X-Planes / Dělníci kosmonautiky

V historii techniky známe pár obdivuhodných strojů, které posunuly člověka za nové hranice poznání. Dá se říct, že za každým takovýmto strojem stála v pozadí celá řada menších strojů, které svou tichou, ale vytrvalou činností dávaly základ právě pro budoucí legendy. Tyto stroje se většinou skrývaly za nic neříkajícím X a člověk mohl pouze tušit, že nejde i nic běžného. Jakoby samotné určení X-plánů přitahovalo, protože i někteří slavní astronauté prošli právě službou u těchto létajících aparátů.

Úvod

Po druhé světové válce pokračoval vývoj nově objevených technologií, ať už z domácího výzkumu, či z kořistních programů získaných v poraženém Německu. V padesátých letech se otevíraly nové a nové dveře vývoje techniky, které přinášely i nejeden problém. Alfou a omegou všeho byl především vývoj zbraňových systémů v nově vyvíjené oblasti raket a raketových pohonů. Tato technologie přinášela neuvěřitelnou možnost, z pohledu armády, dopravit na území jakéhokoliv protivníka bojovou hlavici, a jelikož se bavíme o době padesátých let, tak se jedná hlavně o studenou válku mezi USA a SSSR. Právě vývoj balistických raket, které by byly schopny donést bojovou hlavici na velkou vzdálenost, otevíral nové otázky, co se týče dopravy, ale i přežití nákladu při opětovném návratu do atmosféry. Návrat do atmosféry patří k velmi náročným manévrům, který klade velké požadavky na techniku v oblasti namáhání konstrukce a tepelného zatížení. Jednou z hlavních otázek bylo přežití bojových hlavic při návratu do atmosféry, kde se ukazovalo, že zásadní bude jejich tvar. Start mimo zemskou atmosféru i návrat zpět do atmosféry je v podstatě ukázkou brutální síly v kombinaci s přesností nutnou pro zasažení cíle na velikou vzdálenost v autonomním režimu.

Otázkou dynamiky a termodynamiky návratových těles se začal v padesátých letech zabývat inženýr Harvey J. Allen, budoucí ředitel Ames Research Centre. U štíhlého tvaru, podobného kulce, který byl zvažován pro nadzvukový let, bylo zjištěno, že by nepřežil intenzivní tepelné namáhání při návratu do atmosféry. Při výzkumu této oblasti H. J. Allen zjistil, že při použití „tupých tvarů“ se před tělesem tvoří rázová vlna, která rozptyluje teplo. Výhodou štíhlého tvaru je malý odpor, ale se zvýšením tepelného namáhání s tzn. připojenou rázovou vlnou. U tupého tvaru je však rázová vlna oddělená a rozptyluje tepelné namáhání, i když s větším odporem, než je tomu u štíhlého tvaru. Toto zjištění vlastně umetlo cestu dál pro návrhy ablativních tepelných štítů. Na své teorii tupého tělesa spolupracoval H. J. Allen spolu s Alfredem J. Eggarsem, kterého přivedla teorie na další myšlenku ke tvaru těles, kdy při úpravě tělesa s tupým tvarem do vhodné podoby může generovat určitý vztlak a v podstatě ze sebe udělá vztlakové těleso, u kterého stačí přidat řídící plochy a může být řízeno na sestupu atmosférou. Dá se s klidem říct, že tyto výzkumy a následující vývoj v této oblasti otevřel dveře i pro budoucí americký raketoplán. Zajímavostí je, že objev H. J. Allena A. J. Eggerse byl zpočátku považován za vojenské tajemství, ale roku 1958 byl nakonec publikován.

Velkou výzvou bylo navrhnout stroj, který bude schopen i s posádkou přežít návrat do atmosféry, kde na konstrukci takového stroje měly vliv tři základní faktory:

1. Intenzivní tepelné namáhání vzniklé třením stroje o atmosféru
2. Vysoké zrychlení s výsledným zatížením G při rychlé ztrátě rychlosti během sestupu
3. Výběr a řízení počátečního vstupního úhlu do atmosféry, který určuje tepelné a G zatížení

Z toho vyplývá určitá směs kompromisů, kterou museli konstruktéři volit pro danou oblast techniky s ohledem na účel. V padesátých letech bylo provedeno několik teoretických studií vztlakových těles pro návrat do atmosféry s možností řízení. Většinou se však jednalo o studie či maximálně testy ve větrném tunelu a samotným hardwarem se až do roku 1957 nikdo nezabýval. Prvním z programů, který došel do vyšší fáze rozpracovanosti, byl program X-20 Dyna Soar, mluvíme-li o plnohodnotném stroji schopném pobytu za hranicemi atmosféry a následném návratu.

