Diit.cz - Novinky a informace o hardware, software a internetu

TÉMA – Sojuz: Nejpoužívanější kosmický nosič

Nedávné výročí už šedesáti let od vypuštění první umělé družice Sputnik připomnělo nejen tuto významnou událost ale také první kosmickou raketu R-7, na jejímž základě vznikla rodina raket Sojuz. Ty vynášejí družice, sondy i pilotované kosmické lodě dodnes.

Nosič pro jadernou hlavici

Ještě v polovině 50. let mohl Sovětský svaz stejně jako Spojené státy využít jako nosiče svých jaderných zbraní na delší vzdálenosti v zásadě pouze strategické bombardéry. Mezi jejich startem a dosažením cíle by však uběhlo několik hodin. Zároveň byly snadno odhalitelné, čímž ztrácely moment překvapení.

V souvislosti s rozvojem raketové techniky během 2. světové války a po ní se proto jako východisko nabízel vývoj velkých raket. Vojáci v Sovětském svazu z počátku jejich vývoji nebyli nakloněni. A není se čemu divit – jejich dolet se na přelomu 40. a 50. let pohyboval řádově ve stovkách km, nebyly schopny zasahovat své cíle s dostatečnou přesností a jejich příprava ke startu byla příliš složitá. Nicméně sovětské vedení raketový vývoj podrželo, protože v balistických raketách správně vidělo velký potenciál.

Vlevo: Start rakety Sojuz v rámci projektu Sojuz-Apollo | Vpravo: Raketa Sojuz s kosmickou lodí Sojuz TMA-8 za letu

Zásadní impulz přišel v důsledku pokračujícího vývoje atomových zbraní. Nejen armádní představitelé si uvědomovali slabiny strategických bombardérů a východisko spatřovali právě v balistických raketách. V únoru 1953 proto dostává Hlavní konstruktér Sergej Pavlovič Koroljov za úkol vyvinout mezikontinentální raketu schopnou dopravit bojovou hlavici na vzdálenost až 8 000 km.

Koroljov s řadou svých spolupracovníků uvažoval nad mnoha variantami včetně okřídlených raketových stupňů nebo použitím náporových motorů. Nejreálněji se rýsovalo využití některé z raket řady R- s přidaným horním stupněm. Ještě v srpnu téhož roku však Sověti poprvé vyzkoušeli vodíkovou bombu a několik měsíců poté došlo k setkání šéfa sovětského atomového programu Igora V. Kuračatova s Koroljovem. Jaderné fyziky zajímalo, kolik dokáže raketa unést a Koroljov odpověděl, že kolem 3 t. To bylo málo, protože vodíková bomba měla podle tehdejších představ vážit mnohem více.

Porovnání několika variant rakety R-7

Koroljov nakonec slíbil, že se pokusí nosnost navýšit. Jenže z oddělení zabývajícího se výpočty nepřicházely dobré zprávy – dosud rozpracované koncepty neumožňovaly navýšit nosnost, jak by bylo potřeba. A tak přišel Koroljov s návrhem nosiče podle koncepce konstruktéra Tichonravova, který pro něj pracoval na výpočtech 1,5 stupňové, tzv. „svazkové“ rakety. Kolem centrálního raketového stupně navrhoval umístění bočních raketových bloků, které by se po vyhoření pohonných látek oddělily, zatímco centrální stupeň by pracoval déle. V květnu 1954 vláda návrh schválila a už v březnu 1953 podepsal Koroljov technický projekt.

První kosmický nosič

Výsledná raketa R-7 (8K71) známá jako „Semjorka“ nakonec měřila 34 m (výška byla různá podle bojové hlavice) a po natankování vážila 280 t. Centrální stupeň byl osazen raketovým motorem RD-108, každý postranní raketový blok pak podobným raketovým motorem RD-107. Oba motory spalovaly kombinaci kapalného kyslíku jako okysličovadla a kerosinu jako paliva.

K prvnímu startu rakety R-7 došlo už v květnu 1957, tedy jen čtyři roky po podepsání projektové dokumentace a několik měsíců před historickým vypuštěním první umělé družice. Ještě předtím museli konstruktéři prokázat schopnost rakety vzdálený cíl, což se jim podařilo v srpnu při celkově třetím startu rakety. 4. října tak mohl nechat Koroljov nad kosmodromem Bajkonurem zaznít polnici na znamení začátku kosmické éry.

Zařazení do výzbroje

Samotná raketa nicméně pro armádu z hlediska bojového nasazení nepřinášela ani zdaleka takové možnosti, jak by se na první pohled mohlo zdát. Na druhou stranu byla první raketou svého druhu v sovětském arzenálu, která mohla s momentem překvapení a prakticky bez obrany donést jadernou hlavici na mezikontinentální vzdálenost.

Do operační služby byla v roce 1960 nakonec zařazena jediná „bojová“ varianta známá jako R-7A (8K74). Oproti úplně původní raketě R-7 doznala řady změn spočívajících v lehčí konstrukci, výkonnějších raketových motorech i vylepšeném řídicím systému, díky čemuž vzrostl její bojový dolet až na 12 000 km.

