Astronauti

11,2 KILOMETRU ZA VTEŘINU

Myšlenka cesty do vesmíru je snad tak stará jako lidstvo. Člověk byl prvním tvorem, který se odvážil pozvednout hlavu k nebi a zahledět se do bezedných propastí, které před ním otvírá každá noc. V pradávných náboženských bájích a pověstech nacházíme příběhy o ohnivých létajících vozech a bohatýrech, kteří v nich jezdili. Lidé se pokoušeli přijít na kloub tajemství letu, které ptáci tak dokonale ovládli, ale uplynuly dlouhé věky, než se vznesl do vzduchu první létající přístroj, montgolfiéra naplněná ohřátým vzduchem, slepá, neovladatelná hříčka větrů.

V osmnáctém století nechávali filosofové, píšící jinotajné romány s mravokárnou tendencí, vzlétnout své hrdiny k hvězdám a používali k tomu jako dopravního prostředku balonu. Ale i později, kdy přístroje lehčí než vzduch byly vytlačeny stroji těžšími než vzduch, letadly, přesvědčil se člověk, že má ještě daleko k tomu, aby se mohl v prostoru volně pohybovat všemi směry. Letadla se mohla vznášet pouze tam, kde byla atmosféra dostatečně hustá. Vzdušné koráby musely křižovat nízko nad zemí, u samého dna vzdušného moře, které obklopuje naši planetu vrstvou silnou dvě stě kilometrů.

Než se na konci XIX. století zrodila astronautika, věda o mezihvězdných cestách, posílali spisovatelé fantastických románů a nejznamenitější z nich, Věrné, své hrdiny do vesmíru v náboji, vystřeleném z děla obrovských rozměrů. Bohužel i velmi zběžné výpočty dokazují nemožnost takového záměru, a to hned ze tří důvodů najednou. Za prvé, má-li těleso opustit Zemi, musí dosáhnout rychlosti nejméně 11,2 kilometru za vteřinu, to jest 40 320 kilometrů za hodinu, ale ani nejlepší druhy výbušnin nevytvářejí plyny s větší rychlostí než 3 kilometry za vteřinu. Až by z děla vystřelený náboj dosáhl určité výšky, musel by spadnout zpět na Zemi. Nepomůže ani prodloužení hlavně, ani zvětšené množství výbušniny. Za druhé, obrovské zrychlení, které by začalo působit na cestující od okamžiku výstřelu, rozdrtilo by je. Jeho obrovskou prudkost pochopíme, uvědomíme-li si, že v okamžiku výstřelu udeří podlaha do cestujících silou a rychlostí granátu zasahujícího cíl! Za třetí, i kdyby nějakým zázrakem lidé zavření v náboji vyvázli celí z drtivého tlaku a kdyby proti zákonům mechaniky nespadl náboj zpátky na Zemi, nutně by se roztříštil ve chvíli dopadu na povrch Měsíce.

Bylo třeba revolučního vynálezu, aby bylo možno překonat zemskou tíži a přitom se vymanit ze závislosti na atmosféře, která skýtá oporu balonům a křídlům letadel a kyslík motorům. Na tento vynález přišli velmi dávno — již kolem r. 1300 n. 1. — Číňané, kteří vyráběli prvé rakety poháněné zpětným tlakem plynů střelného prachu. Ale uplynulo více než sedm set let, než ruský vědec Ciolkovskij narýsoval první plány meziplanetárního dopravního prostředku. Po něm přišli Goddard, Oberth a mnoho jiných. Ti položili základy astronautiky, která se během doby rozrostla v samostatné rozsáhlé odvětví techniky.

