Denník N

Krátky dych a Slnko v očiach (Apollo 13 – 5. časť)

2LiOH + CO2 = Li2CO3 + H2O
Toto je reakcia, ktorá okrem zabezpečovala, že astronauti v čase Apolla vôbec mohli letieť do vesmíru.
Na Apolle 13 predstavovalo odstraňovanie CO2 z atmosféry lode jeden z hlavných, aj keď nie vysoko technologických problémov.

Ed Smylie bol šéfom divízie systémov pre posádku, do ktorých spadalo veľmi veľa vecí. Od skafandrov až po udržiavanie prostredia v kabíne lode. Jeho divízia sídlila v stredisku poilotovaných letov (MSFC) v budove 7. Okrem iného tam bola umietnená obrovská vákuová komora, do ktorej sa zmestila celá loď Apollo aj s lunárnym modulom. A dali sa v nej testovať skafandre, ale aj celé lode pri hocijakom tlaku, až po takmer vernú imitáciu hlbokého vesmírneho vákua. V komore mali aj vernú repliku systému udržiavania životných podmienok ako v CM, tak aj LM. Bola to jedna z vecí, za ktoré divízia systémov pre posádku zodpovedala. Takže keď si Ed Smylie zapol v pondelok večer televízor a zistil, čo sa deje na Apolle 13, zavolal svojmu službu konajúcemu kolegovi:

„Čo vieme o trinástke?“ „Nie veľa. Sú bez kyslíka a presúvajú sa do LM.“ Budú mať problém s CO2,“ povedal Smylie. „Veľký,“ súhlasil jeho kolega. „Idem,“ povedal Smylie a zavesil telefón.

CM Apolla v otvorenej vákuovej komore v budove divízie systémov pre posádku v MSFC.

Problém, ktorý posádku nevyhnutne čakal, spočíval v spôsobe úpravy dýchateľnej atmosféry v lodi. Lode programov Mercury, Gemini aj Apollo lietali s atmosférou, zloženou z čistého kyslíka pri zníženom tlaku. V skutočnosti bol tlak tak nízky, ako na Zemi vo výške približne 7800 metrov nad morom. Takže v bežnom vzduchu by bolo tak málo kyslíka, že by astronauti trpeli výškovou chorobou. S čistým kyslíkom ale samozrejme nebol žiadny problém. Navyše bolo výhodou, že rozdiel tlakov medzi vnútrom lode a okolitým priestorom bol oveľa menší, ako je napríklad medzi komerčným lietadlom a tlakom v bežnej cestovnej výške. Aj preto mohla byť konštrukcia amerických vesmírnych lodí tak ľahká.

Ale späť k atmsfére v lodi. Mohli by ste si povedať, že aký problém s CO2 ak zvyšok je čistý kyslík? Veď ľudia sa aj na Zemi „otrávia“ oxidom uhličitým pre to, že vytesní vzduch a s ním aj kyslík, ktorý dýchame. Skutočne, na Zemi sa väčšina ľudí neotrávi CO2, ale zadusí sa nedostatkom vzdušného kyslíka na miestach, kam CO2, ťažší ako vzduch, klesne. Typickým príkladom sú vínne pivnice, kde CO2 vzniká kvasením muštu na víno. Ale to sme už zas pekne odbočili.

V atmosfére čistého kyslíka samozrejme klasické zadusenie nebolo možné. Oxid uhličitý vie ale človeka otráviť aj v atmosfére čistého kyslíka. Prečo?

Ľudia produkujú CO2 ako metabolický produkt. Práve o jeho vylučovanie z tela sa starajú, spolu s dodávkou kyslíka, naše pľúca. CO2 je ale dôležitý aj pre samotné fungovanie metabolizmu a pomocou neho sa udržiava správna hodnota pH tkanív ľudského tela a krvi. Systém dýchania ľudí zabezpečuje práve túto rovnováhu v tele a riadi vylučovanie CO2 cez pľúca. Ak sa naruší rovnováha CO2 v organizme, vzniknú problémy. A tu do hry vstupuje vdychovaný CO2. Ten totiž pôsobí rovnako, ako CO2, ktorý vznikol v ľudskom tele. Za normálnych okolností je vždy vyššia koncentrácia CO2 v žilovej krvi ako v okolitom prostredí, takže CO2 prechádza do vzduchu v pľúcach vďaka tomuto koncentračnému gradientu a pri výdychu opúšťa telo. Ak je vo vzduchu, ktorý dýchame, viac CO2, tento gradient je menší a z krvi sa v pľúcach uvoľní menej CO2. To znamená, že ho zostane viac v organizme a začne spôsobovať zníženie pH krvi, na čo je ľudské telo extrémne citlivé. Telo sa síce bude pokúšať tento stav napraviť, napríklad zrýchleným dýchaním a ďalšími procesmi, ale jeho možnosti sú obmedzené.

