Dne 21. července 2011 úspěšně přistál raketoplán Atlantis a jeho mise označená STS-135 ukončila dlouholetý a úspěšný program, který americká NASA zahájila na konci šedesátých let minulého století. Cílem bylo vyvinout a postavit nový typ kosmického dopravního prostředku, který by startoval jako raketa a přistával jako letadlo a jehož přepravní kapacita by umožnila dopravovat na nízkou oběžnou dráhu a následně zpět na Zemi kromě až sedmičlenné posádky i náklad o váze až 23 tun.
Všechna fota: Archiv ASÚ AV ČR
První start nově vyvinutého raketoplánu, pojmenovaného Columbia, se uskutečnil 12. dubna 1981 pod označením STS-1. Původní plán představoval výrobu pěti raketoplánů určených pro orbitální lety a jejich poměrně velmi časté starty – v průměru jednou týdně. Vyjma hlavní palivové nádrže, která byla vždy zničena při návratu na Zemi, mohly být opakovaně používány pomocné startovací rakety na pevné palivo; poté co vyhořely, padaly na padácích do oceánu, byly vyloveny a opět použity.
Projekt měl snížit cenu za vynesení nákladu na oběžnou dráhu. Skutečnost však nakonec byla jiná. Frekvenci startů nebylo možno dodržet, příprava každého startu a jeho bezpečné provedení vyžadovaly daleko více času, než se čekalo. Navíc, dva ze šesti strojů postihly technické problémy, které vedly k jejich zničení a ke smrti obou posádek. V prvním případě (v lednu 1986) kvůli velmi nízkým teplotám na Floridě před a během startu raketoplánu Challenger netěsnily těsnící kroužky jeho pomocných raket a propálená hlavní palivová nádrž následně explodovala. V druhém případě (v únoru 2003) se při startu raketoplánu Columbia poškodil tepelný štít a přehřátím hlavního křídla během přistání došlo k dezintegraci celého stroje.
Ukázka dat získaných Hubbleovým teleskopem – spirální galaxie NGC-1672
Důsledkem těchto skutečností se za 30 let existence raketoplánů uskutečnilo dohromady „jen“ 135 misí, z toho 133 úspěšných. Celkové náklady se blíží částce 170 miliard dolarů (k roku 2008). Bez ohledu na nečekaně vysoké náklady na jejich provoz představují raketoplány nejdokonalejší a nejambicióznější vesmírný dopravní prostředek, který člověk dosud vytvořil. Bez jejich existence by nebylo možné vypustit na oběžnou dráhu vesmírný teleskop o velikosti srovnatelné s autobusem nebo vybudovat obrovskou vesmírnou stanici, trvale obydlenou vědci-astronauty.
Raketoplán připravený ke startu se skládá ze tří hlavních komponent – vlastního raketoplánu, externí nádrže na tekuté palivo (kyslík a vodík) a dvou pomocných startovacích raket na pevné palivo. Jak již bylo řečeno, externí nádrž se po vyčerpání paliva odpojila a při návratu shořela v atmosféře, obě pomocné rakety se po vyhoření vracely na Zemi na padácích a byly opětovně používány. Tyto rakety produkovaly 83 % energie potřebné ke startu. Nákladový prostor raketoplánu měl rozměry 4,6 x 18 m a umožnil vynášet na oběžnou dráhu nebo vracet na Zemi rozměrné a těžké náklady.
Alfa-magnetický spektrometr při testování v laboratoři
Pro zajímavost několik nejdůležitějších technických parametrů: délka vlastního raketoplánu je 37,2 m, rozpětí křídla 23,8 m, výška 17,9 m a váha prázdného stroje 78 tun. Na nízkou dráhu mohl vynést zařízení o váze až 24 tun, na polární dráhu necelých 13 tun. Délka palivové nádrže je 47 m, průměr 8,4 m a prázdná váha 26 tun, naplněná nádrž váží 756 tun. Startovací rakety na pevné palivo jsou dlouhé 45,5 m, mají průměr 3,7 m a při startu každá z nich váží 571 tun. Již tyto údaje jsou ohromující.
