Dnes je 16. prosince 2018

7:55 16:00

Na křídlech (opět) do vesmíru - 4. díl

8. 10. 2018 1 příspěvek

Okřídlené kosmické stroje nedaly spát konstruktérům ani na přelomu 70. a 80. let, ani v létech následujících. Bohužel, realizovaly se pouze dva, americký Space Shuttle a ruský Buran. Ty ovšem z našeho seriálu vynecháváme, protože nespadají do kategorie mid-air-launch…

V tomto období minulého století se zrodilo i v Evropě hned několik nejen zajímavých, ale i perspektivních projektů raketoplánů, inspirovaných vývojem amerického Space Shutle, který měl ve fázi „B“ projektů převážně podobu dvou letounů (viz např. H-33 společností Boeing/Grumman).

Z hlediska nosnosti šlo buď o menší kosmické kluzáky a´la vzpomínaný americký Dyna Soar, startující pomocí klasické rakety, nebo odvážně řešené kosmické letouny s hybridními raketovými motory typu „ramjet“ či „scramjet“ (Supersonic Combustion Ramjet), čerpajícími nejprve atmosférický kyslík k okysličení paliva (kapalný vodík). Klasickým představitelem takového řešení se staly stroje pojmenované Sänger a HOTOL.

Messerschmitt opět na scéně

Ano, je to tak. Český Němec (Rakušan) Eugen Sänger (původem z Prosečnice) a jeho vize kosmického kluzáku nebyli zapomenuti a prostřednictvím dvoustupňového hypersonického letounu Sänger II s orbitálním stupněm Horus mohli oslavit velkolepý návrat.  

V říjnu 1985 totiž obnovila společnost Messerschmitt-Bölkow-Blöhm (MBB) studii dvoustupňového kosmického kluzáku a už v roce 1986 v Innsbrucku představila jeho design nejen na papíře, ale i v podobě makety na výstavě pořádané souběžně s Astronautickým kongresem.

Sänger II byl ovšem jen dokonalejší modifikací raného projektu nyní zvaného Sänger I, na jehož vývoji pracovala MBB kryta DLR (Deutsche Zentrum für Luft- und Raumfahrt e. V.) už v 60. letech v rámci západoněmeckého programu Germany‘s Hypersonic Technology. V zásadě mělo už tehdy jít o dvoustupňový hypersonický dopravní letoun s horizontálním startem a kapacitou cca 30 cestujících, který by konkuroval anglo-francouzskému nadzvukovému Concordu. Koketovalo se i s katapultáží z rozjezdové kolejové rampy, podobné té, ze které za druhé světové války startovaly na Londýn letounové střely Fieseler Fi 103 (V-1). Navíc měl i vynášet satelity na nízkou oběžnou dráhu (LEO). Mateřský letoun hnaný ramjet motory měl vynášet orbitální stupeň do výšky 30 km, kde se měl odpojit orbitální kluzák o délce 31 m s rozpětím křídel 12 metrů. Jeho motory na hypergolické palivo LOX/LH2 umožňovaly dosáhnout oběžné dráhy ve výšce cca 300 km.

Projekt však víceméně stagnoval a oficiální podpory se dočkal právě v polovině roce 1985, kdy se SRN ucházela o vítězství v tendru ESA (European Space Agency) na evropský raketoplán oproti britskému projektu HOTOL a francouzskému miniraketoplánu Hermes (který se posléze prosadil jako nejlevnější a nejjednodušší řešení; P. S. nerealizoval se). 

Tak se během roku zrodil Sänger II a svými ladnými tvary i plánovanými parametry vzbudil na innsbruckém kongresu IAF zaslouženou pozornost. Startovací hmotnost soulodí byla 750 000 kg a v pilotované variantě (se stupněm Horus) mělo dopravit na oběžnou dráhu dva astronauty a tři tuny nákladu. V bezpilotním provedení (stupeň zvaný Cargus) měla nosnost dosáhnout až 15 tun.

První stupeň Sängeru II tvořil atmosférický hypersonik tvaru delta s rozpětím 41,4 m, o délce 84 m a hmotnosti 254 tuny s doletem 11 000 km. Ten měl ve výšce cca 37 kilometrů udělit druhému stupni Horus rychlost 6,6 Machu. Po spotřebování paliva klesla plánovaná hmotnost na 156 tun a letoun se jako kluzák vracel na běžné letiště.

