Z Indie do kosmu (2. díl)

Po zrušeném letu raketoplánu na misi STS-61-I s indickou účastí v roce 1986 Indická kosmická agentura neměla další zájem o rozvíjení pilotovaného programu. Na mezinárodní scéně dominovala ISS a plány na její vybudování. Indie, jak známo, se tohoto programu neúčastnila a to z pochopitelných důvodů. Pokud odhlédneme od politických záležitostí, tak z technického hlediska prostě Indové neměli co nabídnout. Chyběla silná nosná raketa a také peníze. V tomto ohledu bylo rozhodně co dohánět. Dostupné prostředky byly využity na rozvoj nosných raket a budování infrastruktury, včetně vlastního navigačního systému a komunikačních technologií. Postupně však uzrával čas pokukovat po vyšších metách. Nabízely se planetární mise a logicky také vlastní pilotovaný program. Chyběla ale zatím politická vůle. ISRO ovšem i z mála vytěžilo maximum možného a v zákulisí vyvíjelo technologie potřebné pro pilotovaný program. Dveře mu otevřela mise SRE-1.

První návrat z oběžné dráhy

Dostáváme se do roku 2006, který byl v pravdě klíčový pro indický pilotovaný program. Tehdy se v Bangalore sešlo přes 80 vedoucích vědců ISRO a shodli se, že jejich zem je připravena zahájit přípravy na vlastní pilotovaný program. Expertíza odhadla, že to potrvá nejméně 10 až 12 let. Základem bylo soustředit síly na vybudování potřebných technologií a infrastruktury v nadcházejících letech, tak aby dvanáctý rok od zahájení bylo možné let uskutečnit.

ISRO nezahálelo a specifikace mise se záhy začaly rýsovat. Už v lednu 2007, tedy pouhý rok od zahájení vývoje, odstartovala do kosmu raketa PSLV (PSLV-C7), na jejíž špici byla nejen družice Cartosat-2, Lapan A1 a PehuenSat 1, ale i zkušební návratové těleso Space Recovery Experiment Capsule (SRE-1) vážící 555 kg. Zajímavé bylo řešení uchycení družic. Primárním nákladem byla snímkovací družice Cartosat-2 o váze 684 kg. Pod ní byl umístěn dvoudílní adaptér Dual launch Adapter (DLA) o váze 1000 kg, který byl použit vůbec poprvé. Horní část adaptéru byla šikovně využita jako platforma pro studentskou družici PehuenSat 1 z Argentiny o váze 6 kg. Družice byla jednoduše namontována na tělo DLA. Na oběžné dráze se dokonce PehuenSat 1 nalézá dodnes, ale je již nefunkční. Uvnitř adaptéru pak bylo návratové těleso SRE-1 a zakončeno uchycením k poslednímu stupni rakety. Zde se nacházela uchycena malá indonéská družice Lapan A1. Startovní konfigurace je krásně patrná z obrázku.

Šlo o první a hned úspěšný pokus Indie vyslat do kosmu umělé těleso schopné návratu. Celkově strávilo na oběžné dráze 12 dní. SRE-1 se pohybovalo kolem Země po kruhové polární dráze ve výšce 637 kilometrů. V rámci příprav na návrat bylo těleso uvedeno na eliptickou oběžnou dráhu s perigeem 485 kilometrů a apogeem 639 km. Poté byl řízen na dálku také sestup. Nakonec kuželové těleso vybavené tepelným štítem vlétlo do atmosféry rychlostí 8 km/s (cca 29 000 km/h). Během svého návratu byla kapsle chráněna před intenzivním žárem na špici uhlíkovým fenolickým ablativním materiálem a křemičitými dlaždicemi na vnějším povrchu. Aerodynamické brzdění výrazně snížilo rychlost až na 101 m/s (364 km/h). Nasazení padáků pomohlo dále snížit rychlost na 47 m/s (169 km/h). Hlavní padák byl otevřen ve výšce asi 2 km.

SRE-1 dopadla do vln indického oceánu rychlostí 12 m/s (43 km/h) v 04:16 UTC. Po dopadu do vody byl aktivován nadnášející systém (balón), aby udržel těleso nad hladinou. Záchranné operace byly podporovány pobřežní stráží a indickým námořnictvem za použití lodí, letadel a vrtulníků a potápěčů. Na pevninu modul dopravila loď Sarang. Pokud Vás zajímají rozměry, tak základna SRE-1 má průměr 2 m a na vrcholu 0,5 m. Na výšku měří 1,6 m. K ovládání sloužilo osm motorků. Zajímavostí je, že těleso bylo navrženo tak, aby vstoupilo do atmosféry nikoliv nejširší částí, jak je zvykem u těles s podobným tvarem, ale přesně naopak. Přirovnal bych to ke špici raketoplánu a jak víme, Indie jeden nepilotovaný vyvíjí pod názvem Reusable launch vehicle (RLV). Tento stroj využije právě tepelný štít, který byl během této mise vyzkoušen.

