Zásobovací lety automatických kosmických lodí se dávno staly rutinními a jejich přílety na Mezinárodní kosmickou stanici už nepoutají pozornost široké veřejnosti. Jejich služby se však postupem času rozšiřují a vznikají nejen modernizované, ale i zcela nové, robotické kosmické automaty pohybující se po oběžných drahách kolem Země.
Bez velkého ohlasu dopravila například ve čtvrtek 1. února už 20. nákladní loď Cygnus společnosti Northrop Grumman na ISS více než 3 720 kg zásob a vědeckého hardwaru. Na palubě byly i čerstvé potraviny a zásoby pro astronauty, z nichž někteří jsou na palubě kosmické stanice již téměř půl roku. A samozřejmě nechyběla řada sofistikovaných vědeckých experimentů, včetně prvního robotického chirurga, který se na ISS dostal. Tento lékařský robot společnosti Virtual Incision je vyvíjen tak, aby byl jednoho dne schopen komunikovat s lidskými lékaři na Zemi a zároveň prováděl lékařské zákroky na lidech-kosmonautech s vysokou přesností. Mezi experimenty je rovněž projekt Evropské kosmické agentury (ESA) určený k testům 3D tisku malých kovových dílů v prostředí mikrogravitace. Oba citované experimenty jsou významné pro budoucnost kosmonautiky, v rámci pronikání člověka do nitra Sluneční soustavy. O tom, že se uvažuje např. o tisku habitatů z místních surovin na Měsíci či na Marsu, si zpívají vrabci na střeše.
Peripetie lodi Cygnus
Na celé, v zásadě rutinní zásobovací misi by nebylo nic tak zvláštního, kdyby tento Cygnus neodstartoval z floridského Cape Canaveral na vrcholu konkurenční rakety Falcon 9 Muskovy společnosti SpaceX. Otázka zní, proč společnost Northrop Grumman platí za vynesení své kosmické lodi konkurenční společnosti SpaceX, když měla k dispozici vlastní, celkem spolehlivý nosič? Kartami zamíchala válka na Ukrajině. Raketa Antares byla využívána v řadě různých variant. Původně ji vyvinula společnost Orbital ATK (dříve Orbital Sciences Corporation) jako Taurus II a od konce roku 2011 nese označení Antares. V této verzi používala v I. stupni v Rusku zakoupené motory Kuzněcov NK-33 s uzavřeným cyklem, vyvinuté koncem 60. let 20. století pro Koroljovem konstruovanou lunární superraketu N-1. Po rozpadu SSSR jich 36 kusů zakoupila a posléze upravila společnost Aerojet jako Aerojet AJ-26. Bohužel, v nosiči Antares se Aerojet AJ-26 příliš nedařilo. V roce 2014 raketa Antares 130 s těmito motory při misi Cygnus Orb-3 Deke Slayton k ISS havarovala několik sekund po startu. To vedlo k tomu, že společnost sáhla po novějších ruských motorech a už v listopadu 2014 Orbital Sciences oznámila, že bude používat motory RD-181 NPO Eněrgomaš na raketách Antares druhé generace. A uzavřela smlouvu na dodávku až 60 motorů RD-181, odvozených z motoru RD-191 (rodina RD 170) speciálně pro Antares. Kontrakt v hodnotě přibližně jedné miliardy dolarů byl podepsán a ratifikován ruskou vládou v prosinci 2014. Podle dokumentu mělo být do USA dodáno od června 2015 celkem 60 motorů RD-181. Mělo... Je potřeba poznamenat, že obdobné motory ruské konstrukce — RD-180 — zakoupil i společný podnik společností Lockheed a Boeing United Launch Alliance (ULA) pro první stupeň modernizovaných nosičů Atlas 5. Ty totiž jsou pokračovateli již citovaných motorů NK-33. Po technologických úpravách (1980) vznikl motor RD-170, původně určený pro boostery superrakety Eněrgija a posléze používaný na raketách Zenit, vyráběných v ukrajinském Dnipru (dříve Dněpropetrovsk, Južnoje). Tyto dvoukomorové motory na kerosen a kapalný kyslík rovněž využívají tzv. uzavřený cyklus zvyšující výkon a RD-180 je upravená verze pro potřeby prvního stupně Atlasu 5. Stejný ukrajinský výrobce pak dodával