Kosmický knedlík. Nafukovací vesmírné lodě nejsou vtip, ale pravděpodobná budoucnost
Nafukovací může být plovací kruh, matrace nebo hračka, ale nafukovací kosmická loď? To se zdá jako dobrý nápad leda tak do animovaného filmu. Pamětníci si možná vzpomenou na maďarský kreslený seriál Rodina Smolíkova, kde takové plavidlo bylo. Přesto to americký Národní úřad pro letectví a vesmír (NASA) myslí naprosto vážně. Dokonce vývoj a testování nafukovacích modulů už nějaký čas všemožně podporuje.
Ze všeho nejvíc ta věc vypadá jako gigantický bílý knedlík, jen nápisy a loga na tričkách lidí pobíhajících kolem naznačují, že tady nejde o kulinářskou záležitost, ale o kosmický výzkum. Dlouho se nic neděje, kdosi čte čísla na displejích měřicích přístrojů – a pak se obří knedlík náhle s mohutnou explozí rozletí na kusy. Vypadá to jako malér, ale vědci, inženýři a technici v řídicím středisku nadšeně tleskají. Ve skutečnosti totiž jde o velký úspěch. Nafukovací modul, jenž je předobrazem budoucích kosmických lodí a stanic, vydržel několikanásobek konstrukčního tlaku.
„Je to už druhý úspěšný test nafukovacího kosmického modulu, který dokládá, že jsme schopni jej opakovaně navrhnout, vyrobit a smontovat, což jsou klíčové podmínky pro certifikaci,“ uvedl Shawn Buckley, šéfinženýr společnosti Sierra Space, jež se vývojem těchto modulů zabývá. „To zcela mění pravidla hry. Nyní víme, že dokážeme při jediném startu dostat do vesmíru kabinu, která má stejný nebo větší obyvatelný objem než celá Mezinárodní vesmírná stanice.“
K vybudování ISS bylo třeba 36 startů amerických raketoplánů a čtyři starty ruských raket, zatímco lidé ze Sierry Space chystají modul, jenž by totéž zvládl díky jedinému startu. Asi není třeba dodávat, že úspora by byla obrovská.
Už druhý úspěšný test (Ultimate Burst Presure Test) se uskutečnil 18. června 2024 a šest metrů vysoký „knedlík“ s vnitřním objemem 300 krychlových metrů při něm vydržel čtyřikrát větší vnitřní přetlak, než požadovala NASA. Jde o součást vývoje komerční kosmické stanice Orbital Reef společností Sierra Space a Blue Origin. Ta by měla po roce 2030 nahradit Mezinárodní vesmírnou stanici, ale na rozdíl od ní by měla fungovat na plně komerčním principu.
„Zajistíme, že i po zrušení ISS nenastane ve výzkumu žádná mezera a Spojené státy si udrží dominantní postavení na nízké oběžné dráze,“ řekl Tom Vice, generální ředitel společnosti Sierra Space. „Naše revoluční technologie poprvé umožní rentabilní provoz kosmických jednotek a zahájí plnou komercializaci vesmíru.“
NASA ale má s nafukovacími moduly ještě odvážnější plány: mohly by tvořit obytné jednotky základen na Měsíci a Marsu nebo být součástí kosmických lodí mířících do vzdáleného vesmíru.
Rodinný domek pro cestu k Marsu
Jedním z velkých problémů dlouhodobých letů do vesmíru je omezený prostor v kosmických lodích a stanicích. Dostatek místa, možnost soukromí a alespoň minimální pohodlí jsou předpokladem udržení psychického zdraví posádky. A to je zase podmínkou splnění cílů každé mise. Jenže tohle všechno na kosmických lodích a stanicích zatím chybí. Když vynesení každého kilogramu i jen na nízkou oběžnou dráhu stojí desetitisíce dolarů (a ke vzdálenějším destinacím ještě o nějaký ten řád víc), pak o prostoru a pohodlí moc nemůže být řeč. Raketa přece není nafukovací.
Ale co kdyby byla?