Součástí mise byly také experimenty umístěné uvnitř tělesa.

• Jeden z experimentů studoval tavení a krystalizaci kovů v podmínkách mikrogravitace. Tento experiment byl společně navržený Indickým institutem vědy v Bangalore a kosmickým centrem Vikram Sarabhai Space Centre v Tiruvanantapuram.
• Druhý experiment, společně navržený laboratoří National Metallurgical Laboratory, v Džamšédpuru a centru ISRO Satellite Centre Bangalore, studoval syntézu nanokrystalů v podmínkách mikrogravitace. Jednalo se o experiment navrhování biomateriálů, které lépe replikují přírodní biologické produkty.

Přesto měl tento projekt ve skutečnosti s pilotovanou kosmonautikou společného jen velmi málo, ale něco přece. SRE-1 byla navržena tak, aby demonstrovala schopnost technologii orbitální platformy pro provádění experimentů v podmínkách mikrogravitace. Měla také otestovat opakovaně použitelný systém tepelné ochrany, navigaci, navádění a řízení v kosmickém prostoru. Hypersonickou aerodynamiku, řízení výpadku komunikace, zpomalovací a stabilizační systém a návratové operace. Výkon křemičitých dlaždic v kuželové oblasti kapsle byl uspokojivý a povrchy dlaždic byly nalezeny neporušené s některými drobnými poškozeními souvisejícími s manipulací během vyprošťovacích operací. Sonda zůstala na hladině přibližně 2 hodiny než byla vytažena, což způsobilo drobné praskliny a usazeniny mořské vody na povrchu dlaždic. Co je pro nás ale důležité je to, že získané informace z této mise a experimentů se uplatnily při konstrukci raketoplánu RLV a kosmické lodě pro posádku zvanou Gaganyaan. Indie navíc vytvořila zajímavou a celkem jednoduchou platformu, která nabízí jedinečný prostor pro experimenty na oběžné dráze. Což by mohlo být využito někdy v budoucnu.

Z bláta do louže

Díky úspěchu mise SRE-1 získalo ISRO potřebné finance na rozvoj pilotovaného programu. Došlo k upřesnění plánů a padl návrh na mezinárodní kooperaci. Koncem roku 2008 Indii navštívil ruský prezident Medveděv a výsledkem bylo podepsání společného ujednání o vzájemné spolupráci, ve kterém například stálo, že Rusko pomůže Indii postavit vlastní pilotovanou kosmickou loď na bázi lodě Sojuz. Schopnou letět na raketě GSLV-Mk3 (nyní LVM-3). Dále, že Indický kosmonaut poletí v roce 2013 na ISS v kosmické lodi Sojuz. Rusko bylo v rozhodování ovlivněno dosaženými výsledky sondy Čandraján-1 a úspěchem návratu SRE-1.

Po slibném začátku přišlo ovšem vystřízlivění. V lednu roku 2009 byl zveřejněn první plán indické pilotované mise. Předseda ISRO Kasturirangan na 96. vědeckém kongresu uvedl, že půjde o přibližně týdenní misi dvou až tří lidí v indické kosmické lodi, což v podstatě platí do dnešních dnů. Ambiciózní plány dokonce hovořili o přistání na Měsíci v roce 2020, ale to bylo spíše zbožné přání. Realita byla taková, že se taktak dařilo financovat rozvoj technologií potřebných pro vlastní pilotovaný program. Největší motivací pro indické počínání byly úspěchy Číny, která do roku 2016 uskutečnila 6 pilotovaných misí a dopravila do kosmu a zpět 15 astronautů – 13 mužů a 2 ženy. Oficiálně nikdy nebylo potvrzeno, že by Indie soupeřila s Čínou v kosmickém sektoru, ale i největší skeptik pochopil, že tomu tak skutečně je v roce 2013, kdy ve spěchu ISRO nachystalo sondu MOM na let k Marsu po čínském neúspěchu z roku 2011. Celý příběh rekapituluje tento dvoudílný článek. Ještě předtím ovšem přišel pro indickou kosmonautiku černý rok 2010.

