Wyścig kosmiczny cz. 7 – program Gemini

Czas czytania w minutach: 5

Opisując kosmiczny wyścig, zatrzymałem się ostatnio na Aleksieju Leonowie, czyli pierwszym człowieku, który odbył spacer kosmiczny. Teraz czas znowu przenieść się na zachodnią stronę Atlantyku i zobaczyć, co w międzyczasie udało się osiągnąć Amerykanom – projekt Gemini.

Amerykańskie sny

Ci dołożyli wszelkich starań, żeby dogonić i prześcignąć Związek Radziecki w przygotowaniach do lotów na Księżyc. Wstępne plany takich lotów mówiły o tym, jakie technologie i umiejętności trzeba opracować i udoskonalić, zanim misja księżycowa będzie możliwa. Dotyczyło to przede wszystkim możliwego czasu trwania misji – lot na Księżyc i powrót to razem około 8 dni, więc statek kosmiczny musiał być w stanie utrzymać astronautów przy życiu przez tak długi czas. Co więcej, plany misji przewidywały konieczność spotkania i dokowania dwóch statków kosmicznych na orbicie. To również nie było takie proste i oczywiste, o czym możecie poczytać w naszym artykule o manewrach orbitalnych. Istotne było jeszcze jedno zagadnienie – spacery kosmiczne.

Tu warto się na chwilę zatrzymać i wspomnieć o tym, jak miała przebiegać misja księżycowa. Rozważano co najmniej trzy warianty. Pierwszy był technicznie najmniej skomplikowany, acz stawiał największe wymogi przed rakietą nośną. Zakładał bowiem budowę wielkiej rakiety, która ruszy prosto na Księżyc, następnie tam wyląduje ( w całości!), wystartuje w drogę powrotną i wróci na Ziemię. Ilość paliwa, a co za tym idzie wielkość rakiety, byłaby, nomen omen, kosmiczna. Opcja druga to dwa mniejsze starty, a następnie złożenie rakiety, która już w jednym kawałku poleci dalej, na orbicie Ziemi. Jest to “opcja pośrednia”. Wciąż wymagała sporo paliwa – choć nie aż tak dużo, jak pierwszy wariant. Była też dość skomplikowana, ale w razie problemów przy składaniu statku kosmicznego astronauci byliby na niskiej orbicie Ziemi, więc mogliby przerwać misję i wrócić do domu.

I wreszcie trzeci plan. Ten, który został zrealizowany przez Amerykanów, ale i Rosjanie się do niego przymierzali. Mianowicie: rakieta leci na orbitę Księżyca, tam część astronautów przesiada się do lądownika i w nim ląduje. Następnie wracają na orbitę Księżyca i łączą się z pozostawionym tam modułem, który zabiera wszystkich znów na Ziemię. To rozwiązanie było najbardziej wydajne pod względem paliwa. Wymagało natomiast bardziej ryzykownego manewru. Niedostateczna precyzja i brak spotkania lądownika z modułem pozostawionym na orbicie oznaczałby brak możliwości ratunku dla astronautów. Dlatego też manewry orbitalne, w tym dokowanie, musiały być bardzo dokładnie przećwiczone we względnie bezpiecznych warunkach orbity ziemskiej.

Program Gemini

Żeby sprostać tym wymogom, zaprojektowano nową, większą kapsułę, która mogła pomieścić dwóch astronautów. Kapsułę tę nazwano tak samo, jak cały program: Gemini. Nazwa pochodzi rzecz jasna z łaciny, i oznacza w tym języku bliźnięta. Statek kosmiczny Gemini mógł utrzymać astronautów przy życiu na orbicie przez niemal dwa tygodnie. A na orbitę leciał na szczycie nowej rakiety nośnej, bazującej na zapożyczonej od amerykańskich Sił Powietrznych rakiecie Titan-II.

