Sovětská raketa Eněrgija: Úžasná, ale zbytečná
Superraketa Eněrgija patří k vrcholům kosmonautiky: dodnes se často využívá jako referenční model v mnoha plánech – protože „takto nějak by superraketa měla vypadat“. Jenže realita byla úplně jiná...
V roce 1974 zrušil SSSR lunární program N-1 a začal hledat nový cíl kosmických aktivit. Padaly přitom nejrůznější návrhy: Stálá lunární základna? Obří vesmírná stanice ze stotunových modulů? Či pilotovaná výprava na Mars? A co třeba koncepce raketoplánů, kterou zvolily Spojené státy? Každý z nich vykazoval určitá pro a proti, všechny však měly jedno společné – potřebu vytvořit superraketu s kapacitou přesahující sto tun nákladu.
Sověti se nakonec rozhodli zkopírovat koncept amerických raketoplánů, a tak vznikl Buran. Není zřejmě nutné sáhodlouze popisovat genezi programu, stačí si jen připomenout dopis tehdejšího ministra obrany Dmitrije Ustinova, ve kterém se za raketoplán a nosné rakety postavil: „Američané jsou velmi pragmatičtí a chytří. Pokud investují ohromné částky do takového projektu, musejí vědět, proč tak činí – pokud je tento smysl ukrytý našim zrakům, neznamená to, že neexistuje. Proto musíme vyvinout podobnou technologii, abychom nebyli v budoucnu nemile překvapeni.“ V duchu hesla „to musíme mít taky“ dostal tedy vývoj nového systému Eněrgija/Buran 17. února 1976 zelenou.
Superraketa jako stavebnice
Zadání znělo jasně – vyvinout stroj s podobnými parametry, jaké měly americké kosmické letouny. K cíli však vedlo několik cest a Sověti se nakonec rozhodli pro dva systémy: samostatný nosič a samostatný raketoplán. Raketa tak mohla vynášet jakýkoliv náklad – nejen raketoplán –, a vesmírný letoun mohl naopak startovat na jakémkoliv nosiči s odpovídající kapacitou. Přesněji bychom tedy měli hovořit o kosmoplánu neboli kosmickém kluzáku (měl sice rovněž k dispozici raketové motory, ovšem nikoliv pro vlastní dopravu na oběžnou dráhu).
Superraketa se tak otevřela libovolným budoucím nákladům: mohla vynášet orbitální stanice, obří telekomunikační družice nebo díly pro sestavení planetoletů. A co víc – její modulární konstrukce umožňovala jak snížení nosnosti, tak naopak její zvýšení na více než dvě stě tun. Daň za uvedenou univerzálnost ovšem představovala velmi vysoká cena. Zatímco nejdražší elektronika a kyslíko-vodíkové motory se s americkým raketoplánem vracely po každém letu zpět na Zemi k dalšímu použití, u Eněrgije byly tyto prvky jednorázové. I Sověti pak s odstupem času označovali svou raketu za „pozlacenou“ a konstatovali, že jeden její start stál zhruba stejně jako deset misí amerických strojů.
Přes překážky ke hvězdám
K příčinám vysoké ceny patřilo i důkladné testování a předimenzování některých systémů: například motory druhého stupně byly vybaveny hasicími systémy, které by zasáhly v případě požáru (raketa mohla za určitých okolností splnit úkol i bez jednoho ze čtyř motorů). Nad ambiciózním projektem se totiž vznášel strašák jménem N-1: všichni měli ještě v živé paměti čtyři spektakulární havárie zmíněného lunárního nosiče v letech 1969–1972. A navzdory různým příčinám měly nehody společného jmenovatele – nedostatečné vývojové, případně předletové zkoušky. Testy Eněrgije tak probíhaly mnohem intenzivněji. Uskutečnilo se jich více než 11 tisíc, přičemž v nich figurovalo 80 prototypů a funkčních celků. Než Eněrgija poprvé vzlétla, prošlo zkušebními stavy například 148 motorů RD-170 pro první stupeň!
První testovací zážeh se přitom uskutečnil v srpnu 1980, přičemž musel být přerušen v čase 4,4 sekundy. Ani další testy neproběhly uspokojivě: postupně se sice podařilo činnost motoru prodloužit na 150 sekund, ovšem za cenu výrazného snížení tahu (necelých šest meganewtonů oproti plánovaným 7,6 MN). V září 1981 poškodily nečistoty v palivu lopatky turbočerpadla motoru výrobního čísla 18. Technici to považovali za drobnost, což se však vymstilo: během následující zkoušky 26. června 1982 turbočerpadlo prohořelo a motor explodoval, přičemž zničil zkušební stav.
