Nová Aelita

PETR TOMEK  |  Vesmír
Pokud se Rusko opravdu odhodlá ke stavbě lodě pro let k Marsu, půjde pravděpodobně o obdobu některého ze starších mezinárodních projektů.

Nedávno se ředitel ruské federální kosmické agentury Roskosmos Anatolij Perminov nechal slyšet, že prezident Medveděv podpořil jeho návrh na stavbu meziplanetární kosmické lodi určené pro expedici na Mars. Pokud prohlášení nevzbudilo větší zájem, pak jen proto, že v Rusku sice vzniká poměrně mnoho zajímavých projektů, ale jen minimum z nich se dočká uskutečnění. Přesto je prohlášení něčím opravdu výjimečné. Poprvé totiž některá země ohlásila, že má v plánu skutečně postavit meziplanetární loď. Ale čím se vlastně taková loď liší třeba od projektu, jakým bylo Apollo?

První, u čeho se musíme zastavit, než začneme rozebírat skutečné možnosti výpravy k Marsu, je velikost Sluneční soustavy a vzdálenosti planet. I když byly cesty lodí Apollo úžasným vítězstvím vědeckého světa, přesto se jeví jako titěrné ve srovnání s cestami, které vyžaduje expedice na Mars. Měsíc je těleso vázané na Zemi, přičemž střední vzdálenost Země–Měsíc je 384 000 km. (Cesta na něj byla ale delší, protože podle Keplerových zákonů nevedla po přímce.) Přesto střední vzdálenost Země–Měsíc představuje jen asi jednu stopadesátinu minimální vzdálenosti Země–Mars.

Pokud byste si pro představu nakreslili přímku představující minimální vzdálenost mezi Zemí a Marsem na papír formátu A3, obkružovaly by cesty lodí Apollo tečku představující naši Zemi ve vzdálenosti necelých tří milimetrů. Přitom ale cesta mezi oběma planetami je vlastně pohyb mezi dvěma pohybujícími se tělesy a stejně jako cesta na Měsíc neprobíhá po přímce. Expedici tedy může ohrozit i nepatrná chyba navigace. Také čas, který budou muset členové expedice strávit ve vesmíru, nebude počítán na dny, ale na měsíce. I nejoptimističtější vize odhadují délku letu na dobu přes sto dní.

Mnohem pravděpodobnější je ale scénář, podle kterého stráví kosmonauti na palubě cestou tam více než půl roku. Po několikatýdenním pobytu na marsovském povrchu je pak bude čekat stejně dlouhá cesta zpět. Budou se muset vypořádat s radiací, atrofií svalstva, problémy oběhového systému i s nedostatkem čerstvé stravy. Ano, to jsou známá fakta, o kterých již bylo popsáno množství papíru. Mnohem zajímavější je ale něco jiného. Totiž jak vlastně Rusové svou loď postaví? Podle čeho? Jaké znalosti mohou při stavbě využít?

Ticho

Kolem sovětských a ruských projektů, které se nedožily uskutečnění, se dnes rozprostírá hrobové ticho. Zdá se, jako kdyby se nikdy nic z toho nestalo, jenže to není pravda. Pokud bychom měli hledat počátky, musíme se zastavit u projektu TMK Aelita (ťaželyj měžplanětnyj korabl — těžká meziplanetární loď), který byl zahájen v šedesátých letech. Nebyl to rozhodně první takový projekt, ale došel poprvé až ke konkrétním řešením. Jméno dostal podle filmu Jakova Protozanova natočeného roku 1924 na motivy románu Alexeje Nikolajeviče Tolstého, jehož děj se částečně odehrává právě na Marsu. Vývoj probíhal v konstrukční kanceláři OKB-1 pod vedením akademika Mišina.

Mělo jít o meziplanetární loď poháněnou iontovým motorem pracujícím na xenon s měrným impulzem 8000 s, kterému by potřebnou energii dodávaly dva jaderné reaktory JaE-2 chlazené kapalným lithiem (celkový výkon 15 MW). Loď byla členěna na přístrojový úsek se spojovacími uzly pro VA (návratový aparát) a MPK (marsovský výsadkový modul), pracovní prostor, laboratorní prostor, biotechnologický prostor, obytný prostor, místnosti posádky a motorový úsek.

Pro přistání na Marsu měl posloužit modul MPK s asymetrickým diskovitým štítem o průměru 11 metrů a po návratu na oběžnou dráhu Země měla posádka použít modul VA k přistání. Celkovými rozměry se Aelita blíží spíše velikosti orbitální stanice než dnešních kosmických lodí. Aelita měla být 175 metrů dlouhá a 17 metrů široká. Celková hmotnost by se vyšplhala na 150 tun. Cesta Aelity měla trvat selkem 630 dní, z toho 30 dní by kosmonauti strávili v blízkosti Marsu a na jeho povrchu. Koncem roku 1969 byl ale projekt odložen.

