Krása mechanického inženýrství: Neobyčejný Globus na palubě Sojuzů zobrazoval orbitu, souřadnice, světlo i stín

Kosmonautika představuje obor, který v sobě zahrnuje to nejlepší z mnoha oblastí lidského snažení. Samozřejmostí jsou technologie na absolutní špici pokroku a běžný zájemce o lety do vesmíru předpokládá, že veškeré systémy používané v kosmických strojích, zejména těch pilotovaných, reprezentují nejnovější trendy. 

Kosmonautika s sebou však nese rovněž důvtipná řešení často složitých problémů: Občas jde o řešení na první pohled až primitivní, přesto dokážou přetrvat v relativně nezměněné podobě dlouhé roky, někdy i dekády. A nezřídka jsou nejen chytrá, ale současně také krásná – samozřejmě svým specifickým, technickým způsobem. A právě to byl případ navigačního kosmického indikátoru INK.

Kde je posádka?

Přístrojový pult všech kosmických lodí je bodem, na který se po většinu doby plně soustředí pozornost posádky. Kosmonauti pracují se skutečně obrovským množstvím informací a pro konstruktéry pultů znamená oříšek podat jim je tak, aby je nezahltily nebo aby jejich dešifrování nevyžadovalo až příliš mnoho času.

K uvedeným informacím patří i poloha lodi ve vztahu k zemskému povrchu. Displeje v dnešních vesmírných plavidlech umějí daný údaj zobrazit na vyžádání, přehledně a velmi přesně – což si samozřejmě žádá jistou úroveň výpočetní techniky, která ovšem v začátcích dobývání kosmu nebyla k dispozici. A jak Američané, tak Sověti došli víceméně k témuž řešení: implementovat do přístrojové desky globus, z nějž by se dala poloha lodi nad povrchem okamžitě odečíst. 

Ovšem zatímco v USA se stal prvním a posledním případem použití fyzického globusu program Mercury, na sovětské straně se jeho derniéra konala po neuvěřitelných čtyřech dekádách služby, a to dokonce na několika typech strojů!

Čistá mechanika

Jednalo se o přístroj oficiálně označovaný jako INK čili Indikator navigacionnyj kosmičeskij, ale známý pod lidovým pojmenováním Globus. Jeho historie se začala psát v roce 1959, kdy v konstrukční kanceláři OKB-1 vznikala vesmírná loď 3KA, jež měla do kosmu vynést první lidi. Zárodek palubní desky vyvinuli přímo v OKB-1, nicméně k vývoji byli přizváni také pracovníci laboratoře č. 47 Leteckého výzkumného institutu Michaila Gromova. Vedl ji velmi talentovaný inženýr Sergej Darevskij, který se svým týmem dotáhl přístrojový panel do podoby, v níž poté posloužil při letech Vostoků.

Jejich práce byla natolik zdařilá, že se z laboratoře 47 stala v roce 1967 Speciální kancelář pro experimentální konstrukce, takže v rámci institutu získala značnou autonomii. Sériová výroba IMP, jak se přístroj nejprve označoval, byla svěřena podniku Techpribor se sídlem v tehdejším Leningradu. 

Globus se přitom postupně inovoval: Například již od druhé pilotované mise Vostok 2 v srpnu 1961 ukazovala přidaná stupnice aktuální zeměpisnou délku a šířku. Zařízení se používalo i v lodích Voschod, v přístrojových pultech civilních i vojenských stanic Saljut a uplatnit se mělo také v plavidlech TKS z konstrukční kanceláře Vladimira Čelomeje. Vrcholnými iteracemi však prošlo již pod označením INK u Sojuzů, kde se využívalo od pilotované premiéry lodi 7K-OK v roce 1967 až do posledního startu Sojuzu-TM v roce 2002. Neuvěřitelná kariéra pro zdánlivě archaický přístroj!