Sověti ovšem měli dispozici jen šest startovacích ramp – dvě na Bajkonuru a čtyři na Plesecku. Ze stavby plánované raketové základny v blízkosti Krasnojarsku nakonec sešlo. Ve výzbroji zůstala raketa R-7 do roku 1967, než byla nahrazena novějšími vojenskými raketami dlouhého až mezikontinentálního doletu. Využití raket postavených na základě „Semjorky“ přesto úspěšně pokračovalo dále v podobě pokračující rodiny kosmických nosičů.

Jedno prvenství za druhým

R-7 respektive její další varianty známé pod celou řadou různých názvů se tak podepsali drtivou většinou sovětských úspěchů nejen v počátcích kosmonautiky. Sověti sice vyvinuli nebo se snažili vyvinout celou řadu dalších nosičů, ale ty nepřekonaly rakety vycházející z R-7 a její další varianty ani v počtu prvenství (z hlediska neseného nákladu) ani v počtu celkových startů.

Přeprava rakety Sojuz na startovací rampu

Za úspěch v počátcích kosmonautiky může samozřejmě i to, že Sověti neměli v počátcích kosmické éry jinou raketu se srovnatelnou nebo vyšší nosností. Kosmické rakety Kosmos vycházející z řady vojenských raket dokázaly vynést na nízkou oběžnou dráhu řádově jednotky podstatně méně. To však v žádném případě nesnižuje kvality R-7. Ba naopak v dlouhodobém horizontu se projevily všechny její výhody jako především spolehlivost i možnost zvyšování nosnosti postupným vylepšováním a přidáváním různých raketových stupňů.

Právě variabilita přitom umožnila využití rakety, jak pro vynášení nákladů na celou škálu oběžných drah, k Měsíci i planetám ve Sluneční soustavě. Z počátků kosmonautiky můžeme zmínit varianty Luna (8K72), Molnija (8K78) a Molnija-M (8K78M) vyvinuté k vynášení sond k měsíci a v posledním případě i Marsu.

Vztyčování rakety Sojuz na startovací rampě

Volba na R-7 padla i při výběru kosmického nosiče pro první kosmickou loď Vostok a není divu. Sověti v době příprav vypuštění prvního člověka na oběžnou dráhu také ještě neměli žádný jiný kosmický nosič s dostatečnou nosností. Navíc R-7 umožňovala ve variantách Vostok-L (8K72L) a Vostok-K (8K72K) vynést na nízkou oběžnou dráhu až 4 730 kg těžkou loď po přidání vcelku jednoduchého 3. stupně s jediným raketovým motorem RD-109 spalujícím taktéž kombinaci kapaného kyslíku a kerosinu.

Na základě rakety Molnija vznikl po odebrání 3. stupně nosič známý jako Voschod (11A57), který dokázal na nízkou oběžnou dráhu vynést už 5 900 kg. Sověti jej tak mohli použít pro pilotované lodě Voschod a posléze i pro špionážní družice řady Zenit, které mezi roky 1962 až 1967 vynášela také varianta nosiče známá Vostok-2 (8A92).

První jménem Sojuz

První raketa, v jejímž názvu můžeme nalézt jméno Sojuz/Vostok (11A510), startovala v letech 1965 a 1966 jen dvakrát. Hned další raketu z rodiny už však nesla pouze označení Sojuz (11A511). Konstruktéři jí vyvinuli na základě varianty Voschod jako 2,5 stupňovou raketu k vynášení družic, nepilotovaných i pilotovaných kosmických lodí. Na nízkou oběžnou dráhu dokázal Sojuz vynést 6 450 kg. Mezi roky 1966 a 1976 odstartovala raketa celkem 32krát, z toho 30krát úspěšně, a především se stala základem kosmickou raketu Sojuz-U.

Kosmický nosič Sojuz-U se zapsal do historie jako vůbec nejpoužívanější a zároveň nejdéle sloužící kosmický nosič. V letech 1973 až 2017 startoval celkem 765krát, z nichž pouze 22 startů bylo neúspěšných, z čehož vychází 97,2% úspěšnost. Jedním z neúspěšných startů byla v roce 1983 havárie s pilotovanou kosmickou lodí Sojuz T-10 přímo na startovací rampě, kdy posádku zachránil systém aktivovaný jen několik sekund před explozí rakety.

Pro pořádek je dobré uvést, že v 70. a 80. letech vzniklo ještě několik dalších variant, které sice nezaznamenaly tolik startů, ale o to zajímavější využití se s nimi váže. Například Sojuz-L (11A511L) byla určená pro vynášení sovětského lunárního modulu k jeho otestování na nízké oběžné dráze Země. Vycházela z úplně původní rakety Sojuz s přidaným 3. stupněm z varianty Molnija a měla tedy v podstatě stejnou konfiguraci jako pozdější Sojuz-U.

Za neméně zajímavou z hlediska vynášeného nákladu můžeme označit i variantu Sojuz-M (11A511M), o jejíž konfiguraci mnoho nevíme. Původně totiž byla vyvíjena jako nosič kosmické lodě Sojuz 7K-S známé také jako „vojenský Sojuz“. Během všech svých osmi známých startů nakonec vynesla pokaždé po jedné vojenské družici řady Zenit.

