Spletitá cesta k raketoplánům: Počátky amerického programu Space Shuttle (1)

Až do roku 1963 rozvíjelo americké letectvo projekt kosmického minikluzáku Dyna-Soar. Mělo jít o malý strategický bombardér, který by na oběžnou dráhu vynesl jadernou bombu a následně ji svrhl na určené místo. Vykonal by přitom pouze jeden oblet Země. Po zrušení programu vypracovala firma Boeing studii, v níž zvažovala právě využití kluzáků či raketových letadel jako další možnou cestu v kosmonautice.

Zhruba ve stejné době vznikl na půdě společnosti Martin Marietta projekt Astrorocket: šlo o dvoustupňovou raketu o startovní hmotnosti 1 250 t, přičemž všechny komponenty měly být vícenásobně použitelné. V zásadě se jednalo o dvě spojená pilotovaná letadla s raketovými motory, která by startovala vertikálně a přistávala horizontálně. Ačkoliv realizace zmíněného projektu nebyla na pořadu dne, ukázal návrh nový směr v kosmických letech. Především se oprostil od klasických raket, jež se považovaly za dědictví po armádě – původně představovaly zbraň, a s vícenásobným použitím se u nich tudíž nepočítalo. Odhalení spojitosti mezi konceptem Astrorocket a pozdějšími raketoplány Space Shuttle pak už nevyžaduje nijak bujnou fantazii.

Hledá se raketoplán

V červnu 1964 ustanovila NASA Výbor pro hypersonické nosné prostředky, s nímž okamžitě začalo spolupracovat sedm velkých letecko-kosmických firem – ovšem poněkud jiným způsobem, než bychom možná čekali. NASA zadávala parametry, společnosti je pouze rozpracovávaly. Žádná iniciativa nebo nápady ze soukromého sektoru nepřicházely. Uvedený přístup zkrátka v prvních letech průzkumu vesmíru převážil a pak se setrvačností valil americkou kosmonautikou až do 21. století. Podněty ze strany komerčního úseku byly jen symbolické a o všech zásadních kritériích rozhodovali úředníci v NASA.

Každopádně v polovině 60. let vznikl „jízdní řád“ vývoje nového kosmického dopravního systému, který počítal se třemi postupnými kroky. Do roku 1974 měl být k dispozici malý dopravní raketoplán, vynášený raketou třídy Titan či Saturn. Do roku 1978 se pak počítalo se vznikem nového, vícenásobně použitelného nosiče s kyslíko-vodíkovým motorem. A o pár let později měl přijít na řadu dvoustupňový raketoplán využívající technologii scramjet, tedy náporový motor schopný pracovat při extrémně vysokých rychlostech.

V roce 1968 oslovilo americké letectvo nezávisle na NASA firmy Lockheed a McDonnell Douglas, aby vypracovaly studii na podobu budoucího kosmického nosiče. Stroj od Lockheedu měl mít tvar obráceného písmene „V“, přičemž na délku by měřil 65 m a na šířku 35 m. Na náběžných hranách křídel měl potom nést odhazovací nádrže na pohonné hmoty o průměru 8 m. Dále se počítalo s válcovitým nákladovým prostorem o průměru 8 m, délce 20 m a kapacitě 25 t. McDonnell Douglas představil menší raketoplán vysoký 35 m, obklopený čtveřicí nádrží: na bocích by se nacházely dvě větší na kapalný vodík, nahoře a dole pak dvě menší na kapalný kyslík.

Nejasné požadavky

S blížícím se vrcholem programu Apollo se však začala konceptem raketoplánu zabývat vážněji i NASA. V říjnu 1968 zveřejnilo Marshallovo středisko kosmických letů v Alabamě a Středisko letů pilotovaných lodí v Texasu výzvu k podání návrhů na nový stroj, který by zohlednil „ekonomiku a bezpečnost provozu“. 

Zadání bylo poměrně vágní, s nosností v rozpětí 2,5–25 t. Zahrnovalo však i jeden důležitý požadavek, kterým se vycházelo vstříc americkému letectvu: možnost odklonit se od trasy letu (tzv. cross-range) během přistání až o 800 km. Důvod spočíval v potenciálním uskutečnění mise v délce jednoho obletu Země, po němž by bylo možné opět dosednout v blízkosti místa startu. Pro představu: Raketoplán by obkroužil naši planetu za 90 minut, přičemž by se Země pootočila o 15° za hodinu. Na rovníku by se tak místo startu a přistání „posunulo“ za uvedenou dobu o 2 500 km. Pokud by se měl stoj vrátit na startovací plochu, musel by zmíněnou vzdálenost kompenzovat úhybným manévrem.

