Týdeník věnovaný aktualitám a novinkám z fyziky a astronomie. Vydavatel: AGA (Aldebaran Group for Astrophysics) Číslo 38 – vyšlo 25. září, ročník 18 (2020) © Copyright Aldebaran Group for Astrophysics Publikování nebo šíření obsahu je zakázáno. ISSN: 1214-1674, Email: bulletin@aldebaran.cz

38/2020

Rozšiřování Mezinárodní vesmírné stanice

Vilém Boušek

Mezinárodní vesmírná stanice (International Space Station, ISS), jeden z nejvýznamnějších vědeckých projektů současnosti, již téměř 22 let obíhá nad našimi hlavami. Její stavba započala vynesením modulu Zarja raketou Proton-K dne 20. listopadu 1998. Již o dva týdny později, dne 4. prosince 1998, odstartoval raketoplán Endeavour na misi STS-88. V jeho nákladovém prostoru se nacházel modul Unity. Ke spojení těchto dvou modulů došlo o dva dny později, dne 6. prosince 1998. Domovem pro astronauty a kosmonauty je ISSISS – International Space Station, mezinárodní vesmírná stanice. Od roku 1993 je společným projektem americké NASA, Ruska, Kanady, evropských států sdružených v kosmické agentuře ESA a Japonska. První modul byl vynesen v roce 1998, první posádka na stanici byla v roce 2000. V roce 2008 byl k ISS připojen evropský výzkumný modul Columbus. V roce 2011 byl instalován víceúčelový americký modul Leonardo a v roce 2021 zatím poslední ruský modul Nauka. V roce 2011 letěl k ISS poslední raketoplán. Od té doby zajišťují styk se stanicí lety ruských lodí Sojuz, v poslední době se přidaly lodi Crew Dragon soukromé společnosti SpaceX. Na ISS operuje stálá posádka. nepřetržitě od 31. října 2000, kdy na její palubu vstoupili členové Expedice 1, astronaut William M. Shepherd a kosmonauti Sergej Krikalev a Jurij Gidzenko.

Členové Expedice 1. Postupně zleva doprava: Sergej K. Krikalev (Roskosmos),
William M. (Bill) Shepherd (NASA) a Jurij Pavlovič Gidzenko (Roskosmos).

ISS – International Space Station, mezinárodní vesmírná stanice. Od roku 1993 je společným projektem americké NASA, Ruska, Kanady, evropských států sdružených v kosmické agentuře ESA a Japonska. První modul byl vynesen v roce 1998, první posádka na stanici byla v roce 2000. V roce 2008 byl k ISS připojen evropský výzkumný modul Columbus. V roce 2011 byl instalován víceúčelový americký modul Leonardo a v roce 2021 zatím poslední ruský modul Nauka. V roce 2011 letěl k ISS poslední raketoplán. Od té doby zajišťují styk se stanicí lety ruských lodí Sojuz, v poslední době se přidaly lodi Crew Dragon soukromé společnosti SpaceX. Na ISS operuje stálá posádka. NASA – National Aeronautics and Space Administration, americký Národní úřad pro letectví a kosmonautiku, byl založen prezidentem Eisenhowerem 29. července 1958. Jde o instituci zodpovědnou za kosmický program USA a dlouhodobý civilní i vojenský výzkum vesmíru. K nejznámějším projektům patří mise Apollo, která v roce 1969 vyvrcholila přistáním člověka na Měsíci, mise Pioneer, Voyager, Mars Global Surveyor a dlouhá řada dalších. Roskosmos – ruská kosmická agentura, dříve Ruská letecká a vesmírná agentura je vládní agentura zodpovědná za ruský vesmírný program a letecký výzkum. Ruská kosmická agentura byla založena v Sovětském svazu v druhé polovině padesátých let. Vyvinula první balistickou raketu, umělou družici Země, vyslala prvního kosmonauta na oběžnou dráhu, provedla první průzkum Měsíce, Venuše a Marsu. Nanosatelity – satelity s hmotností kolem 1 kg a rozměry přibližně 10 cm. Jsou často vynášeny do vesmíru ve větším množství, jako tomu je například při některých startech nosných raket Vega, Atlas V nebo Falcon 9. Do jejich vyřazení roku 2018 byly k těmto misím využívány i rakety Delta II. Nejznámější projekt týkající se nanosatelitů je CubeSat, kde mají nanosatelity tvar krychliček o hraně 10 cm. CubeSats – třída nanosatelitů, která využívá standardizovaný tvar a rozměry. Rozměr CubeSatů se udává v jednotkách U (z anglického unit), kde 1U představuje krychli o délce hrany 10 cm a s hmotností do 1,33 kilogramu. Nejčastější rozměry CubeSatů jsou 1U, 1,5U, 2U, 3U, 6U a 12U.

