Dnes je 16. prosince 2018

7:55 16:00

Na křídlech (opět) do vesmíru - 3. díl

2. 10. 2018

Průkopníci raketové techniky stavěli své první rakety s mohutnými křídly. Okřídlené stroje startují do vesmíru i ve sci-fi příbězích dvacátého století. Ještě v poválečných letech konstruktéři velmocí vyvíjeli pro armády okřídlené letounové střely i raketoplány. Pak se přišlo na to, že raketa, zejména vojenská, křídla moc nepotřebuje…

Zdá se však, že vývoj probíhá ve spirále a křídla, alespoň jako mateřský nosič kosmických družic, přicházejí znovu ke slovu. Udělejme si tedy další exkurzi do minulosti, než se na našem letovém okruhu vrátíme k současnosti.

Fandové letectví jistě znají americký projekt X-15, kdy byly v první polovině 60. let minulého století tyto experimentální raketové letouny vynášeny do výšky deseti kilometrů upraveným B-52 a někteří piloti (jako první Joseph Albert Walker 19. července 1963) s nimi i překračovali hranice kosmického prostoru.

Také americký raketoplán známý spíše jako Space Shuttle měl být původně sestavou dvou raketových letounů, z nichž větší „mateřský“ letoun měl vynášet orbiter do patřičné výšky, odkud by sám stoupal na oběžnou dráhu. Tato varianta ale vycházela na papíře o mnoho dráž než později realizovaná, takže se od ní upustilo. Prezident Richard Nixon nechtěl na projekt uvolnit více než pět miliard dolarů. Nakonec přišel projekt STS na dvojnásobek této částky.

Nicméně koncepce soulodí tvořeného dvěma raketovými letouny – mateřským a orbitálním – fascinovala konstruktéry i vojáky neustále.

Jedna z raných představ raketoplánu NASA z dílny North American Rockwell, 1969
Jedna z raných představ raketoplánu NASA z dílny North American Rockwell, 1969
Koncept dvoustupňového raketoplánu společností Grumman a Boeing ze stejného období
Koncept dvoustupňového raketoplánu společností Grumman a Boeing ze stejného období / Obrázek NASA

Začalo to s BoMi 

Píše se rok 1952. Bývalý nacistický generál a velitel Peenemünde Walter Dornberger, který se nedávno dostal pod ochranná křídla svého hocha Wernhera von Brauna, předložil společnosti Bell Aircraft projekt suborbitálního bombardéru BoMi (Bomber Missile). Ten v mnohém navazoval na Silbervogel českého „Rakušana“ Eugena Sängera.

Posléze společnost Bell projekt BoMi předkládá 17. dubna 1952 americkému letectvu a v květnu už do projektu investuje na tehdejší dobu velké peníze - 398 459 dolarů, za které mají experti prověřit možnosti realizace BoMi.

BoMi byl dvoustupňový stroj s deltaplánem jako startovacím stupněm o délce 37 a rozpětí 18 metrů s posádku dvou mužů. Za dvě minuty měl dopravit suborbitální letoun do výšky 30 km a pak zase přistát. Kluzák řízený jedním pilotem měl při délce 18,3 m a rozpětí delta křídel 10,7 m unést 1 800 kg těžkou jadernou bombu do vzdálenosti 6 100 km.

Návrh raketoplánu BoMi
Návrh raketoplánu BoMi / Obrázek NASA

Existovala také druhá, tzv. orbitální varianta BoMi, kdy kosmický bombardér o rozpětí přes 22 m a délce 44 m měl mít nosnost téměř šest a půl tuny. Plášť měl být celý zhotoven z titanových plechů a tepelný štít by tvořila tzv. ablativní vrstva epoxidů a grafitu. Pro orbiter se uvažovalo s kyslíko-vodíkovými motory (v roce 1952!). Výzbroj: dvě řízené atomové bomby původně vyvíjené pro letouny A-5 Vigilante. S projektem se několik let laborovalo, navazovaly na ně programy Brass Bell a či bezpilotní RoBo. Experimentovalo se spíše s raketovými nosiči odvozenými ze strategických střel jako s prvními stupni okřídlených nosičů nukleárních bomb. Návrhy předložily snad všechny americké letecké firmy.