Princip pohonu byl jasný. Opíral se o slavný Newtonův zákon, že se akce rovná reakci. Raketa musela mít zásoby pohonných hmot, měnících se v proud plynů, které tryskaly velkou rychlostí. Síla zpětného tlaku, který při tom vznikal, poháněla ji vpřed. Ale zde narazili konstruktéři na první obtíže. Při nejprudší ze všech chemických reakcí, při slučování kyslíku a vodíku ve vodu, vznikají plynné zplodiny s rychlostí 5 kilometrů za vteřinu. K rychlosti 11,2 kilometru, nazývané rychlostí kritickou, je ještě daleko. Tuto rychlost musí ovšem mít jen těleso, které se pohybuje bez pohonu, tedy ku příkladu vystřelený náboj. Jinak je tomu s raketou. Raketa může opustit Zemi i rychlostí menší než 11,2 km/vt za předpokladu, že její motory budou pracovat až do okamžiku, kdy se značně vzdálí od Země. Ale ani toto řešení nebylo uspokojivé. Kyslíko-vodíkového paliva, zdánlivě nejdokonalejšího, nikdy se neužívalo, protože oba tyto plyny se dají jen velmi těžko zkapalnit. A udržovat je v nádržích zkapalněné je spojeno s velkými obtížemi a nebezpečím. Kromě toho působí škodlivě i vysoká teplota reakce. Užívalo se tedy pohonných hmot, které dávají plyny rychlosti od jednoho do tří kilometrů za vteřinu. Na neštěstí, má-li raketa překonat zemskou tíži za těchto okolností, musí váha pohonných hmot mnohosetkrát převýšit váhu rakety samé. I kdybychom mohli užít kyslíko-vodíkového paliva, raketa vážící deset tun a s desetitunovým nákladem spotřebovala by na cestu se Země na Měsíc 40 000 tun pohonných hmot. Byl by to dopravní prostředek velký jako zaoceánský parník, se stěnami nutně velmi tenkými, zkrátka obrovská nádrž, na jejíž špičce by byla kabina pro cestující. Řídit takový stroj by bylo nesmírně obtížné, protože jeho stabilita by se neustále měnila, úměrně tomu, jak by ubývalo pohonných hmot. U samého cíle by se taková raketa změnila v obrovskou prázdnou skořápku.

Obtíž, o které jsme se právě zmínili a která činí celý problém zdánlivě neřešitelným, je pouze jedna těžkost z celé řady jiných. Dokonce i tak nevýhodný váhový poměr mezi vahou pohonných hmot a užitkovou vahou rakety, jaký se objevuje při kyslíko-vodíkovém palivu, je ideálem těžko dosažitelným. Mimo to vzniká ve spalovací komoře v době chodu motoru teplota řádu 3 000 stupňů, při níž měknou po několika minutách i nejstálejší ohnivzdorné slitiny. A snížíme-li teplotu, snížíme tím i rychlost tryskajících plynů. To je další bludný kruh konstruktérů. Nové pohonné hmoty byly hledány po celá léta. Konaly se pokusy pohánět rakety čpavkem a kysličníkem dusičitým, střelnou bavlnou, benzinem a kyslíkem, anilinem a kyselinou dusičnou, alkoholem a peroxydem vodíku, ba dokonce i pevnými hmotami, jako uhlíkem, hliníkem a hořčíkem, vháněným v práškovité formě do proudu čistého kyslíku. Nebyla nouze ani o neobvyklé nápady, na jakém se zakládá třeba vynález Hohmannův. Tento vědec navrhoval, aby kuželovitá kabina byla umístěna na válci tvrdého prachu, který by se zapálil odspodu, rovnoměrně by se spaloval a dodával by tak hnací sílu. V tomto údobí prvních pokusů, omylů a neúmorného hledání dospívali inženýři k stále vyhraněnějšímu názoru, že jsou jim jejich dosavadní zkušenosti při řešení astronautických problémů málo platné. Síla motorů, pohánějících největší letadla a plavidla, byla ve srovnání s obrovskou silou, které bylo třeba užít v zápase se zemskou přitažlivostí, směšně malá. Jedna z prvních raket schopných překonat větší vzdálenosti byla tak zvaná odvetná zbraň V2, sestrojená Němci za druhé světové války. Tato ocelová střela doutníkového tvaru, dlouhá asi 10 metrů, nesla ve špičce tunu třaskavin. Celé její válcovité těleso vyplňovaly nádrže s pohonnými hmotami, alkoholem a kapalným kyslíkem. Vzadu, mezi široce rozestavenými stabilisačními plochami, byla umístěna čerpadla na pohonné hmoty a spalovací komory. Střela vážila asi 10 tun, z toho sedm tun připadalo na pohonné hmoty. Tato zásoba stačila, aby motory běžely asi jednu minutu. Raketa, vyvíjejíc v této chvíli výkon 600 000 koňských sil, mohla dosáhnout — byla-li vystřelena kolmo vzhůru — výšky něco přes dvě stě dvacet kilometrů (výška celkem nepatrná, srovnáme-li ji třeba jen s poloměrem zeměkoule, měřícím více než 6 000 km). Konstrukce střel schopných vzlétnout do vesmíru nebyla na tomto principu možná. Řešení přinesla jiná methoda.

