Šimpanz ve skafandru z amerických pokusů: Ve Spojených státech amerických se k pokusům používalo myší, krys a opic. V Sovětském svazu byli vybráni psi. Stalo se tak proto, že fyziologie psa je velmi dobře prozkoumána, že pes je zvíře dostatečně velké, aby se s ním pohodlně pracovalo, a hlavně proto, že pes je zvíře na člověka zvyklé a pro svou vynikající spolupráci v pokusech je téměř nenahraditelné. Lety, s nimiž se začalo v SSSR již v r. 1949, konaly se podle plánu. V první sérii pokusů byli psi vysíláni do výšky 100 km. Bylo použito celkem 9 psů, z nichž tři absolvovali let dvakrát. Těmito pokusy, provedenými se šesti raketami, bylo prokázáno, že je možno uskutečnit do výšky kolem 100 km lety v hermetické kabině a že přetížení, kterému byli psi vystaveni, je snesitelné. Druhá série pokusů řešila především bezpečný návrat na Zem i v případě, bude-li nutno se ve velkých výškách zachraňovat katapultováním a sestoupit na Zem volným pádem a padákem. Psi byli v hlavici rakety vypouštěné do výšky asi 110 km ve speciálních skafandrech a na různých výškách byli automatickým zařízením katapultováni.
Schéma letu meteorologické rakety při sovětských pokusech: Rakety při těchto pokusech startovaly kolmo vzhůru. Nosný systém se dostal společně s kabinou se zvířaty na vrchol dráhy. Jakmile skončila aktivní fáze letu (na obr. označeno písmenem A), kabina se zvířaty se oddělila. Nastala druhá fáze (na obr. označeno písmenem B), v níž se všechno v kabině nalézalo ve stavu beztíže. V sestupné fázi (označené písmenem C) kabina zprvu letěla volným pádem. Ve výši 90–75 km nad zemí se kabina se dvěma psy rozdělila a první pes sestupoval padákem k Zemi. Druhý pes pokračoval v letu volným pádem až do výšky asi 35 km. Na této výšce se zařízení s druhým psem katapultovalo od vlastního kontejneru a pes přistál padákem na Zemi. Rychlost přistání zvířat byla 6 m/sec., což je rychlost přistání parašutisty. V této druhé fázi bylo použito celkem 12 psů a s devíti raketami bylo tedy vykonáno celkem 18 pokusů. Potom pokusy pokračovaly dále a psi byli vypouštěni postupně do výšky 212 a 450 km. Byly získány další a další údaje, které již v r. 1956 přivedly sovětské vědce k závěru, že další pokusy na raketách létajících kolmo vzhůru anebo po balistických drahách nejsou již nutné.
Dva psi během druhé fáze letu: Jak jsme již řekli, v popsaných pokusech se v hlavici vystřelovaných raket nalézali vždy dva psi. Na obrázku jsou fenky Rižaja a Damka v beztížném stavu při letu do výšky 212 km.
Pes ve skafandru na katapultovacím zařízení: Na obrázku je katapultovací zařízení, které se během letu od hlavice oddělovalo, a psi, jak jsme již řekli, snesli se padákem k Zemi.
Schéma filmování během letu: Reakce psů byly během letu registrovány na palubních přístrojích a některé z nich vysílány na Zem. Filmová kamera zachycovala vše, co se dělo se psy během letu. Systémem zrcadel se dosáhlo, že se do zorného pole kamery dostali oba psi a že jejímu oku nic neuniklo.
Záznam fyziologických funkcí pořízených za letu: Na obrázku je elektrokardiogram a záznam o dýchání, pořízené během letu na raketě, která byla vyslána do výšky 212 km. Oč ve všech pokusech šlo? Především o zjištění, jaký vliv má na živý organismus veliké přetížení, které se uplatňuje během startu a celé aktivní fáze letu. Na sovětských raketách se přetížení v této fázi letu pohybovalo kolem 6 g. Při sestupné fázi bylo v některých pokusech – zejména amerických – dosaženo G mnohem vyšších, kolem 20. Urychlení není jediným problémem, s nímž se při letu raket setkáváme. Za dnešního stavu techniky je téměř stejně významné, že nejsou vibrace ani hluk. V experimentech se zjistilo, že vibrace působí velmi nepříznivě na nervový systém, práci smyslových orgánů a na systém srdečně cévní. Pokusná zvířata se během působení vibrací nechovala stejně a byla mezi nimi některá více odolná a některá méně. A tato okolnost byla již přímým podnětem pro formulaci některých výběrových požadavků na budoucí kosmonauty. Hluk v kabině dosahuje během startu intenzity kolem 130 dB (asi jako hluk ve zkušebně motorů) a bylo proti němu nutno posádku ať zvířecí, ať lidskou chránit.