Plánů a projektů tedy bylo v USA té doby celá řada a byť přinesly celou řadu zajímavých řešení, k realizaci nedocházelo. A to spíše proto, že se velení USAF a později už i NASA nedokázala sjednotit v názoru na smysluplnost těchto projektů.

Koncem roku 1957 se ovšem velení vojenského letectva z této směsice návrhů a plánů pokusilo vytvořit ucelený program, a tak se RoBo na podzim 1957 v zásadě překulil do projektu X-20.

Kosmický kluzák pojmenovaný Dyna Soar (odvozeno od výrazu „dynamic soaring“ tedy „dynamického plachtění“ - jakýchsi „žabích skoků“ v atmosféře), oficiálně spatřil světlo světa 24. října 1957. Nicméně bylo brzy jasné – nebude to dvoustupňový letoun. Dyna Soar bude vynášet klasická raketa. Jednomístný letoun o délce 10,66 m měl delta křídla o rozpětí 6,34 m s konci zahnutými v pravém úhlu vzhůru, navržená vzletová hmotnost byla 5 165 kg.

Boeing X-20 Dyna Soar
Boeing X-20 Dyna Soar / Obrázek NASA

Třebaže by koncepce mohla mít úspěch a kolem roku 1966 by kosmoplán startoval do vesmíru, odepsali ho a oddíl vojenských astronautů byl rozpuštěn. Ministr obrany McNamara totiž preferoval jiný projekt (taktéž posléze nerealizovaný) – vojenskou družicovou stanici MOL, obsluhovanou dvoumístnými loděmi Gemini. Dyna Soar má však jiný význam – jako startér sovětských „Hvězdných válek“ v době, kdy se o bitvách vedených v kosmickém prostoru většinou pouze fantazírovalo i na generálských poradách.

Burja, Buran nebo Hvězda?

V té době sovětské vedení nepochybovalo o tom, že USA co nejdříve vyšlou na oběžnou dráhu jadrné zbraně. Proto raketové letouny nevynášel do vesmíru vědecko-technický pokrok, ale závody ve zbrojení. Nicméně Sověti začali intenzivně pracovat na orbitálním kosmickém stíhacím bombardéru ve chvíli, kdy americký projekt Dyna Soar, který je inspiroval, skomíral.

Na druhé straně je jasné, že v SSSR už od počátku bedlivě sledovali americké pokusy jak s letouny řady X, tak okřídlenými raketami. Ty měly v jejich aerokosmických konstrukčních kancelářích dostatek prostoru zejména po zahájení vývoje (1950) americké střely SM-64 Navaho.

Sovětské vedení proto v roce 1954 pověřilo konstrukční kanceláře Sergeje Lavočkina (OKB-301) a V. M. Mjasiščeva (OKB-23) vývojem koncepčně podobných strategických letounových střel.

U Lavočkina pracovali na dvoustupňovém nadzvukovém bezpilotním letounu Burja s delta křídly u druhého stupně, nesoucím nukleární nálož o hmotnosti až 2,3 tuny. Střela, nápadně připomínající pozdější MiG-21, byla posazena na dvě urychlovací rakety s motory na dimethylhydrazin a kyselinu dusičnou a lze o ní hovořit jako o prvním (!) realizovaném stratosférickém raketoplánu. První stupeň vynášel okřídlenou střelu do výšky cca 17 km. Po oddělení se automaticky zapínal její náporový motor, který ji dopravil na balistickou dráhu ve výšce cca 25 km. Plánovaný dolet s rychlostí 3,3 – 3,7 Machu byl kolem 8 000 km, tedy dostatečný k dosažení území USA. Za pouhé tři roky, v květnu 1957, zahájil Lavočkinův tým letové zkoušky z polygonu Kapustin Jar u Volgogradu (Stalingradu). Úspěšný byl teprve pátý start. Ovšem! Burja startovala celkem osmnáctkrát, naposledy 16. prosince 1960, kdy ulétla 6 500 km a hlavice dopadla 4 km od cílové plochy. V této fázi už byla střela schopna operačního nasazení.