Na první pohled to vypadá šíleně. Povrch každého kosmického prostředku musí vzdorovat velkým rozdílům teplot od hlubokého mrazu ve stínu až po bod varu vody na Slunci. Kromě toho nesmí podlehnout bombardování mikrometeority, jejichž rychlost je několikanásobně vyšší než rychlost projektilu vystřeleného z pistole. Navíc by měl posádku ochránit před zhoubnou radiací během slunečních erupcí. To vše se s představou nafukovacího vaku moc neslučuje.
Přesto koncem 90. let minulého století přišla NASA s programem nafukovacích modulů TransHab, určených primárně pro Mezinárodní vesmírnou stanici, ale perspektivně i pro lety k Marsu. Nesmíme si ovšem představovat něco na způsob nafukovacího míče; bezpečnost astronautů tu měla být zajištěna přinejmenším stejně dobře jako v běžném kovovém modulu nebo v kabině klasické kosmické lodi. Materiál se měl skládat z několika vrstev, jejichž základem byl nextel, na Zemi používaný pro sklápěcí střechy některých sportovních automobilů. Zde by ale byl ještě prokládán dalšími vrstvami, z nichž každá plní nějakou ochrannou či mechanickou funkci. Nechyběl tedy ani superodolný kevlar či nomex, vzdorující ohni a žáru. Tloušťka stěny modulu by tedy nebyla něčím na způsob gumové membrány, jak si to u nafukovacích předmětů obvykle představujeme, ale byla by srovnatelná s průměrem lidské nohy.
TransHab měl mít čtyři podlaží. V prvním by byla kuchyně, jídelna a společenská místnost, ve druhém soukromé obytné buňky každého člena posádky. Na tomto patře také mělo být kontrolní stanoviště pro řízení systémů životního prostředí, zásobování energií, komunikace a sledování polohy (avionika). Třetí patro bylo vyhrazené pro tělocvičnu a lékařskou laboratoř, ve čtvrtém by byly přechodové uzly pro připojení k ISS nebo jiným kosmickým prostředkům. Vnitřní prostor okolo 340 krychlových metrů měl být srovnatelný s menším rodinným domkem – a letět k Marsu v něčem na způsob prázdninového bungalovu je rozhodně příjemnější než být namačkaný společně s dalšími kolegy v těsné kovové rouře.
Ale program TransHab neměl dlouhý život. Politikům se nelíbily rostoucí náklady na budování ISS a roku 2000 Sněmovna reprezentantů jeho další pokračování zatrhla. Patenty a další práva související s TransHabem od NASA odkoupila soukromá společnost Bigelow Aerospace, která patří majiteli hotelového řetězce Budget Suites of America, miliardářovi Robertu T. Bigelowovi.
Sex ve stavu beztíže
Už od časů Ericha von Dänikena jeví hoteliéři živý zájem o vesmír, ovšem Bigelow dal před mimozemšťany přednost vlastním aktivitám. Usoudil, že „... dobytí vesmíru už není technologický problém. Je to problém podnikatelské strategie a managementu. My v naší firmě uděláme vše pro to, aby se masová přítomnost člověka ve vesmíru změnila ze snu ve skutečnost,“ prohlásil Bigelow. V roce 1998 založil podnik Bigelow Aerospace, v němž vývoj TransHabu (přejmenovaného na Genesis) dotáhl do konce. Finálním cílem Bigelow Aerospace bylo vytvořit soukromou kosmickou stanici, na níž by si platily pobyty výzkumné instituce, průmyslové firmy i cestovní kanceláře. Bigelow se snaží přilákat pozornost také líčením zajímavých perspektiv sportovních utkání, nebo dokonce sexu ve stavu beztíže...
Ale nezůstalo jen u řečí. Prvním praktickým výsledkem byl třetinový testovací modul Genesis 1. Vážil 1360 kilogramů, byl dlouhý 4,6 metru a ve složeném stavu měl průměr 1,2 metru. Po dosažení oběžné dráhy se plášť nafoukl dusíkem na průměr 1,9 metru a současně se vyklopily antény i solární panely umístěné na jednom z čel. Elektřina ze Slunce napájela palubní počítače, komunikační zařízení, tlakovací systém, měřicí přístroje a další aparatury.