Mezinárodní vesmírná stanice

K tomu, aby se Mezinárodní vesmírná stanice rozrostla do dnešních rozměrů, bylo potřeba více než 40 vesmírných letů, 36 z těchto letů vykonaly raketoplányRaketoplán – Space Shuttle (oficiálně Space Transportation System) byl americký pilotovaný kosmický letoun provozovaný pro lety do vesmíru agenturou NASA. Firma Rockwell International Space Systems Group (nyní Boeing North American) raketoplán vyprojektovala a postavila pět plně provozuschopných exemplářů. První let proběhl v roce 1981. Raketoplán startoval za pomoci nosné rakety, samostatně se pohyboval ve vesmíru a samostatně přistával. Lety byly řízeny z Johnsonova kosmického střediska v texaském Houstonu. Lety raketoplánu byly ukončeny v roce 2011. Obdobný sovětský projekt raketoplánu Buran nebyl dokončen, došlo k jedinému startu v roce 1988., dva lety vykonaly rakety Proton-K a stejný počet i rakety Sojuz-U. Později se ještě zapojily zásobovací mise lodi Dragon od SpaceXSpaceX – Space Exploration Technologies Corporation, soukromá technologická společnost působící v aerokosmickém průmyslu. Byla založena Elonem Muskem v roce 2002, z peněz za prodej jeho podílu v systému PayPal. V současné době provozuje rakety Falcon 9 a Falcon Heavy. Raketa Falcon 9 se v dubnu 2020 stala raketou s nejvyšším počtem startů v aktivní službě (84 startů). Na tomto postu vystřídala raketu Atlas V (83 startů). SpaceX také provozovala kosmickou loď Dragon, která v rámci první fáze programu CRS (Commercial Resupply Services (CRS) dovážela zásoby k ISS. Celkem došlo k 20 misím, ze kterých 19 bylo úspěšných. Vylepšená verze této lodi Dragon 2 bude dopravovat nejen zásoby (druhá fáze programu CRS), ale i astronauty na ISS v rámci programu Commercial Crew Program. K prvnímu letu s lidskou posádkou by mělo dojít 27. května 2020. V rámci programu Artemis, bude zásobovací loď Dragon XL dopravovat zásoby k lunární stanici Gateway. V současné době SpaceX pracuje na svém ambiciózním projektu s názvem Starship, který, pokud bude úspěšný, se stane prvním zcela znovu použitelným raketovým nosičem, jehož upravený první stupeň (také pojmenovaný Starship) v rámci programu Human Landing System bude pravděpodobným přistávacím modulem pro program Artemis.: modul BEAM (CRS-8), IDA-2 (Mezinárodní dokovací adaptér 2, CRS-9) a IDA-3 (Mezinárodní dokovací adaptér 3, CRS-18).

K zatím poslednímu rozšíření ISSISS – International Space Station, mezinárodní vesmírná stanice. Od roku 1993 je společným projektem americké NASA, Ruska, Kanady, evropských států sdružených v kosmické agentuře ESA a Japonska. První modul byl vynesen v roce 1998, první posádka na stanici byla v roce 2000. V roce 2008 byl k ISS připojen evropský výzkumný modul Columbus. V roce 2011 byl instalován víceúčelový americký modul Leonardo a v roce 2021 zatím poslední ruský modul Nauka. V roce 2011 letěl k ISS poslední raketoplán. Od té doby zajišťují styk se stanicí lety ruských lodí Sojuz, v poslední době se přidaly lodi Crew Dragon soukromé společnosti SpaceX. Na ISS operuje stálá posádka. došlo 28. května 2016, kdy byl nafouknut experimentální modul BEAM (Bigelow Expandable Activity Module) společnosti Bigelow Aerospace, který byl k ISS dopraven lodí Dragon dne 8. dubna 2016 v rámci zásobovací mise CRS-8. Samotný modul BEAM má po nafouknutí vnitřní objem 16 metrů krychlových při hmotnosti 1,41 tuny. V nejširším bodě je jeho průměr 3,23 metru a celková délka je 4,01 metru. Tělo modulu je složeno ze dvou kovových přepážek a hliníkové konstrukce. Jeho stěny jsou vícevrstvé a jsou tvořeny: vzduchovou bariérou, vrstvami chránícími modul při zásahu mikrometeority, vícevrstvou izolací, která má snížit tepelné ztráty vzniklé vyzařováním, a BETA obalem (BETA je látka složená z nehořlavých křemičitých vláken).