Vyskytla se myšlenka konstruovat rakety vícestupňové. Byly to střely stojící jedna na druhé. Při startu pracovala dolní střela, tak zvaná mateřská raketa. Když jí docházely zásoby pohonných hmot, odpojila se automaticky a začaly pracovat motory následující střely. Takto vznikly v šedesátých letech XX. století „raketové vlaky“, umožňující let přes oceán. Po celou dobu letěly ve vzduchoprázdnu, ve výši 500 kilometrů, a tak se nesmírná rychlost, jaké nabyly při startu, až do chvíle přistání téměř nezmenšovala. Z počátku byly stavěny rakety dvoustupňové, později, aby bylo možno úspěšněji bojovat s obrovskou disproporcí mezi hmotou střely na začátku a na konci letu, byly konstruovány obrovské „stratosférické vlaky“. Největším letadlem tohoto typu byl „Bílý meteor“, skládající se z osmi postupně se zmenšujících raket. Největší z nich vážila devět tisíc tun, nejmenší, poslední, sotva jedenáct. Tento kolos, vypálený do vesmíru r. 1970, měl obletět Měsíc a pořídit fotografie jeho druhé, se Země neviditelné polokoule a vrátit se po 118 hodinách letu bez zastávky. „Bílý meteor“, viditelný dalekohledy, zdánlivě couval na obloze a zanechával za sebou ve vzduchoprázdnu prázdné obaly vypotřebovaných raket. V předepsaném čase dosáhl měsíčního kotouče a zmizel za jeho okrajem. Zakrátko se vynořil na jeho druhé straně a začal padat k Zemi s výše 380 000 kilometrů. Avšak nepatrná chybička ve výpočtech způsobila, že střela minula široké pláně Sahary, určené jako místo přistání, a spadla do Atlantického oceánu, kde zůstala ležet v hloubce 6 000 metrů. Vyzdvižení střely by bylo bývalo spojeno s obtížemi tak nesmírnými, že od něho bylo upuštěno i za cenu ztráty drahocenného materiálu a fotografických snímků.

Tento první opravdový meziplanetární let vzbudil všeobecný zájem, i když jej vykonala raketa, na jejíž palubě nebylo živé bytosti. Znovu ožila myšlenka prvních astronautů — dopravit do vzdálenosti několika tisíc kilometrů od Země, do pásma minimální gravitace, dílce kovové konstrukce a postavit z nich umělý satelit Země. Měla to být mezistanice všech dalších kosmických výprav. Letadla, která spotřebovala nesmírná množství pohonných hmot, aby překonala zemskou tíží, načerpala by tam nových zásob a mohla by odlétat na další pouť vesmírem. Stavba takového ostrova nebyla úkolem ani malým, ani snadným. Bylo nutno dopravit raketami několik tisíc tun kovu do vzduchoprázdného prostoru a tam při teplotě rovnající se téměř absolutní nule ve vzduchoprázdnu svářet dílce konstrukce. Vyskytlo se několik projektů, jak vyvolat na onom ostrově umělou přitažlivost, která by usnadnila lidem pohyb. Jeden z projektů vyšel z řad německých vědců a navrhoval silně zmagnetisovat povrch umělého satelitu. Lidé, kteří by se po něm pohybovali, měli nosit obuv se železnými podrážkami.

