Těžko na cvičišti: Jak vypadal výcvik pilotů amerických raketoplánů?

Raketoplány byly všechno, jen ne malé a kompletně změnily pohled na možnosti létání na oběžnou dráhu. Typický tvar s dominantními křídly a strohým černobílým schématem, trup zčásti pokrytý dlaždicemi tepelné ochrany, kterých měl každý stroj okolo 21 tisíc, a jedinečná architektura navržená tak, že raketoplány startovaly do kosmu jako raketa, ale vracely se jako letadlo – to vše je na dlouhá léta proměnilo v nepřehlédnutelný symbol dobývání vesmíru a dodnes se o nich právem mluví jako o technickém divu světa.

Létání s cihlou

Přes veškerý půvab měly raketoplány obrovské technické problémy a svým konstruktérům a provozovatelům přivodily nejednu vrásku. Celý program STS neboli Space Transportation System se totiž od začátku výrazně lišil od všeho, co kdy NASA vyzkoušela. Musela proto rozsáhle testovat, nacvičovat a trénovat každý aspekt letového profilu a zejména přistání, to vše dlouho před premiérou stroje. Veřejnost měla za to, že raketoplány přistávaly jako letadla na ranvej, respektive jako kluzáky, protože se vracely bez pohonu. Ve skutečnosti však létaly velmi odlišně od většiny tehdejších letadel. Orbiter měl například poměr vztlaku a odporu srovnatelný s helikoptérou!

NASA si záhy uvědomila, že astronauti budou muset věnovat hodně času, aby se naučili s vesmírným kluzákem o hmotnosti přes 90 tun přistát. Stroj dokonce klesal tak strmě a rychle, že se mu říkalo „létající cihla“. Pro srovnání: Kosmická loď Crew Dragon společnosti SpaceX má při návratu hmotnost okolo 12 tun, u raketoplánů však jen prázdné pomocné motory SRB na tuhé pohonné látky vážily 87 tun. Šlo zkrátka o jedinečné stroje, jimž se z technického hlediska jen tak něco nevyrovná. 

Hledá se vhodný simulátor

Americká vesmírná agentura se rozhodla, že kromě výcviku v realistických pozemních simulátorech potřebují astronauti „opravdové“ zkušenosti – čehož se dalo dosáhnout pouze tréninkem ve skutečném letadle, které se bude chovat velmi podobně jako raketoplán. Žádný takový stroj však neexistoval, a NASA jej proto musela vyvinout. Výsledkem se stal letoun Shuttle Training Aircraft čili STA.

Pro daný účel agentura zvažovala Boeing 737, ale nakonec se kvůli nižší ceně i náročnosti na údržbu rozhodla pro mnohem menší jet Grumman Gulfstream II neboli C-11. Dvoumotorové proudové dopravní letadlo má daleko k tomu, aby létalo podobně jako raketoplán. NASA ovšem přepracovala celý interiér a pozměnila i vnějšek čtyř strojů, z nichž vytvořila miniflotilu pro astronautický výcvik. Draky letadel vyžadovaly těžké vyztužení, aby odolaly silnému namáhání při opakované simulaci přistání raketoplánu. Každý kokpit se kompletně předělal tak, aby připomínal interiér skutečné kabiny s počítači, multifunkčními displeji a ovládacími prvky, včetně typického ovladače v podobě joysticku.

Pilot seděl na levém sedadle, jež mělo stejnou konstrukci jako v raketoplánu. Dokonce i okna a okenní rámy se přestavěly tak, aby připomínaly výhled z kabiny při reálném přistání. U pravého sedadla se pak zachovalo tradiční řízení a přístroje letadla, přičemž do něj během nácviku usedal instruktor. Další sedačky hned za kokpitem nahradilo simulované vybavení raketoplánu v podobě řady počítačů, které měly řídit profil sestupu. Jelikož se jednalo o upravené business jety, zahrnovaly také kávovar – a NASA jej z praktických důvodů ponechala na místě.