Éra orbitálních stanic

Zcela zásadní roli dodnes sehrává Sojuz ať už jako raketa, tak i jako kosmická loď při provozu orbitálních stanic. Rakety Sojuz vynášely stejnojmenné kosmické lodě ke všem sovětským orbitálním stanicím řady Saljut v letech 1971 až 1986 i k orbitální stanici MIR. V případě vynášení pilotovaných kosmických lodí Sojuz, respektive zásobovacích lodí Progress se bavíme o variantách Sojuz (11A511), Sojuz-U, Sojuz-U2 (11A511U2) a současný Sojuz-FG (11A511U-FG).

U mezinárodní kosmické stanice to byly právě rakety Sojuz, které se společně s americkými raketoplány dělily o výměnu posádek i dopravu nákladu. A po ukončení programu raketoplánů až dodnes vynáší jediné v na stanici provozované pilotované kosmické lodě. Bez nadsázky tak můžeme Sojuzy označit i za symbol éry, která přišla po ukončení závodů o měsíc – éry orbitálních stanic.

Jejich role v tomto ohledu přitom nekončí, protože Mezinárodní kosmickou stanici budou s největší pravděpodobností obsluhovat až do jejího konce. Na případnou stanici u Měsíce nebo delší cesty už však rakety Sojuz se svou nosností stačit nebudou. Ostatně i v případě sovětského lunárního programu se počítalo s využitím podstatně silnějších raket Proton a neúspěšné superrakety N-1.

Ruský nosič pro Evropu

Rusové nabízejí rakety Sojuz také pro komerční využití. Jedním z mnoha zákazníků se stala ESA (Kosmická evropská agentura), respektive společnost Arianespace.

ESA měla do roku 2003 k dispozici kosmickou raketu Ariane 4 s nosností 5 000 – 7 600 kg na nízkou oběžnou dráhu nebo 2 000 – 4 300 kg na dráhu geostacionární. Oproti tomu její nástupnická raketa Ariane 5 provozovaná od roku 1996 měla nosnost 16 000 kg na nízkou oběžnou dráhu nebo 6 950 kg na GTO. S ukončením provozu Ariane 4 tak Evropská kosmická agentura ztratila „menší střední“ nosič. Situaci proto řešila nákupem ruských Sojuzů, z čehož nakonec vnikl i společný projekt, jehož výsledkem je startovací rampa v evropském kosmodromu ve Francouzské Guyaně.

V současné době tak Evropská kosmická agentura využívá tři nosiče – lehkou raketu Vega, Sojuz-2 ruské výroby a Ariane-5, kterou má v budoucnu nahradit variabilnější Ariane-6.

Současné Sojuzy

V současné době provozují Rusové vedle Sojuzu­-FG řadu modernizovaných raket Sojuz-2, které postupně nahrazují předchozí varianty používané ještě od dob Sovětského svazu.

Sojuz 2.1a (14A14A) poprvé startoval už v roce 2004 a již nahradil varianty Molniju-M a Sojuz-U, tedy nejpoužívanější Sojuz všech dob. Oproti svým předchůdcům přináší především změny v digitalizaci navigačního a řídícího počítače, což se projevuje v podstatně větší flexibilitě řízení letu rakety, ale i její nosnosti. Oproti tomu Sojuz 2.1b (14A14B) využívá navíc i nový raketový motor RD-0124 ve třetím stupni. U obou jinak podobných raket však stále zůstává původní „svazkovitá“ koncepce rakety, kdy jsou k centrálnímu stupni připevněny čtyři postranní bloky.

Raketa Sojuz v montážní hale

Jedinou odchylkou od základního 1,5 stupňového uspořádání je Sojuz-2-1v (14A15) známý také jako Sojuz-1, který se proti ostatním raketám Sojuz docela zásadně odlišuje. Pro jeho 1. stupeň totiž konstruktéři nepoužili pro Sojuzy tolik typický čtyřkomorový raketový motor RD-107/108, ale motor NK-33 vyvinutý původně pro sovětskou superraketu N-1. Další a to na pohled nejviditelnějším rozdílem je absence tolik typických postranních raketových bloků. Výsledkem je proto podstatně menší nosič se startovací hmotností 158 t a nosností 2 850 kg na nízkou oběžnou dráhu.

Celkem mají rakety řady R-7/Sojuz do dnešních dnů (listopad 2017) na kontě již 1 812 startů, z nichž 1 747 bylo úspěšných, což z nich dělá historicky nejpoužívanější kosmický nosič. A vzhledem k průměrně 15 startům ročně za posledních deset let možná nakonec překonají i hranici dvou tisíc startů.

Diskuse ke článku TÉMA – Sojuz: Nejpoužívanější kosmický nosič

Pondělí, 11 Prosinec 2017 - 06:59 | ajne | Pěkný článek, děkuji. Pokud někoho zajímá tato...
Pátek, 8 Prosinec 2017 - 22:38 | Sheldoniq | Ten fyzik se jmenoval Igor Vasiljevič Kurčatov ....

Zobrazit diskusi