pro Orbital ATK i 1. stupně Antaresu vč. licenčních ruských motorů. Slibně se rozvíjející kooperace s americkými firmami ale začala skřípat po roce 2014, když Rusko obsadilo Krym. Už tehdy začala ULA z bezpečnostních důvodů hledat náhradu pro motor prvního stupně Atlasu, a rozhodla se proto investovat do vývoje motoru BE-4 společnosti Blue Origin Jeffa Bezose pro raketu Vulcan (první start v lednu 2024). Zároveň si ULA na rozdíl od Grummanu vytvořila zásobu RD-180. Což bylo prozíravé, neboť po invazi na Ukrajinu v roce 2022 byly v odpovědi na uvalené ekonomické sankce dodávky z Ruska ukončeny. To Grummanu zbyly, na rozdíl od ULA, jen čtyři komplety motorů a start Antaresu 1. srpna loňského roku tak byl labutí písní rakety i spolupráce s Ukrajinou. Společnosti Northrop Grumman nezbývalo nic jiného než objednat další starty u konkurence SpaceX, protože mezi tím došly i Atlasy 5 od ULA. Pro SpaceX to je samozřejmě vítaný byznys, i když si spojení s lodí Cygnus vyžádalo jisté, nikoliv jednoduché úpravy ochranného krytu Falconu 9. V reakci na ruské embargo se ale společnost Northrop Grumman dohodla s Firefly Aerospace na výrobě motorů a vlastně celého nového prvního stupně pro modernizovanou raketu Antares řady 330. Nový Antares tak bude mít nový první stupeň a stávající horní stupeň Castor 30XL. Prvním startem rakety Antares 330 bude mise NG-23, která se oproti původním předpokladům uskuteční nejdříve v červnu roku 2025.
Modernizace Cygnu
Nákladní loď Cygnus (1. start 18. září 2013), je spolu s ruskými Progressy a Muskovými Dragony již veteránem kosmických „kamionů“ zásobujících ISS. Skládá se ze dvou částí: servisního modulu (SM) postaveného v USA na základě satelitní platformy GEOStar původně vyvinuté Orbital Sciences Corporation a hermetizované nákladní části zvané PCM (pressurized cargo module), vyrobené ve Francii a v Itálii společností Thales Alenia Space. Prázdný PCM má hmotnost 1 800 kg, přičemž suchá hmotnost servisního modulu je zhruba identická. Dalších 800 kg váží hypergolické palivo pro manévrovací motorky. V současnosti je používána vylepšená varianta lodi Cygnus, schopná dopravit na ISS až 3,75 t nákladu. Firma Northrop Grumman však plánuje do budoucna pomocí prodloužení modulu PCM zvýšit nákladní kapacitu až na 5 t. A jak jsme zmiňovali už v prosincovém čísle Technického týdeníku, i z toho důvodu, po odstoupení od plánů na vývoj vlastní komerční orbitální stanice, se zapojila do spolupráce s Nanoracks, dceřinou společností Voyager Space. V rámci tohoto společného podniku hodlá Northrop Grumman poskytovat služby nákladní dopravy pro stanici nazvanou Starlab. Cygnus tak čeká další modernizace, jež umožní přímé pevné spojení s budoucí stanicí (bez pomoci manipulátoru). A mimo jiné zajistí také možnost využití Cygnu jako tlačného remorkéru k úpravám dráhy ISS, když doposud tuto funkci plnily Progresy. Koncepce této lodi, jednoho z nejpoužívanějších náklaďáků, se prostě osvědčila. A společnost tak v červnu s NASA v rámci iniciativy CCSC-2 (collaborations for commercial space capabilities-2) uzavřela samostatnou dohodu o vývoji verze Cygnus „Persistent Platform“ (rovněž zmíněné v prosincovém článku), která je navrhována tak, aby sloužila jako volně létající, autonomní a robotická kosmická loď pro komerční vědecký výzkum a výrobu na nízké oběžné dráze Země. Konkretizovány byly okruhy služeb, které má Persistent poskytovat: například vyrábět superslitiny, vodiče, léčiva či kosmetické výrobky pro pozemské použití. Mohla by také hostit servery cloud computingu a být využívána pro ukládání dat nebo produkci potravin a další služby, uvádí Grumman Space Systems.
