Vlastný raketový a kozmický výskum v USA bol po druhej svetovej vojne roztrieštený medzi množstvo armádnych aj civilných inštitúcií. Po úspešnom štarte Sputnika sa prezident Eisenhover rozhodol v roku 1958 tento výskum zjednotiť. Zobral výskum vojakom a vytvoril nový Národný úrad pre letectvo a vesmír (NASA). Prvým programom NASA bol už rozbehnutý projekt Mercury, ktorého cieľom bolo dostať človeka do vesmíru. Prvé práce na programe letu na Mesiac a späť sa začali na jar 1959.
Skôr, ako si detailnejšie opíšeme, čo vlastne John Houbolt navrhol, treba spomenúť zásadné odlišnosti vesmírnych letov od cestovania napríklad autom. Jednou z hlavných odlišností je podiel hmotnosti pohonných látok na celkovej hmotnosti. Kým v aute sú to asi 2 až 3%, v prípade vesmírnych rakiet býva tento podiel viac ako 90 %. Napriek tomuto obrovskému číslu trvá aktívny let s bežiacimi motormi len niekoľko minút. Väčšinu času sa letí zotrvačnosťou. Pri vypnutých motoroch určuje dráhu rakety alebo kozmickej lode len gravitačné pôsobenie prirodzených vesmírnych telies (napr. Zem, Mesiac, Slnko). Pomocou počítačov vieme tieto výpočty uskutočniť s potrebnou presnosťou. Náročnosť mesačnej misie je skrytá v slovnom spojení „a späť“. Kým pre jazdu autom to znamená dvojnásobný čas aj spotrebu paliva, v prípade mesačnej výpravy je spotreba pohonných látok oproti jednosmernému letu takmer desaťnásobná.
.scenáre letu na Mesiac a späť
Z úvodných štúdií programu Apollo vychádzali tri základné scenáre letu. Scenár priameho letu (Direct Ascent - DA) predpokladal „priamy“ let k Mesiacu, pristátie, štart z Mesiaca a pristátie na Zemi. Tento návrh predpokladal, že bude nutné skonštruovať nosnú raketu so štartovacou hmotnosťou asi 5 500 – 6 000 ton. Najväčšia raketa, ktorú vtedy mala NASA k dispozícii, bol 50-krát menší Atlas. Jediný, kto si trúfol postaviť takýto veľký nosič, bol Wernher von Braun. Projekt mal názov NOVA.
Scenár stretnutia na obežnej dráhe okolo Zeme (Earth Orbit Randezvous - EOR) počítal s dvoma raketami Saturn, ktoré by štartovali tesne za sebou. Jedna mala vyniesť na obežnú dráhu okolo Zeme posádku v module pre cestu k Mesiacu a späť s minimom pohonných látok. Zostávajúcu, väčšiu časť mala na obežnú dráhu okolo Zeme vyniesť druhá raketa. Štartovacia hmotnosť rakiet by bola oproti priamemu letu polovičná. Riziko však predstavuje prečerpávanie pohonných látok na obežnej dráhe okolo Zeme. V prípade, že by sa prečerpanie nepodarilo, posádka by prerušila let a vrátila by sa na Zem.
Najkomplikovanejší bol tretí scenár – stretnutie na obežnej dráhe okolo Mesiaca (Lunar Orbit Randezvous - LOR). Ten počítal s tým, že na Mesiaci by pristál menší dvojdielny lunárny modul (LEM), pričom väčšia veliteľská a servisná časť (CSM) by zostala „zaparkovaná“ na obežnej dráhe okolo Mesiaca. Pri ceste z Mesiaca by sa návratová časť lunárneho modulu spojila s CSM, astronauti by prestúpili z lunárneho modulu, ten by odhodili a CSM by sa vrátil na Zem. V čom je výhoda tohto scenára? Pohonné látky, potrebné na návrat na Zem, nemusia pristávať a znovu štartovať z povrchu Mesiaca ako zbytočná záťaž. Výpočty ukázali, že na štart zo Zeme by stačila nosná raketa približne s polovičnou hmotnosťou oproti scenáru priameho letu.
Cenou za túto úsporu je komplikovanejšia konštrukcia. Všetky systémy pre prežitie posádky museli byť skonštruované samostatne pre CSM a druhý raz pre LEM. Spojenie na obežnej dráhe okolo Mesiaca bolo vyhodnotené ako mimoriadne náročné a nebezpečné. V tom čase to bolo pre mnohých ľudí z NASA čisté sci-fi. Neúspešné spojenie nedáva posádke LEM šancu prežiť. V prípade zlyhania motora CSM by neprežil nikto.