Pri koncentrácii CO2 vo vzduchu vyššej ako 1,5% má CO2 len slabý účinok na metabolizmus, pri koncentrácii 3% pôsobí už ako ľahké anestetikum, zhoršuje sa sluch, spolu s bolesťou hlavy sa zvyšuje sa krvný tlak a pulz. Pri koncentrácii nad 5% je dýchanie už veľmi sťažené, objavuje sa tzv. tunelové videnie, človek stráca schopnosť sústrediť sa na konkrétnu činnosť. Pri koncentrácii nad 10% sa dostaví za menej ako minútu bezvedomie, dlhodobý pobyt v takej atmosfére znamená smrť.

Aby sa v Apolle nehromadil oxid uhličitý, boli veliteľský aj lunárny modul vybavené ventilačným systémom, ktorý atmosféru z lode preháňal cez zásobníky s hydroxidom lítnym (LiOH), ktorý absorboval CO2 (išlo o hore popísanú reakciu s hydroxidom lítnym za vzniku uhličitanu a vody). Okrem toho ešte obsahovali zásobníky aktívne uhlie pre zachycovanie pachov a plstenú vložku pre zachytenie prachu a iných pevných častíc.

Rez zásobníkom LiOH pre CM

Každý systém mal aj prípojky pre hadice pre prípad, že by došlo k porušeniu tesnosti lode a astronauti by museli mať oblečené skafandre. V takom prípade by skafandre vedeli pripojiť na tento systém, ktorý by zbavoval kyslík v skafandri vydýchaného CO2.

Systém vyzeral (veľmi zjednodušene) takto:

Systém čistenia vzdchu v LM

Systém nasal pomocou ventilátora kyslík z kabíny cez zásobník s LiOH a vytlačil ho späť cez odlučovač vody naspäť do kabíny. Voda sa vypúšťala mimo lode.

Systém čistenia atmosféry (ECS – Environmental control system) v LM

Každá misia mala 20-30 zásobníkov pre CM (podľa dĺžky misie), ktoré sa vymieňali každých 12 hodín. V LM boli ale zásobníky len pre dvoch ľudí na dva dni. A navyše, úplne iného tvaru, ako tie v CM. Takže problém, ktorý mal Ed Smylie, bol popísaný vcelku jednoducho – zabezpečiť, aby sa hranatý kolík zmestil do guľatej diery. A Smylie, ako sa bližil k budove 7 v MMC v Houstone, už začínal šípiť, ako tento problém vyriešiť.

Zásobníky LiOH pre LM (vľavo) a CM (vpravo)

Zatiaľ čo Ed Smylie rozmýšľal nad riešením problému s CO2, Gene Kranz v miestnosti 210 riešil spotrebu elektriny v LM. Začal so svojím TELMU Bobom Heselmeyerom počítať a preverovať, čo všetko by sa dalo v LM vypnúť a ako natiahnuť čas využitia batérií na čo najdlhšiu dobu. Heselmeyer bol dobrý TELMU, Kranz si ale uvedomil, že na túto úlohu potrebuje človeka kalibru Johna Aarona. Tým človekom bol TELMU v Griffinovom zlatom tíme Bill Peters. Veterán Mission Control, ktorý v MOCR absolvoval všetky lety od Gemini 3. S Petersom sa Kranz dostal až na čísla, ktoré potreboval.