Cílem toho experimentu bylo ověřit technologii konceptu nafukovacího modulu, dále prověřit schopnosti tepelné, strukturální a mechanické odolnosti, funkci radiační ochrany a bezpečnost provozu nafukovací konstrukce na ISS. Jelikož se modul BEAM osvědčil, byla původně plánovaná dvouletá mise v červenci 2019 oficiálně prodloužena až do roku 2028.

Nafukování modulu BEAM dne 28. dubna 2016. Zdroj: NASA/The Planetary Society.

Nauka

Víceúčelový vědecký modul Nauka (rusky ?????, česky věda) je založen na designu FGB (rusky ?????????????-???????? ????, česky funkční nákladový modul). Modul FGB byl jednou ze dvou hlavních částí sovětské zásobovací lodi TKS (rusky ???????????? ??????? ?????????, česky transportní zásobovací loď). Druhou hlavní částí byla hermetizovaná část pro osádku označovaná, jako VA (rusky ???????????? ???????, česky návratové zařízení). VA bylo pozůstatkem neúspěšného lunárního programu Sovětské svazu a šlo o sovětský ekvivalent velitelského modulu z amerického programu Apollo.

Sovětská zásobovací loď TKS. Zdroj: NASA.

Zásobovací loď TKS byla vyvinuta konstrukční kanceláří OKB-52 (dnes NPO Mašinostrojenija) pod vedením Vladimira Nikolajeviče Čelomeje. Tato loď sloužila k pilotovaným i automatizovaným letům k sovětským vojenským stanicím projektu Almaz. Ze struktury nákladového modulu FGB ideově vycházely moduly stanice MirMir – první sovětsko-ruská, trvale obydlená, orbitální stanice. Skládala se z modulů Mir, Kvant (2), Kristal, Spektr, Priroda a DM. Stanice pracovala v letech 1986 až 2001, kdy byla řízeně navedena do atmosféry a zbytky dopadly do Tichého oceánu. (Kvant-1, Kvant-2, Kristal, Spektr a Priroda) a také modul ISS Zarja a již zmíněný modul Nauka.

Modul Nauka, označovaný jako FGB-2, byl původně vyvíjen jakožto náhrada za modul Zarja (FGB-1) pro případ, že by se vypuštění modulu nezdařilo. Po úspěšném spojení modulů Zarja a Unity dne 4. prosince 1998 bylo nakonec rozhodnuto využít i záložní modul FGB-2 a rozšířit o něho ruskou část Mezinárodní vesmírné stanice. Roku 2004 bylo rozhodnuto o přeměně FGB-2 na laboratorní modul, který by znatelně posílil možnosti provádění vědeckých experimentů v ruské části stanice. Start byl stanoven na rok 2007.

Vlevo model modulu Nauka připojeného k modulu Zvezda, vpravo popis hlavních
částí modulu Nauka Zdroj: NASA & RKK Energia/RussianSpaceWeb.com.

Ke startu modulu Nauka, naplánovanému na rok 2007, nedošlo. Důvodem byly problémy s financováním a stále nekončící úpravy modulu. Docházelo k neustálému posouvání termínu startu. Jedním z nejvýznamnějších problémů byla kontaminace palivového vedení i samotných nádrží kovovými hoblinami na podzim 2013, což si vyžádalo instalaci zcela nového pohonného systému a další odklad startu. V současné konfiguraci, při délce 13,1 metru a šířce (v nejširším bodě, bez solárních panelů a radiátorů) 4,2 metru, nabízí tento laboratorní modul 70 krychlových metrů prostoru, z čehož je čistě pro vědecké experimenty určeno 6 metrů krychlových. Celková hmotnost modulu při startu bude 20,25 tuny.

Nyní, po šestnácti letech vývoje, byl stanoven termín startu, a pokud nenastanou žádné další komplikace, tak v dubnu 2021 vynese raketa Proton-M tento modul k Mezinárodní vesmírné stanici, kde bude připojen k modulu Zarja na místě, kde se v současné době nachází modul Pirs. Ten bude před příletem Nauky od stanice oddělen a následně shoří v atmosféře.

Modul Nauka opustil brány Státního kosmického vědeckovýrobního střediska M. V. Chruničeva 10. srpna 2020 a vydal se na 2 500 km dlouhou cestu po železnici do kosmodromu Bajkonur, kam dorazil o devět dní později. Zde dojde k finální kompletaci modulu, budou připevněny solární panely, panely tepelné kontroly, tepelná izolace pro práci ve vakuu, Evropské robotické rameno a ochrana proti mikrometeoritům. Také zde budou provedeny závěrečné testy pro ověření správné funkce všech systémů.