Podľa postupu prác na jednotlivých scenároch sa uskutočnilo v rámci NASA niekoľko oponentúr. Oponentúra v januári 1961 stanovuje toto poradie výhodnosti: DA, EOR, LOR. Za víťazný návrh sa postavili dve najuznávanejšie kapacity, hlavný konštruktér rakiet Wernher von Braun a hlavný konštruktér kozmickej lode Mercury Maxim Faget. Von Braun však pripúšťa aj scenár EOR. Za scenárom LOR stojí neznámy John Houbolt, teoretický aerodynamik z Hamptonskej pobočky NASA. Keďže vývoj nosnej rakety aj novej kozmickej lode bude trvať dlhšie, už vo februári 1961 sa rozhoduje, že medzeru medzi projektom Mercury a Apollo vyplní program Gemini.
.sám proti presile
Keď dáva prezident Kennedy 25. mája 1961 svojím prejavom v Kongrese zelenú programu Apollo, vedenie NASA si uvedomuje, že dostalo nôž na krk. Čím podrobnejšie sa rozpracúvajú plány letu, tým je jasnejšie, že termín koniec desaťročia je takmer nesplniteľný. Scenár priameho letu sa končí už po dvoch mesiacoch a vedenie NASA oznamuje, že pri lete na Mesiac využije spojenie dvoch rakiet na obežnej dráhe okolo Zeme. John Houbolt sa však nemieni vzdať. Dňa 15. novembra 1961 sa listom obracia na námestníka riaditeľa NASA Roberta Saemansa. Na januárovej porade vedenia NASA dostáva Houbolt priestor opäť odprezentovať svoj návrh. Precíznosťou spracovania a jasnými argumentmi presviedča väčšinu členov vedenia.
Dôležitý zvrat nastáva 7. júna 1962, keď sa na Houboltovu stranu pridáva von Braun listom, ktorý píše v mene Marshallovho strediska pre vývoj rakiet. Houboltov návrh považuje za najrealistickejší. Objavuje sa však ďalší scenár, odľahčená verzia priameho letu. Posádka by nebola trojčlenná, ale len dvojčlenná. Navigačný a riadiaci systém by sa zredukoval na minimum. Za tento návrh sa postavia najťažšie kalibre, šéf NASA James Webb a prezidentov vedecký poradca profesor Jerome Wiesner.
Program Apollo uviazol na mŕtvom bode. Technickou realizáciou sa jednotlivé návrhy tak líšia, že nie je možné ďalej pokračovať. V septembri 1962 navštevuje Spojené štáty britský minister obrany a prezident Kennedy ho pozýva na návštevu niektorých kozmických stredísk. Pri návšteve Marshallovho strediska v Huntsville von Braun ukazuje hosťom maketu nosnej rakety Saturn a pritom označuje scenár mesačného randezvous (LOR) za jediný spôsob, ako dostať človeka na Mesiac. Profesor Wiesner, ktorý sprevádza prezidenta, ho však preruší s tým, že nehovorí pravdu. Von Braun kontruje a pred očami prominentných návštevníkov a desiatok novinárov prezidentovho poradcu argumentačne doslova zvalcuje.
O mesiac neskôr kapituluje aj James Webb. Cesta na Mesiac je voľná. Pôvodne údržbársky projekt Gemini dostal nový zmysluplný cieľ. Na obežnej dráhe okolo Zeme vyskúšať čo najviac z náročného Houboltovho scenára. V roku 1963 udeľuje NASA Johnovi Houboltovi Mimoriadnu cenu za vedecký prínos. V zdôvodnení sa oceňuje predovšetkým jeho vytrvalosť a predvídavosť.
Kritickejšiemu čitateľovi sa hlavná Houboltova myšlienka, postavená na významnej úspore pohonných látok, nemusí zdať nijako prevratná. Vtedy však stál outsider Houbolt s hŕstkou svojich spolupracovníkov proti ohromnej presile. Nič z toho, čo navrhoval, nebolo overené v praxi. Veď v tom čase sa dostali do vesmíru vôbec prví americkí astronauti. Houboltov scenár obsahuje aj popis veľkého množstva praktických problémov a ich riešení. Na ilustráciu niekoľko príkladov, kde netreba veľké znalosti matematiky alebo fyziky.