Šlo o poslední pověstnou kapku, protože motor RD-170 vykazoval problémy dlouhodobě. A tak se za něj začala hledat náhrada. Uvažovalo se o resuscitaci motorů NK-33 z prvního stupně N-1, o totální přestavbě RD-170 (měl čtyři spalovací komory, ale jen jedno turbočerpadlo; řešila se tedy potenciální instalace čtyř turbočerpadel) a rovněž o motorech na tuhá paliva po vzoru amerického raketoplánu. Na půdě konstrukční kanceláře Iskra v Permu dokonce vznikl jejich návrh: měly dosahovat výšky 44,92 metru a hmotnosti 520 tun (z toho by 460 tun připadalo na palivo), přičemž by pracovaly 138 sekund. Sověti ovšem s podobnou technologií neměli zkušenosti.
Motor RD-170 se nakonec vrátil do hry – i proto, že změna v pohonné jednotce by už tak zpožděný program zdržela o další roky. Naštěstí si dal říct a v květnu 1983 poprvé pracoval na plný tah a po celou plánovanou dobu. Poté začali konstruktéři připravovat premiéru rakety Zenit. Její první stupeň se ze sedmdesáti procent shodoval se čtveřicí prvních stupňů Eněrgije, což mělo umožnit snížení ceny nosičů (díky sériové výrobě) i získávání zkušeností s hardwarem přímo za letu. První stupeň Zenitu prošel v prosinci 1984 dvěma úspěšnými testy na zkušebním stavu a v dubnu 1985 se vydal do vesmíru. Druhý stupeň sice selhal, ale první pracoval jako hodinky. O dva měsíce později se scénář opakoval. „Do třetice všeho dobrého,“ řekl si nejspíše Zenit a v říjnu téhož roku už fungoval na sto procent. Následovalo pět úspěšných misí, a cesta k Eněrgiji byla tedy otevřená.
V hledáčku Američanů
První kus druhého (středového) stupně Eněrgije sjel z výrobního pásu už v roce 1979. Šlo zatím jen o maketu, která sloužila k nácviku obsluhy a ověřování pozemního komplexu. V roce 1982 pak na Bajkonur dorazila maketa čtyř bloků prvního stupně a zároveň došlo na zkompletování prototypu středového stupně 4M: nebyl určen k letu, ani se nejednalo o plnohodnotný prvek, ale některými komponentami už disponoval (například se do něj daly tankovat pohonné látky).
V březnu 1983 tak první superraketa (stupeň 4M s maketami bloků) poprvé opustila montážní halu – a hned ji vyfotografovaly americké špionážní satelity. V květnu prošla rázovými testy, při nichž byl jeden z motorů stupně 4M nahrazen napnutým lanem, které následně pyrotechnika přeťala: snížené pnutí pak s raketou zatřáslo, přičemž vibrace měřily stovky senzorů.
V roce 1985 se prototyp podíval na zkušební stav UKSS, kde prošel devíti cykly plnění – palivem, okysličovadlem a v jednom případě oběma složkami. V říjnu se pak odehrály první dva testy zážehu kyslíko-vodíkových motorů. Když se raketa vracela do montážní haly, vykolejil její železniční podvozek. Nosič se však naštěstí nepoškodil.
Drama během testu
Pro zkušební účely vznikly dva středové stupně Eněrgije označené 5S a 6S, které už představovaly prakticky přesné kopie nosiče, jen nebyly určeny k letu. Hned první zkouška 30. ledna 1986 však přinesla nesmírné drama. Měla trvat 17,8 sekundy, nicméně automatika ji přerušila v čase 2,58 sekundy. Během havarijního vypnutí praskla jedna trubka v pneumatickém systému, z nějž následně uniklo veškeré helium. A bez něj nebylo možné vypustit z rakety palivo.
Natankovaná Eněrgija přitom nesla 600 tun kapalného kyslíku a 100 tun vodíku. S ubíhajícím časem teplota v nádržích rostla a ruku v ruce s ní se zvyšoval i tlak. Bylo jasné, že se nádrže dříve či později roztrhnou a pohonné látky silou odpovídající 450 tunám TNT explodují. Skupina dobrovolníků se proto vydala pod nevyzpytatelnou raketu a ručně ji připojila k záložnímu systému dodávky helia – naštěstí úspěšně.
