Co a jak v kosmu dělá tajný vojenský raketoplán X-37B?
TLDR: V sobotu 12. listopadu přistál na letišti SLF na Kennedyho kosmickém středisku armádní miniraketoplán X-37B. Na oběžnou dráhu startoval 17. května 2020 a jeho mise tak trvala dlouhých 908 dní, 21 hodin a 8 minut. Pojďme si o něm říct více…
Odkud se vzal?
Pozadí vzniku miniraketoplánu X-37B je poměrně složité a musíme se vrátit až do října 1996, kdy společnost Boeing obdržela od výzkumné laboratoře AFRL zakázku na stavbu technologického demonstrátoru kosmické lodě s vysokou mírou manévrovatelnosti.
Kosmický dopravní prostředek označovaný jako SMV (Space Maneuver Vehicle) měl být nepilotovaný, vícenásobně použitelný a na oběžnou dráhu vynášen americkým raketoplánem anebo vhodnou nosnou raketou.
SMV měl strávit na oběžné dráze až 1 rok a být schopen významně měnit svoji oběžnou dráhu za účelem vypouštění malých nákladů a inspekce vlastních či cizích družic. Po splnění mise se měl automatický vrátit a přistát horizontálně jako letadlo na vybraném vojenském letišti.
Úkolu na stavbu SMV se ujala výzkumná divize Boeingu – Phantom Works. Jako první byla postavena o 10 % zmenšená verze, která dostala označení X-40A a byla určena pro testy závěrečného přiblížení k letišti a přistání.
Premiéry se X-40A dočkal 11. srpna 1998, kdy byl z výšky 2740 m shozen z vrtulníku. Následoval 1,5minutový bezmotorový let a automatické přistání na Hollomanově letecké základně. Šlo o jediný let X-40A čistě pro americké letectvo, které jej následně propůjčilo NASA.
Od 4. dubna do 19. května 2001 vykonal celkem 7 letů pro NASA. Při těchto testech bylo na trup doplněno logo NASA a pro shozy se místo vrtulníku UH-60 Black Hawk používal větší a silnější transportní vrtulník CH-47 Chinook aby bylo možné dosáhnout výšky 4500 m.
Výzkum pokračuje
I přes jepičí život X-40A přinesl důležité poznatky pro další vývoj obdobných prostředků. X-40A měl na délku 6,7 m (včetně Pitotovy trubice 8,2 m), rozpětí 3,51 m a výšku 2,2 m. Hmotnost stroje činila 1200 kg a jak již bylo řečeno, nebyl vybaven žádnou pohonnou jednotkou.
Americké letectvo plánovalo stavbu plnohodnotného miniraketoplánu SMV (X-40B), ale z těchto plánů brzy sešlo ve prospěch jiného projektu, a to X-37. I v případě X-37 se musíme vrátit zpátky do roku 1996, kdy se objevily první plány na výzkumný program Future-X.
Ty měly podpořit ověřením technologií v té době probíhající práce na programu vícenásobně použitelných kosmických prostředků RLV (Reusable Launch Vehicle). Do programu RLV mimochodem spadalo ikonické vztlakové těleso X-33 od společnosti Lockheed Martin.
Jeho program stejně jako konkurenční návrh X-34 od Orbital Sciences Corporation byl v roce 2001 ukončen a ani jeden z prototypů nikdy nevzlétl. Na vině byly jak technologické problémy, tak i rozpočtové škrty. Šťastnější byl program X-37/Future-X.
V prosinci 1998 byl NASA schválen návrh Boeingu na postavení demonstrátoru vycházejícího z o 20 % zvětšené verze X-40A. V červenci 1999 byl se společností Boeing uzavřen kontrakt na stavbu demonstrátoru, který dostal označení X-37A.
Výrobou byla opět pověřena divize Boeingu Phantom Works. Začátkem roku 2000 se do programu X-37 zapojilo americké letectvo, které tak opustilo projekt X-40A. Ten, jak jsme si již dříve řekli, převedlo na NASA právě jako podporu programu X-37.
I miniraketoplán X-37A měl být na oběžnou dráhu vynášen klasickou nosnou raketou (např. Delta IV) tak i případně americkým raketoplánem. To mimochodem určovalo maximální rozměry X-37A, zejména pak rozpětí křídel.
V roce 2001 z projektu odchází americké letectvo potýkající se s nedostatkem vhodných finančních zdrojů a není spokojeno s pokrokem při vývoji. I přesto v roce 2002 NASA přiděluje Boeingu kontrakt za 300 milionů dolarů na stavbu ne jednoho, ale hned dvou exemplářů X-37A.