Raketoplány umožnily provést obrovské množství pozorování a experimentů ze všech oborů vědy a výzkumu. Tento článek je zaměřen na výzkum v oblasti astrofyziky a s ohledem na možný rozsah se proto omezíme pouze na experimenty v tomto oboru. Dříve, než byla uvedena do provozu Mezinárodní kosmická laboratoř (ISS), vyrobila a vyvinula Evropská kosmická agentura (s podílem řady evropských zemí) ve spolupráci s NASA kosmickou laboratoř Spacelab, která byla během pobytu ve vesmíru umístěna vždy v nákladovém prostoru raketoplánu. Laboratoř nebyla určena pro pobyt ve vesmíru mimo raketoplán a nikdy se nepředpokládal její autonomní pobyt na oběžné dráze. První let se uskutečnil v roce 1982 – poslední v roce 2001. Vědci-astronauti v laboratoři uskutečnili během 29 letů velké množství vědeckých experimentů a pozorování, z velké části s astrofyzikálním zaměřením. Například pozorování Slunce v ultrafialové a rentgenové oblasti spektra s vysokým prostorovým rozlišením přineslo nové informace o naší nejbližší hvězdě. Největším přínosem pro astronomii a astrofyziku však bylo vypuštění Hubbleova vesmírného teleskopu, který 24. dubna 1990 vynesl raketoplán Discovery. Dalekohled o průměru hlavního zrcadla 2,4 m pozoruje od blízké ultrafialové oblasti přes optickou až po blízkou infračervenou oblast spektra.
Raketoplány umožnily pět servisních misí tohoto teleskopu, z nichž první (v roce 1993) napravila chybu hlavního zrcadla. Poslední mise (v roce 2009) prodloužila životnost dalekohledu snad až do vypuštění připravovaného nástupce – Webbova vesmírného teleskopu (JWST), které je naplánováno na rok 2018. Během více než dvaceti let pozorování získal Hubbleův teleskop neuvěřitelně velké množství dat a zásadních informací o našem vesmíru. Bez jeho existence by byly naše astrofyzikální znalosti o vesmíru značně omezené. Nicméně ani takto dokonalý přístroj neumožňuje nalézt odpovědi na mnoho otázek, nebyl na to připraven ani vybaven. Je známé, že naše nové poznání a nově získané znalosti s sebou nesou další otázky a že se musíme smířit s tím, že tento cyklus nikdy neskončí. Proto byl v květnu 2011 na palubě raketoplánu Endeavour na oběžnou dráhu vynesen a integrován s Mezinárodní kosmickou stanicí nový velký astrofyzikální přístroj. Jde o tzv. alfa-magnetický spektrometr – dosud nejdražší přístroj vynesený do kosmu (náklady přesáhly dvě miliardy dolarů). Jeho cílem je sledovat kosmické záření a hledat stopy antihmoty a tmavé hmoty ve vesmíru. Vedoucím projektu je nositel Nobelovy ceny dr. Samuel Ting z Massachusetts Institute of Technology (MIT). Přístroj o velikosti autobusu a váze sedmi tun sestává z metr širokého magnetu, který odklání kosmické částice a směruje je na detektor analyzující jejich vlastnosti. Pro Endeavour to byla poslední mise – po návratu se stěhuje do muzea v Kalifornii. Vůbec posledním letem raketoplánu byl let raketoplánu Atlantis v červenci letošního roku. Atlantis dopravil maximální možné množství potřebného materiálu a potravin na Mezinárodní kosmickou stanici a podobně jako Endeavour bude přemístěn do muzea v Kennedyho kosmickém středisku na Floridě.
V době vývoje a výroby raketoplánů nemělo bohužel tehdejší Československo nejmenší šanci do projektu zasáhnout. Znemožňovala to nejen politická situace, ale rovněž naše tehdejší technologická úroveň, kterou jsme nemohli konkurovat západním, především americkým firmám. Teprve změny po roce 1989 otevřely nové možnosti spolupráce. První vědecká kooperace nastala v polovině devadesátých let. V září roku 1996 byl na palubě raketoplánu Atlantis v průběhu mise STS-79 umístěn český přístroj MACEK určený pro měření velmi malých zrychlení či zpomalení umělých družic. Tento unikátní přístroj výhradně české konstrukce i výroby poprvé využil krychlové testovací tělísko a dosahoval minimálně srovnatelných parametrů s podobnými zařízeními vyvíjenými ve světě. V Astronomickém ústavu AV ČR byl přístroj vyvíjen od konce osmdesátých let s tim účelem, aby poskytl experimentální data pro zpřesnění modelů vlivu zbytků zemské atmosféry na pohyb umělých těles na oběžných drahách kolem Země. Projekt 3DMA-MACEK se uskutečnil v rámci dvoustranné spolupráce Astronomického ústavu AV ČR a University of Alabama v Hunstville, USA. Český přístroj o hmotnosti pěti kilogramů zabral větší část vymezeného objemu v kosmické laboratoři SPACEHAB-04. Laboratoř byla umístěna v nákladovém prostoru raketoplánu. Během devíti dnů měření získal akcelerometr nepřetržitý záznam o vlastnostech mikrogravitace jak na palubě raketoplánu, tak na ruské kosmické stanici MIR, se kterou byl raketoplán po část letu spojen. Jen díky obezřetně navrženému zálohování telemetrické informace v českém přístroji skončil společný experiment úspěchem, neboť v americké části přístroje selhal software v komunikačním modulu. Po návratu raketoplánu na Zemi byla záložní data úspěšně přečtena z paměti přístroje. Získané údaje potvrdily očekávané vlastnosti prostředí na palubách kosmických lodí a poskytly informace o vlivu okolí na let raketoplánu. Úspěšný experiment otevřel cestu pozdějšímu rozvoji akcelerometrů v České republice. Za zmínku stojí mj. skutečnost, že na obsluze přístroje ve vesmíru se podílel i americký astronaut s českými kořeny John Blaha.