Pohled pod pokličku

Elektromechanickému zařízení vévodil globus a na první pohled neměl jinou funkci než ukazovat místo zemského povrchu, nad nímž se kosmická loď nachází. Pokud bychom ovšem nahlédli „pod pokličku“, zjistili bychom, že se jednalo o poměrně komplikovaný mechanismus, který toho dokázal mnohem víc.

INK fungoval ve dvou módech. V prvním z nich, nazývaném „mestopoloženie“ neboli „poloha“, ukazoval záměrný kříž pozici plavidla nad zemským povrchem. Po přepnutí do módu „mesto posadki“ čili „místo přistání“ se pak rozsvítila světelná kontrolka, načež se globus přetočil a kříž ukazoval místo dosednutí v případě, že by se v daném okamžiku zažehl brzdicí motor. 

Na rozdíl od amerického protějšku, který měl záměrný kříž pevně spřažený se značkou lokality přistání, umožňoval INK zavedení úhlu – tedy segmentu zemského povrchu – mezi aktuální polohou a místem dosednutí. Uvedené bylo výhodné pro případ, že by dráha lodi neodpovídala původním předpokladům.

Otáčení kolem dvou os

INK zobrazený na těchto stránkách představuje typ využívaný v Sojuzech a jeho vnější podoba se od roku 1967 do roku 2002 měnila jen minimálně: Měl sedm ukazatelů, jednu kontrolku a osm ovládacích prvků. Na první pohled bylo nejnápadnější okénko s malým globusem, který ukazoval polohu lodi nad zemským povrchem a při přepnutí do módu „přistání“ pak místo, kde se měla návratová kabina dotknout země.

Na okénku byl nakreslený nehybný záměrný kříž a otáčel se samotný globus. Skládal se ze dvou polokoulí spojených na rovníku kovovým pásem, který zůstával rovněž nehybný. Globus se otáčel kolem dvou os: Pomocí té klasické zemské se napodobovala přirozená rotace planety s kompletní otočkou v trvání 23 hodin, 35 minut a 52 sekund, zatímco otáčením kolem druhé osy se imitovala trajektorie lodi. Z výroby byl přitom globus vždy nastavený na pevný sklon dráhy k rovníku, a pokud mělo být plavidlo navedeno na dráhu s jinou inklinací, musel se vyrobit specifický INK s dotyčným úhlem. 

Vodní plochy měly na globusu modrou barvu a souš podle nadmořské výšky žlutou, světle hnědou a tmavě hnědou. Měřítko vyobrazení činilo 1 : 100 000 000 a maximální odchylka, s jakou bylo možné odečítat polohu, dosahovala 100 km v běžném módu a 150 km po přepnutí do režimu „místo přistání“. Pokud by poté kosmonauti vrátili zařízení zpět do módu „poloha“ bez jakékoliv korekce, zvýšila by se přípustná odchylka na 200 km.

Maximálně 999,9 obletu

K přepínání režimů sloužil otočný ovladač se třemi polohami: MP – místo přistání, Z – aktuální poloha a Otkl. – vypnuto. Po přepnutí do režimu „místo přistání“ se globus pootočil ve směru dráhy lodi o stanovený úhel, který se musel do systému předem vložit pomocí ovladače „ugol posadki“ neboli „úhel přistání“. Jeho hodnotu pak indikovalo okénko s otočným ciferníkem. Ovladač „vitki“ umístěný o něco výš fungoval jako pomyslný odometr počítající oblety Země, s tím že bylo možné nastavit jejich počet podle aktuálního stavu s přesností na jednu desetinu a maximum činilo 999,9.

Ještě výš se nacházel kombinovaný ovladač a ukazatel „period“ čili „perioda“. Šlo o dobu, za jakou Sojuz oblétne Zemi, přičemž její zadání bylo nutné, aby se otáčení globusu synchronizovalo se skutečností. V případě změny výšky dráhy se potom musela nová hodnota do přístroje zanést.