Společné ujednání mezi Ruskem a Indií bylo ukončeno v říjnu 2010, aniž bychom se kdy dozvěděli pravý důvod. Zřejmě se ale obě země nedokázaly dohodnout na přenesení citlivých technologií z Ruska do Indie a jejich komerční využití. Ten samý rok navíc dvakrát selhala raketa GSLV (GSLV-G3 v dubnu a GSLV-F06 v prosinci). Došlo na jakýsi restart tamější kosmonautiky a změny v prioritách. V nadcházejících letech byl tak pilotovaný program značně upozaděn. Například byly zrušeny další dvě mise návratového tělesa s označením SRE-2, a SRE-3. Nicméně bylo v roce 2012 alespoň dohodnuto, že budoucí posádka bude kvůli historické návaznosti vybrána z řad IAF (Indické letectvo). Právě tato složka ozbrojených sil totiž měla v Indii s pilotovanými lety největší zkušenosti. Navíc výcvik astronautů se hodně točí okolo speciální medicíny, na kterou se specializuje Institute of Aerospace Medicine (IAM), který spadá též pod letectvo. Indii ovšem stále chyběl úplný základ – silný nosič. V roce 2012 byl rozpočet pro pilotovaný program naštěstí navýšen o 22,5 milionů dolarů. Z toho bylo vyčleněno 9 milionů na vývoj pilotované lodi, 4 miliony šly na uvedení do provozu nosné rakety, 5,5 milionů bylo pro instituce zapojené do programu a další 4 miliony na další výdaje na vedlejší věci, jako vývoj skafandrů, systému podpory života, výzkum aerodynamiky kosmické lodě apod.

Podařilo se definovat základní potřeby a přes značné podfinancování se dařilo dělat alespoň nějaké pokroky. A hlavně, ISRO konečně dokončilo svou doposud nejsilnější raketu LVM-3, která byla v pozdější fázi určená též pro posádku. Dlouho očekávaný start byl i značně symbolický, protože nákladem byla maketa kosmické lodě pro posádku Crew Module Atmospheric Re-entry Experiment (CARE). Start se odehrál 18. prosince 2014. Mise nazvaná LVM3-X byla korunována úspěchem, ale ne vše šlo hladce a podle očekávání. Šlo sice jen o suborbitální let, který ale byl jakýmsi zlomem v celém programu a to hned z několika důvodů.

Vzhůru nohama na oběžnou dráhu

Prvním z nich byl fakt, že šlo o úplně první start dosud nejsilnější indické rakety. GSLV Mk 3, jak se nosič do nedávna jmenoval, je pro indický kosmický program klíčový. Otevírá totiž zemi třetího světa nové možnosti a to včetně pilotovaných letů. Další důležitou věcí byla maketa kosmické lodě, která měla ověřit množství důležitých technologií potřebných ke stavbě skutečné pilotované kosmické lodě. Rozměry modulu CARE (Péče) byly následující:  Největší průměr 3,1 m a výška 2,7 m. Startovací hmotnost byla 3735 kg. Z velké většiny je modul vyroben z hliníku, jak je běžné. Měl ablativní tepelnou ochranu. Což znamená, že při průchodu atmosférou namáhaný materiál postupně odhořívá. Boční panely byly pokryty dlaždicemi MDA (Medium Density Ablative) a přední tepelný štít byl vyroben z uhlíkových fenolických destiček. Při svém skoku do kosmu byl CARE napájen menšími bateriemi a vybaven šesti tryskami na kapalné pohonné látky (Methylhydrazin/Směsi oxidů dusíku MON3) o výkonu 100 N. Dále modul obsahoval mimo nádrží pro motory i dvě nezávislé sady padáků skládající se z pilotního padáku (průměr 2,3 m), odhozového padáku (průměr 6,2 m) a hlavního padáku (31 m). Zajímavostí je, že do kosmu letěl CARE vzhůru nohama, respektive byl v nákladovém prostoru rakety připevněn štítem napřed.