Nebezpečný náklon
Následovat měla zkouška, které se konstruktéři upřímně obávali – test kompletní rakety (tedy prvního i druhého stupně) na stavu UKSS. Kdyby se ovšem stav při případné mimořádné události zničil, zpozdil by se celý program o dva až tři roky. Pak ale někoho napadlo: „Pokud by se při zkoušce zdemolovala jen raketa, nezaznamenali bychom de facto žádné škody.“ A tak se zrodil nápad přeměnit testovací stupeň 6L na letuschopný nosič a zamýšlenou zkoušku neprovést na stavu, nýbrž ve vzduchu. K výhodám uvedeného řešení patřil zároveň fakt, že by se první produkční raketa 1L zachovala pro druhý start – pro let s Buranem.
Zkušební stupeň 6S se tak postupně začal měnit na letový 6SL a 15. května 1987 Eněrgija odstartovala ze stavu UKSS. Ten původně opravdu vznikl kvůli testování motorů (absence podobného zařízení se stala jednou ze základních příčin neúspěchu nosiče N-1), neboť regulérní rampy 37 a 38 zatím neměli Sověti k dispozici.
Když však Eněrgija stoupala k obloze, všem se zatajil dech: začala se totiž naklánět směrem na vynášené zařízení Poljus. Dokonce to vypadalo, že se převrátí a skončí tím nejhorším možným způsobem – v moři plamenů. Jakmile ovšem dosáhla odchylka čtyř metrů od vertikály, začaly motory náklon srovnávat a raketa pokračovala v letu. Příčinou celé situace se stal fakt, že hlavní motory byly první tři sekundy letu záměrně blokovány, aby se nedostaly do kontaktu s vypouštěcím stolem. Odchylku tedy v řídicím centru víceméně očekávali, přesto došlo ke změně programu a při následujícím startu se motory odblokovaly dříve.
Raketa fungovala bezvadně, přesto se žádný náklad do vesmíru nedostal. Vynášené zařízení Poljus (podle všeho prototyp sovětské vojenské stanice) se mělo přesunout na oběžnou dráhu po zážehu vlastního motoru: ten se však z technických důvodů nacházel vpředu, tedy proti směru letu. Vinou navigační chyby se pak před zážehem zařízení neotočilo o zamýšlených 180 stupňů, nýbrž o 360, a namísto urychlovacího manévru tak provedlo brzdicí, načež zaniklo v hustých vrstvách atmosféry.
Zastavený start
Příprava první „skutečné“ Eněrgije 1L probíhala hladce, několik odkladů startu ovšem zapříčinily problémy s Buranem. Nakonec mělo ke vzletu dojít 29. října 1988: zbývalo však jen 51 sekund do startu, když automatika odpočítávání zastavila. Od Eněrgije se totiž neodklopilo rameno s plošinou nesoucí kalibrační gyroskopy, o hmotnosti asi 300 kilogramů.
Rameno se mělo odpojit ve dvou fázích: nejprve se měly během tří sekund vysunout konektory spojující plošinu s raketou, načež by se plošina odklopila. Jenže vysunutí konektorů trvalo čtyřicet sekund namísto plánovaných tří. Automat proto už nedal příkaz k odklopení plošiny a vzlet zastavil. Na vině byla nejspíše guma u konektorů, jejíž vlastnosti se po dlouhé době od výroby změnily. (Mimochodem, při premiérovém letu v květnu 1987 Sověti zmíněnou plošinu vůbec nepoužili, protože se nevyžadovalo přesné navedení na oběžnou dráhu.) Systém ovšem neumožňoval start zopakovat, jakmile Buran jednou přešel na interní baterie. Stalo se tak osmdesát sekund před vzletem, a bylo tedy nutné hledat nový termín.
Pomalejší odpojení konektorů nicméně podle všeho představovalo ohromné štěstí. Bylo totiž nutné vypustit nádrže pohonných látek, přičemž se zjistilo, že jeden filtr v systému zásobování motorů kapalným kyslíkem je zanesený nečistotami. Tento problém přitom nebylo možné před startem odhalit. Kdyby se přípravy nepřerušily a raketa by vzlétla, jeden z motorů by nejspíš krátce po startu ztratil tah a mise by skončila katastrofou. O několik dní později pak technik zjistil, že se jeden akcelerometr v zadní části rakety „podařilo“ nainstalovat vzhůru nohama! Na nosiči je jich víc, takže není snadné posoudit, zda by měla zmíněná chyba vliv na průběh letu. Trojice obráceně instalovaných akcelerometrů přitom v červenci 2013 zničila bezprostředně po startu ruskou raketu Proton.