Díky atmosféře padesátých let nebyl problém u USAF prosazovat alternativy k balistickým raketám a jejich nákladu, protože samo letectvo si uvědomovalo potenciál řízeného tělesa s možností přistání na domovské základně. Obecně se dá mluvit o dvou vznikajících ideových proudech v rámci USAF, zabývajících se vztlakovými tělesy. Prvním proudem, byla divize ARDC (Air Research and Development Command) inklinující k projektu BOMI od Bell Aircraft, ze kterého vzešel následně Dyna Soar a druhým proudem byla SSC (Space Systems Command), která se přikláněla spíše k Eggarsově řešení označeném jako M1. Ze studie M1 vychází pozdější evoluce v podobě stroje SAINT II, který přebíral základy ze svého předchůdce, SAINT I. V překladu znamená zkratka SAINT – Satellite Interceptor, z čehož čtenář může usoudit účel tohoto projektu. Oba tyto projekty, X-20 versus SAINT II, si notně konkurovaly, což se projevovalo snahou tvůrců X-20, kteří kritizovali navrhovaný program SAINT II jako nerealistický, z hlediska harmonogramu a rozpočtu. Nutno dodat, že projekty obou divizí byly podobné a jednalo se hlavně o řízené těleso schopné operovat ve vesmíru, především pro průzkum či ničení nepřátelských satelitů, s řízeným návratem na základnu pomocí klouzavého letu. Jednou ze zajímavostí je, že SSC zahrnula v roce 1961 svůj koncept vztlakového vesmírného tělesa i do návrhu prvního výstupu na Měsíc v rámci programu LUNEX. Ve vesmírném závodě, který se naplno rozhořel mezi USA a SSSR, panovala v USAF všeobecná obava z převahy sovětů a bylo jasné, že bude nutné zrealizovat technologicky náročný úkol v dobývání vesmíru, aby svět, a hlavně SSSR pochopil, kdo má jasnou technologickou převahu.

Než v USA vznikla vesmírná agentura, letectvo zkoumalo, jak poslat muže na Měsíc. Roku 1957 Sovětský svaz vypustil Sputnik, což iniciovalo ARDC k sérii studií, aby prozkoumalo vojenský potenciál vesmírných operací včetně lunární expedice. Výsledným programem byl odvážný čtyřstupňový program pro přistání lidí na Měsíci do roku 1965. Program USAF, Man in Space-Soonest, byl nakonec vynechán ve prospěch civilního programu NASA, projektu Mercury. Toto přenechání štafety ve prospěch NASA ovšem USAF neodradilo od vesmírných snah a už čtyři dny po výzvě prezidenta Kennedyho, 25. května 1961, aby národ přistál na Měsíci a bezpečně se vrátil zpět na Zemi, nabídlo USAF splnit cíl do roku 1968 za pouhých 7,5 miliardy dolarů, vlastní lunární expedicí – projekt LUNEX. Při zpětném hodnocení projektu LUNEX se dá říct, že byl extrémně optimistický a bylo by i otázkou, zda by došel do úplného konce, díky čím dál většímu zaujetí USAF ve válce s Vietnamem. V projektu LUNEX se jednalo o start dostatečně silné rakety schopné vynést kosmickou loď k Měsíci, vztlakové těleso podobné M1, kde by došlo k tzv. přímému sestupu, tedy přistání na povrchu Měsíce bez předchozího rozdělení na dvě samostatné lodě, následovaného při návratu z povrchu opětovným spojením. Tedy přímé přistání jedné kosmické lodě, která se nakonec vrátí zpět na Zemi. Projekt LUNEX, z roku 1958, předpokládal přistání na měsíci do roku 1968 s postupnými fázemi zakončených základnou pro dvacet jedna astronautů. Je na místě zmínit, že ze strany USAF se nejednalo jen o závod k dosažení Měsíce před SSSR, ale i získání strategického místa na Měsíci.

V tomto malém úvodu jsem se pokusil shrnout vývoj v padesátých letech a atmosféru té doby, abychom mohli plynule navázat dalšími pokračováními k tématu X-plánů, které si postupně, jednotlivě popíšeme.

(Pokračování příště)

Zdroje informací:
https://thehighfrontier.blog…flying-without-wings-the-martin-sv-5x-24-lifting-bodies/
http://www.astronautix.com/x/x-24b.html
https://en.wikipedia.org/wiki/Martin_Marietta_X-24
https://en.wikipedia.org/wiki/Atmospheric_entry
https://www.popsci.com/blog-network/vintage-space/lunex-another-way-moon/

Zdroje obrázků:
https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/f/f0/LiftingBodies.jpg
https://launiusr.files.wordpress.com/2014/12/gpn-2000-001938.jpg
https://www.popsci.com/uploads/2019/03/18/FU7CHT45JGGRBSBZIKC7GRFXPY.jpg
https://www.secretprojects.co.uk/data/attachments/53/53958-6e5d4e9bbc19ca4b2277460150d50fff.jpg
https://www.popsci.com/uploads/2019/03/18/G2IUJBKFUVFYZW3OP5Y2JSWAZM.jpg