Sny a představy
Myšlenka využití automatických kosmických lodí či urychlovacích stupňů k zásobování a přesunu jiných těles např. z nízké oběžné dráhy na vyšší, se nezrodila v 21. století. Takový orbitální robot byl popsán už v polovině minulého století jako podpůrný systém pro stálou orbitální stanici u Země. Termín „space tug“, tedy „kosmický remorkér“, totiž poprvé použil spisovatel sci-fi Murray Leinster jako název románu pro mládež, vydaného v roce 1953 jako pokračování předchozí knihy o orbitální stanici „vesmírné platformy“. O možnostech a účelnosti orbitálních remorkérů si nechala NASA v létech 1970—72 vypracovat studii, na které se podíleli MSFC (Marshall Space Flight Center) a Lockheed. Už v průběhu projektu Apollo se totiž uvažovalo o možnostech, jak využít a rozšířit hardware z lunárního projektu například při budování a obsluze velkých orbitálních stanic. V rámci programu Space Transportation System vznikla řada zajímavých projektů remorkérů schopných se připojit k objektům na oběžné dráze a poskytovat služby, jako je doplňování paliva nebo opravy či jejich upgrade, stejně ja-ko změnit oběžné dráhy satelitů, ať už by šlo o prodloužení životnosti družice či stanice, nebo jejich deorbitaci. Například koncept remorkéru od MSFC byl zamýšlen jako opakovaně použitelné plavidlo určené k přepravě nákladu na oběžné dráhy s různými sklony. S využitím kombinace tří primárních modulů (pohon, posádka a náklad) a různých doplňkových souprav byl Space Tug schopen řady vesmírných aplikací. Bohužel, program Space Tug byl zrušen, podobně jako celý program AAP (apollo applications).
Začalo to Progressem
Prvními reálnými nákladními kosmickými loděmi jsou od roku 1978 po-užívané ruské Progressy, v zásadě bezpilotní beznávratové Sojuzy. První Progress startoval 20. ledna 1978 na družicovou stanici Saljut 6 (na které pak pobýval i náš kosmonaut Vladimír Remek). Na tuto stanici dopravilo celkem 12 Progressů přes 20 t vybavení, zásob a paliva a pomáhaly tak zajistit, aby posádka byla schopna provádět užitečnou vědeckou práci na palubě stanice. Navíc lodě Progress byly a jsou poněkud univerzální, protože na rozdíl od konkurentů, létajících dnes na ISS slouží nejen pro dopravu materiálů, ale i jako tankery a remorkéry, upravující dráhu celé mezinárodní stanice. Progress o délce 7,23 m o startovní hmotnosti cca 7 130 kg dopraví na stanici celkem 2,5 t materiálu, z čehož může být až 1,5 t kapalin vč. paliva. Není to moc ve srovnání např. s evropskou lodí ATV, která při startovní hmotnosti 20,5 t dopravila na ISS téměř 8 t nákladu, ovšem startovala jen pětkrát. Progressy startují třikrát, čtyřikrát do roka. Lodě Progress byly několikrát modernizovány. V současné době se pro dopravu nákladů na ISS používá varianta MS, naposledy startovala v 30. listopadu loňského roku jako Progress MS-25. Zatím je posledním krokem v dlouhém procesu postupného přechodu na digitální avioniku na palubách kosmických lodí Progress a Sojuz a je vynášena raketou Sojuz-2-1a. Například nový systém řízení letu SUD využívá spojovací družice Luč a navigační satelity GLONASS, což umožnilo autonomní měření trajektorie lodními počítači. Jen na ISS už svůj náklad dopravilo na 80 Progressů, což je absolutně nejvyšší číslo mezi „náklaďáky“. Ne že by se ruská konstrukční škola nesnažila Progressy nahradit, ale v letech po rozpadu SSSR zanikla řada