Mezinárodní kosmická stanice ve vesmíru
Další česká stopa se netýká ani vlastního raketoplánu, ani vědeckých přístrojů na jeho palubě. Z hlediska astrofyziky byl důležitým členem posádky dvou „astrofyzikálních“ misí raketoplánů Atlantis a Endeavour Američan Andrew Feustel. Při první z nich v roce 2009 rozhodující měrou přispěl k úspěchu poslední servisní mise k Hubbleovu teleskopu. Při druhé misi v roce 2011 upevnil během tří výstupů do prostoru astrofyzikální přístroj AMS (Alpha Magnetic Spectrometer) k Mezinárodní orbitální stanici. Manželka Andrewa Feustela má české předky – její maminka se narodila ve Znojmě a dlouho žila v Brně. Tato skutečnost a snaha jeho ženy pomoci České republice propagovat kosmické aktivity vedly k tomu, že Andrew před misí k Hubbleovu teleskopu nabídl Astronomickému ústavu AV ČR, že vynese do kosmu a následně mu předá libovolný malý předmět, který má vztah k historii astronomie v Česku. Česká strana nakonec zvolila knihu Jana Nerudy Písně kosmické. Jak známo, Jan Neruda měl dobré znalosti o tehdejší astronomii. Jejím základům vyučoval i bratry Fričovy, pozdější zakladatele ondřejovské observatoře. Nerudova kniha se nakonec opravdu ocitla v kosmu a Andrew Feustel ji při své návštěvě České republiky v létě 2009 předal do opatrování Astronomickému ústavu, kde ji mohou návštěvníci vidět (viz také AB 9/2009). Během návštěvy se uskutečnily přednášky a besedy, při kterých Andrew emotivně povídal o zážitcích z letu a také vysvětloval význam letů do vesmíru pro lidstvo. Při následné misi k Mezinárodní kosmické stanici v roce 2011 se situace opakovala s drobnou změnou: Andrew vzal tentokrát do vesmíru známou dětskou postavičku Krtka, kterou již před mnoha lety nakreslil český výtvarník Zdeněk Miler. Hlavním cílem bylo připoutat dětskou pozornost k letům do vesmíru – a k významu vědy a výzkumu vesmíru vůbec. Za přínos pro astrofyziku se Akademie věd ČR rozhodla Andrewu Feustelovi udělit významné ocenění, čestnou medaili De scientia et humanitate optime meritis, kterou převzal během návštěvy ČR 1. srpna 2011 (viz AB 9/2011). A. Feustel přijel na pozvání AV ČR i s rodinou a jeho první cesta vedla k Zdeňku Milerovi, aby mu předal jednu ze dvou figurek Krtka, které měl v kosmu. V průběhu dalších deseti dnů následovala série přednášek a besed po celé republice, které se tentokrát zaměřily především na nejmladší generaci. Druhou figurku Krtka věnoval Andrew českým dětem a svěřil ji do úschovy Americkému centru v Praze.
Andrew Feustel ve skafandru pro výstup do volného prostoru s Krtkem, který ho doprovázel na misi.
Podle vyjádření NASA byl projekt raketoplánů rozhodně jedním z vůbec nejplodnějších počinů, pokud jde o nové technologie. Není pochyb, že raketo-plány daly lidstvu to, o čem se nám předtím ani nesnilo. Z raketoplánů se na Zemi přenesla téměř stovka využitelných technologií. Přínos legendárního Apolla byl přitom jenom poloviční. Díky raketoplánům pokročily lékařské přístroje, dopravní prostředky jsou bezpečnější a ekologičtější, máme i efektivnější automobily nebo baterie, které vydrží víc a přitom jsou lehčí. Výčet všech převzatých technologií by vydal na další článek.
FRANTIŠEK FÁRNÍK,
Astronomický ústav AV ČR, v. v. i.
Česky
