Kritika programu Space Shuttle

Pôvodná zjednodušená vízia pozemnej prípravy raketoplánu

Skutočná veľmi zložitá a pomalá pozemná príprava raketoplánu

Kritika programu Space Shuttle (programu raketoplánov) vychádzala z tvrdenia, že program raketoplánov NASA nedosiahol sľubované ciele spojiť nízke náklady s vysokým úžitkom. Presnejšie povedané, NASA podľa nej zlyhala v cieli znížiť náklady na lety do vesmíru. Náklady na štart raketoplánu na každý kilogram nákladu sa ukázali výrazne vyššie ako u klasických rakiet. Kritika sa zameriavala aj na otázky dizajnu, nákladov, riadenia a bezpečnosti.

V roku 2011, krátko pred ukončením programu, boli náklady na jeden let raketoplánu odhadnuté na 450 miliónov dolárov, alebo 18 000 dolárov za kilogram na nízku obežnú dráhu (NOD). Na porovnanie štart ruskej rakety Proton, z veľkej časti založenej na dizajne z roku 1965, stojí asi 110 miliónov dolárov, okolo 5 000 dolárov za kilogram na NOD. Keď sa zohľadnia všetky náklady na projekt a údržbu, tak sa konečné náklady na program raketoplánov, spriemerované za všetky misie prispôsobené inflácii, odhadujú na 1,5 miliardy dolárov za štart alebo 60 000 dolárov za kilogram na NOD. To je v ostrom kontraste s pôvodne plánovanými nákladmi vo výške 236 dolárov za kilogram nákladu v cenách z roku 1972 (približne 1 300 dolárov za kilogram pri započítaní inflácie z roku 2013).

Raketoplán neuspel v cieli dosiahnuť spoľahlivý prístup do vesmíru čiastočne kvôli viacročnému prerušeniu programu po katastrofách raketoplánov Challenger v roku 1986 a Columbia v roku 2003. Tlak na rozpočet NASA, spôsobený dlhodobo vysokými nákladmi, znamenal eliminovanie pilotovaných letov za NOD (nijaké takéto lety sa neuskutočnili od čias programu Apollo) a vážne obmedzenie použitia nepilotovaných vesmírnych sond. Podpora raketoplánu a spoliehanie sa naň spomalili domáci komerčný program klasických rakiet po katastrofe raketoplánu Challenger v roku 1986.

Účel systému

Vesmírny dopravný systém (formálny názov pre celý program) bol vytvorený pre dopravu ľudí a nákladu na nízku obežnú dráhu okolo Zeme. Na palube raketoplánu sa mali vykonávať vedecké experimenty, ktoré skúmali účinky vesmírneho letu a bezváhového stavu na ľudí a iné živé organizmy. Ďalšie experimenty skúmali, ako sa môžu vo vesmíre vyrábať rôzne veci. Raketoplán tiež umožnil vypúšťať satelity do vesmíru a dokonca ich vo vesmíre aj opraviť.

Raketoplán bol pôvodne vyvíjaný ako vesmírny dopravný prostriedok schopný štartovať raz za týždeň, ktorý zníži náklady na vypustenie prostredníctvom amortizácie. Očakávalo sa, že náklady na vývoj sa častými štartmi do vesmíru vrátia. Tieto tvrdenia boli predložené americkému Kongresu v snahe získať rozpočtové prostriedky. Raketoplán začal lietať do vesmíru v roku 1981. Do polovice 80. rokov sa však koncept mnohých štartov raketoplánu ukázal ako nereálny a rozvrh štartov bol oproti očakávaniam zredukovaný o 50 %. Po nehode raketoplánu Challenger v roku 1986 boli lety raketoplánov zastavené a pracovalo sa na zvýšení ich bezpečnosti. Táto prestávka bola dlhá, trvala takmer 3 roky. Program pokračoval napriek argumentom týkajúcich sa bezpečnosti a financovania. Armáda, pôvodne využívajúca raketoplány, sa však napokon vrátila k používaniu klasických rakiet. Lety boli opäť zastavené po strate raketoplánu Columbia v roku 2003. Za 30 rokov od prvého štartu raketoplánu Columbia v roku 1981 prebehlo spolu 135 misií raketoplánov, priemerne 1 štart každé 3 mesiace.