V únoru 1969 uzavřela NASA kontrakt s firmami General Dynamics, Lockheed, McDonnell Douglas a North American Rockwell na studii konceptu nového dopravního systému. Zároveň přitom uzavřela oddělený kontrakt se společnostmi Pratt and Whitney a Rocketdyne na vývoj kyslíko-vodíkového motoru pro zmíněný systém. Máme tak před sebou další příklad „byrokratického“ rozhodování v americké agentuře: místo aby se motor řešil jako pevná součást dopravního systému, definovaly se jeho parametry pevně od zeleného stolu. Měl mít tah 2,3 MN při hladině moře a 2,7 MN ve vakuu a jeho výkon se měl potenciálně regulovat v rozmezí 73–100 %, přičemž by byl k dispozici ještě samostatný režim práce v konstantním tahu 10 % pro manévry na oběžné dráze.

V červenci 1969 už se otevřeně hovořilo o kosmických raketoplánech. V NASA vznikla skupina SSTG neboli Space Shuttle Task Group a definovala požadavky na nový dopravní systém: měl sloužit k logistické podpoře vesmírných stanic, dopravovat družice do kosmu i zpět na Zemi, transportovat palivo k satelitům, zajišťovat údržbu a opravy družic nebo realizovat krátké, 1–3denní výzkumné mise. Zároveň se řešilo, do jaké míry by měl být prostředek vícenásobně použitelný, jaké motory a v jakých stupních bude využívat, zda bude startovat vertikálně, či horizontálně, jestli bude mít kapacitu 7,5 t podle požadavku NASA, nebo 25 t podle nároků letectva atd.

Šetřit za každou cenu

Souběžně s technickou podobou raketoplánu zpracovávala NASA i celkovou koncepci americké kosmonautiky v podobě tří scénářů. První počítal s ročním rozpočtem 8–10 miliard dolarů a zahrnoval pilotovanou misi na Mars, základnu na lunární oběžné dráze a vesmírnou stanici pro 50 osob. Druhá varianta kalkulovala se 7–8 miliardami dolarů ročně a se vším výše uvedeným kromě orbitální stanice u Měsíce. Poslední verze nabízela za pět miliard „pouze“ stanici a raketoplán. Pro představu: tehdejší rozpočet NASA dosáhl maxima v roce 1966, zatímco při předkládání návrhu v roce 1969 činil 4,3 miliardy dolarů. Prezident Nixon však v únoru 1969 všechny tři scénáře zamítl.

Nejednalo se ovšem o jediný problém. Americká vesmírná agentura se dostala do křížku s rozpočtovým úřadem federální vlády OMB, který chtěl propočítat ekonomiku provozu raketoplánu – tedy aspekt, který se v případě Apolla absolutně neřešil. Vyšlo při tom najevo, že by vývoj stroje – při zachování rozumného rámce ostatních programů – vyžadoval jen v roce 1975 rozpočet NASA ve výši sedmi miliard dolarů a každý z pěti roků vývoje by na samotný letoun padla částka překračující celý rozpočet agentury plánovaný na rok 1971, tedy 3,4 miliardy dolarů. NASA proto začala „kouzlit s čísly“ a počítat ekonomiku provozu na plnou kapacitu raketoplánů: pokud by vynášely menší družici, zbytek nákladu by tvořilo „palivo pro dotankování dalších satelitů“ apod. Stejně tak se zvýšil počet plánovaných letů, aby se vývojové náklady opticky rozložily mezi větší počet startů.

V rámci technických řešení nahradila titanovou kostru letounu hliníková verze. Titanová kostra byla totiž zhruba třikrát dražší, náročnější na vývoj a také těžší. Měla však své výhody: jelikož zmíněný materiál snese vyšší teploty, ušetřila by se čtvrtina až polovina tepelného štítu, což by znamenalo úsporu v hmotnosti raketoplánu asi o 15 % (o tolik by mohl mít vyšší výkon nebo být menší) a rovněž by to zjednodušilo meziletovou přípravu. Starý partner v podobě amerického letectva pak prosazoval nákladový prostor o průměru až 7,5 m (pro srovnání: vnější palivová nádrž raketoplánů měla průměr 8,4 m), zatímco pro potřeby NASA stačily 4 m. Nakonec zvítězil kompromis v hodnotě 5 m. Postoj letectva ke kosmickému dopravnímu prostředku byl přitom vlažný, nicméně vesmírná agentura armádní podporu potřebovala.