Space Shuttle: spousta možností, nic moc vyhlídky

Velikost kabiny raketoplánu v podstatě vylučovala použití záchranné věže (nebo podobného systému), či vystřelovacích sedadel pro všechny členy posádky. Astronauti nicméně mohli urychleně opustit rampu v později samostatných koších zavěšených na 363 m dlouhém laně. Během několika sekund by se tímto způsobem dostaly od rampy. Stejné, byť upravené koše mají k dispozici také astronauti lodí CrewDragon, protože SpaceX je „zdědila“ společně se startovací rampou. Boeing naopak na rampě pro starty s loděmi Starliner postavil sedačkovou lanovku.

Od 60. let NASA pamatuje i na možnost, že by se posádce nepodařilo opustit kabinu vlastními silami. Pro takový případ měly záchranné týmy k dispozici vojenské transportéry M-113 pokryté ablativní látkou, aby případně vydržely žár z požáru. Při startech nových lodí jsou pro případ nutnosti připraveny vozidla MRAP (Mine Resistant Ambush Protected).

Na druhou stranu během nekritičtějších prvních dvaceti sekund od startu neměla posádka raketoplánu v případě havárie v podstatě žádnou možnost záchrany. Raketoplán měl v tento čas příliš nízkou rychlost na jakýkoliv smysluplný manévr a byl zároveň příliš nízko na to, aby se astronautům vůbec stihly otevřít padáky.

Právě padáky však byly jediným způsobem záchrany členů posádky pro případ, že by raketoplán kvůli poškození nebyl schopen přistát. V takovém případě měli astronauti pyrotechnicky otevřít předpřipravený průlez a vysunout teleskopickou tyč zajišťující bezpečné opuštění pod křídlo letounu. K tomu ovšem bylo zapotřebí takřka vodorovného letu ve výšce do 10 km trvajícího alespoň 90 s, protože za kratší dobu by jej celá sedmičlenná posádka nemohla stihnout opustit. Mimochodem původní plán počítal s využitím raketových motorů na místo tyče. Po zkouškách s příslušníky námořní pěchoty byl nicméně vyhodnocen jako nebezpečný.

Nějak takto měli astronauti opouštět raketoplán v případě, že by nemohl kvůli poškození přistát (NASA)

Celistvost celé sestavy raketoplánu Space Shuttle předpokládaly všechny možné havarijní manévry. Přeci jen bylo zřejmé, že exploze celé sestavy by nevyhnutelně vedla ke zničení nebo takovému poškození samotného raketoplánu vylučujícím jakoukoliv záchranu posádky. Havárie raketoplánu Challenger z 28. ledna 1986 ostatně toto potvrdila.

Manévr RTLS (Return To Launch Site), tedy návrat na místo startu, byl závazný pro případ výpadku jednoho ze tří kyslíko-vodíkových motorů SSME (Space Shuttle Main Engine) do času T+256 s od startu. Raketoplán měl v takovém případě vystoupat do výšky nejméně 105 km, obrátit se a stále za běhu zbývající dvojice hlavních motorů snížit rychlost. Až poté mělo dojít k odhození velké externí nádrže ET (External Tank). Následně už by bylo možné potlačením uvést raketoplán do sestupného letu k návratu.

Časový úsek mezi T+256 až T+266 s od startu bylo možné provést výše uvedený manévr RTLS nebo manévr AOA (Abort Once Around), z něhož už nebylo úniku v čase po T+267 s od startu. V podstatě znamenal nouzový návrat po jednom jediném obletu po v podstatě balistické dráze. A přistání na základně White Sands v Novém Mexiku.

Pokud by tah motorů v počáteční fázi letu byl nižší než plánovaný, hrozilo kolem času T +260 s vytvoření časového úseku, během něhož by nebyl dostatek pohonných látek ani pro jeden ze dvou havarijních manévrů. V takovém případě se počítalo s nevyhnutelnou ztrátou raketoplánu. Posádka měla pak mít jedinou šanci na záchranu, a to opuštění stroje na padácích poblíž pevniny.

Schéma běžného startu a možných havarijních manévrů amerického raketoplánu (zdroj)

Zejména pro případ výpadku jednoho ze tří hlavních motorů v závěrečné fázi připadal v úvahu manévr ATO (Abort To Orbit), tedy navedení na stabilní oběžnou dráhu pomocí motorů OMS (Space Shuttle Orbital Maneuvering System). To dávalo čas na zvážení nouzového přistání na některém z celé řady před vybraných letišť po celé zeměkouli. Na manévr ATO jako na jediný z výše uvedených jednou došlo. Přes výpadek jednoho z motorů raketoplánu Challenger při misi STS-51F z 29. července 1985 nakonec mise proběhla navzdory nižší oběžné dráze oproti očekávané.

A zase záchranná věž

Záchranná věž je používána také na čínské pilotované lodi Shenzhou, která koncepčně i konstrukčně vychází z ruského Sojuzu. Věž zřejmě Číňané vyvinuli sami, o čemž svědčí celá řada testů z let 1995 až 1998. Zkušebně byla vyzkoušena při pozemních testech i při letu.

