Testování kosmických lodí

V minulém týdnu se v drobných zprávách objevila informace o tom, že na kosmodromu Bajkonur byla umístěna kosmická loď Sojuz do vakuové komory a po několik dní bude testována hermetičnost lodi. Podívejme se, jak jsou vlastně kosmické lodě pro pilotované lety testovány.

Sojuz při zkouškách v montážní hale kosmodromu Bajkonur

Zkouškám kosmických lodí je od začátku kosmické éry vždy věnována mimořádná pozornost a testování probíhá ve všech fázích výroby a využívání lodi. Probíhají tak testy laboratorní (jimiž se ověřuje kvalita používaných materiálů), průběžné (během stavby ve výrobním podniku a ve specializovaných zařízeních na kosmodromu) a letové (během prvních hodin na oběžné dráze). Provádějí se autonomní testy jednotlivých systémů, zařízení a sestav, nebo komplexní, které sledují vzájemnou spolupráci systémů a případné vzájemné negativní ovlivňování činnosti jednotlivých agregátů.

Ve fázi prototypu se velký důraz klade na zkoušky systému orientace a stabilizace, jež je společně se systémem zabezpečení životních podmínek jedním z nejdůležitějších v kosmické lodi. Při testování orientačního systému se imitují nejen podmínky kosmického letu, ale posuzuje se vliv faktorů působících ještě před vlastním startem. Ověřuje se vliv dopravy - místo výroby je většinou velmi vzdáleno od kosmodromu a tak je potřeba vyzkoušet vliv přepravy a manipulace s kosmickou lodí od dokončení výroby po připojení k nosiči a ustavení rakety na startovní rampu. V ruských podmínkách jsou rozložené kosmické lodě typu Sojuz dopravovány na kosmodrom Bajkonur v přepravních kontejnerech uložených v železničních vagónech a tak se orientační a stabilizační systém, využívající gyroskopy uložené v jemných ložiskách, musí vypořádat s podmínkami v železniční dopravě (těmto podmínkám musí samozřejmě odolat i všechny ostatní agregáty). Další nápor na systém představuje start nosné rakety, kdy na všechny systémy i samotnou kosmickou loď působí přetížení a silné vibrace. Systém orientace navíc musí pracovat okamžitě po navedení na oběžnou dráhu a není tak možné využívat složitého odaretování. Všechny tyto vlivy se testují na vibračních stolech a při pádových zkouškách, případně na nepilotovaných družicích, nebo v pilotovaném programu, kdy je nový systém jištěn ověřenou konstrukcí.

Další základní systém, který je nutno pečlivě testovat jsou raketové motory a trysky pro řízení polohy, korekce letové dráhy a pro sestup z oběžné dráhy. U těchto systémů se testují nejen vlastní motory, ale současně se prověřuje těsnost a kvalita palivových nádrží, přívodních potrubí, ventilů a dalších elementů konstrukce jako jsou rámy, držáky a příchytky. Části konstrukce se obvykle testují ve třech etapách: při konstrukci (hojně se pro modelování využívá výpočetní technika), při výrobě (kdy jde zejména o materiálové zkoušky) a po dokončení výroby před montáží do kosmické lodi (tady se kontroluje kvalita a přesnost výroby, dodržení povolených tolerancí apod.). Testy se provádějí nejen v "normálních" podmínkách, ale jsou navozovány podmínky blížící se havárii. V případě součástí umístěných v motorovém úseku je třeba si uvědomit, že zde pro veškeré materiály z hlediska tlaků a teplot panují mimořádně nepříznivé podmínky.

Systémy orientace a stabilizace, pohonné systémy a trysky orientačního systému jsou pečlivě sledovány i během letu a řada senzorů snímá hodnoty, které jsou telemetricky zasílány do řídicího střediska pro detailní kontrolu. Týmy sledující tyto systémy mají rozhodující slovo při povolení startu nebo pro případ nouzového přerušení vzletu.

Z hlediska posádky jsou nejdůležitějšími součástmi vybavení lodi systém zabezpečení životních podmínek a kontrolní systém sledující neporušenost hermetičnosti lodi. Systém zabezpečení životních podmínek bývá testován před použitím v kosmické lodi na pozemních maketách kosmických objektů. V maketách je za přítomnosti posádky imitována zátěž systému, který musí zabezpečit po určitou dobu vhodné prostředí i v havarijních situacích. (Poznámka: Sovětští a později ruští konstruktéři do systému zabezpečení životních podmínek zahrnují také hygienická a sanitární zařízení; Američané a v poslední době Číňané uvažují s toaletami jako samostatnými zařízeními - nyní létající loď Shenzhou 9 má záchod umístěn v orbitální sekci, která při návratu z oběžné dráhy shoří v hustých vrstvách atmosféry.)

Hermetičnost lodi je kontrolována ve vakuových komorách, v nichž kosmická loď musí během několikadenního pobytu prokázat, že nedochází k úniku plynu z lodi do vnějšího prostoru. Tato kontrola se provádí jednak po dokončení jednotlivých modulů lodi ve výrobním závodě a jednak na kosmodromu těsně před připojením k hornímu stupni nosné rakety, kdy se testuje celá sestavená kosmická loď. Další kontrola je provedena po navedení na oběžnou dráhu a teprve poté, když nejsou zjištěny žádné netěsnosti, dostává posádka povolení sundat si helmy skafandrů.

Kosmická loď nenese jen systému uzavřené uvnitř pláště, ale její součástí jsou také antény a panely slunečních baterií, které jsou během startu umístěny složené pod aerodynamickým krytem. Složení je nutné vzhledem k rozměrům; např. u lodi Sojuz TMA je rozpětí panelů slunečních baterií téměř 11 metrů. U těchto zařízení je opakovaně testováno jejich vyklopení a rozložení - provádí se ve výrobním závodě a zkouší se i na kosmodromu před připojením aerodynamického krytu. Pro zajímavost: také americké raketoplány byly limitovány vyklopením vrat nákladového prostoru. V případě jejich neotevření by se musel raketoplán okamžitě vrátit na Zem, neboť na vnitřní straně vrat byly radiátory chladicího okruhu a bez něj nemohl raketoplán na oběžné dráze fungovat.

Ještě jedna důležitá součást je u kosmických lodí pečlivě prověřována, a to padákový systém. Předmětem testování jsou nejen samotné padáky, ale i jejich schránky, odstřelovací kryty a elektronické zařízení pro vystřelení padáků během sestupu atmosférou. Padáky jsou z hlediska bezpečnosti testovány na větší dynamické namáhání, než se ve skutečnosti očekává a jejich "nosnost" je větší, než jakou skutečně nesou.

Nakonec se zmíním ještě o "výdrži" systémů. Například ruské dopravní lodi Sojuz mají v současné době garanční dobu šest měsíců (při spojení s kosmickou stanicí, jinak "jen" čtrnáct dní), ale jejich systémy jsou testovány na mnohem delší dobu.

-----
Příště: Pilotované orbitální stanice; plánované zveřejnění: 23.6.2012.