Na jediný pokus

Astronauti museli s raketoplánem přistát na první pokus, protože ho konstruktéři nevybavili žádným atmosférickým pohonem. Na zádi měl sice silné raketové motory, ale palivo bylo k dispozici pouze pro vzlet a v centrální nádrži. Příprava tedy hrála velmi důležitou roli a nutno dodat, že pokud už raketoplán zvládl průlet atmosférou, dostal se na přistávací ranvej vždy v pořádku.

Čtyři cvičné letouny se běžně nacházely v NASA Forward Operating Location v texaském El Pasu a většina cvičných letů se uskutečnila na základně White Sands v Novém Mexiku. Jednalo se o ideální místo, protože kromě skutečné přistávací dráhy pro raketoplány – což byl mimo jiné požadavek na výcvik – nabízelo i méně vytížený vzdušný prostor. Protějšky ve floridském Kennedy Space Center a na kalifornské základně Edwards Air Force Base byly daleko rušnější, přesto se i tam daly občas upravené Gulfstreamy II zahlédnout.

Cvičný let začal stoupáním do 37 tisíc stop, tedy 11 300 m. Letadlo manévrovalo do bodu nad plánovaným místem přistání a tehdy instruktor na pravém sedadle zahájil simulaci. Věrně přitom kopíroval posledních několik minut sestupu orbiteru. Vysunul hlavní podvozek, zatímco ten pod přídí zůstal zasunutý, aby se omezilo zatížení větrem. Poté se tah motorů obrátil, což umožnovaly záklopky, které se mohly vychylovat nahoru i dolů pro snížení, respektive zvýšení vztlaku. Odpor stroje tím dramaticky vzrostl a v daném okamžiku přebíral let do rukou astronaut. Vše se podobalo přistání, ovšem ve výšce 11 km. 

A jde se dolů

V uvedené fázi začalo letadlo prudce klesat. Při normálním cvičení jej nechal astronaut sestoupit asi do výšky 6 000 m při rychlosti 519 km/h a vzdálenosti 24 km od místa přistání. Poté STA otočil, klesl na 3 700 m a přiblížil se k plánované lokalitě na 11 km. Následně vychýlil příď, aby se rychlost zvýšila na 560 km/h a letoun klesal pod úhlem 20° – což představuje asi sedmkrát strmější sestup, než běžně zažívají pasažéři komerčních letů. Ztráta výšky pak byla dvacetkrát rychlejší než u normálních letadel, to vše kvůli co nejvěrnějšímu napodobení výhledu z kokpitu a klesání raketoplánu.

Ve výšce 610 m se naváděcí systém změnil a krátce poté, 518 m nad zemí, zahájil pilot obrat o 180° a postupně snížil úhel klesání. V daném bodě zažíval přetížení okolo 2 G a přešel do klouzavého letu, který měl od výšky 91 m úhel 1,5°. Uvolnění podvozku raketoplánu se simulovalo 90 m nad zemí, protože hlavní podvozek STA zůstával po celou dobu vysunutý. Ten příďový se uvolnil až pouhých 46 m nad ranvejí a jen pro případ neúmyslného kontaktu s jejím povrchem. 

Pokud byla rychlost správná, zelené světlo na přístrojové desce signalizovalo přistání raketoplánu. Došlo k tomu zhruba 10 m nad zemí, přesně v pozici, kdy by se vesmírný letoun skutečně dotkl dráhy z pohledu pilota. Při cvičení letadlo většinou na ranvej nedosedalo: Po úspěšném přistávacím manévru převzal instruktor řízení, zrušil simulační režim a deaktivoval obraceč tahu. Poté nabral rychlost a provedl průlet. Každý trénink STA zahrnoval deset takových přiblížení a simulací přistání. Následně posádka doplnila palivo, vyzvedla dalšího astronauta a celý proces se opakoval. Kompletní nacvičovaný manévr trval jen něco málo přes tři minuty, během nichž letadlo z výšky přes 11 km kleslo pouhých pár metrů nad ranvej. 