K aktivaci záchranného systému na lodích Shenzhou dochází 15 minut před startem. Samotná záchranná věž je k dispozici až do času T+120 s, kdy ve výšce 39 km dochází k jejímu „odhození“ nebo přesněji řečeno odletu. Dalších 40 s pak je v případě potřeby možné dostat loď od rakety zážehem slabších raketových motorů. Po uvedeném čase už v úvahu přichází jen vypnutí motoru na posledním stupni nosné rakety (či spíše v případě jeho selhání) a nouzový sestup buď ještě na území Číny nebo u jižního pobřeží Japonska.

Indický Pad Abort Test (zdroj: Wikipedia)

V rámci vývoje vlastní kosmické pilotované lodi Gaganyaan vyzkoušela záchrannou věž také Indie. Tzv. ISRO Pad Abort Test, tedy opuštění rampy z nulové rychlosti a výšky, se uskutečnil 5. července 2018. Kabina přitom dosáhla maximálního přetížení 10 g, což by posádka případně ve zdraví přežila. Poté kabina vystoupala do maximální výšky 2,75 km, následovalo oddělení a vypuštění dvojice padáků. Po 259 s od startu dosedla do vln v Bengálském zálivu.

Orion podobně jako Apollo

Pro loď Orion zkoušela NASA alternativně tlačný systém Max Launch Abort System. Podstatná část tahu tak byla vytvářena čtveřicí motorů umístěnými v trunku pod maketou kabiny. 8. července 2009 se dokonce uskutečnil test, ale nakonec volba padla opět na klasickou záchrannou věž.

Záchranná věž pro loď Orion (zdroj)

K jejímu vyzkoušení došlo při testu Pad Abort-1 ze země už 6. května 2010. Bylo při něm dosaženo výšky 1,8 km a kabina úspěšně přistála 2,1 km od místa startu. Po dlouhých devíti letech, 2. července 2019, nadešel čas také na zkoušku Ascent Abort-2, tedy při letu. S využitím urychlovacího motoru na tuhé pohonné látky (upravený první stupeň Minotaur IV) byla kabina vynesena až do výšky 9 400 m, kdy jako je při nejvyšším aerodynamickém namáhání byla aktivována do činnosti záchranná věž. Test byl opět úspěšný, i když při něm kvůli úspoře nebyl zkoušen padákový systém.

Vypuštění makety lodi Orion k testu záchranné věže za letu (zdroj)

Záchranná věž být k dispozici pro případ potřeby až do času T+120 s od startu, respektive výšky 91 km. Tedy do odhození dvojice velkých urychlovacích motorů SRB (Solid Rocket Booster) na tuhé pohonné látky.

Po odhození věže se loď Orion bude moci oddělit od horního stupně nosiče buď s pomocí motoru AJ-10 přístrojového modulu nebo menších trysek se vzdálit. Protože po tuto dobu ještě nebude na oběžné dráze, bude nevyhnutelný návrat. V případě letů k Měsíci pak má kabina dosedat buď u západního pobřeží Španělska nebo Maroka.

Vizualizace jednotlivých kroků činnosti záchranného systému pro loď Orion (zleva) (NASA) (zdroj)

Pro případ nutnosti je připravován i scénář návratu po jediném obletu, tedy vlastně podobný manévru AOA u raketoplánu. V takovém případě by kabina Orionu mohla přistávat do oceánu u západního pobřeží Spojených států, případně na zemi Edwards Air Force Base, či základně White Sands v Novém Mexiku. Ty budou připraveny i pro případ, kdyby nebylo dosaženo ideální oběžné dráhy a zásoby pohonných látek samotné lodi by nestačily na její zkorigování.

Nové americké lodě s novými záchrannými systémy

První soukromá pilotovaná loď Crew Dragon od SpaceX má osm motorů SuperDraco umístěných revolučně přímo v konstrukci kabiny po čtyřech dvojicích. Původně měly být používány i pro motorové přistání, ale z toho sešlo. Nejdříve byl 6. května 2015 byla provedena zkouška ze země. O takřka pět let později, 19. ledna 2020, následovala zkouška za letu. V okamžiku maximálního aerodynamického namáhání došlo programově k záměrnému snížení tahu nosné rakety a tím pádem k aktivaci záchranného systému. Následoval zážeh motorů a odlet kabiny do bezpečné vzdálenosti od rakety.

Oproti tomu loď CST-100 alias Starliner má naopak čtveřici motorů RS-88 záchranného systému umístěné vespod přístrojového modulu – v podstatě tak jde o tlačný systém. Každý z motorů má sám o sobě tah 177 kN, celkově tedy 708 kN. Pozemní zkouška celého záchranného systému proběhla 4. listopadu 2019.

Zkouška záchranného systému New Shepard

Odolná raketa New Shepard

Záchranným systémem je vybavena i kabina suborbitální rakety New Shepard od Blue Origin. Ke zkoušce doslova za letu došlo 5. října 2016 v západním Texasu. Plánovaná aktivace záchranného systému proběhla 45 s po startu při rychlosti 630 km/hod v době maximálního namáhání. Kabina následně v čase T+255 s přistála na padácích, na kterých jinak dosedá i po běžném letu. Nečekaným překvapení bylo to, že test přežila i samotná raketa, která prokázala jistou odolnost a následně sama přistála na místě svého startu.