Zkouška záchranné věžičky lodi Mercury z 9. 5. 1960. Omylem byla v podstatě zopakována chybnou inicializací záchranného systému také 21. 11. stejného roku, na kdy byla plánována zkouška kapsle při maximálním aerodynamickým zatížením.

Od počátku pilotovaných programů bylo jasné, že kosmické lety sebou ponesou riziko havárie. Konstruktéři se proto snažili předvídat možné situace a navrhovat řešení. Jednou takovou obecnou možností bylo a je selhání nosiče, což obvykle v prvotní fázi vypuštění končí explozí. Ostatně plně natankovaná raketa pro vynesení kabiny na oběžnou dráhu váží minimálně několik stovek tun, z čehož více než 90 % představují pohonné látky. 

Vystřelovací sedadlo pro prvního kosmonauta

Už v první pilotované lodi Vostok seděli kosmonauti po celou dobu letu na katapultovacím, respektive vystřelovacím sedadle. Jako prostředek k nouzovému opuštění kabiny jej bylo možné použít v prvních 40 sekund od startu. Představa kosmonauta vylétajícího z lodi na špičce explodující rakety je sice děsivá, ale alespoň nějaká možnost záchrany to byla.

Prvních šest kosmonautů dokonce muselo katapultáž k opuštění kabiny použít, byť nikoliv za letu na raketě, nýbrž plánovaně při každém z návratů. Kosmická loď Vostok prostě neumožňovala hladké přistání – byla příliš těžká a k tomu dosedala na pravý bok. Kosmonaut se proto musel ve výšce 7 km katapultovat a posléze přistát na padáku. Dnes už víme, že namále měla Valentina Těreškovová, první žena „ve vesmíru“. Při katapultáží propadla panice a přikázanou polohu těla neudržela. O okraj vstupního otvoru naštěstí pouze lehce zavadila a v obličeji si udělala pořádnou modřinu. Sověti tento způsob přistávání (mimo vlastní kabinu) dlouho dobu tajili, aby nepřišli o světový rekord ve výšce letu člověka. Pravidla Mezinárodní letecké federace FAI (Fédération Aéronautique Internationale) totiž zakazovala, aby pilot přistál jinak než ve svém letounu.

Kosmonauti v nástupnické lodi Voschod určené pro dvou nebo tří-člennou posádku (v případě 1. letu) už pro nedostatek místa vystřelovací sedadla neměli. Stejně jako žádnou možnost, jak se v případě havárie nosné rakety dostat do bezpečné vzdálenosti. Naštěstí z obou misí se ve zdraví vrátili.

O tom, že ani sama katapultáž nemusí dopadnout dobře se mohl na vlastní oči přesvědčit i americký astronaut John Young, když sledoval zkoušku katapultovacího systému pro lodě Gemini. Při ní nedošlo kvůli selhání procedury k odstřelení překrytu kabiny a vystřelovací sedadlo jej doslova prorazilo. Že by takovou situaci astronaut nepřežil snad není třeba vysvětlovat.

Kreslená představa katapultáže obou astronautů z kabiny lodě Gemini (NASA)

Posádky amerického raketoplánu Space Shuttle seděly při několika prvních misích také na vystřelovacích sedadlech. Později nicméně byla odstraněna. Nebylo je možné dát každému z obvykle sedmi astronautů, a tak jej nedostal žádný.

Mercury první se záchrannou věžičkou

S konceptem záchranné věžičky, či věže přišel americký konstruktér Max Faget v roce 1958 během prací na lodi Mercury určené nejdříve pro suborbitální a posléze i orbitální kosmické lety. Princip takového řešení je v zásadě jednoduchý: kabina s posádkou se pyrotechnicky oddělí od rakety a motory umístěné na konstrukci záchranné věže ji rychle dopraví do bezpečné vzdálenosti. Poté následuje oddělení věže, vystřelení padáků kabiny a její dosednutí (v tomto případě do vln oceánu). Pro ověření aerodynamických vlastností kapsle během letu a testům únikového systému dala NASA vyvinout raketu Little Joe, jenž se skládala ze šesti až osmi převzatých raketových motorů na tuhé pohonné látky. Tehdejší a později při letech používané nosiče Redstone a Atlas byly pro testovací lety moc drahé. 