Pokusy se stavbou začaly tím, že byly stavěny nevelké umělé satelity. První umělý měsíc vznikl tak, že byla vypálena třístupňová, se Země řízená raketa, jejíž poslední článek dosáhl rychlosti 8 km/vt. Tento měsíc obíhal okolo Země jednou za dvě a půl hodiny a byl dobře viditelný teleskopy, a když byl vzduch zvlášť čistý a slunce stálo nízko, dokonce i pouhým okem jako nepatrný černý bod, rovnoměrně se pohybující po nebeské báni. Druhý umělý měsíc byl hotovou vědeckou laboratoří, která byla vyslána do vesmíru. Jeho let byl propočítán tak, aby dosáhl vzdálenosti 42 000 kilometrů a pak začal obíhat okolo Země. Těleso pohybující se po takové dráze oběhne Zemi jednou za 24 hodiny, zůstává tedy nepohnutě na jednom místě oblohy, vznášejíc se v prostoru zdánlivě navzdory silám gravitace. Tento neobvyklý jev sloužil astronomům, kteří vmontovali do hlavy rakety-měsíce různé vědecké přístroje.

Stavba velké mezistanice nevstoupila však do dalších fází, protože to učinil zbytečným další pokrok techniky. Celý projekt měl od prvopočátku mnoho odpůrců. Tvrdili, že se problém přesouvá na nesprávnou kolej. Stavba umělého měsíce neodstraňuje nevýhody obrovských „raketových vlaků“, protože výpočty dokazují, že výprava, která má mít naději na návrat, potřebovala by i k letu na nejbližší planety letadel neuvěřitelně obrovských rozměrů, a to i tehdy, kdyby existovala mezistanice. Odpůrci také připomínali jisté údobí vývoje letectví z dvacátých let, kdy se hodně hovořilo o nutnosti stavby umělých plujících ostrovů v Atlantickém oceánu, na nichž měla přistávat letadla na cestě z Evropy do Ameriky. Tyto projekty úzce souvisely s tehdejším stavem letecké techniky, jež nedovedla vyrábět stroje dosti velké a výkonné, které by se přenesly přes překážku oceánu jediným skokem. O několik let později byl tento úkol rozřešen a nákladná stavba umělých ostrovů byla zavržena jako zcela zbytečná.

Hlasy oposice proti kosmické mezistanici se ozývaly zvláště z fysikálních institutů a laboratoří. Vědci, kteří v nich pracovali, pochopili lépe než jiní, že rakety s chemickým pohonem, které prošly složitým vývojem od čínských draků a malých střel s prachem až po „Bílý meteor“ s počáteční hmotou 21 000 tun, dosahují mezního bodu a na scénu vystupuje nová, nekonečně mohutnější pohonná hmota. Byla to atomová energie.

Atomové energie, známé něco přes třicet let, nedalo se hned použít k výrobě elektřiny, k regulaci podnebí a přetváření zemského povrchu. Dosti dlouhou dobu tomu bránily technické tradice, dědictví předchozích pokolení. Podobný proces se vyskytl v dějinách již nejednou: vynálezci automobilu stavěli auta podobající se kočárům taženým koňmi a uplynulo několik desítiletí, než se automobil, který zatím dospěl k vlastnímu konstrukčnímu řešení, vymanil ze závislosti na svých nedokonalých předcích. První železniční vagóny byly vlastně dostavníky postavené na koleje. První parníky byly stavěny podle vzoru plachetnic. Tato myšlenková setrvačnost nemálo zkomplikovala i využití atomové energie. Ale důvody pro to byly vážnější a tíž překonatelné než při uvedených historických příkladech. Epocha páry přinutila inženýry usilovně zkoumat, jak zpracovávat kovy, zvláště železo, které se stalo základním stavebním materiálem všech strojů. Úměrně tomu, jak mohutněly parní stroje, „železní andělé“, snímající s lidí břímě otrocké práce, rostla také znalost hodnoty paliv, jako je uhlí a nafta, a technologie kovů vyráběla zároveň stovky a tisíce druhů oceli a železa, čím dál specialisovanějších a způsobilejších plnit přesně vymezené funkce; tak vznikaly slitiny, z nichž se válcovaly plechy na kotle, jiné pro kostry strojů, jiné pro ložiska, docela jiné pro písty, lopatky turbin a hřídele. Jejich úhrnný počet dosahoval několika tisíc. Objev atomové energie vytvořil situaci tak novou, že si málokdo hned uvědomil, jak velký převrat v technickém myšlení přinese její všeobecné použití. Zprvu se lidé neodvažovali zavrhnout obrovské dědictví znalostí strojního inženýrství, které bylo získáno prací celých generací. Proto se užívalo tepla vznikajícího v atomových reaktorech k ohřívání páry, která uváděla do pohybu starým způsobem konstruované parní turbiny. Ale po několika letech byl tento způsob shledán nevhodným. Vodní pára dobře sloužila k převádění tepla mezi plamenem uhlí a pístem stroje, ale nyní už nevyhovovala. Atomový reaktor, schopný vytvářet teploty jádra hvězd, byl nucen pracovat s ubohou teplotou několika set stupňů. To nesmírně snižovalo jeho produktivitu. Teprve teď si lidé plně uvědomili, jak nadmíru složité byly dosud užívané způsoby získávání energie: chemickou energii paliva přeměňovali lidé v tepelnou, tuto v pohybovou energii páry a teprve tu v energii elektrickou, zatím co atomový reaktor chrlil celé mraky atomových částic s elektrickým nábojem. Kdyby je bylo možno shromáždit a vhodně usměrnit, byl by zde nevyčerpatelný zdroj elektřiny.