Na odvrátenú stranu Mesiaca nielenže nevidíme, ale nedosiahne tam ani rádiový signál zo Zeme. Preto sa musia všetky kritické manévre uskutočňovať tak, aby sa v maximálnej možnej miere uskutočňovali na viditeľnej strane Mesiaca.
Keďže Mesiac nemá atmosféru, ktorá by rozptyľovala svetlo, vyzerá pri pohľade zvrchu plocho a posádka pristávacieho modulu má problém s určovaním výšky a hlavne sklonu terénu. Preto musí v čase pristávania dopadať svetlo na povrch v takom uhle, aby sa vytvárali primerané tiene. Ak by boli malé, povrch by nevyzeral dostatočne plasticky, ak by boli príliš veľké, niektoré dôležité detaily by sa stratili v tme. Jediný číselný údaj o výške, ktorý poskytuje pristávací radar, nemusí stačiť na výber vhodného miesta na pristátie. Pôvodne malo byť pristátie plne automatické, tak ako ho vyskúšali sondy Surveyor. Astronauti, všetko skúsení a špičkoví piloti, však boli dôrazne proti.
Pri štarte z Mesiaca a opätovnom spojení s veliteľským modulom je v konečnej fáze tiež potrebné optické navádzanie. Obidve lode sa musia navzájom dobre vidieť. V zornom poli nesmie byť na pozadí žiadny svietiaci objekt ako Slnko, Zem alebo silne osvetlená časť Mesiaca, ktoré by optické navádzanie skomplikovali. Na tmavom pozadí musia byť vidieť len osvetlené kozmické lode a hviezdy. Týmto podmienkam musí vyhovovať aj veľkosť, tvar a umiestnenie okienok na lunárnom aj veliteľskom module.
Svoju záľubu vo vytváraní funkčných modelov realizoval Houbolt vo vytvorení simulátora veliteľského a lunárneho modulu, ktorý astronauti využívali na nácvik spojovacieho manévru na obežnej dráhe. Simulátor je v Hamptonskom stredisku dodnes a je vyhlásený za Národnú technickú pamiatku.
Houboltov koncept lunárneho randezvous mal aj zaujímavý vedľajší efekt. Zdvojenie systémov zabezpečenia životných funkcií zachránilo posádku Apolla 13. Obrovský improvizačný výkon, ktorý predviedol pri záchrane posádky pozemný personál, by však bez tejto základnej koncepcie nebol nič platný. Či aj toto John Houbolt predpokladal, to nám už, bohužiaľ, neprezradí.
.autor je fanúšik letov do vesmíru.
Skôr, ako si detailnejšie opíšeme, čo vlastne John Houbolt navrhol, treba spomenúť zásadné odlišnosti vesmírnych letov od cestovania napríklad autom. Jednou z hlavných odlišností je podiel hmotnosti pohonných látok na celkovej hmotnosti. Kým v aute sú to asi 2 až 3%, v prípade vesmírnych rakiet býva tento podiel viac ako 90 %. Napriek tomuto obrovskému číslu trvá aktívny let s bežiacimi motormi len niekoľko minút. Väčšinu času sa letí zotrvačnosťou. Pri vypnutých motoroch určuje dráhu rakety alebo kozmickej lode len gravitačné pôsobenie prirodzených vesmírnych telies (napr. Zem, Mesiac, Slnko). Pomocou počítačov vieme tieto výpočty uskutočniť s potrebnou presnosťou. Náročnosť mesačnej misie je skrytá v slovnom spojení „a späť“. Kým pre jazdu autom to znamená dvojnásobný čas aj spotrebu paliva, v prípade mesačnej výpravy je spotreba pohonných látok oproti jednosmernému letu takmer desaťnásobná.
.scenáre letu na Mesiac a späť
Z úvodných štúdií programu Apollo vychádzali tri základné scenáre letu. Scenár priameho letu (Direct Ascent - DA) predpokladal „priamy“ let k Mesiacu, pristátie, štart z Mesiaca a pristátie na Zemi. Tento návrh predpokladal, že bude nutné skonštruovať nosnú raketu so štartovacou hmotnosťou asi 5 500 – 6 000 ton. Najväčšia raketa, ktorú vtedy mala NASA k dispozícii, bol 50-krát menší Atlas. Jediný, kto si trúfol postaviť takýto veľký nosič, bol Wernher von Braun. Projekt mal názov NOVA.