První test záchranné věžičky proběhl zároveň při prvním startu rakety Little Joe 21. srpna 1959 po pouhých 20 sekundách od startu. Druhý následoval 4. listopadu 1959 během třetího letu rakety a další dva testy následovaly při dvou posledních startech, kdy byly simulovány nejhorší možné podmínky.

Historicky první použití záchranné věžičky s posádkou se datuje k 31. lednu 1961. Na palubě však nebyl člověk, nýbrž šimpanz Ham. Během letu se raketa Redstone začala odklánět z plánované dráhy a následkem vyšší spotřeby kyslíku předčasně zhasl raketový motor. Pokles tlaku v jeho komoře způsobil aktivaci záchranné věžičky. Šimpanz sice přežil, byť musel (nikoliv však jen použitím záchranné věžičky) při návratu snést přetížení až kolem 15 g. Pro jistotu byl naplánovaný další zkušební let – NASA nechtěla riskovat a při dalším startu vypustit podle plánu na suborbitální dráhu Alana Sheparda. A tak Spojené státy přišly o jedno, byť částečné prvenství, protože mezitím Sověti vypustili rovnou na oběžnou dráhu Jurije Gagarina.

Záchranná věž pro Apollo

Použití vystřelovacích sedadel naopak bylo nepraktické u větších kosmických lodí nejen k jejich konstrukčnímu řešení ale i podstatně větším nosičům. Bylo odhadováno, že takový Saturn V by při explozi vytvořil ohnivou kouli o průměru kolem 600 m. Bylo proto nutné astronauty dostat rychle co nejdál a zároveň je po celou dobu chránit stěnou kabiny jako takové. Volba tedy opět padla na záchrannou věž.

Záchranný systém LES (Launch Escape System) pro Apollo byl dlouhý 12 m a vážil celkem 4 200 kg včetně pohonných látek. Ústřední součástí byla centrální konstrukce svařovaná z titanových trubek představující samotnou věž. Její povrch musel být ošetřen nástřikem izolačního materiálu chránícím před žárem z motorů. Ty byly jako je obvyklé na tuhé pohonné látky. Hlavní motor hořel až 8 sekund a poskytoval tah 690 kN rozložený do čtyřech trysek. Nad hlavním motorem byl ještě menší motor pro „odhození“ věže a náklonový.

Kresba záchranné věže LES s kabinou lodě Apollo (NASA)

K testování záchranné věže vznikla podobně jako tomu bylo v případě lodě Mercury také zkušební raketa Little Joe II. Kontrakt na její výrobu byl zadán už v roce 1962, testy probíhaly od srpna 1963 do ledna 1966 na střelnici White Sands Missile Range v Novém Mexiku. Raketa pochopitelně musela být vzhledem k vyšší hmotnosti kabiny se záchranným systémem silnější. Opět vznikl složením různého počtu převzatých raketových motorů na tuhé pohonné látky. Celkem proběhlo pět testů únikového systému, z nich tři byly úspěšné. Krom toho proběhly i na dva pozemní testy z nulové výšky bez nosiče. Výsledkem bylo vychytání několika mála much a konstatování, že posádka by případně s největší pravděpodobností přežila.

LES v akci během druhého pozemního testu (NASA)

Pro případ havárie rakety Saturn (uváděné výšky odpovídají vynášení menším Saturnem IV i větším Saturnem V), které vynášeli lodě Apollo byla navržena celá řada různých scénářů. Až do výšky 3 000 bylo schéma (s kódovým označením one alpha) použití záchranného systému velice podobné jako při aktivaci na rampě, tedy s využitím náklonového motoru, který by loď nasměroval nad oceán. Od výšky 3 000 m do 30,5 km (scénář one bravo) už by probíhala inicializace systému bez něj. I odhození záchranné věže už mohlo dojít k oddělení lodě od posledního stupně. Pro takový případ existovala celá řada možností od okamžitého nouzového přistání až po nouzové navedení na oběžnou dráhu.

