranné vrstvy, jež byly schopny vydržet zahřívání na výše zmíněnou teplotu.

V průběhu testování bylo také rozhodnuto o definitivní konfiguraci křesla pro testy v rámci Gemini. Koncepce MMU byla opuštěna ve prospěch AMU, tedy křesla s integrovaným systémem zajištění životních podmínek. Přesto se i v dobových dokumentech o misi Gemini IX-A lze setkat s jistou setrvačností v označování křesla – často je chybně označováno jako MMU.

Na počátku února 1966, ještě před dodáním AMU objednavateli, tedy USAF, se v laboratořích LTV odehrál závažný incident. AMU v té době procházela 100hodinovým testem spolehlivosti. V 96. hodině testu ale zařízení explodovalo. Naštěstí se během rychlého vyšetřování ukázalo, že na vině není konstrukční, dílenská, ani systémová vada AMU, nýbrž jeden vadný kus vybavení laboratoře SES („Space Environment Simulator“ – Simulátor vesmírného prostředí). K velkému ulehčení odpovědných manažerů LTV nenastal ani žádný větší skluz v harmonogramu prací a tři exempláře AMU byly podle harmonogramu připraveny k dodání letectvu a NASA. 23. února byl jeden kus dopraven na Cape Kennedy. Po vyřešení menších defektů (malé úniky dusíku a kyslíku) byl ve dnech 14. – 18. března namontován na zadní část adaptéru Gemini výrobního čísla 9.

Útroby AMU (velká nádrž vlevo obsahuje peroxid, malá kulová vpravo tlakovací dusík, pod ní kyslíková nádrž environmentálního systému)

Útroby AMU (velká nádrž vlevo obsahuje peroxid, malá kulová vpravo tlakovací dusík, pod ní kyslíková nádrž environmentálního systému)
Zdroj: capcomespace.net

AMU měla vzhled velkého batohu o rozměrech 81,3 × 55,9 × 48,2 cm a hmotnosti 76 kg. Výše popsaný pohonný systém využíval dvanáct trysek, každou o tahu 1,1 kg. V nádrži uvnitř křesla pro ně bylo připraveno 10,9 kg peroxidu vodíku, což stačilo na urychlení přibližně o 70 m/s a dalších 6 m/s bylo možno využít jako zálohu pro nouzový návrat k lodi. Krom pohonného systému se v útrobách AMU skrýval také zdroj energie v podobě dvou nezávislých sad baterií, komunikační a telemetrický systém a v neposlední řadě i 3,3 kg kyslíku pro zajištění životních podmínek astronauta. Tato zásoba dostačovala zhruba pro jednu hodinu funkce. V provozní konfiguraci bylo třeba vyklopit a zaaretovat područky s ovládacími prvky. Levá područka obsahovala na svém konci ovladač pro translaci, přepínač módu funkce křesla (manuální/auto) a komunikační přepínač. Pravá područka pak nesla prvek pro ovládání polohy v prostoru.

Pro křeslo byly od počátku plánovány v rámci programu Gemini dva starty. Ovšem ještě v průběhu příprav se rozběhla v zákulisí rušná debata o tom, zda při orbitálních testech použít spojovací lano jako pojistku pro případ selhání AMU. USAF mělo původně v plánu 60 m dlouhé lano. Ovšem studie a simulace ukázaly, že astronaut se do něj může zaplést. Proto letectvo opustilo myšlenku na lano úplně. Ovšem tady narazilo na odpor NASA. Agentura vyžadovala, aby byli její astronauti během všech vycházek Gemini lanem jištěni. USAF se v tomto ohledu ocitlo v defenzívě. Po letu Gemini VIII, který vinou zaseknutého motorku manévrovacího systému málem skončil katastrofou, se otázka spojovacího lana nakrátko znovu otevřela. USAF argumentovalo tím, že pokud by byl Scott venku v okamžiku, kdy začala kabina rotovat, mohlo to pro něj znamenat katastrofu: na konci lana by nemohl dělat vůbec nic proto, aby se dostal zpět do lodi. Scott kontroval názorem, že by ze své pozice vně lodi problém s tryskou ihned zpozoroval a do kabiny by se dostal dříve, než by mohly v tomto ohledu nastat potíže. Mechanismus rychlého odpojení lana, který USAF navrhovalo, byl smeten ze stolu a pro Gene Cernana, jenž měl AMU během letu Gemini IX-A vyzkoušet, bylo připraveno 38 metrů dlouhé nylonové lano, jež doplnilo 7,5 metrů dlouhý poutací kabel. Celá kombinace umožňovala vzdálit se na 45 metrů od lodi. U druhé mise, jež měla AMU ověřovat, tedy Gemini XII, nicméně stále zůstávala částečně otevřena možnost vykonat testovací let bez lana.