Scenár stretnutia na obežnej dráhe okolo Zeme (Earth Orbit Randezvous - EOR) počítal s dvoma raketami Saturn, ktoré by štartovali tesne za sebou. Jedna mala vyniesť na obežnú dráhu okolo Zeme posádku v module pre cestu k Mesiacu a späť s minimom pohonných látok. Zostávajúcu, väčšiu časť mala na obežnú dráhu okolo Zeme vyniesť druhá raketa. Štartovacia hmotnosť rakiet by bola oproti priamemu letu polovičná. Riziko však predstavuje prečerpávanie pohonných látok na obežnej dráhe okolo Zeme. V prípade, že by sa prečerpanie nepodarilo, posádka by prerušila let a vrátila by sa na Zem.
Najkomplikovanejší bol tretí scenár – stretnutie na obežnej dráhe okolo Mesiaca (Lunar Orbit Randezvous - LOR). Ten počítal s tým, že na Mesiaci by pristál menší dvojdielny lunárny modul (LEM), pričom väčšia veliteľská a servisná časť (CSM) by zostala „zaparkovaná“ na obežnej dráhe okolo Mesiaca. Pri ceste z Mesiaca by sa návratová časť lunárneho modulu spojila s CSM, astronauti by prestúpili z lunárneho modulu, ten by odhodili a CSM by sa vrátil na Zem. V čom je výhoda tohto scenára? Pohonné látky, potrebné na návrat na Zem, nemusia pristávať a znovu štartovať z povrchu Mesiaca ako zbytočná záťaž. Výpočty ukázali, že na štart zo Zeme by stačila nosná raketa približne s polovičnou hmotnosťou oproti scenáru priameho letu.
Cenou za túto úsporu je komplikovanejšia konštrukcia. Všetky systémy pre prežitie posádky museli byť skonštruované samostatne pre CSM a druhý raz pre LEM. Spojenie na obežnej dráhe okolo Mesiaca bolo vyhodnotené ako mimoriadne náročné a nebezpečné. V tom čase to bolo pre mnohých ľudí z NASA čisté sci-fi. Neúspešné spojenie nedáva posádke LEM šancu prežiť. V prípade zlyhania motora CSM by neprežil nikto.
Podľa postupu prác na jednotlivých scenároch sa uskutočnilo v rámci NASA niekoľko oponentúr. Oponentúra v januári 1961 stanovuje toto poradie výhodnosti: DA, EOR, LOR. Za víťazný návrh sa postavili dve najuznávanejšie kapacity, hlavný konštruktér rakiet Wernher von Braun a hlavný konštruktér kozmickej lode Mercury Maxim Faget. Von Braun však pripúšťa aj scenár EOR. Za scenárom LOR stojí neznámy John Houbolt, teoretický aerodynamik z Hamptonskej pobočky NASA. Keďže vývoj nosnej rakety aj novej kozmickej lode bude trvať dlhšie, už vo februári 1961 sa rozhoduje, že medzeru medzi projektom Mercury a Apollo vyplní program Gemini.
.sám proti presile
Keď dáva prezident Kennedy 25. mája 1961 svojím prejavom v Kongrese zelenú programu Apollo, vedenie NASA si uvedomuje, že dostalo nôž na krk. Čím podrobnejšie sa rozpracúvajú plány letu, tým je jasnejšie, že termín koniec desaťročia je takmer nesplniteľný. Scenár priameho letu sa končí už po dvoch mesiacoch a vedenie NASA oznamuje, že pri lete na Mesiac využije spojenie dvoch rakiet na obežnej dráhe okolo Zeme. John Houbolt sa však nemieni vzdať. Dňa 15. novembra 1961 sa listom obracia na námestníka riaditeľa NASA Roberta Saemansa. Na januárovej porade vedenia NASA dostáva Houbolt priestor opäť odprezentovať svoj návrh. Precíznosťou spracovania a jasnými argumentmi presviedča väčšinu členov vedenia.
Dôležitý zvrat nastáva 7. júna 1962, keď sa na Houboltovu stranu pridáva von Braun listom, ktorý píše v mene Marshallovho strediska pre vývoj rakiet. Houboltov návrh považuje za najrealistickejší. Objavuje sa však ďalší scenár, odľahčená verzia priameho letu. Posádka by nebola trojčlenná, ale len dvojčlenná. Navigačný a riadiaci systém by sa zredukoval na minimum. Za tento návrh sa postavia najťažšie kalibre, šéf NASA James Webb a prezidentov vedecký poradca profesor Jerome Wiesner.