Problém byl vymezen, cíl vytčen, ale na cestě k němu se vršily obrovské překážky.

Málo pomáhaly všechny dosavadní znalosti. Dokonale známé látky, vystavené působení štěpených atomů, měnily před očima své vlastnosti. Nejtvrdší a nejodolnější druhy oceli propouštěly atomové záření jako děravá síta. Doposud vyráběl inženýr strojař a inženýr energetik stroje pohybující se tam a zpět nebo otáčející se dokola, učil se tedy theorii tření, mazání, odolnosti materiálu. Nyní musel vkročit na neznámou půdu obrovských teplot a záření, kam dosud pronikali pouze astronomové. Musel si osvojit nové znalosti a vytvořit nové, nikde v přírodě neexistující prostředky, aby mohl ovládnout tento nejprudší a nejelementárnější druh energie, která po miliardy let živí celý vesmír a udržuje světlo hvězd.

Postupně, jak přestávaly pracovat staré továrny a závody, mizely špinavé kotelny se spletí syčících a bublajících potrubí, strojovny plné svištících turbogenerátorů, hučící dmychadla, obrovské haldy uhlí a chladicí věže. Celý obrovský svazek historie technické civilisace zapadal do minulosti, aby spočinul v knihovnách vedle svazků obsahujících historii plavby pomocí větru, parních vlaků, řiditelných balonů—zeppelínů a těch mnoha svazků, v nichž byly popsány strašlivé prostředky, jakých kdysi lidstvo užívalo v útočných válkách k sebeničení.

Nové energetické závody vypadaly docela jinak. Mezi průhlednými stěnami se procházeli lidé v bílých pláštích a dohlíželi na prvky uvězněné v podzemí za silnými pancéřovými příkrovy, na prvky, které vyráběly energii tím, že probíhaly neustálými přeměnami… Ve světlých halách nových závodů vládlo naprosté ticho a pouze tam, kde procházel proud z hlavních sběračů do vedení o vysokém napětí, bylo slyšet klidný basový bzukot transformátorů.

Elektřiny, i když byla získána přímo z atomů, nedalo se jen tak beze všeho užít pro pohon raket. Astronautika musela ještě stále čekat na svůj rozhodující objev. Zdálo se, že atomová energie slibuje nekonečně více než kterákoli jiná pohonná látka. Plyny, které vznikají při rozpadu atomů, mají rychlost několika desítek, ba dokonce několika tisíc kilometrů za vteřinu. A energie skrytá v několikakilogramovém kusu uranu stačila by k přepravě několikatisícitunového nákladu na Měsíc. Ale toto řešení, tak prosté na papíře, dalo se v praxi těžko uskutečnit. Háček byl v tom, že štěpené atomy vrhají částice všemi směry, kdežto pro pohon raket je nutno soustředit je do jednoho směru. Tehdejší technika pokládala tento problém za neřešitelný. Tu došlo k novým objevům. A o vítězství meziplanetárních letů rozhodla jedna z nejmladších věd, synthetická nukleární chemie.