Věrnost nadevše

Než pilot usedl do kokpitu skutečného raketoplánu, musel absolvovat nejméně tisíc zdařilých zkoušek s letouny STA. Astronauti si přitom i po návratu z vesmíru simulátor pochvalovali. Sofistikovaný počítačový systém napodoboval dynamiku letu orbiteru téměř s dokonalou přesností, a vysoce realistická simulace navíc implementovala také rozhraní pro ovládání raketoplánu. Palubní počítač Advanced Digital Avionics System čili ADAS řídil průběh vztlaku a zpětný tah za letu během simulačního režimu. Zkoušky prý byly skutečně věrné a pocit se velmi podobal reálné misi.

Podle všeho šlo o jeden z nejlepších simulátorů, jaký kdy NASA měla. Dokázal astronauty skvěle připravit na to, co je čekalo. Některé lety pak dokonce absolvovali v oranžových skafandrech, v nichž se vydávali do vesmíru na palubě raketoplánů. Důkladná praxe zvyšovala sebevědomí posádek a vytvářela dojem, že se snad jedná o rutinní záležitost. Velitelka mise STS-114 Eileen Collinsová o testovacích letounech prohlásila: „STA jsou skvělé! Létají velmi podobně jako raketoplány. Ovládací vlastnosti se dostatečně podobají, takže nemáme problémy s přechodem z tréninku do reálných strojů.“ Výcvik se zkrátka řídil slovy: „Trénuj, jako když létáš, leť, jako když trénuješ.“ 

Konec jedné éry

Když se v roce 2011 éra raketoplánů završila, americká kosmická agentura už výcviková letadla nepotřebovala. Ačkoliv je mohla použít třeba k přepravě astronautů, pokud zrovna nebyl k dispozici jiný letoun, rozhodla se je předat do muzeí. V současné době jsou tedy legendární letouny vystaveny v Oregonu, Texasu, Alabamě a Kalifornii.

Poslední lety se neobešly bez ceremonií, které byly až dojemné. Například stroj NASA 946NA, postavený v roce 1976, absolvoval s astronauty tisíce hodin. Jednadvacátého září 2011 přistály dva Gulfstreamy II v Amarillu na mezinárodním letišti Ricka Husbanda, jenž na nich sám létal, a popojížděly do tamního Texas Air & Space Museum. Posádka pak letoun 946 naposled vypnula, vystoupila a rozloučila se s dříčem, který astronautům dobře sloužil dlouhých 35 let. Stroj zůstal na místě se všemi manuály, deníky, mapami, příručkami i náhlavní soupravou a takto ho mohou obdivovat návštěvníci z celého světa.

Dlouhý život Gulfstreamů

Během své služby v NASA se Gulfstreamy II udržovaly v houstonském Johnson Space Center Aircraft Operations. Postupný pokrok v avionice a technikách matematické simulace však vedl ke změnám v designu samotných raketoplánů. Tamní inženýři a technici tudíž museli držet krok a neustále aktualizovat i simulační model a avioniku strojů STA, včetně úprav a modernizace kokpitu.

Životnost letounů se v první fázi omezovala na pět tisíc letových hodin, což ovšem nestačilo, a tým se rozhodl zasadit o její prodloužení. Následně byl tedy zaveden nový plán kontrol a funkčních zkoušek, aby se i nadále zajistil bezpečný provoz. Všechna letadla překročila osm tisíc hodin bez velké poruchy, přičemž exempláře 946 a 947 si připsaly dokonce dvanáct tisíc, respektive více než třináct tisíc hodin. Program skončil následující bilancí: 39 769,3 nalétané hodiny, 162 863 simulovaných přiblížení orbiteru a 28 996 přistání bez selhání kritické konstrukce. Přesto se občas menší problémy objevily (viz Houstone, upadl nám motor!).

V prvních letech měla NASA k dispozici pouze dvojici 946 a 947. Zbylé dva stroje se k flotile připojily až v roce 1984 a 1989. Letadla se navzájem podobala, ale v některých detailech se přece jen mírně lišila. Například verze 944 a 945 už neměly regulátory boční síly a další rozdíl spočíval v barevném provedení. Zvenčí tyto Gulfstreamy II stále vypadají jako obyčejné letouny, ale „klamou tělem“: Sehrály totiž zásadní roli, když generacím astronautů umožnily bezpečný návrat z vesmíru.