Schéma dynamického stavu beztíže: Jakmile skončila aktivní fáze letu, nastával stav beztíže. Na palubě kosmického dopravního prostředku všechno ztrácí svou váhu, kterou uděluje předmětům přitažlivost zemská. Ve stavu beztíže ovšem nejde o ztrátu zemské přitažlivosti, nýbrž o její vyrovnání odstředivou silou (při letu na družicích) anebo zbytkem síly, která byla tělesu udělena při startu směrem kolmo vzhůru. Při pokusech s meteorologickými raketami trval stav beztíže 6–10 minut. Jak uvidíme později, je to doba delší, než kterou absolvoval Shepard při svém letu. Ukázalo se, že pokusná zvířata prožívají stav beztíže bez nesnází a že fyziologické reakce na něj jsou naprosto v mezích normy. Tyto výsledky byly soustavně potvrzovány v dalších pokusech.
Lajka: Pokusy na meteorologických raketách skončily a zvířata prokázala, že kosmické lety jsou již možné. Přesto bylo nutno urazit ještě dlouhou dobu, než přišel 12. duben 1961. Na oběžné dráze kolem Země začali sovětští vědci a po nich i američtí vypouštět umělé družice. Svět si pomalu začal zvykat na nové pojmy. Ale přesto byl dne 3. listopadu 1957 svět ohromen zprávou, že se na oběžné dráze umělé družice nalézá kabina se živým tvorem na palubě – s Lajkou. Byla vypuštěna v kabině, která vážila více než 500 kg, což byla váha zcela fantastická. Úkolem Lajky bylo prověřit působení dlouhodobého stavu beztíže, zejména na srdečně cévní aparát a nervový systém, a na schopnost přijímat za tohoto stavu potravu. Vedle toho si konstruktéři prověřovali mnoho technických hodnot a přístroje získaly velmi cenné údaje o složení prostředí, v němž se kabina s Lajkou pohybuje.
Schéma radiačních pásů kolem Země: Bylo to především zjištění, že v prostoru neobvyklým a neočekávaným způsobem kolísá hustota kosmického záření. Tentýž jev byl pozorován na amerických družicích z řady Explorer. Americkému vědci Van Alenovi se jej podařilo vysvětlit tím, že kosmické záření je kolem Země nahuštěno do pásem orientovaných kolem magnetického pole Země. Tato pásma nesou od té doby jeho jméno. První pás se rozprostírá ve výši od 600 do 6000 km, druhý, řidší, je ve výši mezi 30–60 000 km. Obsahem těchto pásem je pronikavé záření, které zejména ve vnitřním pásu je velmi nebezpečné. Toto zjištění bylo nesmírně cenné a znamenalo nutnost dále zkoumat kosmické záření.
Obrázek slunečního povrchu s erupcí: Zdrojem podstatné části kosmického záření kolem Země je Slunce, které v době svých erupcí zahrnuje prostor naší soustavy zářením nejrůznějšího druhu. Je to jednak krátkovlnné ultrafialové záření, rentgenové záření a záření gama. Vedle tohoto záření vlnového vyzařuje Slunce do prostoru částice sluneční hmoty, které jsou nadány obrovskou energií. Bylo tedy nutno se zřetelem na výskyt a intenzitu kosmického záření určovat trasy budoucích kosmických cest.
Schéma regeneračního a klimatizačního zařízení ve spojení se skafandrem astronauta: Vedle toho, co jsme řekli, velmi složitou otázkou byla úprava vnitřního prostředí kabiny vůči okolí hermeticky uzavřené. Astronauté musí mít s sebou pozemské prostředí, jemuž je náš život přizpůsoben. To znamená, že musí mít s sebou dostatek kyslíku, že se vydýchaný kysličník uhličitý musí zneškodňovat, popřípadě chemickou cestou regenerovat, že v kabině musí být stálý atmosférický tlak, teplota a vlhkost vzduchu. To vše musí být zaručeno kosmonautovi s maximální možností i pro případ, že se porouchá utěsnění kabiny a že se tedy vnitřní prostředí vyrovná s vnějším, život vylučujícím prostředím kosmického prostoru. Pro tyto případy bylo nutno vyřešit velmi složitý skafandr.