zajímavých projektů, jako například kosmoplán Cliper a remorkér Parom (Trajekt) z roku 2005. Idea spočívala v tom, že na oběžné dráze nebo na kosmické stanici bude zaparkován opakovaně použitelný, vysoce manévrující meziorbitální „tahač“. Odtamtud měl provádět řadu letů, aby se setkal s nedávno vypuštěným nákladem a poté jej dopravil na kosmickou stanici. Koncept se později spojil s projektem Cliper a stal se známým jako Parom. V letech 2009 a 2010 se v ruských dokumentech znovu objevil dopravní systém zahrnující kosmický remorkér a nákladní kontejner, tentokrát šitý na míru raketě Rus-M (plánovaná náhrada za Proton). Loď byla označena jako TGKS (transport cargo space system) a očekávalo se, že bude jedním z prvních nákladů nového raketového stupně, jehož start byl naplánován na rok 2015. Nákladní loď byla dimenzována na 12—14 t, aby se vešla do nosnosti Rus-M (20 t). Podobně jako „Trajekt“ nejspíše vycházela koncepčně i vizuálně z konstrukce Čelomejova modulu TKS pro vojenskou stanici Almaz z počátku 70. let minulého století. Ovšem, kdeže loňské sněhy jsou...
Draci a jiné lodě
Dne 25. května 2012 se Dragon 1 (Cargo) stal první komerční kosmickou lodí, která se úspěšně setkala s ISS a přivezla tehdejší posádce první dodávku materiálů a potravin o tonáži cca 3 310 kg. Dragon společnosti SpaceX se také stal první komerční znovupoužitelnou kosmickou lodí, která se úspěšně vrátila z kosmu zpět na Zemi. Po odstavení raketoplánů z provozu (2011) se tyto lodě v rámci programu NASA Commercial Ressuply Services spolu s nákladní lodí Cygnus (1. start až v září 2013) na řadu let staly jediným americkým příspěvkem k zásobování Mezinárodní kosmické stanice. V letech 2012 až 20 uskutečnily Cargo Dragony 23 zásobovacích misí. Nyní, od prosince 2020, létají k ISS místo původního Cargo Dragonu nákladní verze lodě Dragon 2, které jsou označovány Cargo Dragon 2. Existují totiž dvě varianty kosmické lodi Dragon: Crew Dragon, kosmická loď pro dopravu posádky na stanici, a Cargo Dragon, náhrada za původní lodi Dragon 1. Dodnes jde o jedinou znovupoužitelnou nákladní loď. Kosmická loď H-II Transfer Vehicle neboli HTV Japonské kosmické agentury JAXA přivezla na ISS zásoby už v září 2009. Agentura JAXA začala loď vyvíjet v rámci reciprocity, aby splnila japonský závazek ve sdíleném programu dopravy zásob na ISS a podpory vlastní laboratoře Kibō či experimentálního modulu (JEM). HTV má 4 m v průměru a asi 10 m na délku, podobně jako linkový autobus. Hermetický segment mohl pojmout až 4,5 t nákladu, včetně nádrže pro 300 kg vody. Nehermetický segment mohl nést až 1,5 t nákladu a byl delší a lehčí než segment hermetický. Maximální kapacita pro náklad dosahovala při celkové hmotnosti lodi 16,5 t až 6 000 kg. V letech 2009 až 2019 bylo úspěšně vypuštěno celkem devět lodí HTV, které na ISS dovezly bezmála 50 t materiálu. Letos by měl konečně startovat modifikovaný, odlehčený HTV-X (původně plánovaný na únor 2022). Bude mít jednodušší motorovou jednotku, a tudíž větší nosnost (7 200 kg oproti 6 000 kg u HTV) a má plnit stejné úkoly jako předchůdce až do r. 2028 či do konce životnosti ISS. Od roku 2021 se také uvažuje o další evoluční verzi HTV-X nazvané HTV-XG, která by po vynesení raketou H3 Heavy dopravovala náklad na cislunární stanici Gateway v rámci programu Artemis. Zda bude též sloužit k úpravám dráhy stanice, není známo.