Vnější část ovladače kosmonaut namířil zobáčkem na údaj, který potřeboval upravit, a otáčením vnitřního ovladače změnu provedl – to vše mechanicky. Perioda se dala nastavit v rozmezí 86,85–96,85 minuty. Ještě podotkněme, že INK fungoval správně pouze u kruhových trajektorií, takže například u příletu k orbitální stanici po eliptické dráze neukazoval přesnou polohu lodi.

Kdy bude světlo a kdy tma

Páskový ukazatel přímo nad okénkem s globusem udával aktuální zeměpisnou délku, zatímco jeho protějšek vlevo určoval zeměpisnou šířku. Oba byly spřaženy s mechanismem globusu a umožňovaly rychle odečíst přibližné koordináty. Jemnost stupnice dosahovala v obou případech 2°, přičemž levý ukazatel byl modrý v oblasti severních šířek a žlutý v oblasti těch jižních.

Dolní ukazatel „svet–těň“ neboli „světlo–stín“ kosmonautům sděloval, kdy mohou očekávat vstup do zemského stínu, respektive vylétnutí do orbitálního dne. Vnitřní stupnice kupodivu nevyjadřovala časové jednotky či stupně, nýbrž procenta výše zmíněné periody. I tento přístroj bylo nutné nastavit ručně nebo do něj údaje zadat před startem. Škála od 20 do 0 nakreslená na sklíčku pak odpovídala minutám, a posádka tak měla dobrý přehled, jak dlouho ještě orbitální den či noc potrvá.

Otočným ovladačem vlevo se zadávala délka orbitální noci na dráze, na níž se loď zrovna nacházela; a ovladačem vpravo se pro změnu nastavovalo, za jak dlouho plavidlo vstoupí do stínu, případně ho opustí.

Poslední a asi nejdůležitější prvek se nacházel napravo od indikátoru světla a stínu. Dvěma soustřednými otočnými ovladači se totiž nastavovala počáteční poloha globusu: Větší spodní ovladač jím otáčel okolo zemské osy, zatímco ten vnitřní podél předpokládané dráhy letu.

Dodnes fascinující

Přestože INK představoval velmi precizní a chytře vymyšlený mechanismus, zadávání koordinát nebylo nijak automatizované. Zatímco od Apolla dál měli Američané možnost vkládat data do navigačního systému lodi dálkově ze Země, u INK museli vše ručně provést kosmonauti, eventuálně technici připravující kabinu ke startu. 

Nejprve se Globus vypnul, načež se nastavila předpokládaná poloha v okamžiku navedení na oběžnou dráhu, dále perioda, světlo a stín a vynulovalo se počítadlo oběhů. Po odhození třetího stupně rakety pak posádka přístroj zapnula. 

Stejným způsobem se prováděla korekce či vkládání dat na orbitě, s tím že se INK zapnul v přesně vypočtený okamžik průletu nad místem, které bylo nastavené na globusu. Daný postup se využíval zejména při oživování Sojuzu před odletem od stanice.

Kvůli zřejmě největšímu nešvaru, tedy neschopnosti přesně fungovat na jiných než kruhových dráhách, přitom kosmonauti opakovaně požadovali odstranění Globusu z palubní desky. Přístroj však na svém místě zůstal. Argument zněl, že v případě ztráty spojení s řídicím střediskem by šlo o jediný prostředek k navigaci pro přistání.

V roce 2002 se však INK nakonec odebral na zasloužený odpočinek a štafetu převzalo digitální zobrazení mapy zemského povrchu, které je mnohem přehlednější a výrazně snižuje mentální zátěž posádek. Přesto klasický Globus nepřestává fanoušky kosmonautiky fascinovat: Občas je totiž přitažlivá i pouhá hrst ozubených koleček, čtyři relé, pár diod, jeden tranzistor a několik metrů drátu…