Genesis 1 vyrazil do vesmíru s pomocí ruské rakety v roce 2006 – samozřejmě bez posádky, přesto však za velké pozornosti sdělovacích prostředků. Kupodivu mnohem menší zájem vzbudilo úspěšné vypuštění Genesis 2 v červnu 2007. Navenek byl identický s předchozím modelem, nesl však víc vnějších i vnitřních kamer a přístrojového vybavení. Uvnitř ve stavu beztíže také poletovaly fotografie zaslané platícími zákazníky. Kamery v interiéru modulu je průběžně snímaly a umisťovaly na web Bigelow Aerospace. Zatím alespoň zprostředkovaně tak už měl zárodek hotelu své obyvatele. Kromě toho byly dálkově sledovány údaje o teplotě, tlaku a o chování různých druhů hmyzu v teráriích umístěných na palubě. Hlavním cílem misí bylo sledovat, jak materiál vzdoruje radiaci, mikrometeoritům, dramatickým změnám teplot a dalším vlivům vesmíru.
Bigelow Aerospace postavila také obří nafukovací modul Sundancer s vnitřním objemem 180 krychlových metrů. V nafouknutém stavu byl dlouhý 8,7 metru s průměrem 6,3 metru. Prodělal pozemní testy, plánovaný let do vesmíru ale byl zrušen. Podobný osud měl i menší modul Bigelow Galaxy.
Nějaký čas to vypadalo, že myšlenka nafukovacích kosmických modulů a lodí usnula, pak ho ale do hry zase vrátila NASA, když si objednala malý modul BEAM. Koncem roku 2012 na to vyčlenila 17,8 miliónu dolarů, za něž měla Bigelow Aerospace připravit jeden takový modul pro testování na ISS.
„Naším cílem je vyvinout modul, který pomůže dostat lidi na Mars,“ komentoval to tehdy pro list Observer Robert Bigelow. „Teď chceme vyzkoušet, co všechno s ním půjde dělat. Nejsme přívrženci sebevražedných misí, proto ho budeme nejdřív testovat blízko Země na nízké oběžné dráze. Další skvělé místo pro opravdu náročné prověření je Měsíc. Tam se můžeme naučit spoustu věcí, jež se budou hodit na Marsu.“
Skladiště pro ISS
Název modulu BEAM – Bigelow Expandable Activity Module – vystihuje jeho základní přednost: je nafukovací. Když ho ve složeném stavu nakládali do lodi Dragon, měl podobu válce o průměru 2,5 metru a výšce 2,3 metru. Po připojení k Mezinárodní vesmírné stanici a nafouknutí má průměr 3,5 metru a výšku 4,3 metru. BEAM dopravila na ISS ve složeném stavu kosmická loď Dragon, která ze Země odstartovala 8. dubna 2016. O týden později jej robotické rameno Canadarm připojilo k modulu Tranquility (Node 3), jenž obsahuje systémy pro udržování životních podmínek na ISS. Přestože k nákladu Dragonu BEAM přidal jen 1300 kilogramů, astronauti jeho prostřednictvím získali dalších 16 krychlových metrů obytného prostoru.
První pokus o nafouknutí modulu BEAM začal 26. května 2016 a řídicí středisko NASA jej provádělo velmi opatrně, protože existovalo několik scénářů možného nepříznivého vlivu nafouknutí tak velkého tělesa na konstrukci ISS. Astronaut Jeff Williams ovládal ventil napouštějící vzduch do BEAM podle pokynů řídicího střediska. Pokus ale musel být přerušen, když se ukázalo, že modul se nerozevírá podle předpokladů. Druhý pokus o nafouknutí do plně rozvinutého tvaru 1. června už byl úspěšný. Následovalo naplnění normální atmosférou a prověření těsnosti.