Do výzbroje se však nedostala, byť už šlo o vyzrálou konstrukci, kdy sovětští konstruktéři poprvé ve světové praxi použili takové materiály jako je titan a pro navádění na cíl využili astronavigaci. Bez zajímavosti nebyl ani kolmý start soupravy o hmotnosti cca 95 t, koncepčně připomínající pozdější americký Space Shuttle.

Vlevo Lavočkin-BURJA, vpravo Mjasiščevův BURAN
Vlevo Lavočkin - Burja , vpravo Mjasiščevův Buran / Obrázky Buran.ru

Podobný osud měl projekt těžké letounové střely Buran Mjasiščevovy OKB-23, jejíž vývoj se oproti Burje opožďoval. Od svého lehčího konkurenta se lišil čtyřmi startovacími stupni s Gluškovými motory na kerosin/kyslík, plánovanou startovní hmotností 175,5 t a schopností dopravit vodíkovou bombu o hmotnosti 3,5 tuny taktéž do vzdálenosti 7 500 - 8 000 km. Ovšem v době, kdy Burja poprvé startoval, zůstával jen v maketě, a tak byl projekt vzápětí pozastaven. Stejný osud pak potkal i Burju v prosinci 1960, když se sovětské vedení v čele s Nikitou Chruščovem rozhodlo vsadit na klasické ICBM střely R-7 a R-16.

Tou dobou se ale v sovětských konstrukčních kancelářích objevovaly různé návrhy a projekty malých raketoplánů, Koroljovskou OKB-1 počínaje (tzv. Lapotok Pavla Cybina) přes Mjasiščevův pětitunový ВKА-23 k pilotovanému/automatickému R-2 z konstrukce Vladimíra Čelomeje a pozdějšímu LKS (Ljochkij Kosmičeskij Samaljot). Měly ovšem jedno společné – jako mateřský nosič měly podobně jako u Dyna Soar sloužit upravené strategické rakety.

Nejdále se dostal projekt DP (дальний планирующий) otce a syna Tupolevových, započatý v roce 1958. V konečné fázi rozpracování dorostl prototyp „bojového komplexu“ zvaného Tu-136 Hvězda do rozměrů 8,8 m délky, výšky 2,2 m a rozpětí 2,8 metru a měl dopravit termojadernou hlavici o hmotnosti až 5 t do vzdálenosti 9 - 12 000 km. Startovní hmotnost - 240 tun.

 Vize orbitálního stupně komplexu Tu-137 Sputnik
Vize orbitálního stupně komplexu Tu-137 Sputnik / Obrázek Buran.ru

Pilotovaná orbitální varianta Tu-137 s vlastním mateřským nosičem zvaná „Sputnik“ měla mít možnost několika obletů Země s následným doplachtěním na obyčejné letiště. Práce na variantách 136 a 137 pokračovaly až do roku 1963, přičemž v nejvyspělejším stadiu se počítalo se startem orbitální části ze hřbetu plánovaného nadzvukového strategického průzkumného letounu Tu-139 (viz modifikace Tu-139 DBR-2 Jastreb-2, jediný start prototypu 22. října 1968).