Batérie LM mali v plne nabitom stave kapacitu približne 1800 ampérhodín. Plne zapnutý lunárny modul odoberal z batérií približne 55 ampérov. Aaron povedal Kranzovi, že maximum, ktoré umožní LM doletieť až späť k Zemi je 12 ampérov. Nebolo to veľa, ale podľa Petersových výpočtov sa to dalo zvládnuť a ešte by mala zostať malá rezerva pre nepredvídané okolnosti. Samozrejme, takáto energetická „diéta“ nebola zadarmo. Peters spočítal, že v LM bude po zážihu PC+2 potrebné vypnúť prakticky všetko okrem vysielačky, ventilátora v kabíne a čerpadiel zmesi vody a glykolu pre chladenie ostatných dvoch systémov. Znamenalo to aj vypnutie ohrevu a osvetlenia v kabíne, takže astronautov čakala dlhá, studená a tmavá cesta domov. To všetko v tenkých kombinézach z nehorľavej, ale aj kvôli tomu aj absolútne nehrejivej látky, určených pre príjemných 25 stupňov.

John Aaron, vo svojej funkcii vrchného veliteľa nad elektrinou Apolla 13, navyše požiadal Petersa, aby mu pomohol batériami v LM dobiť čiastočne vybité batérie v CM. Keď astronauti vypínali Odyseu, zlyhávajúce palivové články nestačili a systém CM si „potiahol“ energiu z batérii určených pre pristátie. Aaron dostal sľúbených svojich požadovaných 100 ampérhodín. Oveľa väčším problémom pre neho predstavoval postup pre opätovné zapnutie CM len s tým, čo mal v batériách. Jednou z prvých vecí, ktorú dokázal spočítať bolo, že CM nebude možné zapnúť skôr ako dve hodiny pred pristátím. Bežný start-up CM trval na rampe v Kennedyho vesmírnom stredisku dlho a spotreboval aj veľmi veľa elektriny. Na Zemi, kde bola loď pripojená k externému napájaniu, to samozrejme nevadilo. Vo vesmíre, rútiac sa k Zemi rýchlosťou 40 000 kilometrov za hodinu to bolo niečo úplne iné. Dve hodiny budú skutočne veľmi krátkym časom na celú procedúru. Ešte menej času potom zostane na riešenie prípadných problémov.

Príprava CM lode Apollo na štart

Aaron presne vedel, že najväčší problém bude mať so samotnými kontrolórmi. Každý z nich chápal, že je potrebné niektoré systémy obetovať, alebo zapínať neštandardne, bez ohrevu a podobne. Nikto ale nebol ochotný pristúpiť len tak na to, že to budú práve jeho systémy, ktoré budú týmto spôsobom ukrátené o svoju porciu elektriny. A tak Aaron, vyzbrojený hromadou grafov a výpočtov začal dlhé hodiny vyjednávaní a handrkovania sa nad každým systémom CM a hľadaním konsenzu na tom, ako sa vlastne celý CM znovu uvedie do prevádzky.

Gerryho Griffina zaujímal úplne iný problém. Keď sa Lunneyho tím snažil spresniť nastavenie IMU na Aquariu, nepodarilo sa mu to kvôli množstvu trosiek z výbuchu v servisnom module. Malé úlomky leteli stále popri lodi, priťahované jej mikrogravitáciou a vyzerali v jasnom slnečnom svite ako hviezdy. Tým znemožňovali nájsť skutočné hviezdy, podľa ktorých by sa inerciálna plošina dala skontrolovať a prípadne nastaviť. Griffin sa s pomocou Johna Younga a Charlieho Dukea, ktorí sa nasťahovali do simulátora LM v Houstone snažil vyše pol dňa nájsť takú polohu LM, kde by tieto, v slnečnom svite žiariace úlomky boli aspoň čiastočne v tieni samotnej lode a z tmy by zažiarili skutočné hviezdy. Ale napriek veľkej snahe a opakovaným pokusom sa Youngovi s Dukeom nepodarilo nájsť takú polohu, ktorá by Lovellovi, inak skúsenému navigátorovi vo vesmíre, pomohla skontrolovať, či jeho IMU v Aquariu je ešte stále zorientovaná správne.