Titan-II to ostatnia międzykontynentalna rakieta balistyczna na paliwo ciekłe zbudowana przez Stany Zjednoczone. Dalsze rakiety do zastosowań wojskowych były rakietami na paliwo stałe, co miało tę zaletę, że nie wymagały tankowania przed odpaleniem – mogły stać w ciągłej gotowości bojowej. Do misji załogowych jednak nadawały się słabo, o czym więcej przeczytacie, gdy będziemy pisali o promie kosmicznym. Skupmy się jednak na naszej rakiecie. Titan-II wykorzystywał jako paliwo aerozynę-50, czyli mieszankę hydrazyny i dimetylohydrazyny¹ oraz tetratlenek diazotu, N₂O₄². Zaletą zastosowania takiego układu jest to, że jest to paliwo hipergolowe – czyli zapala się spontanicznie przy zmieszaniu. To z kolei oznacza, że nie potrzeba dodatkowego układu odpowiedzialnego za zapłon, więc cała konstrukcja silnika staje się prostsza.

Pierwsze loty Gemini

Pierwsze dwa loty w ramach programu Gemini były lotami bezzałogowymi. Miały na celu sprawdzenie podzespołów. Ważne było upewnienie się, że nie ma problemów z rakietą nośną, że osłona termiczna jest w stanie spełnić swoje zadanie i ochronić kapsułę podczas powrotu z orbity… Gdy wszystkie technikalia były już sprawdzone i dopięte na ostatni guzik, NASA dała zielone światło na rozpoczęcie lotów z astronautami na pokładzie. Gemini 3 to pierwsza amerykańska misja, w czasie której astronauci wykonali manewr zmiany orbity. Mało tego, dzięki specyficznemu kształtowi kapsuły mogli też wpłynąć na trajektorię lotu podczas powrotu na Ziemię. Kapsuła, lecąc przez atmosferę, wytwarzała pewną siłę nośną, która nadawała jej sterowność.

Manewry orbitalne stanowiły dużo istotniejszą część programu misji Gemini 4, w czasie której astronauci mieli się zbliżyć do resztek swojej rakiety nośnej. Jednak, jak już kiedyś pisałem, przerosło to ich siły.. Mechanika orbitalna jest naprawdę nieintuicyjna dla ludzi przyzwyczajonych do manewrowania na powierzchni Ziemi czy nawet w powietrzu. A ponieważ NASA dopiero zbierała pierwsze doświadczenia z manewrowaniem na orbicie, to astronauci musieli w dużej mierze polegać na swojej intuicji – i – nomen omen – polegli z kretesem. Powiodła im się natomiast główna część misji, czyli spacer kosmiczny. Udało się uniknąć dramatycznych okoliczności, które towarzyszyły wyjściu w kosmos, a właściwie powrotowi do kapsuły Leonowa. Plecak ze sprężonym tlenem, mający wspomagać manewry astronauty, zadziałał bez zarzutu. Udało się też przy okazji rozsławić… produkującą zegarki firmę Omega, której wyrób był wyraźnie widoczny na rękawie Eda White’a w czasie jego spaceru. Zegarek został uwieczniony na zdjęciach, które następnie udostępniono szerokiej publiczności.

Kolejne misje Gemini

Pierwsze udane spotkanie dwóch obiektów w przestrzeni kosmicznej odbyło się dopiero w połowie grudnia 1965, kiedy to Gemini 6A zbliżył się na odległość kilku metrów do Gemini 7. Ta z kolei załoga – która wystartowała przed misją 6A – ćwiczyła długotrwałe pobyty w przestrzeni kosmicznej. Wiązało się to z wieloma wyzwaniami, o których zwykle nie myślimy – choćby gospodarowaniem generowanymi odpadami. Jednym z urządzeń, które umożliwiły długotrwałe loty, było ogniwo paliwowe, które generowało energię elektryczną. O tym, jak dokładnie działają takie ogniwa, kiedyś napiszę więcej, na razie musi Wam wystarczyć informacja, że jest to odwrotność elektrolizera. Zamiast używać prądu, żeby rozbić wodę na tlen i wodór, łączą tlen z wodorem, żeby wygenerować prąd. W jednostce masy są więc w stanie zmagazynować dużo więcej energii, niż “klasyczne” baterie, które były wykorzystywane w programie Mercury.