Další peripetie
Po havárii raketoplánu Columbia v únoru 2003 NASA redukuje a posléze pozastavuje práce na X-37A. začátkem roku 2004 pak NASA uznává, že se ji miniraketoplán X-37A nehodí do dlouhodobé strategie a v září téhož roku celý program převádí na agenturu DARPA.
V průběhu roku 2005 byly dokončeny práce na první stroji X-37A a na 10. března 2006 byl naplánován první samostatná let v atmosféře. Jako nosné letadlo zvolila DARPA White Knight od Scaled Composites (NASA v původních plánech počítala se strategickým bombardérem B-52).
Technická problémy i nevhodné povětrnostní podmínky nakonec odsouvaly první samostatný let až na 7. dubna 2006. Samotný let proběhl výborně, ale po přistání přejel X-37A dráhu mojavského letiště a poškodil si podvozek. Po opravě se uskutečnily další dva lety v Palmdale.
Po těchto testech došlo opět ke změně „vlastníka“ programu X-37 a DARPA jej převedla na americké letectvo. To se rozhodlo nepokračovat se strojem X-37A, ale na jeho základě si nechat u Boeingu vyvinout modifikovaný miniraketoplán X-37B v rámci programu OTV.
Finální model
X-37B měří na délku 8,92 m, na výšku 2,9 m a rozpětí křídel dosahuje 4,55m. Hmotnost při startu je až 4990 kg včetně pohonných látek a užitečného nákladu. V centrální části trupu je umístěn nákladový prostor uzavřený dvoukřídlými dveřmi.
O pohon se stará jeden hlavní motor o tahu okolo 700 N na hydrazin a oxid dusičitý. Tepelnou ochranu tvoří kombinace materiálů podobně jako v případě amerického raketoplánu s tím, že jsou u nich využity současné poznatky a technologie.
Spodní část kryjí dlaždice ze slinutého pěnového křemene, vysoce teplotně namáhané části jako jsou například náběžné hrany křídel kryji dlaždice z materiálu TUFROC a zbytek několik vrstev teplotně odolné netkané textilie.
Americké letectvo si nechalo u společnosti Boeing postavit dva na první pohled identické miniraketoplány X-37B a nějakou dobu se uvažovalo i o stavbě třetího exempláře. Miniraketoplány nejsou nijak pojmenovány či od sebe odlišeny nějakým značením.
Označujme je tak dále jako první a druhý letový kus. Díky drobným vnějším rozdílům je totiž možné oba stroje poměrně jasně od sebe odlišit. Od roku 2010 do současnosti se uskutečnilo celkem 6 úspěšných misí miniraketoplánů X-37B (každý stroj letěl třikrát).
Konečně na orbitu
X-37B typicky létají na nízkou oběžnou dráhu ve výšce od 285 do 450 km a sklonem 38,0°až 43,5°. K prvnímu startu došlo 22. dubna 2010 pomocí nosné rakety Atlas V ve verzi 501. Tato raketa byla použita pro realizaci dalších misí v roce 2011, 2012 a 2015.
V září 2017 byla ale použitá k vynesená X-37B nosná raketa Falcon 9. Prozatím poslední start s miniraketoplánem X-37B se uskutečnil v květnu 2020 a to opět pomocí nosné rakety Atlas V ve verzi 501.
Prozatím poslední mise, která včera skončila, byla celkově šestým letem X-37B a třetím letem prvního letového kusu. I tentokrát na něm byly udělány úpravy, zejména v zadní části, ke které byla nově připojena servisní sekce.
Na palubě byly 2 expoziční experimenty NASA pro zkoumání vlivu kosmického prostředí na různé materiály a vliv kosmického záření na semena rostlin. Jediný oznámený experiment armády byl zaměřený na přímý přenos energie z oběžné dráhy na Zemi pomocí mikrovln.
V nákladovém prostoru miniraketoplánu byla umístěna malá 136kilogramová družice FalconSAT-8 postavená v rámci výuky posluchači Akademie Letectva Spojených států amerických. Vypuštěna k samostatnému letu byla na konci května 2020.
Ta nese experimenty k ověření inovativního elektromagnetického pohonného systému, fázované antény z metamateriálů, silových setrvačníků upravených jako zásobníků energie, radiofrekvenčních kabelů využívajících materiály s tvarovou pamětí a miniaturizovaný kamerový modul.
Co tam dělá dálE?
Pojďme si na závěr na základě neoficiálních informací zanalyzovat možné reálné využití miniraketoplánů X-37B. Co je téměř jisté, je využití nákladového prostoru X-37B pro umístění široké palety senzorů.