Představa Sängeru II v akci
Představa Sängeru II v akci / Foto Wikipedia

Druhý stupeň Horus zapínal své raketové motory, poháněné směsí kapalného kyslíku a vodíku po odpoutání od mateřského nosiče a po dosažení první kosmické rychlosti měl dosáhnout nízké oběžné dráhy ve výšce kolem 300 km na Zemí. Předpokládalo se, že bude mj. sloužit k obsluze družicové stanice ESA zvané Columbus a volně létajících laboratorních modulů, které plánovala v 80. letech vypustit Evropská kosmická agentura. Znovu se také objevila idea využití druhého stupně Sängeru jako hypersonického dopravního letounu s kapacitou 36 cestujících. Jeho prototyp měl být pod názvem X-2000 hotov v roce 2005.

Bohužel, tento projekt, ve výpočtech a na rýsovacích prknech nadějný, neměl dlouhého trvání, byť se Němcům podařilo do roku 1991 vyvinout jako prvním v Evropě hybridní ramjet v rámci tzv. Germany‘s Hypersonic Technology Program.

To už ale realizace Sängeru toho jména druhého pokulhávala a fyzicky existovaly jen makety, které, když nebyly ofukovány v aerodynamickém tunelu, sjezdily pár airshow a výstav. V roce 1993 byl vývoj Sängeru II zastaven zcela. Důvod? Zrušení samostatných evropských projektů vzhledem k výstavbě Mezinárodní kosmická stanice. Proinvestováno (v cenách roku 1985) „pouhých“ 28 milionů dolarů…

Ani Francouzi se nechtěli nechat zahanbit a k raketoplánu Hermes, jehož měla vynášet Ariane 5, studovali alternativu obdobnou Sängeru (vizuálně spíše Spiralu), nazvanou STAR-H. Hypersonický letoun jako první mateřský stupeň měl rychlostí Mach 6 vynášet do výšky cca 30 km druhý urychlovací stupeň s Hermesem. Také tato představa zmizela pod stolem...

Stanice Columbus
V 80. letech plánovaná evropská družicová stanice Columbus. Zůstal z ní pouze 1 modul u ISS / Obrázek ESA

Od Spacecabu k HOTOLu

Ani Britové nechtěli zůstat pozadu za Američany či Němci. Už kolem roku 1970 koketovali s myšlenkou pilotovaného hypersoniku Hawker Siddeley Waverider, jehož projektantem byl známý konstruktér Peter Stewart. Ambiciózní projekt zvaný Spacecab předpokládal vyvinout mateřský hypersonický letoun s ramjet (později scramjet) motory v prvním stupni. Ten by vynášel raketový orbitální letoun o nosnosti cca čtyři tuny v nákladní verzi, nebo šestičlennou posádku a jako kluzák by se vracel na klasické pozemské letiště. Pohánět jej měly kyslíko-vodíkové motory a co je zajímavé – perspektivně měl přibýt urychlovací stupeň s atomovým motorem (!), což spadalo do ambiciózních plánů na čistě britskou expedici na Měsíc v 70. letech.

Na Spacecab navázala British Aerospace od roku 1982 ještě ambicióznějším projektem jednostupňového raketoplánu HOTOL (HOrizontal Take Off and Landing). Vývoj společnostem  (BAe) a Rolls Royce subvencovala britská vláda prostřednictvím UK Space Agency. V roce 1986 dostaly společnosti startovné dva miliony liber.

Podle původního návrhu nebyl HOTOL žádný střízlík. Rozměrově se blížil Boeingu 747 se Space Shuttle na hřbetě. Jeho délka byla 63 m, rozpětí 28 m a trup měl v průměru 7 metrů, startovací hmotnost: 196 tun.

HOTOL v technickém nákresu
HOTOL v technickém nákresu a (vlevo dole) v porovnání se Space Shuttlem na Boeingu 747 / Obrázek aerospaceweb.com

Startovat a přistávat měl ze stejných letišť jako dopravní supersonic Concorde, který v polovině 80. let slavil velké úspěchy. Na geosynchronní a nízké oběžné dráhy mohl dopravit užitečné zatížení až 7 tun. A s posádkou se nepočítalo!