Gene Cernan během výcviku na maketě zádě adaptérové sekce Gemini

Gene Cernan během výcviku na maketě zádě adaptérové sekce Gemini
Zdroj: ninfinger.org

Na jaře roku 1966 se podařilo vyřešit ještě jeden menší problém. Konfigurace trysek zaručovala translaci dopředu/dozadu, nahoru/dolů a rotaci ve všech třech osách. Co však trysky nezajišťovaly, to byla translace do stran. Pro základní experimentální ověření AMU na orbitu to nebyla nijak závažná komplikace, ovšem praktické využití by bylo tímto faktorem znatelně omezeno. Naštěstí při jedné z návštěv výrobního závodu LTV v Dallasu svitl Buzzi Aldrinovi, záložnímu pilotovi Gemini IX-A nápad. Nechal se připoutat do simulátoru AMU a kombinací využití trysek pro pohyb vpřed a pro rotaci dokázal poslat AMU i sebe po žádané trajektorii šikmo vzhledem k cíli.

3. června se na špici nosiče Titan II vydala vzhůru loď Gemini IX. Její třídenní mise měla na programu dva hlavní body. Prvním mělo být spojení s cílovým tělesem ATDA (původně plánované spojení s tělesem Agena vzalo zasvé, když pro selhání nosiče Atlas skončila Agena na dně Atlantiku. Naštěstí bylo v záloze právě těleso ATDA, které umožnilo spojení s Gemini. Mise byla přejmenována na Gemini IX-A). Druhým vrcholem mise měl být výstup Gene Cernana a první test AMU na orbitu.

Setkání s ATDA skončilo zklamáním, když velitel Tom Stafford a pilot „Geno“ Cernan při závěrečné fázi rendez-vous zjistili, že ATDA stále zdobí aerodynamický kryt, jenž zakrývá dokovací prstenec. Posádka tedy provedla několik sbližovacích manévrů, aby otestovala možnosti setkání na orbitu za různých podmínek a poté se od ATDA vzdálila.

Cernanova EVA byla naplánována na druhý letový den, ovšem pro výraznou únavu obou mužů bylo rozhodnuto o jejím přesunutí na další den. 5. června pak Cernan konečně mohl otevřít poklop nad svou hlavou a vydat se ven. Téměř okamžitě se dostal do problémů. Teprve druhý americký výstup do prostoru ukázal, že o opatřeních a procedurách, nutných k jeho úspěšnému zvládnutí, měli konstruktéři, plánovači a astronauti jen velmi mlhavé a často chybné představy.

Unikátní záběr Cernana, který za pomoci zrcátka na přídi lodi pořídil Tom Stafford. Dokumentuje potíže, do kterých se Gene dostal při přechodu k zádi lodi.

Unikátní záběr Cernana, který za pomoci zrcátka na přídi lodi pořídil Tom Stafford. Dokumentuje potíže, do kterých se Gene dostal při přechodu k zádi lodi.
Zdroj: photobucket.com (kredit: collectspace.com)

Gene rychle zjistil, že každý pohyb vyžaduje velké úsilí a pouhý přesun po plášti Gemini je vinou nedostatečných opor a madel neuvěřitelně namáhavým podnikem. Po úvodním experimentu, zvaném „Dynamika spojovacího lana“ si Cernan chvíli oddychnul u svého průlezu a pak se vydal na záď lodi. Po neuvěřitelné námaze se mu podařilo dostat se na záď lodi, kde na něj čekal experiment ministerstva obrany D012. Pod nicneříkajícím označením se skrývalo raketové křeslo AMU.

Ovšem v době, kdy se k němu Cernan dostal, začalo být zjevné, že možnosti environmentálního systému jeho skafandru jsou na limitu svých možností. Hledí helmy se mu začalo mlžit natolik, že zcela ztratil výhled. Po východu slunce se situace mírně zlepšila a Cernan byl schopen částečně připravit AMU k letu. Dokonce se k němu dokázal připoutat a přepnout přívod elektrické energie a rádiového spojení z kabelu, jež jej poutal k lodi, na systémy AMU. Ovšem situace s hledím byla stále horší, navíc byl Cernan na pokraji vyčerpání. Poslední kapkou byla kvalita spojení mezi Cernanem a Staffordem v kabině Gemini. V okamžiku přepnutí z linky v kabelu na radiový signál se oba muži museli začít dorozumívat téměř křikem a často nedokázali rozluštit, co ten druhý říká.