Náklady

Niektoré dôvody, pre ktoré boli prevádzkové náklady vyššie, než sa očakávalo, sú:

Konečný dizajn sa líšil od pôvodného konceptu, čo okrem iného spôsobilo, že raketoplán bol o 20 % ťažší ako jeho špecifikovaná hmotnosť. Následkom toho nebol schopný zvýšiť užitočné zaťaženie na polárne dráhy.
Údržba dlaždíc tepelnej ochrany bola veľmi náročným a nákladným procesom. Tepelný štít raketoplánu tvorilo približne 35 000 dlaždíc, ktoré sa museli podrobiť dôkladnej kontrole. Každá dlaždica bola vyrobená pre špecifické miesto na raketopláne.
Hlavné motory boli veľmi zložité a náročné na údržbu. Po každom lete si vyžadovali demontáž a rozsiahlu kontrolu. Pred motormi bloku II museli byť po každom lete demontované, rozobraté a úplne prepracované turbočerpadlá (primárna časť hlavného motora).
Toxické pohonné látky používané pre manévrovacie a brzdiace motory OMS/RCS vyžadovali špeciálnu manipuláciu, počas ktorej nebolo možné vykonávať v priestoroch, ktoré zdieľajú rovnaký systém ventilácie, žiadne iné činnosti. Toto zvýšilo dobu prípravy na let.
Počet štartov bol výrazne nižší, ako sa predpokladalo. Hoci neboli znížené absolútne operačné náklady, zníženie nákladov malo priniesť viac štartov za rok. Niektoré rané hypotetické štúdie skúmali možnosť 55 štartov za rok, ale maximálny počet štartov za rok bol limitovaný na 24 na základe výrobnej kapacity Michoud facility, výrobcu externej nádrže. Na začiatku vývoja raketoplánu sa predpokladalo 12 štartov za rok. Maximálny počet štartov bol dosiahnutý v roku 1985 – 9 štartov –, ale potom bol v priemere nižší.
Keď sa v roku 1972 rozhodlo o hlavných dodávateľoch, práca bola rozdelená medzi spoločnosti, aby sa program stal atraktívnejším pre Kongres, ako napríklad zmluva o výrobe pomocných urýchľovacích motorov pre spoločnosť Morton Thiokol v Utahu. V priebehu programu sa tým zvýšili prevádzkové náklady, aj keď konsolidácia amerického leteckého priemyslu v 90. rokoch znamenala, že väčšinu práce na raketoplánoch dodala jedna spoločnosť: United Space Aliance, spoločný podnik spoločností Boeing a Lockheed Martin.

Varovania a problémy

„	Aby bola technológia úspešná, musí mať realita prednosť pred vzťahmi s verejnosťou, pretože prírodu nemožno oklamať.	“
– Richard Feynman, správa Rogersovej komisie nehody raketoplánu Challenger

Niektorí vedci kritizovali všadeprítomný posun v kultúre NASA od bezpečnosti k tomu, aby sa zaistilo, že štarty sa uskutočnia načas. Vrcholový manažment NASA prijal toto oslabenie zamerania na bezpečnosť v 80. rokoch, zatiaľ čo niektorí inžinieri zostali opatrní. Agresívne rozvrhy štartov vznikli v 80. rokoch ako spôsob rehabilitácie americkej prestíže po vojne vo Vietname. Fyzik a nositeľ Nobelovej ceny za fyziku Richard Feynman, člen vyšetrovacej komisie nehody raketoplánu Challenger, ktorý odhadol, že riziko, "je v ráde percent", vo svojej správe dodal: "Oficiálne vedenie na druhej strane tvrdí, že verí v tisíckrát menšiu pravdepodobnosť zlyhania. Jedným z dôvodov môže byť snaha NASA o ubezpečenie vlády o dokonalosti a úspechu, aby sa zabezpečilo poskytovanie finančných prostriedkov. Druhým môže byť to, že úprimne verili, že je to pravda, čo dokazuje takmer neuveriteľný nedostatok komunikácie medzi nimi a pracujúcimi inžiniermi." Napriek Feynmanovým varovaniam následná investigatívna žurnalistika našla niektoré dôkazy, že relatívna ignorancia bezpečnosti NASA by mohla pretrvávať dodnes. Napríklad NASA znižovala riziko úlomkov izolačnej peny z externej nádrže a predpokladala, že malé poškodenie z predchádzajúcich štartov znamená nízke riziko pre budúcnosť.