Chemikové, kteří dříve pouze kopírovali přírodu a snažili se vyrábět v laboratořích látky vyskytující se na Zemi a na hvězdách, naučili se tvořit látky nikde neexistující tak libovolně jako architekt, který podřizuje tvar a konstrukci stavby svým tvůrčím záměrům. Na požádání mohli vyrábět hmoty tvrdé jako diamant a pevné jako ocel, plastické látky lehké a průhledné jako sklo, které však bylo možno kovat a obrábět, tmely spojující látky silou nýtů, materiály isolační, výhřevné, tlumící zvuk, pohlcující záření a dokonce i částice atomů. Takto vznikl lucit, synthetický materiál, který pohlcoval ve dne sluneční paprsky a ve tmě vydával jejich energii a zářil rovnoměrným bílým světlem. Vědci, kteří se naučili rozbíjet a znovu skládat atomy, soustředili svou pozornost na dosud nepokořené atomové jádro. Šlo jim o to, aby se atomy, uvolňující svou energii, nerozpadaly jakkoli, nýbrž způsobem přesně vymezeným, a aby tento rozpad uvolňoval částice, které by bylo možno zaměřit libovolným směrem.

Lehce se to říká, ale jak obtížné bylo dosáhnout cíle! Atomové jádro je uzavřeno plochou potenciálu, k jejímuž rozbití je třeba energie miliónkrát větší, než je energie nejstrašnějších třaskavin. Vzhled fysikálních laboratoří se od základu změnil. Kdysi v poměrně malých sálech stály na stolech a policích křehké přístroje se skleněnými zátkami, kdežto nyní se v masivně klenutých halách s betonovými stropy zvedaly obrovské stroje pro urychlování částic, které velikostí i vzhledem připomínaly bašty středověkých opevnění. Tato mohutná atomová artilerie, jíž užívali vědci bombardující nedobytnou tvrz atomového jádra, měla nejrůznější kalibry: od starých, ještě někdy v třicátých letech postavených cyklotronů přes synchrotrony, algotrony, kavitrony, mikrotrony, rhumbatrony a falitrony až k obludným bevatronům, v nichž miliardy a miliardy voltů uváděly částice do pohybu dosahujícího téměř rychlosti světla. V těžkých ochranných oděvech, s tvářemi zakrytými maskami z olovnatého skla, blížili se vědci k otvorům v betonových zdech, jimiž šlehal svištící bílý plamen nukleonů, aby vystavili jeho působení špetku nějakého nového prvku. Takto vzniklo r. 1997 communium, bleděstříbřitý, velmi těžký kov ze skupiny radioaktivních prvků, prvek neexistující v celém vesmíru, který zaujal 103. místo v Mendělejevově periodické soustavě. Tento kov, za normální teploty chemicky neutrální a stálý, rozpadal se při zahřátí na 150 000 stupňů a uvolňoval deuterony, jádra těžkého vodíku. Aby bylo dosaženo teploty rozpadu a potřebné regulace průběhu reakce, bylo použito myšlenky velkého ruského fysika Kapici, podle níž Sovětský svaz získal lehkou atomovou energii již v roce 1947.

Tato myšlenka se zakládala na rychlém vytváření a zanikání neobyčejně silného magnetického pole. Mezi póly elektromagnetu vznikají tak teploty řádu 250 000 stupňů. Avšak elektromagnet mohl být ještě něčím více než „zapalovací svíčkou“ v motoru; podobně jako soustřeďuje čočka světelné paprsky, tak on mohl soustředit proud atomových částic a vrhat je jedním směrem. A tak vznikl ideální atomový motor, umožňující meziplanetární raketě cestu na libovolné místo ve vesmíru. Tak povznesla soustředěná usilovná práce mnoha tisíců inženýrů, techniků, chemiků a fysiků pozemskou civilisaci na nový, vyšší stupeň vývoje, kdy let do vesmíru už nebyl smělou fantasií jednotlivců ani projektem vynálezce snílka, nýbrž hlubokou potřebou celého lidstva, které se navždy osvobodilo od otrocké fysické práce a obrátilo pohled k nekonečným prostorům vesmíru, aby tam hledalo nové záhady a tajemství přírody, s nimiž by mohlo změřit své síly.

Tak vznikl Kosmokrator, obrovské meziplanetární letadlo, které mělo r. 2006 nastoupit let na Mars. Ale známé nám důležité události změnily poslání letadla.