Pomocné startovací rakety (SRB) – Hvězdárna v Rokycanech a Plzni

Toto je 11. článek z 28 ze série Program Space Shuttle

Samotný orbitální stupeň má sice trojici hlavních motorů (Space Shuttle Main Engine – SSME), ale jejich tah by nebyl dostatečný. Proto se při startu používá sestava, ve které jsou kromě orbitálního letounu a vnější nádrže (External Tank – ET) ještě dvě pomocné startovací rakety. V angličtině se nazývají Solid Rocket Booster, což se dá přeložit jako pomocný raketový stupeň na tuhé pohonné látky. Častěji se však v textech setkáte jen se zkratkou SRB, tvořenou prvními písmeny anglického názvu.

SRB obsahují největší raketové motory na tuhé palivo, jaké byly dosud postaveny a zároveň jsou prvními pomocnými stupni tohoto typu, které byly použity pro kosmické lety s lidskou posádkou. Obě rakety, které se při startu používají, jsou zcela identické. Mají celkovou délku 45,5 metru, průměr 3,7 metru, prázdné váží kolem 87 tun a naplněné palivem téměř 590 tun. Vyrábí je firma Thiokol, která v současnosti spadá pod koncern ATK Launch Systems Group. Závod, ve kterém vznikají, je v americkém státě Utah, konkrétně v oblasti Promontory nedaleko města Brigham City. Záměrně bylo pro něj vybráno místo v odlehlé lokalitě, aby v případě nehody nebylo zasaženo velké množství lidí.

Největší část SRB tvoří samotný raketový motor na tuhá paliva, který má anglickou zkratku SRM (Solid Rocket Motor). Jeho plášť je z oceli D6AC a skládá se z jedenácti odlévaných částí. Devět je válcového tvaru, dvě krajní pak mají kupolové zakončení. Celková délka včetně trysky je kolem 38,5 metru. Vnitřní část spalovací komory je pokryta izolací, díky které teplota konstrukce při provozu nepřekročí 36°C. Ve výrobním závodě se motor nesestavuje celý, jednotlivé díly se spojí pouze do čtyř větších segmentů a poté se plní pohonnou látkou. Tou je směs, obsahující pět složek: 16% hmotnosti tvoří práškový hliník (palivo), 12,04% kopolymer polybutadienakrylové kyseliny (pojivo a sekundární palivo), 69,6% chloristan amonný (okysličovadlo), 0,4% práškový oxid železný (katalyzátor rychlosti hoření) a 1,96% epoxidový vytvrzovač. Proces plnění probíhá ve vakuu a to proto, aby se zajistila homogennost zrna a uvolnily se případné vzduchové bubliny. Před samotným plněním se musí do středu sekce umístit tzv. jádro, které určuje, jaký tvar bude mít středový kanál. V první sekci se použije jádro ve tvaru jedenácticípé hvězdy, zajišťující velký povrch hoření v první fázi letu. U navazujících středových sekcí se používá válcové jádro, v poslední, zadní, pak kuželového tvaru. Po naplnění SRM se nechává pohonná hmota čtyři dny polymerizovat a poté se pokryje inhibitorem, což je látka, zabraňující jejímu hoření v nežádoucích směrech. Pak je již možné jádro vyjmout a zkontrolovat, zda má zrno požadované homogenní vlastnosti.

V horní (přední) části SRM je umístěn poměrně složitý zažehovací systém. Aby mohly motory nastartovat, musí z počítačů orbitálního stupně přijít tři signály: „odjištění“, „zážeh 1″ a „zážeh 2″. Signál „odjištění“ způsobí nabití kondenzátoru ovladače roznětky na napětí 40 voltů, pomocí dvojice signálů „zážeh“ naopak dojde k jeho vybití a uvolněný proudový pulz odpálí tzv. standardní NASA iniciátor (rozbušku). Ten pomocí pyropatrony spustí malý raketový motor o délce asi 18 cm a ten dále svým plamenem zažehne hlavní spouštěcí raketový motor o délce 91 cm, obsahující 64 kg pevných pohonných hmot. Následně plamen tohoto většího motoru prošlehne celou délkou SRM a zapálí jej. Jakmile se tak stane, není již možné motor žádným způsobem zastavit a raketoplán musí odstartovat.