Srovnání velikostí Marsu, Měsíce a Země. Rovníkový průměr Marsu je 6804,9 km, Měsíce pouhých 3476,2 km a Země 12 756,270 km.

Mezidobí

Koncem šedesátých let bylo jasné, že použitelné elektrické raketové motory a dostatečně silný zdroj energie zůstanou ještě několik desetiletí nedosažitelným snem. Osmdesátá léta byla pak labutí písní také skutečných jaderných raketových motorů – amerického motoru NERVA i sovětského RD-0410. Také ony měly sloužit meziplanetárním lodím pro cesty na Mars. Tvořil je vlastně jaderný reaktor s kanálky, kterými protékala ohřívaná pracovní látka (vodík) vstupující dál do trysky. Jejich měrný impulz byl sice více než dvakrát vyšší než v případě běžných raketových motorů, byly však nepředstavitelně těžké. Není divu – tvořil je téměř kompaktní blok karbidu uranu.

Přitom uran má oproti olovu skoro dvojnásobnou hustotu. Dokončený motor RD-0410 měl tah 3,5 tuny, ale sám vážil dvě. Na Zemi by tedy neunesl ani vlastní palivo. Zdánlivě tehdy vývoj jaderných raketových motorů skončil. Přeskočíme teď několik let a uvidíme úplně jiný obrázek. Až do roku 1988 probíhaly nedaleko Semipalatinsku testy motorů Bajkal-1. Celkem třicet simulovaných startů bez závad. Od roku 1989 pak vznikají projekty bimodálních jaderných raketových motorů, které by měly dokázat loď nejen pohánět, ale také ji zásobovat elektřinou. Určitým problémem byla velikost plánovaných meziplanetárních lodí.

Přestože šlo o modulární systémy sestavované až na oběžné dráze, byly prostě pro běžné nosné rakety Sojuz příliš těžké. Pro jejich vynášení se tedy počítalo s použitím superraket N-1 a později také s nejtěžšími variantami superrakety Eněrgija včetně nikdy nerealizované verze Vulkan. Pokus o vývoj N-1 však skončil fiaskem a raketa Eněrgija byla v osmdesátých letech stažena pro nedostatek vhodných užitečných zatížení. Každý současný pokus o oživení projektů ruských meziplanetárních lodí je tedy zároveň spojen se snahou o obnovení vývoje těžkých superraket.

Zásnuby kosmických agentur

Devadesátá léta začala zhroucením Sovětského svazu, ale také přiblížením některých ruských kruhů Západu. Bylo to v ruském kosmickém výzkumu období výprodeje. Motory vyvinuté pro nosné rakety Eněrgija a N-1 putovaly pečlivě zabalené přes hranice a brzy začali konstruktéři NASA pošilhávat i po ruských jaderných motorech. Koncepce, která mezitím na Východě vznikla, umožňovala vyrábět reaktory mnohem lehčí, než byly primitivní konstrukce šedesátých let. Palivové tyče byly stále z karbidu uranu, ale připomínaly síť spirálovitě zkroucených trubiček nebo stuh. Vodík procházející aktivní oblastí přebíral od jaderného paliva mnohem více tepla, a proto mohl být reaktor menší.

Samostatný chladicí okruh naplněný směsí helia a xenonu dokázal odebírat teplo v době, kdy nebylo potřeba využívat motor k pohonu a pomocí generátoru z něj získávat elektrický proud. Ruská kosmonautika ve finanční tísni přijala návrh na společný projekt meziplanetární lodě pro expedici na Mars a vývoj udělal další krok. Konstruktér dr. Stanley K. Borowski z NASA přidal do celého systému vlastní zajímavé vylepšení: do nadzvukové části trysky navrhl vstřikovat kapalný kyslík. Touto „forsáží“ se sice zhoršil měrný impulz, ale dále se zvýšil tah v poměru k hmotnosti motoru.

Zmenšila se také celková hmotnost konstrukce lodě, protože kapalný kyslík má při stejné hmotnosti přibližně sedmnáctkrát menší objem než kapalný vodík. Dalším důvodem pro použití kyslíku v jaderných raketových motorech byla jeho dostupnost. Zatímco vodík je na Měsíci poměrně vzácný, určité množství vázaného kyslíku obsahuje téměř každý měsíční kámen. Devadesátá léta tedy v odborných kruzích zabývajících se marsovskými projekty „žila“ teoriemi o těžbě kyslíku na Měsíci a jeho využití při kolonizaci Sluneční soustavy. Jak víme, ani tentokrát z toho nic nebylo, jenže v onom „nic“ měli Rusové už jasné slovo. A hlavně měli co nabídnout. Se stejnými motory bylo počítáno také v projektech navržených v prvních letech nového tisíciletí. Samozřejmě všechny stále leží pečlivě uschované v archivech NASA, jenže díky nim máme jistou představu o možnostech ruské kosmonautiky.