Prevádzka

Raketoplán bol pôvodne koncipovaný tak, aby fungoval trochu ako lietadlo. Predpokladalo sa, že po pristátí bude orbiter skontrolovaný a spojený zo zvyškom systému (externá nádrž a pomocné urýchľovacie motory) a pripravený na štart za menej ako dva týždne. Namiesto toho tento proces návratu trval zvyčajne niekoľko mesiacov; raketoplán Atlantis pred nehodou raketoplánu Challenger stanovil rekord dvoch štartov za 54 dní, Columbia po nehode Challengera 88 dní. Samozrejmým cieľom programu bolo dopraviť posádku bezpečne späť na Zem, čo bolo v rozpore s cieľom rýchlej a nenáročnej dopravy nákladu. Okrem toho, pretože v mnohých prípadoch neexistujú režimy prerušenia letu, ktoré by posádke umožnili prežiť, mnohé časti hardvéru musia jednoducho fungovať perfektne a musia byť opatrne prehliadnuté pred každým štartom. Výsledkom sú vysoké náklady na prácu, okolo 25 000 zamestnancov v programe raketoplánu, a práca stála asi 1 miliardu dolárov ročne. Niektoré funkcie raketoplánu, ktoré boli prezentované ako dôležité pre podporu vesmírnych staníc, sa ukázali ako zbytočné:

Rusi ukázali, že kapsuly a bezpilotné rakety sú dostatočné pre podporu vesmírnej stanice.
Počiatočná politika NASA používať raketoplán na vypúšťanie všetkého užitočného nákladu v praxi poklesla a nakoniec bola ukončená. Klasické rakety sa ukázali oveľa lacnejšie a pružnejšie.
Po nehode Challengera bolo využitie raketoplánu na vynášanie silných horných stupňov Centaur na kvapalné palivo, plánovaných pre vypúšťanie medziplanetárnych sond, z bezpečnostných dôvodov ukončené.
História raketoplánu v súvislosti s neočakávanými odkladmi spôsobila, že vynechával úzke štartovacie okná.
Pokrok v technológii za posledné desaťročie spôsobil, že sondy sú menšie a ľahšie. Vo výsledku robotické sondy a komunikačné satelity využívajú klasické rakety, ako Delta a Atlas V, ktoré sú lacnejšie a vnímané ako spoľahlivejšie než raketoplán.

Nehody

Zatiaľ čo technické detaily nehôd raketoplánov Challenger a Columbia boli odlišné, organizačné problémy vykazovali podobnosti. Otázky technických inžinierov týkajúce sa možných problémov neboli riadne oznámené, alebo ich manažéri NASA nepochopili. Raketoplány dali vopred dostatočné varovanie pred abnormálnymi problémami. Silne navrstvený, procedurálne orientovaný byrokratický proces zabránil potrebnej komunikácii a činnosti. Tesniace O-krúžky, ktoré nemali vôbec byť narušené, sa narušili pri predchádzajúcich štartoch raketoplánu. Napriek tomu, že manažéri cítili, že predtým neboli narušené navyše ako 30 %, nebolo to nebezpečenstvo, pretože sa vyskytol faktor trojitej bezpečnostnej rezervy. Roger Boisjoly, inžinier spoločnosti Morton-Thiokol, navrhovateľa výrobcu pomocných urýchľovacích motorov, ktorý mal veľa skúseností s tesniacimi O-krúžkami, opakovanie žiadal vedenie, aby zrušilo alebo preložilo štart Challengera. Vyslovil obavy, že nízke teploty spôsobia stvrdnutie tesniacich O-krúžkov, čím by sa zabránilo úplnému utesneniu motorových segmentov pri ich prehnutí počas štartu. Presne to sa stalo na smrteľnom lete. Ale vedúci manažéri spoločnosti Morton Thiokol pod tlakom vedenia NASA štart schválili. Týždeň pred štartom rokovala spoločnosť Morton Thiokol s NASA o novej zmluve na reprocesing pomocných urýchľovacích motorov, a zrušenie štartu bola akcia, ktorej sa vedenie Thiokolu chcelo vyhnúť. Tesniace O-krúžky raketoplánu Challenger presne podľa očakávania zlyhali, čo viedlo k úplnému zničeniu raketoplánu a smrti všetkých siedmich astronautov.

