Do vesmíru raketa vystoupá za čtyři minuty. Na oběžnou dráhu potřebuje další tři a v nich je celý problém

Německá raketa Spectrum byla v sobotu sto kilometrů nad zemským povrchem za necelé čtyři minuty, na oběžné dráze až něco přes sedm minut po startu. Ten rozdíl není detail, je to celá podstata orbitálního letu. Vystoupat tam je ta snazší část úlohy, těžší je nabrat vodorovnou rychlost, bez které se všechno, co tam nahoře vystoupá, za chvíli vrátí zpátky. A samotná hranice vesmíru, kterou raketa cestou překročí, je přitom dohoda, ne fyzikální zeď. Al Jazeera ↗ Space.com ↗

Sto kilometrů je dohoda, ne zeď

Úvaha Theodora von Kármána byla jednoduchá. Vesmír má začínat tam, kde jsou pro pohyb tělesa důležitější zákony oběžné mechaniky než aerodynamický vztlak, tedy ve výšce, v níž by letadlo muselo na udržení letu zrychlit nad orbitální rychlost. Sám ji však nikdy nezveřejnil, pochází z konferenční diskuse a rozpracovali ji až jiní. Andrew Haley ji v roce 1963 rozšířil o odpor atmosféry a hranici umístil na 84 kilometrů. Acta Astronautica ↗

Kulatá stovka je tedy administrativní rozhodnutí, ne výsledek výpočtu. Mezinárodní letecká federace ji v šedesátých letech přijala jako dělicí čáru pro své rekordy, tedy pod ní letectví, nad ní kosmonautika. Americké instituce přitom při uznávání astronautských letů od počátku kosmického věku pracují s hranicí 50 mil, tedy přibližně 80 kilometrů. Federální letecký úřad k tomu ale výslovně dodává, že sám nedefinuje, kde vesmír začíná. FAA ↗ Space.com ↗

Fyzikální výpočet je spíše na straně nižšího čísla. Jonathan McDowell spočítal, kde ve skutečnosti převáží oběžná mechanika nad odporem vzduchu, a vyšlo mu zhruba 80 kilometrů bez ohledu na sluneční aktivitu. Doložil to i archivními drahami satelitů, z nichž některé přežily opakované prolety v perigeu 80 až 90 kilometrů. Při hranici, která by byla skutečným koncem atmosféry, by to nebylo možné. Zůstává to však návrh, ne přijatá mezinárodní norma. Acta Astronautica ↗

Výška je levná, rychlost stojí téměř všechno

Orbitální let je podle NASA kombinací dvou věcí, výšky a vodorovné rychlosti. První raketa získá poměrně rychle, druhá spolkne většinu paliva. Na nízké oběžné dráze musí satelit letět zhruba 7,8 kilometru za sekundu, tedy okolo 28 tisíc kilometrů za hodinu. Kdo tu rychlost nemá, vystoupá a spadne zpátky. NASA ↗

NASA to ukazuje na letadle SpaceShipOne, které se v roce 2004 dostalo nad hranici vesmíru, ale vodorovnou rychlost na oběžnou dráhu nemělo, takže se vrátilo tam, odkud vzlétlo. Nosné rakety jsou na tom v první fázi letu podobně. Sto kilometrů dosáhnou v prvních minutách, dávno předtím, než zrychlí na orbitální rychlost. Acta Astronautica ↗

Proto raketa krátce po startu přestane stoupat kolmo a začne se naklánět. Není to manévr navíc, je to jediný způsob, jak přeměnit tah motorů na vodorovnou rychlost. Horní stupeň letí v závěru téměř vodorovně a motor vypíná v přesně vypočítané výšce a rychlosti. Svislý úsek na začátku slouží hlavně k tomu, aby se raketa co nejdříve dostala z hustých vrstev atmosféry. NASA ↗

Co z rakety cestou odpadne a proč

Jak palivo ubývá, prázdné nádrže a konstrukce tvoří čím dál větší podíl hmotnosti, kterou motory táhnou zbytečně. Proto se raketa cestou rozebírá. Použitý stupeň se odhodí a to, co letí dál, je pokaždé lehčí. Právě tomuto dělení vděčí kosmonautika za to, že se orbitální rychlosti vůbec dá dosáhnout. NASA ↗

Odpadne i kryt nákladu. Ten chrání satelity před aerodynamickým, tepelným a akustickým namáháním přesně tak dlouho, dokud je atmosféra ještě dost hustá na to, aby je ohrožovala, tedy zhruba do sta kilometrů. Evropská Ariane 5 jej odhazovala asi tři minuty po startu a zbavila se tím zhruba dvou tun. Kryt tedy odletí zhruba tam, kde leží Kármánova linie, a není to náhoda. Obě čísla míří do téže oblasti, kde je vzduch už tak řídký, že kryt přestává mít smysl. ESA ↗

Co se vlastně vynáší

Náklad malých raket bývá menší, než se čeká. Cubesat je satelit složený z kostek s hranou deset centimetrů, jedna kostka se označuje jako 1U, tři na sobě jako 3U. ESA takové nanosatelity používá k ověřování miniaturizovaných technologií, k malým misím a ke studentským projektům a jejich hmotnost se obvykle pohybuje v jednotkách až desítkách kilogramů. ESA ↗

Právě proto se malé nosné rakety neprodávají jako náhrada velkých. Spectrum unese na nízkou oběžnou dráhu do jedné tuny, zatímco Ariane 6 zvládne podle ESA v základních konfiguracích 10,3 až 21,6 tuny. Rozdíl není v tom, kdo se dostane výš, ale v tom, komu se vyplatí letět a kdy. ESA ↗

Přečtěte si také: Německá raketa dosáhla oběžné dráhy z arktického Norska. První ze západní Evropy v dějinách

Foto: Západ Slunce nad Indickým oceánem, pohled na zemskou atmosféru zboku z Mezinárodní vesmírné stanice. Nasnímáno 25. května 2010, publikováno 14. června 2010. Autor posádka ISS Expedition 23, NASA Earth Observatory, přes Wikimedia Commons, public domain. Snímek je zmenšen.