Navigačný teleskop v LM

V čase zážihu, ktorý dostal Apollo 13 späť na dráhu voľného návratu bola IMU krátko po nastavení a navyše, išlo o relatívne krátky zážih. Zážih PC+2, odohrávajúci sa o 12 hodín neskôr bola ale úplne iná káva. Dlhý zážih s vysokým výkonom motora musel byť urobený správnym smerom. Ak by loď nebola správne zorientovaná a astronauti by zapálili svoj motor na dlhých šesť minút nesprávnym smerom, ktovie, kde by skončili.

Simulátor lunárneho modulu v stredisku pilotovaných letov NASA v Houstone

Po dlhých hodinách pokusov a neúspechov nakoniec Chuck Deiterich, Dave Reed a Ken Russell, Griffinovi RETRO, FIDO a GUIDO prišli s nápadom. Majú predsa k dispozícii hviezdu, ktorej svetlo žiadne trosky netromfnú. Slnko. Je to ale obrovský cieľ. S priemerom 1,4 milióna kilometrov (109 krát priemer Zeme) a vo vzdialenosti „len“ 150 miliónov kilometrov zaberá na oblohe takmer pol oblúkového stupňa. Oproti hviezdam, ktoré predstavovali v navigačnom teleskope nekonečne malý bod, bolo neporovnateľne väčšie. Ak sa nitkový kríž navigačného teleskopu ocitol presne na vybranej hviezde, nastavenie plošiny vedelo by presné na metre. Slnko by oproti tomu zaberalo v teleskope väčšinu plochy. Napriek tomu to mohlo stačiť, tolerancie nepresnosti, ktorá by ešte nespôsobila problém pri zážihu PC+2 bola až jeden stupeň, čiže dva priemery Slnka. Ako ale overiť presnosť nastavenia IMU? Ak by sa nastavenie malo meniť, museli by sa zamerať aspoň tri hviezdy. Len jedna, navyše tak obrovská, by nestačila. Kontrolóri sa rozhodli ísť na problém opačným spôsobom. Nebudú hľadať hviezdy, proste prikážu počítaču Aquaria, aby našiel Slnko. A ak ho nájde tak, že ho Haise uvidí v navigačnom teleskope, bude zrejmé, že nastavenie plošiny je stále aspoň zhruba v poriadku.

Porovnanie veľkosti Slnka a Zeme. ©Science source

Aby sa dalo zmerať, aspoň približne, aká je odchýlka nastavenia, navrhli kontrolóri, aby sa počítaču zadal ako cieľ pravý horný okraj slnečného kotúča. Griffin súhlasil a nariadil, aby túto procedúru najprv odskúšali Young a Duke v simulátore.

Keď prišla správa zo simulátora, že postup by mal fungovať, CAPCOM Vance Brand popísal celú procedúru posádke. Lovell najprv úplne neveril, že by tak hrubé nastavenie mohlo stačiť, ale keďže aj tak nemali inú možnosť, pustili sa s Haiseom do práce. Po zadaní koordinátov sa najprv chvíľu nič nedialo. A potom, pomaly, pocítili astronauti ako sa lunárny modul krátkymi zážihmi manévrovacích motorčekov začal hýbať.

Navigačný teleskop lunárneho modulu (v origináli Alignment Optical Telescope – AOT)

Dlhé chvíle nevideli astronauti nič. Swigert, ktorý obsadil Haiseovo okienko, ani Lovell cez svoje, nevideli ani náznak slnečného kotúča. Približne osem minút počúvali kontrolóri na Zemi nezreteľné zvuky z paluby Aquaria, keď si astronauti medzi sebou vymieňali pokyny a informácie. A potom…

Swigert zbadal na pravej strane lode akýsi záblesk. O chvíľu sa malý kúsok slnečného disku objavil v jeho okienku a slnečný lúč dopadol aj na Lovellov kontrolný panel.