Columbia bola zničená kvôli poškodeniu tepelnej ochrany po náraze úlomkov izolačnej peny z externej nádrže počas štartu. Odlamovanie tejto peny sa neočakávalo, úlomky peny boli ale pozorované pri mnohých predchádzajúcich štartoch. Až do tragédie Columbie však nespôsobili žiadnu nehodu. Ani tepelný štít raketoplánu pred haváriou Columbie nebol navrhnutý na to, aby vydržal zásah úlomkami. Časom manažéri NASA akceptovali viac poškodení dlaždíc, podobne ako akceptovali poškodenie O-krúžkov. Vyšetrovacia komisia nehody raketoplánu Columbia nazvala túto tendenciu ako normalizácia odchýlky – postupné prijímanie udalostí mimo toleranciu návrhu raketoplánu jednoducho preto, že dovtedy nespôsobili žiadnu katastrofu. Chýbajúce alebo poškodené dlaždice sa stali problémom po nehode raketoplánu Columbia, ktorý sa rozpadol pri návrate do atmosféry. V skutočnosti sa raketoplány vracali z predchádzajúcich misií s viac ako 20 chýbajúcimi dlaždicami bez problémov.

Misie STS-1 a STS-41 lietali s chýbajúcimi dlaždicami z orbitálneho manévrovacieho systému. Problémom Columbie bolo, že úlomky peny poškodili predný panel nábežnej hrany krídel z uhlík-uhlíkového laminátu, ktoré sú pri pristávaní vystavené najvyšším teplotám. Prvá misia raketoplánu STS-1 mala vyčnievajúcu medzeru, ktorá odvádzala horúci plyn do pravej podvozkovej šachty pri návrate, čo malo za následok vybočenie pravej časti dvierok pravej podvozkovej šachty.

Retrospektíva

Zatiaľ čo systém bol vyvinutý v rámci pôvodne odhadovaných nákladov a časových predpokladov predložených prezidentovi Richardovi M. Nixonovi, prevádzkové náklady, frekvencia štartov, nosnosť a spoľahlivosť v čase nehody raketoplánu Columbia vo februári 2003 sa ukázali byť oveľa horšie, ako sa predpokladalo. Rok pred štartom misie STS-1 v apríli 1981 noviny The Washington Monthly presne predpovedali mnoho problémov programu, vrátane príliš ambiciózneho rozvrhu štartov, následne vyššie ako predpokladané marginálne náklady na jeden let; riziká závislosti na raketopláne pre všetko užitočné zaťaženie civilné aj vojenské; nedostatok scenárov prerušenia letu v prípade zlyhania pomocných urýchľovacích motorov a krehkosť tepelnej ochrany raketoplánu. Aby bol raketoplán schválený, NASA nadmerne sľubovala jeho ekonomickosť a užitočnosť. Na ospravedlnenie vysokých fixných prevádzkových nákladov programu NASA spočiatku núkala nákladový priestor raketoplánu domácim civilným spoločnostiam a ministerstvu obrany. Keď sa to ukázalo ako nemožné uskutočniť (po nehode Challengera), NASA použila výstavbu medzinárodnej vesmírnej stanice ISS ako ospravedlnenie pre program raketoplánu.

Niektorí špekulujú, že keby sa NASA nevenovala programu raketoplánu a pokračovala v používaní rakiet Saturn a komerčne dostupných nosičov, náklady mohli byť nižšie, uvoľnené prostriedky mohli byť použité na lety s ľudskou posádkou a na ďalší prieskum vesmíru. Predovšetkým administrátor NASA Michael D. Griffin argumentoval v roku 2007 dokumentom, že ak by pokračoval program Saturn, mohol poskytnúť šesť pilotovaných letov ročne – dva z nich na Mesiac – za rovnaké náklady ako za program raketoplánu s dodatočnou schopnosťou infraštruktúry pre ďalšie misie.

Niektorí tvrdili, že program raketoplánu bol chybný. Zámer dosiahnuť opakovane použiteľný dopravný prostriedok s technológiou zo 70. rokov minulého storočia vnútil také rozhodnutia o dizajne, ktoré ohrozovali prevádzkovú spoľahlivosť a bezpečnosť. Znovupoužiteľné hlavné motory boli prioritou. To si vyžadovalo, aby nezhoreli pri atmosférickom návrate, čo urobilo ich upevnenie na samotnom orbiteri (jedna z častí systému raketoplánu, kde bolo opätovné využitie prvoradé) zdanlivo logickým rozhodnutím. To však malo nasledujúce dôsledky:

bol potrebný drahší dizajn motoru, pomocou drahších materiálov, na rozdiel od existujúcich a osvedčených alternatív (ako napríklad hlavných motorov Saturnu V);
zvýšené náklady na údržbu v súvislosti s udržaním znovupoužiteľných motorov v letovej kondícii po každom štarte mohli prekročiť náklady na stavbu jednorazových motorov pre každý štart;
menej absolútnej tonáže, ktorú bolo možné vyniesť do vesmíru, pretože hmotnosť hlavných motorov pripevnených k orbiteru nevyhnutne znížila množstvo užitočného zaťaženia raketoplánu, čo zasa zvýšilo náklady na jeden kilogram za každý štart.