Na opačné straně SRM se nachází tryska o hmotnosti zhruba 10 tun, která je zesílena několika prstenci a zevnitř pokryta ablativním materiálem. V zadní části je utěsněna dvaceti segmenty, z čehož jedna polovina je kovových, druhá ze silikonového kaučuku a díky tomu je možné trysku natáčet až 8° libovolným směrem. Tryska je schována pod krytem, který ji chrání před aerodynamickým namáháním a zároveň jsou v něm umístěny systémy řízení vektoru tahu a hydraulický systém. Ten se skládá z plynové turbíny, hydraulického čerpadla, nádrží na hydrazin a hydraulickou kapalinu a dalšího příslušenství. Vše je zdvojeno pro případ selhání a obě části jsou na sobě zcela nezávislé. Hydrazin je v nádržích o obsahu 10 kg stlačen pomocí plynného dusíku na 2,8 MPa, čímž je zajištěn plynulý přísun paliva do plynové turbíny. Ta se v angličtině označuje zkratkou APU (Auxiliary Power Unit), což by se dalo přeložit jako pomocná či samostatná energetická jednotka. Výstupní hřídel této jednotky má 72 000 otáček za minutu (při provozu na 100%) a po zpřevodování na 3 600 otáček pohání hydraulické čerpadlo. To pak zajišťuje potřebný tlak hydraulické kapaliny a prostřednictvím dvou válců a táhel ovládá natáčení trysky. Na krytu trysky jsou dále umístěny čtyři malé raketové motory na tuhé palivo. Ty mají délku 79 cm, průměr 32 cm, tah přibližně 89 kN a doba jejich hoření je 0,66 sekundy. Jejich úkolem je, aby v momentě, kdy jsou rakety po vyhoření odhozeny, zajistily jejich bezpečné vzdálení od zbytku sestavy raketoplánu. Zajímavostí je, že během celé doby, kdy je raketoplán umístěn na mobilní odpalovací plošině, je k ní přichycen právě touto částí SRB. Kromě toho zadní segment SRM obsahuje připevňovací prstenec, pomocí kterého se během montáže raketa uchycuje k vnější nádrži a nachází se v něm elektronický modul.

V horní části rakety, nad samotným motorem, se nachází přechodová sekce, obsahující řadu zařízení. Je zde řídící elektronika, starající se mimo jiné o oddělení SRB a činnosti související s jeho záchranou, dále pouzdro s kamerou, signalizační bóje, baterie, anténa a maják záchranného systému. Také je zde přípojný bod pro spojení s vnější nádrží, protože právě touto částí SRB se přenáší tah motoru na vnější nádrž a tím i na orbitální část raketoplánu. Na přechodový úsek navazuje kuželovitá část, ve které je uložen padákový systém složený z výtažného, stabilizačního a trojice hlavních padáků. Ty se uvolňují na povel barometrických relé, které se nalézají také v této špičce. Na povrchu kužele je stejná čtveřice motorů jako ve spodní části SRM, plnící i stejnou funkci – odlet raket poté, co jsou odděleny od vnější nádrže.

Když jsou startovací rakety dokončené, vydávají se z Utahu na dlouhou cestu až do Kennedyho vesmírného střediska (KSC), ležícího na Floridě. Cestují železnicí po částech a není to úplně jednoduché, jak si můžete přečíst v článku Přeprava komponent raketoplánu. Poté, co dorazí do KSC, jsou částečně zkompletované v budově Rotation, Processing and Surge Facility (RPSF). Finální montáž ale probíhá až v hale Vehicle Assembly Building (VAB), kde se k nim nakonec připojí i vnější nádrž a samotný orbitální letoun.

Nyní přeskočíme všechny předstartovní přípravy, prověrky a další náležitosti, kterými musí sestava raketoplánu projít a přeneseme se do okamžiku, kdy již stojí na odpalovacím komplexu a do startu zbývá několik posledních minut. V tuto chvíli jsou již na povrchu spalovací komory SRM umístěny lineární nálože, které by ji v případě aktivace rozdělily a ukončily tak činnost motoru. Tento destrukční mechanismus byl použit jen jednou a to když explodoval Challenger a jedna z poničených raket SRB zamířila do obydlené oblasti.