Nejprověřenější záchranný systém SAS lodi Sojuz

Se záchrannou věžičkou přišli také Sověti pro lodě Sojuz, původně určené k letům k Měsíci. Hlavní výzvou bylo tehdy navrhnout systém tak, aby dokázal odnést loď s kosmonauty do bezpečí i v případě exploze rakety přímo na rampě a v počáteční fázi letu. Během vývojových prací bylo nutné vytyčit konkrétní ukazatele, podle kterých aktivovat různá schémata záchranného systému. Už v průběhu roku 1963 přišli inženýři z různých oddělení s návrhem systému známého pod zkratkou OGB SAS (Sistěma Avarijnogo Spasenija).

Záchranný systém SAS připojení k lodi Sojuz (pod kryty), vzadu horní stupeň rakety Sojuz

V letech 1966 a 1967 proběhly první dva testy záchranného systému. Jeden z nich ukázal na nutnost přidání tepelné ochrany konstrukce věže jako tomu bylo ostatně i v případě podobného systému pro americkou loď Apollo. Na ruské straně se testování bohužel neobešlo bez obětí. 14. prosince 1966 mělo dojít k aktivaci systému SAS a údajně smrti tří osob pracujících na rampě. Inženýři pak dokonce zvažovali aktivaci systému až po zážehu prvního stupně rakety. K neplánovaným použitím systému SAS došlo také minimálně během tří z celkem čtyř neúspěšných startů (při 3. startu nesla jen maketu horního stupně bez záchranného systému) sovětské superrakety N-1, jenž měla vynášet právě lodě Sojuz k Měsíci. Při všech těchto nepilotovaných startech byla kabina zachráněna.

Jednotlivé součásti záchranného systému LAS (Pruzan, Mendenhall, Rose and Schuster – Wikipedia + NASA)

Systém SAS byl postupem času vyvíjen společně s novými verzemi kosmické lodě. Podle toho se měnily jeho parametry stejně jako možné časy, do kdy jej bylo možné použít. K velkému zásahu došlo u systému pro loď Sojuz TM, kdy byly dva hlavní motory nahrazeny jediným. U novějších lodí Sojuz TMA používanými do roku 2012 se uvádělo, že k odhození věžičky dochází v čase T+113 s od startu ve výšce 41,44 km.

K prozatím jedinému použití záchranné věže při letu s lidskou posádkou došlo 26. září 1983, kdy zachránila kosmonauty před jistou smrtí. Vladimir Titov a Gennadij Strekalov už seděli v kabině lodě Sojuz T-10-1. Asi minutu před startem vypukl v motorové sekci 1. stupně rakety Sojuz U požár. K aktivaci záchranného systému nedošlo v důsledku prohoření kabeláže hned. Pokyn přímo systému proto museli dát rádiově dva operátoři sedící v jiných místnostech. Až poté následovala aktivace záchranného systému. Pouhé tři sekundy na to raketa na rampě explodovala. Kabina dosedla 4 km od startovní rampy, na které ještě dlouho hořelo. Žádný z kosmonautů přitom během celé procedury nebyl ani zraněn a oba se podívali ještě poté do kosmu.

Záchranný systém SAS dostává do bezpečí loď Sojuz od stejnojmenné rakety zachvácené v plamenech

Takhle nějak vypadala havárie Sojuzu v roce 2018

11. října 2018 odstartovala s pilotovanou lodí Sojuz MS-10 raketa Sojuz-FG, který do té doby startoval 63x a vždy úspěšně. Let probíhal standardně až do anomálie při oddělení postranních urychlovacích bloků. Následovalo zahájení sekvence jejich oddělení v čase T+117,8 s po vyčerpání pohonných látek. U postranního D ovšem nedošlo k jeho „odstrčení“ od centrálního stupně. Na místo toho se tento blok sesunul podél centrálního a zhruba v čase T+121 s jej zasáhl, poškodil nádrž a způsobil odchylku. Tu prakticky okamžitě zaznamenal řídící počítač a v čase T+122 vydal pokyn k deaktivaci nosné rakety a spuštění záchranného systému. Krátce na to došlo k zážehu dvou párů raketových motorů na tuhé pohonné látky, které odnesli kabinu ještě i s přístrojovým modulem do bezpečí. Tentokrát kosmonauti neutrpěli žádná zranění.

Na další díl o záchranných systémech se můžete těšit příští týden...