„Ohlás to Jack,“ povedal Lovell, „čo vidíš?“
„Máme tu Slnko,“ oznámil Swigert.
„Máme, a veľké,“ odpovedal Lovell, „vidíš niečo Freddo?“
„Nie,“ odpovedal Haise, s okom prilepeným na okulár teleskopu. Ale o chvíľu sa aj jeho okulár naplnil svetlom: „A predsa, možno tretinu polomeru.“
„Blíži sa,“ povedal Lovell, pozerajúc z okienka. „Myslím, že sa blíži“
„Skoro sme tam,” povedal Haise.
„Máme to,” zvolal Lovell „Myslím, že to máme“
„OK,“ povedal Haise. Slnko v teleskope prebehlo cez nitkový kríž a sunulo sa smerom dolu. „Skoro sme tam.“
„Máš to?“ pýtal sa Lovell.
„Skoro sme tam,“ zopakoval Haise. Slnko sa stále pomaličky posúvalo v teleskope. Trysky vypustili ešte trochu paliva a potom sa loď, a s ňou aj Slnko, zastavili.
Lovell sa pýtal, „Čo máš? Čo tam máš?“
Haise sa bez slova odstrčil od teleskopu a s obrovským úsmevom na tvári sucho oznámil: „Pravý horný okraj Slnka.“
„Máme to!“, zvolal Lovell a zapumpoval rukou vo vzduchu.
„Sme presne tam“, povedal Haise.
„Houston, Aquarius,“ ohlásil sa Lovell Zemi.
„Aquarius, Houston, počúvame.“
„OK,“ povedal Lovell, „vyzerá to, že orientácia na Slnko funguje.“
„Rozumieme,“ povedal Brand, „to naozaj radi počujeme.“

V MOCR, kde sa vždy držala tlmená atmosféra, vypukol v Zákope drobný oslavný pokrik, ktorý sa šíril smerom hore. Aj keď to nebolo bežne tolerované, Griffin usúdil, že si jeho kontrolóri zaslúžia malú oslavu. A tak hluku nejakú chvíľu nevenoval pozornosť. Keď zatiaľ chcel prečítať záznam v zápise riaditeľa letu, zistil, že posledné tri riadky boli úplne nečitateľné z toho, ako sa mu od nervozity triasli ruky.

Lovell, Haise a Swigert v Aquariu si oddýchli. Vedeli kde sú a kam smerujú. A tak, až obletia Mesiac, budú môcť zapáliť motor DPS a urýchliť svoju cestu domov. Stále sa zväčšujúci mesačný kotúč v ich okienkach vyzeral zrazu o niečo prívetivejšie.

Ed Smylie medzitým s kolegami a s ľuďmi z Grummanu overoval, či nápad, ktorý mal keď išiel do práce, má reálnu šancu. Nápad to bol vcelku jednoduchý. Smylie plánoval využiť zásobník s hydroxidom lítnym z veliteľského modulu a pripojiť ho na čistiaci systém Aquaria. Na to, aby sa mu to podarilo nepotreboval žiadne sofistikované súčiastky. Stačila sivá opravárska páska, hadica na pripojenie skafandra k ventilačnému systému Aquaria, tvrdé dosky jedného z letových plánov, plastové vrecko na chladenú bielizeň a nožnice. Výstupná časť zásobníka s LiOH sa zabalila do plastového vrecka tak, aby jeho vstupná časť zostala otvorená. Vo vrecku bolo treba vystrihnúť dieru do ktorej sa vsunula a páskou zabezpečila hadica. Aby sa vrecko neprisalo k otvorom na zásobníku, vložili sa pod vrecko zahnuté zadné dosky jedného z letových plánov a hadica sa vsunula pod tento oblúk. Následne už bolo treba len hadicu pripojiť k ventilačnému a čistiacemu systému Aquaria, prepnúť zdroj vzduchu na sekundárny a čakať.

Celý systém po úprave vyzeral nejako takto:

Celý systém čistenia vzduchu v LM s pomocou zásobníkov LiOH z CM

Keď sa prvý zásobník vyčerpal, bolo možné k nemu páskou prilepiť ďalší, aby nebolo treba celý systém vyrábať znovu.

Smylie a jeho tím systém extenzívne testovali a boli presvedčení, že bude fungovať. Mali len jeden problém – v Houstone nebol jediný originálny zásobník LiOH, mali len kusy bez náplne, určené pre simulácie a nácviky. Nakoniec sa im podarilo zohnať jeden zsobník na Kennedyho myse na Floride, a tak zásobník, ako VIP letel z Floridy do Houstonu súkromným lietadlom, aby sa nestrácal čas. Po otestovaní s funkčným zásobníkom si boli ľudia z divízie systémov pre posádku istí, že celá vec bude fungovať. Úplne inou výzvou ale bude, zostaviť ju v beztiažovom stave.