Vzhůru do psího počasí
K druhému pokusu o vzlet došlo 15. listopadu 1988. Startovalo se ovšem do prachmizerného počasí: silný nárazový vítr v nízkých výškách vzbuzoval obavu, že „hodí“ raketu na startovací konstrukci. Ostrý vichr ve větších výškách ji zase mohl vychýlit z kurzu nebo zapříčinit nebezpečné namáhání a rozlomení stroje. Nízká oblačnost znemožňovala monitoring. Navíc pršelo a teplota klesla pod nulu, takže déšť ihned namrzal. Raketu pokrývala před začátkem tankování více než dvoumilimetrová ledová vrstva: pravidla přitom povolovala jen 1,7 milimetru.
Proč se startovalo do takové sloty, navíc s nepříliš odzkoušeným nosičem a netestovaným kosmoplánem? Logika samozřejmě velela počkat na lepší počasí. Jenže Eněrgija i Buran měly několik let zpoždění a vládní garnitura SSSR v čele s Michailem Gorbačovem programu nepřála a opakovaně jednala o jeho možném ukončení. Pokud by se tedy odkládalo, další pokus o start by nejspíš sklouzl až na jaro 1989, a vůbec by tak k němu nemuselo dojít. Představitelé sovětské kosmonautiky se zkrátka rozhodli jít za hranici rizika, protože věděli, že Eněrgija s Buranem poletí dnes – nebo také nikdy. Start se nakonec vydařil na výbornou.
Neodvratný konec
V montážní hale na Bajkonuru se dokončovala druhá raketa 2L, vyráběná nikoliv pro Buran, ale pro kontejnerové zařízení. Podle plánu se měla použít k vynesení dvou družic, jež běžně létaly na Protonu: navigačního Uraganu pro systém GLONASS a blíže nespecifikovaného telekomunikačního zařízení. Každá družice měla nést svůj urychlovací stupeň Blok-DM, přičemž je měl chránit aerodynamický kryt z Protonu. V březnu 1990 byla 2L dokončena a čekala jen na příkaz ke startu. Prakticky hotová byla i 3L pro let s Buranem. Další tři nosiče se nacházely ve fázi před dokončením u výrobce CSKB Progress v Samaře.
Jenže nad programem už se stahovala mračna. V roce 1991 se Eněrgija 3L s druhým exemplářem Buranu podívala na startovací rampu. Ve stejné době došlo k představení rozměrové makety zmenšené Eněrgije M (jen dva bloky prvního stupně, jeden motor na stupni druhém) pro vynášení nákladu o hmotnosti 40 tun. Pak ale v květnu 1993 vydala Rada konstruktérů Ruska prohlášení, že s hlubokým zármutkem ukončuje jakékoliv další práce na Eněrgiji i Buranu. Posledního červnového dne roku 1993 stvrdil tento nemilosrdný ortel svým podpisem tehdejší ruský prezident Boris Jelcin.
Dědictví Eněrgije
Většinu hardwaru uskladněného na Bajkonuru zničila v květnu 2002 propadlá střecha hangáru. Jednalo se o jediný exemplář Buranu, který vzlétl, a dále o tři středové stupně a šestnáct návěsných boků – tedy de facto tři a půl Eněrgije.
Z motorů RD-170 (návěsné bloky na Eněrgiji) a RD-171 (první stupeň Zenitu) vyvinuli Rusové dvoukomorový RD-180, který dnes slouží u spolehlivé americké rakety Atlas V v prvním stupni (do února 2014 proběhlo 43 bezchybných startů). Jednokomorová verze RD-191 pak poháněla první stupeň jihokorejské rakety Naro-1 a využívat ji bude i vyvíjený ruský nosič Angara.
Startovací komplex UKSS– původně zkušební stav – se dnes nachází ve vynikajícím stavu. Trvale na něm pracuje 110 údržbářů a členů ostrahy, a v budoucnu se tak může přeměnit na rampu pro další rakety. Jeho zásobníky se používají například pro skladování pohonných látek pro jiné nosiče na Bajkonuru. Naopak rampy 37 a 38 zůstávají v dezolátním stavu: jejich vybavení bylo částečně rozkradeno, zčásti jej odvezli a použili v projektu „mořský start“ – Sea Launch (využívá rakety Zenit). Podzemí komplexů zaplavilo asi 50 000 m³ vody.