Ty slouží pro sběr zpravodajských informací a zahrnují radary, optické a infračervené senzory či přístrojové sestavy pro shromažďování informací SIGINT a ELINT. Spíše než o jejich operační využívání se jedné o letové testy a ověření nových senzorů a hardwarových celků.
Výhodou použití X-37B je schopnost návratu testovaného nákladu zpět na zem. Podobné mise v minulosti zajišťoval v několika případech americký raketoplán a tyto mise měly ohromný přínos při zavádění nových technologií do amerických ozbrojených sil.
Tento přístup dále umožňuje přístroje upravit, překalibrovat či doplnit a využít znova. Je to tedy mnohem flexibilnější než vypouštět řadu specializovaných družic. Velkou nevýhodou tohoto řešení jsou však vysoké finanční náklady.
Co také víme jistě je schopnost X-37B vypouštět z nákladového prostoru malé družice, které mohou mít nejrůznější funkce. Předurčuje ho k tomu také flexibilita v neseném užitečném zatížení, které není třeba zvlášť a složitě integrovat na nosnou raketu.
Mohlo by se jednat např. o družice podobné těm vypouštěným sporadicky v rámci iniciativy ORS. Vypuštěny mohou být teoreticky kdykoli v průběhu mise X-37B a také na odlišných oběžných drahách, čemuž napomáhá vysoká manévrovací schopnost miniraketoplánů
X-37B tedy může být v případě konfliktu připraven ke startu a vynést potřebné specifické zařízení na oběžnou dráhu, nebo může dlouhé měsíce obíhat okolo Země a v případě nutnosti vypustit téměř nepozorovaně potřebnou družici či družice.
Proč to tajit?
Míra utajení je kritickým prvkem. Bez znalosti schopností potenciálního protivníka se nedá zhodnotit, zda si X-37B tuto schopnost vůči němu stále drží. Rychlá reakce na nastalou situaci s X-37B je ale zatím omezena hlavně časem na obstarání a zajištění startu nosné rakety.
O miniraketoplánech X-37B se také hovoří v souvislosti s jejich využitím k opravám poškozených družic či doplňování pohonných látek, popřípadě stahování nefunkčních družic na zemi k analýze. To by sice pomohlo vyřešit některé problémy, které se čas od času u družic včetně vojenských objevují a také napomohlo zkoumání vlivu kosmického prostředí na umělá kosmická tělesa. Využití X-37B k těmto úkolům je ale vysoce nepravděpodobné.
Obdobně nepravděpodobné je využití X-37B pro inspekce jiných družic či jako protidružicové zbraně ASAT. V minulosti bylo vypuštěno již několik inspekčních družic, například MiTEx a XSS-11 nebo stále fungující družice GSSAP. Tyto družice mohou stejně jako X-37B být na oběžné dráze velmi dlouhou dobu a navíc jsou mnohem menší a je tedy menší šance na detekci nepovoleného přiblížení. Také využití X-37B pro stahování nepřátelských družic zpět na zemi není na pořadu dne.
Nákladový prostor X-37B je totiž výrazně menší než je velikost typických zástupců vojenských družic a navíc se (alespoň prozatím) pohybuje na oběžných drahách, kde se vojenské družice nevyskytují.
V médiích se sem tam objeví možnost použití X-37B jako zbraně, zejména ve spojitosti se systémem rychlého globálního úderu PGS (Prompt Global Strike) přesně naváděnými konvenčními zbraněmi.
Miniraketoplány X-37B by mohly sloužit jako nosiče pro kinetické bombardování z oběžné dráhy, ale jejich malý nákladový prostor neumožňuje vynést dostatečně efektivní zbraňový systém na oběžnou dráhu.
Taktéž malý počet miniraketoplánů X-37B (aktuálně tedy pouze dva, přičemž nikdy nebyly na oběžné dráze současně) neposkytuje dostatečné pokryti k rychlé reakci a zničení potenciálních pozemních cílů. Stejně nereálné je využití samotných X-37B jako zbraně. V atmosféře se X-37B pohybují s omezenými možnostmi manévrování a mnohem pomaleji než např. balistické rakety. Staly by se tak snadným cílem běžné protiletadlové obrany.
Překlopeno se svoleném autora z jeho twitterového vlákna.
[Michal Václavík, LL]
Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, který tvoří přípravné testy pro studenty vysokých škol. Krom různých autorů projekt jako šéfredaktor vede Ladislav Loukota – jeho kontaktní mail je [email protected]