Nastěhovat se do nových prostor jistě muselo být pro obyvatele těsných modulů ISS lákavé, jenže to udělat nesměli, protože v nafukovacím modulu na oběžné dráze ještě žádný člověk nikdy nepobýval. Průlez do modulu BEAM tak zůstal hermeticky uzavřený až do 6. června 2016, kdy jej Jeff Williams opatrně otevřel a společně se svým ruským kolegou Olegem Skripočkem vstoupili dovnitř.
Astronauti při svých pobytech v BEAM především prověřovali stav atmosféry, odebrali její vzorky a kontrolovali povrch vnitřních stěn. Zjišťovali také, jestli se uvnitř nesráží vlhkost a nekondenzuje voda. Prověřili čidla umístěná uvnitř BEAM už na Zemi, odečetli z nich hodnoty a v závěru nainstalovali další senzory, jež se do modulu ve složeném stavu nevešly.
První prověřování interiéru modulu trvalo tři dny a výsledky byly víc než uspokojivé – a stejně dopadly i zkušenosti z dalšího provozu. Původně mělo testování trvat dva roky, mezitím si ale astronauti na přítomnost dalšího prostoru ve stanici zvykli natolik, že si z něj udělali sklad.
Firmu Bigelow úspěch povzbudil k vývoji velkého modulu B330, který měl být jakýmsi univerzálním habitatem pro nejrůznější použití ve vesmíru. Představila také projekt First Base, jenž by sloužil k ubytování lidí na povrchu Měsíce.
Útes na oběžné dráze
Jenže v Bigelow Aerospace utopil Robert Bigelow obrovské jmění, a tak od roku 2016 začal její činnost utlumovat. Roku 2021 propustil poslední zbylé zaměstnance a její majetek převedl na Johnsonovo kosmické středisko, které je součástí NASA.
Jedním z problémů Roberta Bigelowa bylo, že ohledně dopravy na své nafukovací kosmické hotely by byl odkázaný na jiné subjekty. Stejnou chybu neudělala společnost Sierra Space, jež vyvíjí vlastní miniraketoplán Dream Chasser a kromě toho od roku 2021 spolupracuje se společností Blue Origin dalšího „kosmického miliardáře“ – Jeffa Bezose. Ta pracuje na raketě New Glen a společně se Sierrou Space chce s pomocí svých raketových nosičů vybudovat komerční orbitální stanici Orbita Reef. Plán se zalíbil NASA, která program začala štědře podporovat, protože slibuje náhradu za Mezinárodní vesmírnou stanici. Se Sierrou Space uzavřela smlouvu nazvanou NASA Space Act, jež jí poskytla přístup k odborným znalostem, technologiím a datům ve vlastnictví kosmické agentury.
Součástí projektu Orbital Reef (Orbitální útes) je i využití nafukovacích modulů společnosti Sierra Space, které mají tvořit základ jejího systému. Jde o moduly LIFE (Large Integrated Flexible Environment) – právě takové, jejichž jeden exemplář prošel testem popisovaným v úvodu článku. Sierra Space také oznámila, že pracuje na větší verzi LIFE s vnitřním objemem 1400 krychlových metrů.
„Technologie firmy Sierra Space nabízí největší nafukovací moduly s nejlepším poměrem nákladů na jednotku objemu a nejnižšími náklady na dopravu takového modulu do vesmíru,“ tvrdí Tom Vice.
Díky využití modulů LIFE by stanice měla v počáteční fázi nabízet vnitřní prostor 830 krychlových metrů. To je sice méně než necelých 1000 krychlových metrů Mezinárodní vesmírné stanice, přesto se uvažuje až o desetičlenné posádce. V současnosti se předpokládá, že Orbital Reef bude v provozu od roku 2027, což by NASA umožnilo na ni začít převádět některé aktivity dosluhující Mezinárodní vesmírné stanice.
Modulární systém umožní moduly LIFE obměňovat, různě kombinovat a nahrazovat novými, což by ve vzdálenější budoucnosti dovolovalo vytvářet specializované stanice pro různé účely – od kosmických hotelů přes laboratoře až po orbitální továrny. Nafukovací moduly jsou také velkou nadějí pro výstavbu stanic na Měsíci a Marsu a pro kosmické lodě do vzdáleného vesmíru.