Stíhací bombardér pro Star Wars

Ovšem aerokosmický letoun Spiral byl trochu jiná káva. Zrozený v roce 1965 se stal přímou, byť poněkud opožděnou reakcí sovětského vedení na Dyna Soar. Zdaleka ale nešlo o zrcadlový projekt. Idea Spiralu byla totiž čistě letecká – propracovávala se především metodika manévrového kosmického boje – tzv. „dogfight”, leteckých „psích soubojů“ jako za první a druhé světové války. A je nezpochybnitelným faktem, že ještě před tím, než ony „psí souboje“ v kosmu ukázal George Lucas ve filmových Hvězdných válkách, vyvíjeli Sověti kosmický raketoplán zejména pro takovéto úkoly. Pouze místo laserových děl měl být každý letoun – raketový kluzák – vyzbrojen ve stíhací verzi šesti raketami „vesmír-vesmír“. Měl sloužit i jako orbitální špion či bombardér – mohl zasadit jaderný úder na libovolném místě na Zemi raketou o doletu kolem 350 km.

V dobách chruščovovského podceňování letectva počátkem 60. let se tak v konstrukci Arťoma Mikojana začali zabývat problematikou kombinovaných aerokosmických systémů a bezpochyby se inspirovali i Tupolevovým projektem Hvězda/Sputnik. Navíc v OKB-155 pracoval jako Mikojanův zástupce vynikající konstruktér, tehdy pětapadesátiletý Gleb Lozino-Lozinskij. A právě jemu byl svěřen projekt aerokosmického raketoplánu.

Gleb Lozino-Lozinský stál později i u zrodu raketoplánu pro systém Eněrgija/Buran
Gleb Lozino-Lozinský stál později i u zrodu raketoplánu pro systém Eněrgija, Buran / (repro z filmu Generál Hvězdných válek, Roskosmos)

Spiral nebyl jen kosmický kluzák. Představoval vlastně celý bojový komplex. Základní, startovací stupeň tvořil hypersonický letoun MiG 105 o hmotnosti 52 tun s křídlem typu „dvojitá delta“ o velké šípovitosti (d = 38 m, rozpětí 16,5 m), který měl ve výšce cca 30 km udělit orbitálnímu stupni rychlost až Mach 6. Posádku tvořili dva piloti.

Samotný jednomístný orbitální letoun měl plánovanou hmotnost kolem 10 tun, délku 8 m a rozpětí 7,4 m. Bylo to vlastně vztlakové těleso s křídly zalomenými na koncích až do pravého úhlu nahoru. K jeho „ocasní“ části byl přichycen aerodynamicky tvarovaný urychlovací stupeň s raketovým motorem na kyslík/vodík či kyslík/kerosen, který zahájil práci po oddělení od letounu-nosiče. Šlo vlastně o dvoustupňovou raketu, která při vzletu konfigurace tvořila hřbet celé soupravy. Obojí bylo při startu překryto aerodynamickým krytem.

Aerodynamika letounu umožňovala s pomocí hlavního motoru manévr co do vzdálenosti i azimutu 2 000 km. Řídící a orientační trysky byly pak nezávislými motorky s autonomní dodávkou paliva (teraxid dusíku + nesymetrický dimethylhydrazin).

„S ohledem na požadavky manévrového boje i v atmosféře se počítalo s využitím výtečné aerodynamiky letounu, který by s orbity vlétl do atmosféry, tam provedl manévr, neočekávaně se vynořil v kosmu zcela jinde a zahájil útok…“ vzpomínal po letech generál Vladimír Džanibekov, sovětský kosmonaut, který byl v druhé polovině 60. let členem speciálního vojenského kosmického oddílu pod velením Germana Titova.

Co bylo u Spiralu raritou a co jiná podobná kosmická plavidla ani v budoucnu neměla, je koncepce kabiny pilota. Ta byla konstruována jako samostatná jednotka, která byla v případě zásahu letounu katapultována a mohla přistát na zemi v libovolné etapě letu.

Realistická představa soulodí MiGu 105 jako mateřského nosiče a stíhacího bombardéru Spiral
Realistická představa soulodí MiGu 105 jako mateřského nosiče a stíhacího bombardéru Spiral / Obrázek Buran.ru

V druhé polovině 60. let tlačily vojenské špičky, zejména pak velení strategických vojsk na Lozino-Lozinského, aby co nejdříve dotáhl projekt Spiral do operační fáze – hlídkování na oběžné dráze. I tehdejší náčelník generálního štábu uhání Lozinského – armáda takový letoun nutně potřebuje!