Astronaut ve skafandru: Skafandr je oděv skládající se z několika vrstev. Je ventilován proudem kyslíku anebo jiného plynu, chrání astronauta proti vysokým i nízkým teplotám, udržuje poměrně stálý atmosférický tlak a do jisté míry chrání proti kosmickému záření. Při tom ovšem je vyřešen tak, aby neomezoval astronautovu pohyblivost. Jeho součástí je hermeticky uzavřená přilba, jejíž přední průhledná část se může v případě potřeby odklopit. Je-li uzavřena, kosmonaut může přijímat potravu trubičkami (všechny skafandry nejsou zařízeny ovšem stejně). Součástí přilby je protihluková ochrana a pod přilbou jsou mikrofony a sluchátka, která umožňují kosmonautovi spojení se Zemí, popřípadě v budoucnu s posádkou kosmických lodí a stanic.
Stabilizace a orientace v prostoru: První družice, jak známo, letěly prostorem, aniž mohla být jejich poloha vůči Zemi ovlivněna. Ale již Lunik, který pořídil fotografie odvrácené strany Měsíce, byl během letu dokonale stabilizován a orientován. To znamená, že musil být vybaven zařízením, které zabránilo jeho pohybům kolem vlastního těžiště, a zařízením, které mu umožnilo zaujmout určitou polohu vůči povrchu Měsíce. Podobným zařízením byla potom vybavena některá další kosmická tělesa, jež byla vysílána do prostoru s nejrůznějšími úkoly. A podobným zařízením byly vybaveny i všechny kosmické lodi, první až pátá, na jejichž palubách byli známí čtvernozí kosmonauti, psi Strelka a Bělka, Černuška a Hvězdička. Dokonalá stabilizace a orientace lodi vůči Zemi je pro posádku otázkou života a smrti. Selže-li automatické zařízení, jak se to stalo u třetí sovětské kosmické lodi, a jak se také stalo americkému kosmonautovi Johnovi Glennovi, je třeba, aby měla posádka možnost zasáhnout do řízení ručně. Oba sovětští kosmonauté tyto možnosti měli, Titov řízení prověřil a Glenn si svou dovedností zachránil život. Na kosmickém tělese je zařízení, jež orientuje těleso podle slunečních paprsků tak, aby určitý úhel dopadu slunečních paprsků odpovídal požadovaného úhlu, který svírá podélná osa tělesa s povrchem Země. Úhel slunečních paprsků se registruje jako změna intenzity osvětlení vůči intenzitě, která je vyvolána kolmo dopadajícími paprsky. Tato změna se stává signálem pro automatické zařízení, které potom polohu kosmického tělesa orientuje.
Křeslo s kosmonautem: Pro budoucí kosmonauty bylo nutno vyřešit dokonalou ochranu i proti přetížení, a to i pro ty krajní případy, kdy hodnoty násobku G mohou dosáhnout enormních výšek. Tak bylo zjištěno, že při přistání ve velmi nepříznivém případě může být za zlomek vteřiny dosaženo urychlení až 90 G. A to je síla, která může zraňovat a zabíjet. Bylo tedy nutno opatřit kosmonautovi zařízení, které by i tyto možné krajní hodnoty snížilo na ještě snesitelnou mez maximálně 40 G. Toho se dosáhlo v některých případech tím, že se vlastní křeslo ukládá na systém nosníků, které se mohou pod tlakem přetížení deformovat a prodlužovat tak dráhu brzdění – současně tedy snižovat velikost urychlení. Dalším opatřením proti nepříznivému působení G byl tvar křesla. V něm kosmonaut zaujímá polohu, při které i při velikém přetížení je srdce schopno zásobovat mozek krví a zabezpečit jeho nerušenou činnost. Křeslo je kromě toho vymodelováno do tvaru kosmonautova těla a je doslova šito na míru. Jakmile byly shrnuty zkušenosti z pokusů na zvířatech, začalo se s výběrem budoucích kosmonautů. Výběrová hlediska se v podstatě shodují s požadavky, podle nichž jsou vybíráni piloti na vysoce výkonné nadzvukové letouny. A také budoucími kosmonauty se mohou stát jenom piloti, kteří se již při létání na takových strojích osvědčili. Navíc se od budoucích kosmonautů požaduje vysoká inteligence, absolutní zdraví, neotřesitelná motivace, schopnost osvojovat si nové návyky, fyzické zdatnost, odolnost vůči přetížení, hluku a vibracím, odolnost vůči stavu beztíže, odvaha, chladnokrevnost a schopnost rychle a správně se rozhodovat.