Od „dodávky“ k lunární lodi
To evropský náklaďák ATV (automated transfer vehicle) doznává velkých změn. ATV-1 nazvaný Jules Verne startoval také dříve, než se objevily americké Dragony a Cygny. A to už 9. března 2008. Při startovní hmotnosti 20 750 kg a délce 10,3 m dokázaly ATV dopravit na ISS až 7 667 kg. Startovaly v rámci recipročního plnění závazků ESA za využívání stanice celkem pětkrát, což se pravda zdá poměrně málo. Poslední loď této třídy, vynesená rovněž Ariane 5 a pojmenovaná po známém belgickém astronomovi Georges Lemaître, startovala už v červenci 2014. V letech 2000—2010 ESA prověřovala desítky odvozenin a alternativních využití ATV. Projekty, jako kosmické remorkéry, pilotované kosmické lodě, jako byla CTV (crew transport vehicle), návratové moduly LCR (large cargo return) pro návrat velkých nákladů, stálé moduly mimo ISS Columbus, cislunární obydlí a nezávislé laboratorní moduly, to vše bylo v té době zvažováno. V červnu 2006 dokonce ESA zadala místo CTV dvouletou studii na vývoj kosmické lodi ACTS (advanced crew transportation system) ve spolupráci s Roskosmosem, která měla využít zkušenosti a znalosti z konstrukce ATV. Nicméně obě agentury se kvůli rozdílným požadavkům nakonec na pokračování projektu nedohodly a Roskosmos začal vyvíjet vlastní loď Orel. Existoval i koncept MSS — mini kosmické stanice sestavené z několika ATV se dvěma dokovacími porty, kde se rovněž počítalo se spoluprací s Ruskem a možností připojení lodí Sojuz a Progress, což rovněž odešlo do ztracena. Po jistém přešlapování se nakonec členské státy ESA v listopadu 2012 rozhodly, že konstrukce ATV by mohla být upravena tak, aby sloužila jako servisní modul lunární kosmické lodi NASA Orion. V lednu 2013, ještě v rámci později zrušeného projektu Constellation, pak ESA a NASA oznámily, že budou pokračovat na vývoji kombinovaného ATV/ /Orion servisního modulu, který bude sloužit jako hlavní obslužná komponenta pro kabinu Orion s posádkou. Modul, dnes v rámci projektu Artemis, přejmenovaný na ESM (european service module), slouží především jako primární pohonná jednotka, která je po ukončení mise odhozena a shoří v atmosféře. Poskytuje vodu a kyslík potřebné pro pobyt čtyřčlenné posádky, ze solárních panelů vyrábí elektrickou energii a udržuje teplotu systémů a komponent lodě. Může také obsahovat náklad a vědecké přístroje mimo přetlakový prostor. Celková tonáž uvažovaná pro lunární misi činí 13 500 kg, z toho 240 kg vody ve čtyřech nádržích, 90 kg kyslíku ve třech nádržích, 30 kg dusíku v jedné nádrži a 8 600 kg použitelného pohonného plynu pro korekční motorky. Hlavním motorem ESM pro mise Artemis je ovšem americký motor Aerojet AJ10-190, nám známý jako Space Shuttle OMS (orbital maneuvering system), ze zásob, které zbyly z programu raketoplánů. Předpokládá se, že OMS bude použit pro první tři až pět servisních modulů. Později má být nahrazen např. motorem AJ10-118k; používaným ve druhém stupni raket Delta II. Hlavním dodavatelem ESM je pak Airbus Defence and Space v Brémách, odkud byla kompletně dodána už v roce 2018 první jednotka pro zkušební bezpilotní let Orionu Artemis 1. Ten se úspěšně odehrál v listopadu 2022. ESM tak bude jednotkou, která donese po dlouhé době i první lidi k Měsíci a bude fungovat i v dopravě astronautů na cislunární stanici Gateway. A dohody mezi ESA a NASA z let 2021/22 zahrnují i tři lety evropských kosmonautů k Měsíci či na něj. /Stanislav Kužel/