Modul Nauka ve Státním kosmickém vědeckovýrobním středisku M. V. Chruničeva. V levém horním rohu je záběr na dokovací port, který bude směřovat k Zemi (nadir), v pravém horním rohu je detailnější záběr na trysky modulu, které se budou starat o jeho správnou orientaci. Levý dolní obrázek zachycuje dokovací port, kterým bude Nauka připojena k modulu Zvezda a v pravém dolním rohu je modul Nauka již uzavřen v ochranném přepravním obalu. Zdroj: Katja Pavlušenko & Roskosmos.

Modul Nauka na železničním transportu v Bajkonuru, 19. srpna 2020.
Zdroj: Roskosmos.

Pričal

Uzlový modul Pričal (rusky ????á?, česky molo), dříve UM (rusky ??????? ??????, česky uzlový modul) je vyvíjený ruský modul, který by měl odstartovat na podzim roku 2021 z kosmodromu BajkonurBajkonur – ruský kosmodrom, ze kterého se v roce 1957 vznesla první umělá družice Země – Sputnik 1 a v roce 1961 startoval první kosmonaut Jurij Alexejevič Gagarin. Po rozpadu Sovětského svazu leží Bajkonur na území nezávislého Kazachstánu, ale Rusko má s tamější vládou dohodu o pronájmu a využívání kosmodromu. Souřadnice kosmodromu: 63°25′ v. d., 47°22′ s. š. na raketě Sojuz-2.1b. Modul Pričal nemá žádnou pohonnou jednotku, proto bude připojen k nákladní lodi Progress (tato kombinace se nazývá Progress M-UM), která jej dopraví až k Mezinárodní vesmírné stanici. Následně by mělo dojít k jeho připojení ke spodní straně modulu Nauka.

Modul Pričal bude vybaven šesti dokovacími porty, jedním aktivním a pěti pasivními. Aktivním portem bude připojen k modulu Nauka, zbylé porty budou sloužit pro připojení lodí Sojuz a Progress, popřípadě dalších modulů ruského segmentu ISSISS – International Space Station, mezinárodní vesmírná stanice. Od roku 1993 je společným projektem americké NASA, Ruska, Kanady, evropských států sdružených v kosmické agentuře ESA a Japonska. První modul byl vynesen v roce 1998, první posádka na stanici byla v roce 2000. V roce 2008 byl k ISS připojen evropský výzkumný modul Columbus. V roce 2011 byl instalován víceúčelový americký modul Leonardo a v roce 2021 zatím poslední ruský modul Nauka. V roce 2011 letěl k ISS poslední raketoplán. Od té doby zajišťují styk se stanicí lety ruských lodí Sojuz, v poslední době se přidaly lodi Crew Dragon soukromé společnosti SpaceX. Na ISS operuje stálá posádka.. Hmotnost modulu Pričal bude 4 tuny a nabídne 14 kubických metrů prostoru.

Vizualizace zásobovací lodi Progress M-UM s modulem Pričal. Zdroj: Roskosmos.

Bishop Airlock Module

Nanoracks Bishop Airlock Module je komerční přechodová komora od společnosti NanoRacks, určená k vypouštění malých satelitů typu CubeSat z Mezinárodní vesmírné stanice. V současné době existují dvě možnosti, jak vypustit CubeSaty z ISS, a obě se nacházejí na japonském výzkumném modulu Kibo:

Popis jednotlivých částí J-SSOD. Zdroj: JAXA. 

Příprava NRCSD k vypouštění CubeSatů astronautem Andrew R. Morganem.
Zdroj: NanoRacks.

Vypouštění CubeSatů pomocí Nanoracks CubeSat Deployer (NRCSD).
Zdroj: NanoRacks.

V květnu roku 2016 byl podepsána dohoda „Space Act Agreement“ mezi NASA a společností Nanoracks, která umožnila vývoj a následné umístění soukromé přechodové komory na ISS, určené k vypouštění CubeSatů. Tento modul je vyvíjen ve spolupráci s dalšími společnostmi Boeing a Thales Alenia Space.

Důvodem pro vývoj další přechodové komory je omezený počet cyklů v japonském modulu Kibo, během nichž lze přemisťovat vědecké experimenty nebo CubeSaty do vesmírného prostoru. Například v roce 2017 bylo naplánováno celkem deset cyklů, z nichž pět bylo pro potřeby JAXA a zbylých pět pro potřeby NASA a jejích komerčních partnerů. Modul Bishop by po uvedení do plného provozu měl být schopen takovýchto cyklů uskutečnit až 10 za rok.