Nová loď!

Vzhledem k tomu, že kroky ruských vědců na sebe stále navazují, není tak těžké si představit, jak by loď, o které mluvil Anatolij Perminov, mohla vypadat. Pravděpodobně se bude velmi podobat některému z rusko- amerických nebo rusko- americko- evropských projektů. Nejprve ale bude potřeba buď obnovit projekt nosné superrakety Eněrgija, nebo vyvinout nový, dostatečně výkonný nosič schopný vynést na oběžnou dráhu náklad o váze kolem 100 tun. Teprve ve vesmíru bude možné sestavit gigantickou kosmickou loď, naplnit ji jaderným palivem, vodíkem, kyslíkem a všemi věcmi potřebnými pro život posádky.

Poměrně dlouhou dobu tedy stráví na oběžné dráze jako orbitální stanice, než bude moci opustit vliv Země. Na její cestě k Marsu ji budou pohánět bimodální jaderné raketové motory používající jako pracovní látku kapalný vodík. Pravděpodobné je také jejich vylepšení přídavným spalováním kyslíku v nadzvukové části trysky. Kabinu posádky pokryje vícevrstevný štít proti kosmické radiaci obsahující vrstvy kovu a polyetylenu. Přesto bude možná obklopena ještě nádržemi s vodíkem a nádržemi s vodou. Cestu ze Země na Mars zvládne mezi 200 a 300 dny, podle konkrétního druhu motorů a podle doby startu.

Tři nebo čtyři motory s měrným impulzem 600 až 800 sekund (číslo říká, jak dobře dokáže konkrétní typ raketového motoru využít palivo; udává, kolik sekund dodává jeden kilogram paliva tah jednoho newtonu) budou pracovat jen v poměrně krátkém období urychlování a při navádění na oběžnou dráhu Marsu a Země. Vzhledem k možnému bimodálnímu režimu motorů není vyloučeno, že po prvotním urychlení budou elektrickou energií z jaderných motorů zásobovány iontové motory nebo motory VASIMR. Tím by bylo možné dobu letu dále výrazně zkrátit. Po urychlení na dráhu k Marsu je možné vytvořit na palubě umělou gravitaci rotací kolem příčné osy.

Jaderný motor by přitom tvořil protiváhu kabiny. V současnosti ale není umělá gravitace považována za nutnou podmínku expedice. Stejně jako v případě projektu TMK Aelita budou mít kosmonauti na průzkum povrchu Marsu přibližně třicet dní. Kosmická loď se tentokrát asi nevydá na svůj let sama. Buď dostatečně dlouho před vlastním pilotovaným letem zakotví na oběžné dráze Marsu automatická nákladní loď se zásobami paliva na zpáteční cestu a snad i automatická loď vezoucí přistávací modul, nebo se na expedici vydá několik lodí současně. Jedna z nich možná opět ponese jméno Aelita.

Nanečisto

„Jedna vlaštovička jaro nedělá“ a jeden experiment s dlouhodobou izolací nemusí znamenat mnoho. Jenže pokud si do skládačky ruských pokusů doplníme i dlouhodobé pobyty posádek na palubě orbitální stanice Mir a pokročilý výzkum pohonných jednotek, začne i současný experiment Mars 500 vypadat jinak. V průběhu testů na palubě Miru se totiž ukázalo, jak problematická je právě lidská psychika v odloučení od pozemského světa. V komplexu NEK patřícímu Ruské akademii věd proběhne příští rok experiment simulující expedici na Mars včetně výstupu na marsovský povrch. Celkem stráví „kosmonauti“ v izolaci 520 dní.

nanečisto

Modul pro Mars

modul pro Mars

Projekty cesty na Mars se často tak soustředí na nebezpečí dlouhého přeletu, že jeden z nejtěžších oříšků – marsovský modul – zůstává úplně v ústraní. Mars má jen 0,36 g, tedy o něco více než třetinovou gravitaci ve srovnání se Zemí. To je ale také více než dvakrát tolik co Měsíc (0,1654 g). Zatímco pro start z povrchu Měsíce stačil lunární modul velikosti automobilu, jako modul pro Mars bude potřeba skutečná raketa.

Na Měsíci je 1. kosmická rychlost (kruhová) 1,68 km/s, ale na Marsu už 3,56 km/s. Navíc má Mars atmosféru. Ta je sice příliš řídká na to, aby modul dostatečně zabrzdila, ale zároveň dost hustá na to, aby při sestupu rozžhavila jeho povrch. Modul tedy bude muset mít jak tepelný štít, tak brzdicí motory a navíc s sebou ponese tuny potenciálně nebezpečného paliva pro návrat zpět na oběžnou dráhu.


Myslíte si, že na Marsu budou první Rusové? Hlasujte na www.vtm.cz/ankety

Nejčtenější