V Augustínskom výbore v roku 1990 boli vyjadrené obavy, že "civilný vesmírny program je príliš závislý od raketoplánu pre prístup do vesmíru". Výbor zdôraznil že v prípade raketoplánu Challenger bolo zbytočné riskovať životy siedmich astronautov a takmer jednu štvrtinu aktív NASA na vypúšťanie komunikačných satelitov na obežnú dráhu.

Existujú niektoré technológie NASA, odvíjajúce sa od programu raketoplánu, ktoré sa úspešne rozvinuli do komerčných produktov, ako napríklad použitie tepelne odolných materiálov vyvinutých na ochranu raketoplánu pri návrate, v ochranných oblekoch mestských a leteckých hasičských záchranárov.

Budúcnosť

Umelecký pohľad na pripojenie vesmírnej lode Orion k Medzinárodnej vesmírnej stanici

Dizajnéri sa dnes zameriavajú na úspornejšie a spoľahlivejšie systémy pre budúcnosť, s nízkou údržbou a prevádzkovými nákladmi. Jeden z prístupov je Single Stage to Orbit, systém, ktorý by bol 100 % opakovane použiteľný a používal by jeden stupeň. V 90. rokoch minulého storočia vyhodnotila NASA niekoľko konceptov a vybrala projekt X-33, ktorý by sa eventuálne stal projektom Venture Star. V priebehu návrhu sa tento program stal zložitejším a drahším, narazil na problémy a nakoniec bol zrušený. Variantom systému Jeden stupeň na orbit je hypersonický dopravný prostriedok poháňaný náporovým systémom scram-jet. Ten by odštartoval a pristál horizontálne ako lietadlo. Dosiahol by veľkú obežnú rýchlosť, zatiaľ čo by zostal v hornej vrstve atmosféry. Bol pôvodne vyvíjaný americkým ministerstvom obrany, ale boli plánované aj civilné verzie pre cestujúcich. Oficiálne sa volal Rockwell X-30. Podobne ako X-33 aj X-30 sa pri vývoji potýkal s veľkými technickými problémami, najmä kvôli zložitosti systému a materiálom potrebným na hypersonický let a bol zrušený. Britský Skylon je podobne vyvíjaný, využívajúci rôzne technológie, motory sú od roku 2016 stále vo vývoji s obmedzeným vládnym financovaním. Ďalším prístupom sú lacnejšie klasické rakety. NASA v súčasnosti využíva komerčné nosiče pre bezpilotné lety a mohla by ich využiť v budúcnosti aj pre pilotované lety. To by bolo v súlade s mandátom NASA na podporu komerčného prístupu a využitia vesmíru. Program komerčnej orbitálnej dopravy sa začal v roku 2006 s cieľom vytvoriť súkromne prevádzkované bezpilotné nákladné vozidlá na obsluhu ISS. Vesmírna loď SpaceX Dragon začala prevádzku po štarte a spojení s ISS v máji 2012. v roku 2012 začala svoju prevádzku aj bezpilotná loď Cygnus. Demonštračná misia Cygnus úspešne odštartovala 18 septembra 2013. 12 januára 2014 pristála prvá naplánovaná zásobovacia misia na ISS, priviezla vianočné darčeky a čerstvé ovocie.

Program rozvoja komerčných posádok bol iniciovaný v roku 2010 s cieľom vytvoriť komerčne prevádzkovanú vesmírnu loď, ktorá by dokázala doviesť aspoň štyroch astronautov na ISS, zostala tam 180 dní a vrátila sa na Zem. Od týchto vesmírnych lodí sa očakáva, že sa dostanú do plnej prevádzky do roku 2020. V auguste 2012 NASA oznámila dohodu o financovaní s tromi spoločnosťami SpaceX (Dragon 2), Boeing (CST-100 Starliner) a Sierra Nevada Corporation.

Externé odkazy

Zdroj

Kozmonautický portál

Tento článok je čiastočný alebo úplný preklad článku Criticism of the Space Shuttle program na anglickej Wikipédii.