Rakieta Atlas – początki programu

W 1961 roku pierwszy Amerykanin znalazł się na orbicie okołoziemskiej i po zaledwie trzech orbitach powrócił na Ziemię. Dla Ameryki, programu Merkury i dopiero co powołanej agencji NASA był to wielki sukces – po przegranej pierwszej rundzie kraj wracał do rywalizacji ze Związkiem Radzieckim. Był to także pierwszy lot załogowy zmodyfikowanego pocisku balistycznego Atlas – rakiety nośnej, której konstrukcję nawet obecnie można by uznać za unikalną.

Zaprojektowany w latach 50-tych w ranach programu MX-1953 jako pocisk balistyczny ICBM (międzykontynentalny) zdolny do przenoszenia broni nuklearnej, Atlas stosunkowo szybko doczekał się bardziej niezwykłej roli – wraz z narodzinami amerykańskiego programu kosmicznego miał stać się rakietą nośną dla planowanego, załogowego pojazdu orbitalnego Merkury. Jednakże nie był to pocisk idealny. Projekt rozpoczęto bowiem w 1951 roku, zaledwie ćwierć wieku po pierwszym locie rakiety Goddarda na paliwo ciekłe i tylko 9 lat po pierwszym udanym locie niemieckiego pocisku V-2. Co więcej, projekt nie był priorytetowy, przez co przez dwa lata prace toczyły się powoli. Od początku projekt borykał się więc z wieloma problemami technicznymi, wynikającymi z niedostatecznie rozwiniętej jeszcze technologii rakietowej. Za najpoważniejszy z nich uznano ryzyko związane z wykorzystaniem – wtedy jeszcze trudnej do opanowania – koncepcji wielostopniowych rakiet nośnych na paliwo ciekłe, a w szczególności zagrożenie związane z uruchomieniem silnika lub silników kolejnego stopnia już w trakcie lotu.

O ryzyku wynikającym z zastosowania wczesnych systemów wielostopniowych przekonali się radzieccy wojskowi i naukowcy w 1960 roku, kiedy przypadkowy impuls elektryczny uruchomił silniki drugiego stopnia pocisku balistycznego R-16, znajdującego się na wyrzutni w Bajokonurze. Ponieważ akurat w tym czasie przeprowadzano testy, na kompleksie wyrzutni i wokół niej znajdowało się wiele osób personelu obsługi technicznej. Bezpośrednio w wyniku eksplozji oraz ekspozycji na bardzo toksyczne i hipergoliczne składniki paliwa wielu z nich zginęło lub odniosło rany, a zdarzenie przeszło do historii pod nazwą Incydentu Niedielina, od nazwiska dowódcy strategicznych wojsk rakietowych ZSRR, który zginął w katastrofie. Do katastrofy oraz jej przebiegu przyznano się dopiero w 1989 roku.

Z tego względu naukowcy amerykańscy poszukiwali innego rozwiązania. Najlepszym byłaby całkowita rezygnacja z dodatkowych stopni i uruchomienie wszystkich silników jeszcze na wyrzutni. Niestety – osiągi takiej rakiety byłyby znacznie ograniczone, ponieważ musiałaby znaleźć się na orbicie w całości. Inżynierowie firmy Convair, odpowiedzialnej za budowę rakiety, wpadli na inne rozwiązanie. Pocisk miał zostać wyposażony łącznie w pięć silników i wszystkie miano uruchamiać jeszcze na wyrzutni startowej. Dwa małe silniczki Verniera (LR-101), służące do sterowania, dwa silniki pomocnicze (LR-89, tzw. booster engine) oraz silnik główny (LR-105, sustainer engine) po uruchomieniu czerpały materiały pędne ze wspólnego zbiornika i funkcjonowały w tej konfiguracji przez około 120 sekund lotu. Następnie silniki pomocnicze wyłączano i odrzucano od rakiety wraz z fragmentem osłony aerodynamicznej gondoli silnikowej, a rakieta kontynuowała dalszy lot tylko przy użyciu silnika głównego. Koncepcję tego typu nazwano systemem półtorastopniowym. Do tej pory jest to jedyna rakieta jaka kiedykolwiek wykorzystywała podobne rozwiązanie.

Rezygnacja z koncepcji wielostopniowej wymagała również od inżynierów znacznej redukcji wagi całego pocisku. Przyjęte rozwiązanie było radykalne – zrezygnowano z większości elementów otaczających zbiorniki i przenoszących obciążenia konstrukcyjne. Zamiast tego pocisk utrzymywał wymaganą sztywność i stabilność konstrukcji tylko dzięki utrzymywaniu odpowiedniego ciśnienia wewnątrz swoich zbiorników, które przejęły w dużym stopniu rolę strukturalną, a także dzięki cienkiemu i lekkiemu poszyciu. W efekcie rakieta z pustymi zbiornikami stała się bardzo podatna na uszkodzenia – do tego stopnia, że wielu naukowców wątpiło czy tak zmodyfikowany pocisk Atlas będzie w stanie w ogóle wytrzymać lot atmosferyczny. Jednakże już pierwszy test wykazał słuszność przyjętej koncepcji – w trakcie lotu uszkodzeniu uległ jeden z silników pomocniczych, rakieta przechyliła się i po chwili zaczęła obracać w powietrzu. Rakieta pozostała jednak w całości aż do momentu zdetonowania ładunków systemu bezpieczeństwa przez kontrolę naziemną.

Niestety, o ile system sprawdził się w przypadku pocisku balistycznego, o tyle okazał się nieco zbyt słaby dla misji załogowych z cięższym ładunkiem jakim był pojazd Merkury. Po nieudanej próbie MA-1 (Mercury-Atlas 1) postanowiono więc pogrubić nieco zewnętrzne poszycie rakiety, a w ostatnim pozostałym modelu o cienkich ścianach dodać wzmocnienia poniżej adaptera łączącego kapsułę z rakietą. Kolejny lot MA-2 zakończył się sukcesem. Atlas był gotowy do lotu.

Ostatecznie rakiety Atlas można zaliczyć do konstrukcji bardzo udanych – zostały użyte w misjach programu Merkury i nigdy nie zawiodły astronautów. Stały się punktem wyjścia dla rodziny rakiet nośnych serii Atlas, w tym Atlasa 5 w wersji 401, którego najbliższy start powinien odbyć się pod koniec bieżącego miesiąca.

(PFA, NASA, C, B, SN, W)