Pravda, prvotní koncepcí sice HOTOL nezapadá do kategorie „mid air launch“ ale je tu jedno „ale“. Každopádně to byl neotřelý návrh bezpilotního kosmického raketoplánu, který mohl s orbitálním urychlovacím stupněm dopravit náklad i na geostacionární dráhy (!). Startovat měl na poněkud monstrózním odhazovacím podvozku, přistávat měl jako normální letoun. Jeho hybridní motory Rolls-Royce RB545 měly zhruba do výšky 32 km a dosažení rychlosti Mach 6 podobně jako u Sängeru II pracovat na kapalný vodík, okysličovaný atmosférickým kyslíkem a pak do získání první kosmické rychlosti (7,9 km/s) pracovat čistě na raketový pohon s čerpáním kapalného kyslíku z nádrží. Raketoplán měl takto dosáhnout oběžné dráhy ve výši cca 300 km.

HOTOL se rozjíždí na tzv. trolley podvozku
HOTOL se rozjíždí na tzv. trolley podvozku – představa malíře… / Obrázek Aerospaceweb.com

Náklady na jeden start se odhadovaly na tehdejších 5 milionů britských liber, což vycházelo jednoznačně levněji než u amerického Shuttleu. Jednou z podob HOTOLu měl být i bezpilotní mezikontinentální hypersonický dopravní letoun… V roce 1988 však nová konzervativní vláda financování HOTOLu zastavila jako neperspektivní i vzhledem k tomu, že v roce 1987 byl jako společný projekt ESA vybrán už citovaný konzervativní koncept francouzského raketoplánu HERMES (mateřský nosič raketa Ariane 5). Ovšem na druhou stranu – jak v případě Sängeru, tak HOTOLu – šlo o velmi revoluční koncepty a řekněme si na rovinu – některé technologie, které by jejich realizaci umožnily, jsou k dispozici možná až dnes…

Ovšem rokem 1991 se dostáváme k onomu „ale“. HOTOL, byť se zatím nedostal ze stádia technických studií, se pokusil oživit šéf vývojového týmu British Aerospace Dr. Robert Parkinson, když začal vyjednávat s Ruskem. V rámci předpokládané spolupráce měl odlehčený HOTOL 2 dostat ruský raketový motor RD-0120 (palivo: kyslík/vodík), což byl Kosberkův ekvivalent amerického hlavního motoru pro Space Shuttle. Startovací hmotnost letounu klesla na 250 tun, délka se zkrátila na 36,5 metru a rozpětí křídel na 21 m. Do výšky zhruba 10 km jej měl vynášet modifikovaný speciál An-225 Mrija, původně určený pro převoz raketoplánu Buran.

HOTOL/Mrija v aerodynamickém tunelu BAe / Foto BAe

Zpočátku se zdálo, že by tato kombinace mohla být konkurenceschopná a došlo i na testy soulodí v aerodynamickém tunelu. Nicméně projekt zašel na úbytě zhruba po dvou letech – nejen pro nezájem britské vlády, ale zejména zemí ESA, preferujících HERMES. A navíc se právě rozpadal Sovětský svaz…

Vzdušný start žije!

Rozpad SSSR zřejmě zamíchal i s dalšími zajímavými projekty spolupráce zemí ESA a Ruska s Ukrajinou, které se vyrojily na přelomu 80. a 90. let minulého století. Sovětští, později ruští a po řadu let i ukrajinští raketoví konstruktéři se snažili využít myšlenky, poznatky či utajené prototypy i v komerční oblasti. A nešlo jen o pozůstatek programů Spiral či Buran.  Ovšem ještě v 80. letech vypracovali v budoucím sdružení Molnija alternativu ke Spiralu – tzv. Systém 49, kdy zahozený projekt mateřského nosiče MiG-105 nahradil těžký čtyřmotorák An-124.