Test náhradného filtra vo vákuovej komore

Lovell a Swigert práve spali, ak sa driemaniu v štvorstupňovej zime v tenkej kombinéze dá hovoriť spánok, keď Houston zavolal Haisea, ktorý mal službu v LM a požiadal ho, aby skontroloval hladinu CO2 v kabíne. Prístroj meral parciálny tlak CO2 v kabíne a normálne nemal ukazovať viac ako 2-3 mm ortuťového stĺpca. Pri siedmich mala posádka pokyn meni zásobníky s LiOH, ak hodnota stúpla nad 15, znamenalo to, že zásobník je kompletne vyčerpaný a ak sa čoskoro nevymení, dostavia sa už na začiatku spomínané príznaky otravy oxidom uhličitým.

Haise skontroloval merač a zistil, že ručička je na trinástke. CAPCOM Lousma mu potvrdil, že to na Zemi vidia rovnako a že dostane návod, ako zostrojiť nájradný filter. Zatiaľ čo Haise spisoval to, čo mu Lousma diktoval, vplával do Aquaria Lovell, ktorý sa zobudil skôr. Swigerta zobudil hluk z LM, takže o chvíľu už všetci traja astronauti spoločne zháňali diely a následne lepili dohromady svoj náhradný, život zachraňujúci filter. Dieru uprostred zásobníka, ktorá bola normálne zakrytá vekom pre zásobník, upchal nakoniec Lovell svojimi ponoýžkami a prelepil ju páskou.

Náhradný filtračný systém na palube Apolla 13

Keď filter pripojili a Swigert priblížil ucho k jeho mriežke, počul, ako cez zásobník prúdi vzduch. Atronauti na palube Aquaria, aj kontrolóri, ktorí sa zhromaždili okolo konzoly TELMU, sledovali ručičku merača CO2. Skoro neznateľne pomaly klesla najprv na 12, potom na 11,5, potom na 11 a stále nižšie. Na Zemi, aj v Aquariu sa objavili úsmevy.
Fred Haise poznamenal: „Myslím, že teraz môžem dokončiť ten roastbeefový sendvič, ktorý som načal, než sme toto tu začali skladať.“
„Myslím, že sa k Tebe rovno pridám,“ odpovedal mu Lovell s úsmevom.

Pokračovanie nabudúce.

Zdroje:
Andy Chaikin: A Man on the Moon: The Voyages of the Apollo Astronauts, Penguin Books; Reissue edition (August 28, 2007)
Gene Kranz: Failure is not an option – Mission control from Mercury to Apollo 13 and beyond, Paperback – Berkley Publishing Group (May 2001), Kindle edition – Simon & Schuster (February 21, 2001)
Jim Lovell, Jeffrey Kluger: Apollo 13 (Lost Moon), Paperback – Mariner Books; Reprint edition (February 20, 2006), Kindle edition – Simon & Schuster (February 21, 2001)
Apollo 13 flight Journal: https://history.nasa.gov/afj/ap13fj/index.html

Všetky fotky a obrázky, ak nie je uvedené inak, ©NASA

Predošlé diely o Apolle 13 tu:
Začiatok: https://petrovic.blog.sme.sk/c/233053/Iba-drobne-poruchy-Apollo-13.html
Pokračovanie: https://dennikn.sk/blog/27694/vybuch-vo-vesmire-apollo-13-pokracovanie/
Pokračovanie: https://dennikn.sk/blog/1807430/apollo-13-prve-dve-hodiny/
Pokračovanie: https://dennikn.sk/blog/1822306/apollo-13-cesta-domov/

Predošlé články o vesmírnych letoch a programe Apollo tu: https://petrovic.blog.sme.sk/t/40171/veda

Teraz najčítanejšie

Juraj Petrovič

Vyštudovaný hudobník a právnik. Projektový manažér. Poslanec miestneho zastupiteľstva mestskej časti Bratislava - Nové Mesto a predseda poslaneckého Klubu novomestskej zmeny.