Cernan si uvědomoval, že jestliže se mu bude hledí zamlžovat během volného letu s AMU, nemusí být schopen dostat se bezpečně zpět k lodi. A ani pokud se rozhodne pokus s AMU zrušit, nebude zcela vyhráno. Síly mu kvapem ubývaly a to, zda se dostane zpět do kokpitu lodi, je ve hvězdách. Tom Stafford při úvaze o Genově situaci došel k podobnému závěru. Rozhodl se využít svého práva velitele mise a let s AMU odvolal. Nešťastný Gene nejprve přepojil elektrické napájení svého skafandru z AMU na poutací kabel a pak se vydal pomalu zpět.

Místo plánovaných 167 minut skončil Cernanův výstup po pouhých 128 minutách. Gene byl blízko kolapsovému stavu, hledí měl zamlženo natolik, že ani poté, co se jejich helmy dotýkaly, nebyl Stafford schopen zahlédnout Cernanův obličej. Oproti všem pravidlům Stafford po natlakování kokpitu a sejmutí přileb Stafford pokropil Cernanův obličej vodou – bál se, aby Geno nezkolaboval z přehřátí.

O den později mise Gemini IX-A skončila. Ve stejný okamžik, kdy se kabina prodírala hustými vrstvami atmosféry směrem k přistávací oblasti v západním Atlantiku, rozpadala se působením žáru a aerodynamických sil odhozená adaptérová sekce lodi i s raketovým křeslem za 10 milionů dolarů…

Neúspěch Gemini IX-A a podobné potíže během EVA, jež postihly i dvě následující mise, znamenaly přehodnocení dalších kroků ze strany vedení NASA. O dalších zkouškách AMU nemohlo být ani řeči, dokud nebudou zcela zvládnuty základní dovednosti při práci v otevřeném prostoru. 23. září 1966 byla z Gemini XII, toho času připravované ke startu v jednom z hangárů na kosmodromu, sejmuta AMU, jež byla na adaptérovou sekci namontována o pouhých šest dní dříve. Na pilota této mise Buzze Aldrina čekal program výstupů zaměřený na jednoduché úkony.

Když se tedy 11. listopadu vydávala Gemini XII k závěrečnému letu programu, křeslo AMU na její palubě nebylo. Pro její tvůrce to znamenalo velké zklamání, když samotné AMU doplatilo na nedostatky v jiných oblastech programu Gemini, zejména poddimenzovaný environmentální systém skafandru, nedostatečný výcvik, plánování a přehnané ambice vzhledem k téměř nulové zkušenosti s EVA.

Přestože byl koncept AMU na svou dobu poměrně slibný, na svou premiéru ve volném vesmírném prostoru si raketová křesla musela počkat ještě celou dekádu a půl. Ovšem ani na druhé straně zeměkoule konstruktéři nezaháleli…

 
(článek má pokračování)
 

Zdroje obrázků:

https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Wan_Hu_large.png
sken z „Astronaut Maneuvering Unit Technology“, kredit P.N Van Schaik
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:USAF_Astronaut_Maneuvering_Unit.jpg
http://www.capcomespace.net/dossiers/espace_US/gemini/astronautes/GT9%20AMU%20montage.jpg
http://www.ninfinger.org/models/vault2010/Gemini%209%20AMU/More%20AMU/cernan%20g-9%20eva%20training.jpg (kredit: NASA)
http://img.photobucket.com/albums/v286/heng44/Photo%20of%20the%20Week/373b_S66-38513.jpg (kredit: collectspace.com)

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)


4 komentářů ke článku “Křesla a pistole – pomůcky pro pohyb při EVA (2. díl)”

  1. qwertyuiop napsal:

    Super clanok , mam rad tieto serie.. budete nieco pisat aj o tom nafukovacom segmente co ma letiet Falcone 8.4.2016 ?

    • Ondřej Šamárek napsal:

      Díky za pochvalu! 😉
      Ohledně modulu o Bigelow určitě nějak článek bude, nemějte strach.

  2. Milan Školuda napsal:

    Uf… to sú teda nervy… už aby tu bol ďalší diel… Asi som si mal počkať a prečítať si to naraz až po dokončení celého seriálu.
    Výborné ako vždy, ďakujem.

Zanechte komentář