Wróćmy jednak do naszej misji Gemini 6A. Nie obyła się ona bez przygód, ponieważ pierwsza próba startu się nie udała. A pisałem, że silniki na paliwo hipergolowe są wysoce niezawodne, prawda? Jednak w tym wypadku silniki się włączyły, podziałały przez półtorej sekundy, a następnie się wyłączyły. I tu decyzję wpływającą na przyszłe losy misji w ułamku sekundy podjął dowódca, Wally Schirra. Jako że misja formalnie się rozpoczęła i silnik przez chwilę działał, powinien on był pociągnąć za dźwignię katapulty i tym samym wystrzelić obu astronautów z dala od rakiety. Założenie było takie, że przerwanie działania silników spowoduje upadek rakiety na płytę startową, a następnie jej eksplozję.

Niebezpieczeństwo na horyzoncie

Schirra jednak nie poczuł, żeby rakieta wzniosła się choćby odrobinę. W związku z tym postanowił zadziałać niezgodnie z regulaminem i nie uruchomił systemu katapultowania. Dużo zaryzykował – gdyby był w błędzie, obaj załoganci by zginęli. Ale okazało się, że miał rację i postąpił bardzo słusznie. Przede wszystkim dlatego, że katapultowane fotele w misjach Gemini miały za zadanie chronić życie astronautów, ale niekoniecznie musiały w pełni chronić ich zdrowie. Biorąc pod uwagę fakt, że dla zapewnienia przeżycia musiały odstrzelić astronautów na ćwierć kilometra od rakiety w bardzo krótkim czasie, uszkodzenie kręgosłupa było dość prawdopodobne. Ale nawet gdyby astronautom nic się nie stało, to sam pojazd uległby uszkodzeniu, co wpłynęłoby na duże opóźnienie całego programu. Dodatkowo później na jaw wyszedł inny potencjalny problem, a mianowicie fakt, że w kapsule utrzymywano atmosferę czystego tlenu… Ale o tym więcej w następnym odcinku, który będzie poświęcony wypadkom w czasie wyścigu na Księżyc.

Tymczasem wróćmy jeszcze na chwilę do misji Gemini 6A. Dlaczego pierwsza próba startu się nie udała? Jak się okazuje, powody były co najmniej dwa. Po pierwsze, wtyczka mocująca przewody, którymi sygnały elektryczne płynęły ze stanowiska do rakiety, wypadła wcześniej, niż powinna. Już to wystarczyło, żeby przerwać start. Ale nie był to jedyny problem. Okazuje się, że jeden z dwóch silników rakiety nie był w stanie wytworzyć odpowiedniego ciągu. Jak później stwierdzono, w układzie silnika pozostała zaślepka mająca chronić go przed kurzem z zewnątrz. Niby drobiazg, ale wystarczyłby, żeby rakietę uziemić. A gdyby zaczęła się wznosić, skończyłoby się to katastrofą.

Tak się jednak nie stało. Misja zakończyła się pełnym sukcesem, tak samo jak i pozostałe misje programu Gemini. Wśród najbardziej znaczących należałoby wymienić Gemini 8. Wtedy odbyło się pierwsze dokowanie w przestrzeni kosmicznej, i przy okazji pierwszy lot Neila Armstronga, oraz Gemini 11, której to misji udało się pierwsze spotkanie “direct ascent”, czyli na pierwszej orbicie po starcie. Wraz z zakończeniem programu Gemini Amerykanie zaczęli wysuwać się na czoło wyścigu kosmicznego. Swoje zwycięstwo chcieli przypieczętować programem Apollo – który jednak zaczął się od katastrofy. Te jednak nie oszczędzały także Rosjan, którzy nie poddawali się i nadal robili, co mogli, żeby wygrać…