Koncepce An-124 "Ruslan" s kosmoplánem a´la Spiral a raketovým stupněm na hřbetě / Obrázek aerospaceweb.com

Z výšky 10 km měl s pomocí dvoustupňové rakety na hřbetě letounu startovat malý raketoplán o hmotnosti 13 tun odvozený od Spiralu. Na oběžnou dráhu v rozpětí 120–1 000 km měl vynášet náklad kolem 4 tun. Zajímavější ale byla souběžně rozvíjená koncepce Systém 49M 80. let, která v mnohém připomíná aktuální letoun Stratolaunch od Virgin Orbits,  navržený jako mateřský nosič.

Systému 49M
Návrh Systému 49M alias „Katamaran“ / Obrázek Friends-partners.org

Soulodí osmimotorového dvoutrupého letounu s orbitálním raketovým stupněm a orbitrem mělo vážit 770 tun. Z toho urychlovací raketa s kombinací jednoho motoru NK-43 (vyvinutým původně pro lunární raketu N1) a dvou kyslíko-vodíkových motorů RD-57 / 11D57 o hmotnosti 270 t měla vynést osmadvacetitunový orbiter s užitečným nákladem až 9 tun.

Další variantou byl projekt Bizan T, který měl vynášet patnáctitunový pilotovaný raketoplán třídy Molnija i na protáhlé eliptické dráhy, kam měl v pilotované verzi dopravit náklady cca 3 tuny. V návrhu odbiteru bylo uvažováno až se stovkou startů a počítalo se i s čistě nákladní bezpilotní verzí. Koncepce vlastně kopírovala Spiral, pouze jako mateřský nosič byl opětovně uvažován An-124 Ruslan a zřejmě se stala předlohou pro v 90. letech nabízený raketoplán Molnija sdružení MAKS, který měl nejblíže k úspěšnému nasazení.

BIZAM orbiter
BIZAM orbiter měly pohánět dva kyslíko-vodíkovými motory RD-57M / 11D57M Ljuka / Obrázky Friends-partners.org

Jak je vidět, vznikaly v období 80. let velmi zajímavé projekty, které se většinou pro neustálé změny kosmických programu a nedostatečné financování nedočkaly realizace. Patří mezi ně i postsovětský projekt zahájený ale ještě před rozpadem SSSR v Tupolevově a Antonovově konstrukční kanceláři v rámci studií mnohonásobně využitelných kosmických systémů, nazývaný někdy Perun (podle studie a 3D modelu Vadima Lukaševiče a Vladimíra Někrasova - viz www.buran.ru). Šlo o další pokus uplatnit koncepci „katamaranu“, tedy dvoutrupého letounu, v tomto případě dvou propojených strojů An-225  (An-325), který měl být ověnčen 18 až 24 motory. Tento gigant měl vynášet Tupolevův raketoplán Tuan v podnosu pod křídlem lomeným do negativního „V“.

TUAN opouští svůj dvoutrupý nosič
Tuan opouští svůj dvoutrupý nosič / Obrázek V. Lukaševič, Buran.ru

Jak ale sám Lukaševič uvádí, šlo kolem roku 2005 o snad poslední výstřelek gigantománie v ruských konstrukčních kancelářích. Nicméně odráží nostalgii po okřídlených, mnohonásobně použitelných kosmických letounech a ruské snaze o zlevnění kosmických startů.

Větší šanci na využití měl projekt Burlak, projektovaný v Rusku začátkem 90. let, který byl vlastně variantou projektu Pegasus Orbital ATK. Navíc vznikal v letech 1992-94 i ve spolupráci s Německem. Zadání projektu ovšem přišlo od armády v rámci doznívajících „Hvězdných válek“. Strategický nadzvukový bombardér Tu-160 měl původně vynášet anti-satelitní rakety do výšky cca 13 km a dodat jim počáteční rychlost 1,7 Machu. Nicméně v období pádu „Říše zla“ se celá záležitost komercializovala do společného projektu překřtěného na Burlak/Diana měla německá firma OHB-System investovat na 50 milionů marek z odhadovaných 160 milionů dolarů. Dokonce se uvažovalo o využití anglo-francouzského Concordu jako variantního nosiče. Ještě v roce 1994 obě země prezentovaly projekt na aerokosmické výstavě v Singapuru, ale posléze od něj Němci ustoupili.

