Obtížný návrat z kosmu

Jestli tomuto říkáte měkké přistání, pak si nedovedu představit, jak podle vás vypadá tvrdé,“ ulevil si americký astronaut Jeffrey Williams poté, co se v roce 2006 vrátil zpět na Zemi v ruské kosmické lodi Sojuz. Mohl srovnávat; kromě výpravy na Mezinárodní kosmickou stanici v ruském plavidle se proletěl i raketoplánem. Návrat Sojuzu tehdy proběhl bez problémů, přistání 2,5 tuny těžké kabiny na padáku však není zrovna dosednutím do peřin – kabina může narazit na povrch rychlostí až téměř 15 km/h.

Přes všechen pokrok v kosmonautice dnes vesmírné lodě opět přistávají jako za éry Gagarina, tedy na padácích. Konstruktéři však usilovně přemýšlejí, jak to změnit.

Létající cihla

Přistání je v kosmonautice obtížné mimo jiné kvůli tepelné ochraně při průletu atmosférou. Na nejexponovanějších místech dnes již vyřazených amerických raketoplánů, které přistávaly pomocí křídel, dosahovala teplota 1260 stupňů Celsia a v rázové vlně před strojem až několika tisíc. Na tepelnou ochranu proto padlo 11 procent hmotnosti stroje a po celou éru raketoplánů s ní byly potíže. V únoru 2003 vedlo drobné poškození tepelného štítu ke zkáze raketoplánu Columbia a smrti sedmičlenné posádky.

Úspěšným průletem atmosférou ovšem přistání teprve začíná. Raketoplány se blížily k zemi jako obří kluzáky, avšak dvakrát rychleji než běžné dopravní letadlo a pod desetkrát prudším úhlem. Oproti dopravním letounům přitom neměly motory, takže manévr bylo nutné provést opravdu přesně. Při dvou přistáních na Edwardsově letecké základně v Kalifornii v letech 1990 a 1991 málem došlo kvůli nepříznivému větru ke katastrofě: v jednom případě dotáhl velitel stroj nad dráhu „silou vůle“ (přistávající raketoplán musí mít rychlost nejméně 360 km/h, jinak hrozí riziko, že se stroj propadne – tentokrát však letěl jen rychlostí 325 km/h), ve druhém si raketoplán „sedl“ na zem 500 metrů před prahem přistávací dráhy. Ta naštěstí byla na dně vyschlého solného jezera, takže všechno dobře dopadlo. Astronauti každopádně raketoplánům přezdívali „létající cihla“ – i to svědčí o jejich mizerných letových schopnostech.

Raketoplány nicméně byly v kosmonautice výjimkou, od prvních pilotovaných letů se používají hlavně padáky. Jsou relativně jednoduché a prověřené, k ideálu ale mají daleko. Třeba proto, že několikatunová návratová loď potřebuje opravdu rozměrný padák. V případě ruské kabiny Sojuz má plochu tisíc metrů čtverečních.

Nejde také o technologii úplně nejspolehlivější. Padák je v lodi složený mnoho měsíců, vystřeluje jej pak složitý systém s několika pyropatronami. Jsou přitom vystaveny vibracím a přetížení při startu a celé měsíce potom vzdorují tvrdým kosmickým podmínkám – silnému záření či opakovaným teplotním výkyvům při přechodu do zemského stínu a zpět. Historkami o problémech s padákovými systémy jsou propletené celé dějiny kosmonautiky. Zatím poslední se odehrála v srpnu 2008, kdy probíhal test padákového systému připravované americké kosmické lodě Orion: na počátku přistání se neotevřel stabilizační padák, maketa lodě kvůli tomu tvrdě dopadla na povrch a roztříštila se v oblaku prachu.

Do vody už ne

Není tedy divu, že konstruktéři hledají jiné cesty. Nabízí se přistání do vody, která by dopad výrazně ztlumila. Nevýhody však převládají. I když pomineme riziko, že se kabina rychle potopí (kosmická loď je přece jen více kosmická než loď), musíme mít v cílové oblasti početné záchranné oddíly, jež by přispěchaly na pomoc. Při prvních amerických pilotovaných letech včetně lunárního programu Apollo se přistávalo na hladinu oceánů a k dispozici byly desítky plavidel, která poskytla americká armáda. Dnes už takové možnosti nikdo nemá.

Některé kosmické agentury (nejnověji NASA, dříve Evropská kosmická agentura /ESA/ ve spolupráci s Ruskem) zkoušejí koncept přistání na pevný povrch pomocí nafukovacích vaků. Nešlo by ovšem o klasické airbagy, ale o speciální konstrukci, jež by se nafoukla ve dvou fázích. Nejprve by posloužila jako tepelný štít, speciální tkanina by odolala i vysokým teplotám. Po průletu nejsvrchnějšími vrstvami atmosféry by se pak dofoukla ještě další část štítu, plocha by se zvětšila a umožnila by hladké přistání (štít by navíc v poslední fázi přistání zafungoval jako vzduchový polštář).