Kosmonaut na vibračním křesle: Vybraní jedinci byli velmi složitým způsobem po dlouhou dobu trénováni a školeni. Zvykali si na vibrace, zvyšovali svou odolnost vůči přetížení, pěstovali pohybovou ekonomii a schopnost pracovat v omezeném prostoru kabiny.
Kosmonaut na vodní hladině: Trénovaly se seskoky padákem, záchrana při možném přistání na nepředvídaném místě a za nezvyklých okolností.
Kosmonaut při tréninku stavu beztíže: Zvyšovala se schopnost orientovat se v prostoru i za nejsložitějších situací. Kosmonaut si zvykal na stav beztíže, kterého bylo možno na Zemi dosáhnout pouze na dobu několika desítek vteřin.
Kosmonaut při tréninku stabilizace: Kandidát se učil zacházet s kosmickou lodí a na různých trenažérech pěstoval nové potřebné návyky. Budoucí kosmonauté se seznamovali s astronomií, meteorologií, astrofyzikou, raketovými motory, matematikou, fyziologií, psychologií a dalšími pro ně novými vědními obory. Celý výcvik byl veden pod heslem „mnoho potu na cvičišti, málo krve na bojišti“. Kosmonauti byli vybráni a vycvičeni a nastal 12. duben 1961.
Portrét J. A. Gagarina ve skafandru: Světem se rozletěla zpráva, že v kosmickém prostoru letí loď se sovětským člověkem na palubě. Tímto člověkem byl Jurij Alexejevič Gagarin, důstojník sovětského letectva.
Schéma letu majora Gagarina: Byl vypuštěn na oběžnou dráhu 12. dubna 1961 v 9,07 hod. moskevského času. Letěl na lodi Vostok 1, která vážila 4725 kg. Oběžná dráha svírala s rovníkem úhel 64 st. Loď se dostala na oběžnou dráhu, dosáhla tedy první kosmické rychlosti, tj. asi 7,9 km/sec. Odzemí bylo ve výšce 302 km, přízemí 175 km. Doba oběhu kolem Země byla 89,1 min., let trval celkem 106 minut a loď opět přistála v 10,55 hod. moskevského času. Stav beztíže trval při letu 1 hod. a přetížení, kterému byl první kosmonaut vystaven, se během aktivní fáze pohybovalo kolem 6 G a při přistávání kolem 8 G. Rozkreslíme-li lety družic kolem Země na mapu zemského povrchu převedeného na plochu, je výslednicí vždy spirála. Tato spirála je tím strmější, čím větší úhel svírá dráha s rovnicí. Spirála by se stala na mapě zemského povrchu čarou, úsečkou, kdyby družice byla vystřelena z místa ležícího na rovníku pod úhlem 0°. Rovina dráhy letu družice musí procházet středem Země. Je proto úhel, pod kterým jsou družice vypouštěny, omezován zeměpisnou šířkou z místa startu. Jestliže místo startu leží na rovníku, mohou být družice vypouštěny pod úhly 0–90°. Leží-li v ideálním případě na pólu, může být úhel pouze 90° a nikdy menší. Leží-li místo startu na 45. rovnoběžce, může se úhel startu, tj. úhel dráhy, pohybovat od 45 do 90°.
Gagarin na obrazovce televizoru: Let byl po celou dobu podrobně sledován mnoha pozemskými i námořními pozorovacími stanicemi, Gagarin byl pozorován televizní kamerou, jeho fyziologické reakce zaznamenávány a vysílány na Zem. Let skončil velkým vítězstvím sovětské vědy a techniky a samého J. A. Gagarina. Dokázalo se, že let člověka do kosmického prostoru je možný a že nejsou nepřekonatelné překážky na cestách, které mají budoucí kosmonauté před sebou.
Portrét G. S. Titova: Sovětští vědci nespali na vavřínech, ale po zkušenostech s letem J. A. Gagarina připravovali let další. Byl jím let uskutečněný 6. srpna 1961, kdy v 9,00 hod. moskevského času startoval Vostok o váze 4731 kg s majorem G. S. Titovem na palubě, aby splnil další úkoly. Let se uskutečnil na dráze se sklonem k rovníku 64 st., odzemím 250 a přízemím 178 km. Doba jednoho obletu byla 88,6 min.