Rozměry rakety byly následující: Výška 43 m, průměr centrálního stupně 4m. Pomocné motory jsou vysoké 25,7 m a průměr mají 3,2 m. Startovací hmotnost celé sestavy činila 630,5 tun. Zajímavostí byl nefunkční třetí stupeň C-25 označený jako X, což byla přesná maketa i se stejnou hmotností, včetně makety motoru a nádrží, které obsahovaly i palivo. Celkem 15 t. V té době se totiž stupeň ještě připravoval. Raketa po startu pořádně vyděsila své tvůrce. K zapálení centrálního stupně L110 totiž došlo o něco později a v době jeho zážehu byl výkon pomocných motorů menší než se předpokládalo. Oficiálně nebyla anomálie nikdy potvrzena, ale faktem je, že po prvním letu bylo aplikováno několik zásadních změn v konstrukci rakety. Geometrie rozložení paliva ve spalovací komoře byla změněna z konfigurace s 10 cípy na třinácticípou hvězdicovou konfiguraci a pohonné látky byly sníženy na 205 tun, aby se zlepšil výkon během transonické fáze letu. Aerodynamický kryt dostal více zaoblený tvar a též překryty pomocných motorů S200 byly přepracovány tak, aby měly lepší aerodynamické vlastnosti.

Modul se oddělil ve výšce 126 km v rychlosti asi 5300 m/s. A poté pokračoval v balistické křivce a pomalu klesal. Během sestupové fáze provedl stabilizační manévr, který měl zajistit správné natočení modulu tak, aby měl správný úhel náběhu při návratu do atmosféry. Balistický návrat do atmosféry začal přibližně v 80 km. V této výšce byl pohon vypnut. Tepelný štít se ohřál na teplotu kolem 1 000 °C a kabina zaznamenala zpomalení a přetížení až 13 g. Což by pro posádku bylo krajně nepříjemné. Po návratu do atmosféry modul předvedl ukázkový sestup a přistání, během nichž bylo provedeno komplexní ověření padákového systému.  Sekvence rozvinutí padáku začala, když CARE zpomalil na rychlost 233 m/s. Nejprve se vysunuly oba pilotní padáky o průměru 2,3 metru, následované 6,2metrovými padáky, které snížily rychlost kabiny na 50 m/s. Poté se ve výšce asi 5 km rozvinuly oba hlavní padáky. Tyto padáky, každý o průměru 31 metrů, byly největší, jaké kdy byly v Indii vyrobeny!

CARE dopadl do Bengálského zálivu asi 600 km od přístavu Port Blairu na Andamanských ostrovech. Přibližně 1600 km od místa startu ve Šríharikotě. Po dopadu na hladinu se oddělily hlavní padáky a byl aktivován signální maják k vysledování polohy. Modul v pořádku vyzvedla indická pobřežní stráž. Celý let trval jen 20 minut a 43 sekund, ale pro samotný program a Indii byl právě tento test zásadní. Právě tehdy se dostal vlastní pilotovaný program Indie do širšího povědomí. Mise byla stoprocentně úspěšná. Po vyzvednutí byl modul 22. prosince 2014 dopraven do Čennaje, odkud byl odeslán do vesmírného střediska Satish Dhawan Space Centre k předběžnému zpracování, a odtud putoval do Vikram Sarabhai Space Centre k dalšímu studiu a analýze. V současnosti je modul muzejním exponátem, stejně jako jeho předchůdce SRE-1.

Raketa i modul splnily svůj úkol na jedničku a po těžkém období se agentuře ISRO začalo opět dařit. Planetární sonda Mangalyaan (Mangalaján) známá spíše pod označením MOM (Mars Orbiter Mission) zamířila úspěšně k Marsu a poté se i na jeho dráze dokázala v roce 2014 usadit. Indie se tak stala první zemí, která to dokázala na první pokus. Sonda MOM vydržela až do roku 2022! Tamní kosmický program se opět dostal do širšího podvědomí a stoupalo i sebevědomí. Blýskalo se na lepší časy a Indové byli konečně připraveni na vlastní pilotovaný program… (Pokračování příště).

Zdroje informací:
https://en.wikipedia.org/wiki/Space_Capsule_Recovery_Experiment
https://en.wikipedia.org/wiki/Crew_Module_Atmospheric_Re-entry_Experiment
https://space.skyrocket.de/doc_sdat/sre-1.htm
https://www.isro.gov.in/media_isro/pdf/LVM3-brochure.pdf
https://www.isro.gov.in/media_isro/pdf/Missions/PSLVC7/publication.pdf
https://en.wikipedia.org/wiki/LVM_3
https://www.rediff.com
https://www.isro.gov.in
https://forum.nasaspaceflight.com

Zdroje obrázků:
https://www.spaceeducationfoundation.us
https://www.spaceeducationfoundation.us
https://qph.cf2.quoracdn.net
http://abdulkalam.nic.in
https://i0.wp.com
https://www.isro.gov.in
https://pbs.twimg.com
https://pbs.twimg.com
https://www.space.com