Burlak-Diana na aerosalonu v Singapuru
Burlak-Diana na aerosalonu v Singapuru / Foto Testpilot.ru

Práce na Burlaku v Rusku pokračovaly nadále až do konce 90. let na náklady konstrukcí Antonova i Tupoleva, souprava Tu-160 byla prezentována i na pařížském aerosalonu v roce 1995 a ještě v roce 1997 bylo tůčko s maketou rakety Burlak představeno na výstavě MAKS-99. To už ale projekt umíral na nedostatek financí, problém byl i v náročností vývoje rakety Burlak M pracující s hybridním systémem scramjet/raketový motor. Ještě později byl systém přeorinetován na nosič malých satelitů, ale zdá se, že přešel do fáze ukrajnsko-amerického projektu HAAL (High Altitude Air Launch), který kolem roku 2001 počítal s využitím už existujících raket k vynášení satelitů o hmotnosti do 1 500 kg.

Myšlenky tzv. vzdušného startu se ale v Rusku nevzdávají a tak se kolem roku 2013 zrodil další projekt startu rakety, vynášené v trupu těžkého dopravního letounu – jak jinak než An-124-100 Ruslan. Pro tento případ vyvíjená raketa Poljot o celkové hmostnosti cca 100 tun by měla po shozu (vlastně vymrštění) z Antonova v obligátní výšce kolem 10 km vynášet sputniky na orbity až do výšky 10-20 tisíc km a případně i na translunární dráhy.

Vozdušnyj start
Schéma projektu „Vozdušnyj start“ / Obrázek Wikipedia

Zde se opět konstruktéři vracejí k motorům NK-43 (pozůstalých z projektu lunární rakety N1) v prvním stupni, ve druhém se počítá s motory RD-0124 odvozenými z rakety Sojuz-2. Se starty se uvažuje z nového kosmodromu Vostočnyj, v jednání byla také možnost startů z Indonésie.

*

Chtělo by se říci - nechme se překvapit, protože obdobných a zajímavých projektů existovala a existuje celá řada. Ne všechny dostaly šanci na realizaci. Někdy ke škodě věci. Držme alespoň palce společnosti Startolaunch, která předvedením svého „katamaranu“ vyprovokovala tento seriál. Ten pochopitelně nemohl obsáhnout vše…

Mohlo by vás zajímat

Stanislav Kužel

Letecký fanda, kitař a novinář, který patří k dlouholetým popularizátorům vědy, techniky a kosmonautiky v rozhlase či řadě časopisů. S řadou kosmonautů či astronautů se znal a zná osobně ze své rozhlasové éry, reportoval např. i kosmický let Sojuz-Apollo, start Vladimíra Remka či Jean-Loup Chrétiena. Jako první Čech si vyzkoušel simulátor kosmické lodi Sojuz (1975). Standa Kužel je m.j. i autorem několika knih (Kosmonautika za oponou, Kosmonauti Nula, science-fiction – viz antologii Slovník české literární fantastiky a science-fiction /Ivan Adamovič, Praha 1995/), povídek (viz Ikare či výběr „Kříšťálové sféry“) a řady populárně-vědeckých článků z různých oborů. Na letiště to má kousek a když s ním někdo odstartuje, rád se drží kniplu.


Témata

Kosmonautika


Zkušenosti a doplnění našich čtenářů

Vzdušný start

10. 10. 2018 v 13:56 Radek V.

Spousta projektů, jenže ekonomická návratnost byla hodně pochybná - obvykle je raketa téměř stejně drahá jako konkurence a přidávají se komplikace s nosičem - buď velké letadlo s nízkou celkovou nosností, nebo projekt velkého drahého letounu plus rakety, kdy se vložené náklady vrátí až po mnoha desítkách nebo stovkách startů. Konkurence Falconu, Dněpru a Vegy je tak velká, že moc šancí nebude.

Ještě připomínka k dílu 2 - Bold Orion nezasáhl při testu 13. října 1959 družici Explorer 6, proletěl kolem ní ve vzdálenosti menší než 4 míle (6,4 km?). Bralo se to jako úspěch, protože případná atomová hlavice by cíl zničila.

Odpovědět

Přidat komentář