Schéma letu Titovova: Kosmická loď Vostok 2 obletěla více než sedmnáctkrát Zemi a po 25 hodinách na povel ze Země přistála úspěšně v předem určené oblasti. Major Titov obletěl vzdálenost třikrát větší, než je vzdálenost od Země na Měsíc. Během letu se po dobu 24 hodin nalézal ve stavu beztíže. Hlavním úkolem majora Titova bylo ověřit možnosti pracovat a normálně žít za dlouhodobého trvání stavu beztíže. V tomto smyslu byl let majora Titova velmi pozoruhodný a přinesl mnoho cenných poznatků. Kromě jiného se ukázalo, že stav beztíže není přece jenom tak jednoduchou záležitostí, zejména trvá-li déle než 5 hodin. Sovětský svaz měl dalšího kosmonauta a mezitím američtí letci uskutečnili let po balistické dráze. Dne 5. května 1961 startoval z mysu Canaveral v kabině Mercury na hlavici rakety Redstone kpt. Shepard, aby provedl zkoušku zařízení určeného pro orbitální let.
Schéma letu Shepardova: Shepard překonal vzdálenost 302 míle, dosáhl výšky 116,5 míle, maximální rychlost 7,600 stop za vteřinu. Let trval počínaje startem a konče přistáním na moři 15,22 minut. I když se tento let nedá nazývat kosmickým, protože se nedosáhlo ani jednoho z parametrů kosmického letu, je jeho schéma poučné. Obsahuje totiž všechny situace, které se při skutečném kosmickém letu vyskytují. Je vidět, že se kabina odpoutává od nosné rakety, že je provedena otočka, že se zapalují zpáteční motory, že se otevírá padák a kabina přistává.
Portrét J. Glenna: Američané mají prvního kosmonauta v jednačtyřicetiletém podplukovníkovi J. Glennovi, který na palubě lodi Přátelství, v kabině Mercury na raketě Atlas D uskutečnil svůj let 20. února 1962. V 9 hod. 47 min. místního času se raketa dává do pohybu a vynáší na orbitální dráhu těleso o váze asi 2 tuny. J. Glenn oblétává třikrát zeměkouli a po čtyřech hodinách 56 minutách přistává na hladinu Atlantického oceánu.
Schéma letu J. Glenna a S. Carpentera: Glenn dosáhl první kosmické rychlosti, výšky 161 km, resp. 258 km, překonal vzdálenost 138000 km. Americký kosmonaut dokonale osvědčil své profesionální schopnosti, protože pro poruchu automatického zařízení celý let prakticky řídil sám. Dokázal tak, že je možno kosmickou loď i ve velmi nepříznivých, téměř havarijních situacích ovládat a s úspěchem řídit. Dne 24. května 1962 absolvoval svůj kosmický let druhý Američan, třicetisedmiletý kapitán M. S. Carpenter. Letěl po stejné dráze jako Glenn a jeho kabina Aurora 7 absolvovala stejný počet kilometrů. Během letu plnil kosmonaut náročný výzkumný program. I při tomto letu vzniklo několik závad, které ohrožovaly úspěch celého podniku.
Snímek povrchu Měsíce: Lety do kosmického prostoru neskončily. Zkoušejí se další zařízení, prověřují se nové, dokonalejší a přesnější dopravní prostředky. V SSSR byly na balistických drahách vyzkoušeny rakety nového typu a družice „Kosmos 1“ až „Kosmos 5“ prověřují další trati kosmických cest. Jsou vybírány posádky k letům na Měsíc, je stanoven program jejich výcviku, který je ještě mnohem náročnější, než byl výcvik prvních kosmonautů. Jsou konstruována nová zařízení pro výzkum povrchu Měsíce a zkouší se aparatura pro měkké přistání na jeho povrchu a návrat na Zem.
Start rakety: Lidé se vypraví co nevidět na Měsíc a ještě dál. Jednou z nejbližších stanic budou planety Mars a Venuše, které lákají lidskou zvídavost celá staletí. Blíží se doba, kdy člověk rozřeší jejich tajemství a přinese na Zem přesné zprávy, jak to na těchto planetách vypadá.
Let rakety s atomovým pohonem: Znovu a znovu se budou uskutečňovat další kosmické lety. Jména dalších kosmonautů vstoupí do dějin a techniky. Velmi záhy se stane to, čeho jsme dnes hrdými svědky, překonanou skutečností a bude patřit daleké minulosti.
y