Prvotní plán z února 2017 počítal s vynesením modulu Bishop v nehermetizované části lodi Dragon během zásobovací mise CRS-19 v roce 2019. Podle současných plánů bude modul Bishop hlavním nákladem zásobovací mise CRS-21 – první mise SpaceX v rámci programu Commercial Resupply Services Phase 2 a také první zásobovací mise využívající loď Dragon 2 (respektive její nákladní verzi Cargo Dragon). Start by měl proběhnout v průběhu listopadu 2020.

Modul Bishop bude připojen na levou stranu modulu Tranqullity. K tomuto modulu je nyní připojen například pozorovací modul Cupola.

Grafické znázornění modulu Bishop připojeného k modulu Tranquillity (Node 3).
Zdroj: NanoRacks.

Animace jednoho cyklu vypouštění CubeSatů modulem Bishop. Zdroj: NanoRacks.

Axiom Segment

Axiom Space, Inc., neboli zkráceně Axiom je soukromá společnost sídlící v texaském Houstonu. Zabývá se vesmírnými lety a kosmickými technologiemi. V roce 2016 byla založena Michaelem Suffredinim a Kamem Ghaffarianem. Michael Suffredini působil mezi roky 2005 až 2015 jako programový manažer pro projekt Mezinárodní vesmírné stanice. Mezi klíčové členy této firmy patří i bývalý ředitel NASA Charles Bolden (ve funkci ředitele byl od 17. července 2009 do 20. ledna 2017) nebo bývalí astronauti NASA, Michael Lopez-Alegria a Brent W. Jett Jr. Oba mají na svém kontě čtyři lety do vesmíru.

Dne 27. ledna 2020 získal Axiom 140 miliónů dolarů od NASA na vývoj a výrobu alespoň jednoho obyvatelného modulu pro Mezinárodní vesmírnou stanici. NASA doufá, že moduly společnosti Axiom pomohou k rozvoji ekonomiky ve vesmírném prostoru.

Michael T. Suffredini, Kam Ghaffarian, Charles Bolden a Philippe Starck.
Zdroje: NASA, Julia MacInnis Photography a Jimmy Baikovicius.

Při vývoji modulů spolupracuje Axiom s firmami Boeing, Maxar Technologies, Intuitive Machines a Thales Alenia Space. Výhledově má společnost Axiom v plánu připojit k Mezinárodní vesmírné stanici celkem tři hermetizované moduly, které vytvoří samostatný segment: uzlový modul (node module), obyvatelný modul pro posádku (crew habitat) a modul pro výzkum a výrobu (research and manufacturing module). Moduly společnosti Axiom budou připojeny k modulu Harmony (Node 2), a to na místo, kde se dnes nachází přechodový tunel PMA-2 s adaptérem IDA-1, který bude muset být přemístěn na jiné místo.

Tyto moduly vytvoří základ budoucí soukromé vesmírné stanice. Po ukončení programu ISS dojde k jejich odpojení a následnému doplnění dalšími moduly. Moduly společnosti Axiom budou sloužit i jako ubytování pro soukromé vesmírné turisty, proto se věnuje zvýšená pozornost i designu interiéru, který bude zhotoven dle návrhu francouzského architekta Phillipe Starcka.

Dále je plánován vyhlídkový modul „Earth observation window“, ze kterého budou prováděny pozorování Země. Start prvního modulu se očekává v roce 2024, k dokončení by mělo dojít ke konci dvacátých let. Na Mezinárodní vesmírné stanici se bude trvale nacházet alespoň jeden profesionální astronaut společnosti Axiom, který bude dohlížet na vědecké experimenty a na správné fungování celého segmentu.

Umělecké zobrazení vnitřku části modulu pro posádku od architekta Phillipe Starcka.
Zdroj: Axiom, Phillipe Starck.

Umělecké zobrazení modulů společnosti Axiom připojených k ISS. Zdroj: Axiom.

Vizualizace plánované budoucí soukromé vesmírné stanice společnosti Axiom.
Zdroj: Axiom

I když se nyní Mezinárodní vesmírná stanice nachází již ve třetí dekádě své existence, stále jsou plánovány další moduly, které budou velkým přínosem pro vědecké programy a objevy na oběžné dráze okolo naší planety. Nejnovější moduly dokonce přežijí i samotnou ISS, neboť se stanou součástí plánovaných budoucích vesmírných stanic provozovaných soukromými nebo státními subjekty.

Odkazy