Program Apollo uviazol na mŕtvom bode. Technickou realizáciou sa jednotlivé návrhy tak líšia, že nie je možné ďalej pokračovať. V septembri 1962 navštevuje Spojené štáty britský minister obrany a prezident Kennedy ho pozýva na návštevu niektorých kozmických stredísk. Pri návšteve Marshallovho strediska v Huntsville von Braun ukazuje hosťom maketu nosnej rakety Saturn a pritom označuje scenár mesačného randezvous (LOR) za jediný spôsob, ako dostať človeka na Mesiac. Profesor Wiesner, ktorý sprevádza prezidenta, ho však preruší s tým, že nehovorí pravdu. Von Braun kontruje a pred očami prominentných návštevníkov a desiatok novinárov prezidentovho poradcu argumentačne doslova zvalcuje.
O mesiac neskôr kapituluje aj James Webb. Cesta na Mesiac je voľná. Pôvodne údržbársky projekt Gemini dostal nový zmysluplný cieľ. Na obežnej dráhe okolo Zeme vyskúšať čo najviac z náročného Houboltovho scenára. V roku 1963 udeľuje NASA Johnovi Houboltovi Mimoriadnu cenu za vedecký prínos. V zdôvodnení sa oceňuje predovšetkým jeho vytrvalosť a predvídavosť.
Kritickejšiemu čitateľovi sa hlavná Houboltova myšlienka, postavená na významnej úspore pohonných látok, nemusí zdať nijako prevratná. Vtedy však stál outsider Houbolt s hŕstkou svojich spolupracovníkov proti ohromnej presile. Nič z toho, čo navrhoval, nebolo overené v praxi. Veď v tom čase sa dostali do vesmíru vôbec prví americkí astronauti. Houboltov scenár obsahuje aj popis veľkého množstva praktických problémov a ich riešení. Na ilustráciu niekoľko príkladov, kde netreba veľké znalosti matematiky alebo fyziky.
Na odvrátenú stranu Mesiaca nielenže nevidíme, ale nedosiahne tam ani rádiový signál zo Zeme. Preto sa musia všetky kritické manévre uskutočňovať tak, aby sa v maximálnej možnej miere uskutočňovali na viditeľnej strane Mesiaca.
Keďže Mesiac nemá atmosféru, ktorá by rozptyľovala svetlo, vyzerá pri pohľade zvrchu plocho a posádka pristávacieho modulu má problém s určovaním výšky a hlavne sklonu terénu. Preto musí v čase pristávania dopadať svetlo na povrch v takom uhle, aby sa vytvárali primerané tiene. Ak by boli malé, povrch by nevyzeral dostatočne plasticky, ak by boli príliš veľké, niektoré dôležité detaily by sa stratili v tme. Jediný číselný údaj o výške, ktorý poskytuje pristávací radar, nemusí stačiť na výber vhodného miesta na pristátie. Pôvodne malo byť pristátie plne automatické, tak ako ho vyskúšali sondy Surveyor. Astronauti, všetko skúsení a špičkoví piloti, však boli dôrazne proti.
Pri štarte z Mesiaca a opätovnom spojení s veliteľským modulom je v konečnej fáze tiež potrebné optické navádzanie. Obidve lode sa musia navzájom dobre vidieť. V zornom poli nesmie byť na pozadí žiadny svietiaci objekt ako Slnko, Zem alebo silne osvetlená časť Mesiaca, ktoré by optické navádzanie skomplikovali. Na tmavom pozadí musia byť vidieť len osvetlené kozmické lode a hviezdy. Týmto podmienkam musí vyhovovať aj veľkosť, tvar a umiestnenie okienok na lunárnom aj veliteľskom module.
Svoju záľubu vo vytváraní funkčných modelov realizoval Houbolt vo vytvorení simulátora veliteľského a lunárneho modulu, ktorý astronauti využívali na nácvik spojovacieho manévru na obežnej dráhe. Simulátor je v Hamptonskom stredisku dodnes a je vyhlásený za Národnú technickú pamiatku.
Houboltov koncept lunárneho randezvous mal aj zaujímavý vedľajší efekt. Zdvojenie systémov zabezpečenia životných funkcií zachránilo posádku Apolla 13. Obrovský improvizačný výkon, ktorý predviedol pri záchrane posádky pozemný personál, by však bez tejto základnej koncepcie nebol nič platný. Či aj toto John Houbolt predpokladal, to nám už, bohužiaľ, neprezradí.
.autor je fanúšik letov do vesmíru.
Ak ste našli chybu, napíšte na web@tyzden.sk.