Z hlediska technického šly práce na Spiralu úspěšně, a tak se počítalo s prvními lety dozvukového letounu-analogu už v roce 1967. V roce 1968 měl nastoupit hyperzvukový analog. S prvním bezpilotním orbitálním letem se počítalo v roce 1970, s pilotovaným v roce 1977.

Od roku 1977 startoval kluzák z podvěsu pod dálkovým turbovrtulovým bombardérem TU-95K podobně jako americké hypersoniky řady X včetně X-20.

První pilotovaný let se uskutečnil 27. října 1977, pilotoval Aviard G. Fastovec. Dalších pět pokusů proběhlo v roce 1978.

Říjen 1977 – první zdařilý pilotovaný let atmosférického analogu – start v 5500 metrech
Říjen 1977 – první zdařilý pilotovaný let atmosférického analogu – start v 5500 metrech (repro z filmu Ударная сила: Воздушная спираль)

Už před tím byl ke startu připravován plně vystrojený Spiral, určený k orbitálním letům, včetně zbraňových systémů. Zatím se uvažovalo o jeho startech pomocí koroljevovské rakety Sojuz, později měl nastoupit Mikojanem vyvíjený hypersonik MiG 105. Paradoxem zůstává, že v Moskvě netušili nic o velmi podobném americkém projektu Lockheed HTHL TSTO (Systém IV), hypersoniku, vynášejícím malý raketoplán a´la Dyna Soar…

Plány Spiralu, posvěcené vědeckými kapacitami z uznávaných leteckých institucí a s podpisy vysokých generálů a činovníků s nejvyšší pravomocí, byly počátkem 70. let předloženy tehdejšímu ministru obrany, maršálu Andreji Grečkovi k definitivnímu schválení. Vypadá to, že ve věrchušce Sovětského svazu občas levá ruka nevěděla, co chce pravá. Maršál totiž neměl do té doby o Spiralu ani tušení. Opravdu stačil jeho podpis a Spiral by startoval na oběžnou dráhu Země.

Grečko prý nad Spiralem dlouho nedumal. Nepodepsal se slovy – „Není čas na nějaké fantazie – Mikojan má dělat pořádné stíhačky!“

Tím v zásadě poslal celý projekt do stoupy, byť letové zkoušky, jak je vidět, ještě nějaký čas po jeho smrti v roce 1976 pokračovaly. Faktem ale je, že spolu se starty maket Spiralu v měřítku 1 : 3 a 1 : 2 na oběžnou dráhu, nazývaných BOR (Bezpilotní Orbitální Raketoplán) projekt významně přispěl k pozdější konstrukci velkého raketoplánu Buran a k přípravě bojových modulů eventuální vojenské družicové stanice.

Molnija či MAKS – dítě Buranu

Rozpad Sovětského svazu (1991) ohrozil i další rozvoj ruské kosmonautiky, která se, jak se zdá, z útlumu v 90. letech ani dnes zcela nevzpamatovala. Přes to vznikaly v konstrukčních kancelářích velmi zajímavé projekty. Pomineme-li smutný osud Buranu, jediného sovětského raketoplánu, který alespoň jednou odstartoval do vesmíru, tak jeho generálnímu konstruktéru Glebu Lozino-Loziskému se podařil čertovský kus – místo jednoho raketoplánu dokázal vyvinout dva. Dva různé raketoplány. Je to s podivem, ale faktem zůstává, že i v kritických 90. letech měl ten druhý, „malý“, větší šanci na praktické využití.

Ten druhý – to byl stroj zvaný krycím názvem firmy Molnija, později známý jako MAKS - Víceúčelový letecko-kosmický systém (Многоцелевая авиационно-космическая система).