S podobným konceptem se počítalo už v šedesátých letech, kdy se takto měly zachraňovat třeba odhozené stupně nosných raket k dalšímu použití. Úroveň tehdejší technologie ale něco podobného vylučovala, takže se na koncept na pár desítek let zapomnělo. A i když jsou dnes už za námi úspěšné praktické testy, přece jen je představa lodě s kosmonauty brzděné pomocí nafouknutého štítu pro mnohé konstruktéry příliš divoká.

I proto se zkouší jiná, svým způsobem nejpřirozenější myšlenka: zda by kosmická loď mohla přistávat pomocí raketových motorů. Úspěšně tak na Marsu přistály sondy Phoenix nebo Curiosity. Loď by prostě ve výšce zhruba jednoho kilometru nad povrchem zažehla motory a po několika desítkách sekund dosedla.

Koncept testuje soukromá společnost SpaceX, jež vyvinula úspěšnou nákladní loď Dragon pro lety na Mezinárodní kosmickou stanici a dopravu nákladů zpět na Zemi. Tato loď přistává pomocí padáků, nyní však společnost pracuje na nové pilotované kabině DragonRider, která už má dosedat právě pomocí raketových motorů. První pilotovaný let se má uskutečnit již v roce 2015.

Výhodou je, že přistávací manévr lze řídit a loď se může „strefit“ na plochu běžného heliportu. Přistání pomocí padáků bývá sice také poměrně přesné (firma SpaceX se chlubí tím, že zatím všechny kabiny Dragon přistály v okruhu jediné míle od středu cílové oblasti), ale na druhé straně odchylka několika desítek kilometrů nikoho nepřekvapí.

Velkou nevýhodou je ovšem nutnost vláčet na oběžnou dráhu a zpět palivo pro přistávací manévr. Vynesení kilogramu nákladu na kosmickou stanici přitom stojí řádově desítky až stovky tisíc dolarů a každý kilogram pohonných látek navíc pochopitelně ubírá nosnost.

Semínko javoru

Možná nejpřekvapivější jsou však zkoušky, které nyní probíhají v jednom z hangárů Kennedyho vesmírného střediska na Floridě. Konstruktéři z NASA chtějí vybavit přistávající kosmickou loď rotory, jakousi samovolně poháněnou vrtulí. Loď během volného pádu rozevře listy rotoru a proud vzduchu je roztočí, takže začnou snižovat rychlost pádu, který se tak změní v sestup. Stejného efektu využívají například semena javoru, jilmu či břízy.

Celá koncepce má dvě výhody – přistání lze řídit a je velmi měkké. Zároveň je systém poměrně jednoduchý. Kritici ovšem varují, že jeho pohyblivé mechanické části jsou náchylné k závadám a sebemenší poškození během kosmické výpravy může způsobit katastrofu.

V devadesátých letech tuto myšlenku zkoušela společnost Rotary Rocket, která chtěla vyvinout jednostupňový prostředek pro lety na oběžnou dráhu nazvaný Roton. Firma sice postavila a vyzkoušela pilotovaný prototyp rakety, ale pak jí vyschl příliv financí od investorů a musela ukončit svoji činnost.

Nedávno myšlenku oprášila NASA a zahájila zkoušky modelu lodě o hmotnosti necelé dva kilogramy. Prozatím se pohybuje po vodicím laně nataženém ze stropu (v místě přistání je pro všechny případy silná vrstva molitanu) a ze všeho nejvíce připomíná dálkově ovládaný model vrtulníku. Ač je model často prezentován jako zmenšená verze vyvíjené lodě Orion, tvůrci konceptu tvrdí, že se snaží systém připravit tak, aby jej mohla využívat jakákoli z budoucích návratových kapslí. Dokonce jej nabízejí i pro přistávání odhozených stupňů nosných raket, které by se tak daly používat opakovaně. Nebo pro přistání sond na kosmických tělesech s dostatečně hustou atmosférou, třeba na Venuši nebo Saturnově měsíci Titanu.

Pokud bude současná fáze testů úspěšná, plánuje NASA další série: tentokrát s větší maketou shazovanou z vrtulníku. Pak přijde shoz kabiny ve skutečné velikosti z výškového balonu, po němž má už následovat návrat družice z oběžné dráhy. Teprve po důkladném prověření technologie by do kabiny s rotorem mohli usednout kosmonauti.

V blízké budoucnosti se kosmonauti budou z vesmíru dál vracet na padácích, které používají všechny současné pilotované lodě. Budou-li však testy lodě DragonRider či zkoušky „vrtulí“ v Kennedyho vesmírném středisku úspěšné, mohly by časem archaické a neoblíbené padáky zvolna nastoupit cestu do muzeí.

Autor je publicista,
specializuje se na kosmonautiku.