Pět minut před startem se zážehová jednotka SRM natočí do osy motoru, což je její pracovní poloha. Aby k tomu nemohlo nějakým nedopatřením dojít už dříve, je nejprve blokována zajišťovacími čepy, které toto otočení znemožňují. Zajištění odstraní technici, až když je vše potřebné připraveno ke startu. V čase T -6,6 sekund se s krátkými rozestupy začnou spouštět všechny tři hlavní motory a pokud fungují tak, jak mají, v čase T -0 se zažehnou i motory pomocných startovacích raket. Ve stejný okamžik je uvolněno spojení s mobilní odpalovací plošinou a raketoplán začne stoupat vzhůru. V tuto chvíli mají startovací rakety největší tah. Jeho hodnota se podle různých zdrojů liší, udávaná čísla kolísají mezi 11,8 a 13,8 MN. Během startu zajišťuje dvojice SRB přibližně tři čtvrtiny celkového tahu raketoplánu. Později se začne snižovat, aby ve chvíli, kdy na sestavu působí nejvyšší aerodynamické zatížení (asi 50 sekund po startu) nebylo namáhání příliš velké. Po nějaké době díky geometrii kanálu zrna začne tah motorů opět stoupat.

SRB se od nádrže s orbitálním letounem oddělují zhruba dvě minuty po startu. Těsně před tím na základě povelu z orbiteru přejde elektronika na vnitřní baterie. Pak se prostřednictvím výbušných šroubů přeruší spojení s vnější nádrží a zažehnou se motorky ve špičce i spodní části, pomocí kterých se rakety vzdálí od zbytku sestavy. K oddělení SRB dochází ve výšce kolem 45 km a motory setrvačností vystoupají ještě asi o 20 km výše. Potom již převládne gravitační síla a rakety zamíří volným pádem do Atlantského oceánu. Ve výšce zhruba 4,8 km je odstřelen příďový kryt a pomocí malého výtažného padáku se uvolní padák stabilizační. Ten usměrňuje pád SRB, než dojde ve výšce zhruba 1,7 km k pyrotechnickému oddělení zbytku kuželovité části, která pak přistává samostatně. Zároveň s tím dojde k uvolnění trojice hlavních padáků o průměru 41,5 m. Ty zbrzdí zbylou část SRB tak, že na hladinu oceánu přistane rychlostí asi 24 m/s a to zhruba 250 km od místa startu. Ještě před tímto dopadem, 20 sekund po odstřelení kuželové části, se odhazuje výstupní kužel trysky. Ten se, stejně jako příďový kryt, nezachraňuje. Protože rakety dopadají do vody otevřeným spodním koncem napřed, vnikne do nich sice voda, ale nezaplní je celé. V horní části se utvoří vzduchová kapsa, díky níž se nepotopí, zůstanou ve svislé poloze a přibližně devět metrů vyčnívají nad hladinu.

Pro vyhledání a záchranu SRB používá NASA dvojici lodí Freedom Star a Liberty Star. K místu dopadu jsou naváděny pomocí radiového signálu, jehož vysílač je umístěn v přechodové sekci a má dosah něco přes 16 km. Ve stejné sekci je také maják, vydávající přerušované světlo, viditelné na vzdálenost asi 9 km. Systém, oznamující polohu, by měl být schopen pracovat minimálně 72 hodin (tři dny), světlo má životnost dokonce 280 hodin (více než 11 dní). S výjimkou baterie, která je jednorázová, se ostatní zařízení po renovaci může použít znovu, plánovaná životnost je 20 startů. Po doplutí na místo dopadu jedna z lodí nejprve vyloví kuželovou část, kterou může vítr zanést poměrně daleko od zbylé části rakety a je-li to možné, i její padákový systém. Pak se zachraňuje zbytek SRB včetně trojice hlavních padáků. K raketám se ponoří potápěči a umístí k nim zařízení, které do nich napumpuje vzduch, tím z nich vytlačí vodu a poté trysku uzavřou. Díky tomu se rakety dostanou do vodorovné polohy, vhodné pro vlečení. Ke každé lodi se připoutá jedna z raket a jsou odtaženy zpět do Kennedyho vesmírného střediska. Zde jsou rakety vytaženy na břeh a omyty čistou demineralizovanou vodou, aby se zbavily agresivní mořské vody. Vnitřek se vystříká vodou o vysokém tlaku, aby se odstranily zbytky tepelné izolace a raketa se rozebere na jednotlivé segmenty. Ty jsou pomocí železnice dopraveny zpět do výrobního závodu, kde je čeká důkladná kontrola, vyčistění, renovace a opětovné plnění pohonnými látkami. Rakety jsou vyrobeny tak, aby byly schopné celý tento proces absolvovat 20x.

Vybrané zdroje:

Navigace v sérii<< STS-83: Když stávkuje baterieRaketoplán se chystá na finální misi >>