Pod svícnem bývá největší tma, praví staré pořekadlo. A toho se lidé krytí Lozino-Lozinským drželi. Pod vedením Vladimíra Skorodělova tak vznikl univerzální systém kosmoplánu (jak jej nazývali), startujícího ze hřbetu největšího dopravního letounu světa, An-225 Mrija.

Vývoj MAKSe jako druhé generace raketoplánů začal v utajení už v roce 1985, kdy se už blížily finální práce na Buranu. Dokonce byla maketa MAKSe odzkoušena při letu po balistické dráze jako „maketa Buranu“.

Souprava An-225 – MAKS
Souprava An-225 – MAKS / Obrázek Buran.ru

Na hřbetě Antonova 225 by totiž leželo obrovské vřeteno palivové nádrže, na jejímž konci hnízdil jakýsi „ptáček“ – malý dvoumotorový raketoplán. Celé soulodí - Mrija jako první stupeň a nádrž s raketoplánem jako druhý stupeň - vážilo při startu 275 tun a MAKS mohl dopravit na oběžnou dráhu dva až šest kosmonautů či 2 + 7 tun užitečného nákladu.

Po dosažení výšky cca 10 km se nádrž s raketoplánem odpojily a práci zahájily unikátní raketové motory RD-701, pracující v první fázi na kerosen a kapalný kyslík, ve větších výškách pak v kombinaci vodík/kyslík! Nic podobného tehdy ve světě neexistovalo…

V roce 1991 byl ale projekt pozastaven – jak z ekonomických, tak politických důvodů.

MAKS v plné kráse…
MAKS v plné kráse… / Obrázek Buran.ru

V letech 1993-94 došlo k oživení programu a systém byl prezentován na mezinárodním veletrhu Eureka 94 v Bruselu, kde dostal zlatou medaili. Tehdy o systém MAKS projevila zájem ESA a dokonce se chystal podpis dohody o spolupráci na tomto systému jako evropském nosiči. ESA pak sponzorovala zkoušky demonstrační verze MAKSe a An-225 v Německu (DASA, Mnichov + Deutsche Aerospace) či v British Aerospace a moskevském leteckém ústavu TCAGI. Bohužel – zase z toho nic nebylo, přestože byla připravena i nákladní bezpilotní varianta MAKSe pro dopravu zvláště těžkých nákladů o hmotnosti 18 tun na nízkou oběžnou dráhu a 5 tun na geostacionární dráhu. Bohužel, politická i ekonomická situace v tehdejším Rusku i Ukrajině (výrobce An-225) nedovolila tuto variantu mezinárodní spolupráce dotáhnout do konce.

MAKS v bezpilotní, nákladní verzi
MAKS v bezpilotní, nákladní verzi / Obrázek Buran.ru

Přitom ekonomické parametry již vyzrálé koncepce MAKS byly do té doby nevídaně výhodné. Ony nezávislé studie prokázaly, že jde o velmi efektivní a levný dopravní systém. Jeden kilogram totiž mohl MAKS vynášet za pouhých tisíc(!) dolarů, zatímco tehdejší nosiče to dokázaly za 10 000 – 15 000 USD.  

Počítalo se s výrobou šesti exemplářů orbitálního letounu Molnija. Při optimisticky odhadovaných třiceti(!) startech za rok – z toho 14 pilotovaných – a při životnosti každého stroje až 100 startů mohlo soulodí bez velké modifikace sloužit v kosmonautce po 40 let…

Sdružení Molnija pak ještě jednou MAKSe oprášilo – v roce 2010 s ním soutěžilo v tendru o novou kosmickou loď, která měla konečně nahradit Sojuzy. Neuspělo. Přednost dostala klasická loď PTK-NP (Pilotirujemyj Transportnyj Korabl Novogo Pokolenija) pro šest kosmonautů, nápadně tvarem připomínající kabinu Apollo. Dnes známá jako Federace.

Pokračování v posledním dílu.

Mohlo by vás zajímat

Témata

Kosmonautika


Zkušenosti a doplnění našich čtenářů

Přidat komentář