Kozmická loď

Kozmická loď (iné názvy: vesmírna loď, kozmický koráb, vesmírny koráb) je dopravný prostriedok určený na cestovanie vo vesmíre, t.j. mimo zemskej atmosféry alebo v jej horných vrstvách. Kozmické lode zahŕňajú pilotované lode, ako aj automatické nepilotované zariadenia. Častejšie sa však o kozmickej lodi hovorí v súvislosti s telesami s ľudskou, respektíve (v žánri sci-fi) aj s inou inteligentnou posádkou. Termín kozmická loď sa niekedy používa aj na označenie umelej družice, ktorá spĺňa podobné kritériá.

Súčasné kozmické lode sú schopné štartovať na obežnú dráhu len prostredníctvom nosnej rakety. S výnimkou lunárneho modulu vesmírnej lode Apollo sú tieto lode schopné odštartovať na obežnú dráhu len z odpaľovacej rampy. Všetky minulé aj súčasné kozmické lode využívajú na pohon raketový pohon, čo niekedy vedie k ich nesprávnemu označeniu ako rakety. Pracuje sa na vývoji kozmických lodí na solárny alebo iónový pohon. Všetky kozmické lode sa pohybujú alebo pohybovali len vo sfére gravitačného vplyvu Zeme.

Význam 
Kozmické lode slúžia na dopravu človeka a vecí nevyhnutných pre jeho prežitie do kozmického priestoru. V niektorých prípadoch kozmické lode zostávajú telesami, v ktorých sú posádky počas celej misie, v iných slúžia len ako dopravné prostriedky na zariadenia určené na dlhodobejší pobyt - kozmické stanice. Aj v druhom prípade sa však ale často niektoré ciele kozmického letu splnili na palube samotnej kozmickej lode. Okrem prepravy samotnej sú kozmické lode väčšinou vybavené na výskum beztiažového stavu a jeho pôsobenia na živé organizmy, kozmického priestoru, Zeme, Mesiaca, prípadne (na diaľku) aj ďalších kozmických telies. Jeden typ kozmickej lode - americké raketoplány - bol schopný vynášať okrem ľudí a zásob do kozmu aj iné kozmické telesá, ktoré boli vo vesmíre oddelené a, väčšinou po následnej úprave vlastnej dráhy, začali svoju dlhodobú činnosť v kozme.

Systémy kozmickej lode 
Kozmická loď musí byť schopná odolávať kozmickému prostrediu, čo zahŕňa odolnosť voči okolitému nulovému tlaku, extrémnym výkyvom teplôt, zrážkam s miniatúrnymi časticami medziplanetárnej hmoty a tiež musí odolávať škodlivému kozmickému žiareniu. Musí byť tiež schopná navigácie, udržiavania orientácie, stabilizácie, musí byť schopná komunikácie, musí byť sebestačná v dodávke elektrickej energie, a v prípade, že ide o pilotovanú kozmickú loď, nesmú na jej palube chýbať systémy podpory života. Kozmická loď dopravujúca posádku, alebo zásoby k inej kozmickej lodi, alebo kozmickej stanici, musí byť vybavená stykovacím uzlom.

Navigačné systémy 
Umožňujú stanovenie okamžitej polohy v priestore a rýchlosti kozmickej lode. Navigačnými systémami sú vybavené nielen kozmické lode, ale aj pozemské stanice. Poloha kozmického telesa sa určuje buď jeho zameraním (optickým či rádiovým) alebo môže byť stanovená zameriavaním rádiových alebo optických navigačných prístrojov na vhodne zvolené kozmické objekty (Zem, Slnko, planéty, hviezdy,...). Medzi súčasné navigačné prostriedky patria:
 gyroskopy
 uhlomerné zariadenia
 akcelerometre
 zameriavacie ďalekohľady
 sextanty
 optické sledovače Slnka, planét a hviezd
 fotografické a vizuálne sledovače
 laserové lokátory
 rádiolokátory
 rádiomajáky

Stabilizačné a orientačné systémy 

Udržiavajú, prípadne menia orientáciu kozmickej lode. Uskutočňuje sa to pomocou snímačov orientačných systémov, ktorými môžu byť infračervené detektory horizontu, magnetometre a iónové detektory. Najväčšiu presnosť dosahujú infračervené detektory horizontu. Riadiace systémy (v súčasnosti väčšinou počítače) vyhodnocujú údaje získané zo snímačov a porovnávajú ich s údajmi uloženými v pamäti. Pokiaľ je odchýlka väčšia ako povolený limit, aktivuje výkonné prvky a zároveň oznámi túto skutočnosť riadiacemu stredisku alebo posádke lode. Systémy stabilizácie sa rozdeľujú na:
 pasívne – využívajú iba vonkajšie sily. Patrí sem stabilizácia rotáciou, gravitačná stabilizácia, magnetická stabilizácia, aerodynamická stabilizácia a stabilizácia tlakom slnečného žiarenia
 aktívne – využívajú na riadenie orientácie energetické systémy kozmickej lode. Sú to reaktívne systémy, zotrvačníkové systémy a magnetické systémy.

Systémy dodávky elektrickej energie 
Každá kozmická loď potrebuje stálu dodávku elektrickej energie, ktorú si môže vyrábať sama, alebo ju získavať z batérií. Systém dodávky elektrického prúdu pozostáva z troch základných častí: zdroja, regulačného zariadenia a rozvodu. Zdroje elektrického prúdu delíme podľa spôsobu získavania energie na:
 chemické – patria sem suché chemické články (na krátkodobé lety, dnes už nepoužívané), akumulátory, nikelkadmiové batérie, a striebrokadmiové batérie. Posledné dva typy môžu byť dopĺňané solárnymi článkami. Pre veľké prúdové výkony napríklad v raketoplánoch, sa používajú palivové články. Najčastejšie sú vodíkovokyslíkové články, v ktorých prebieha opak elektrolýzy. Vodík a kyslík sa v nich zlučuje za vzniku elektrického prúdu. Ako užitočný odpad vzniká tiež voda.
 slnečné – najrozšírenejší zdroj energie hlavne pri dlhšie trvajúcich letoch predstavujú fotovoltaické (slnečné) články. Prvá pilotovaná loď, ktorá ich použila, bol ruský Sojuz. Tieto články premieňajú slnečné svetlo na elektrickú energiu. Pri prelete zemským tieňom (prípadne tieňom iného kozmického telesa) sa elektrická energia dočasne získava z akumulátorov.
 nukleárne – patria sem rádioizotopové batérie a nukleárne reaktory. V súčasnosti sa používajú len u nepilotovaných telies, ktoré skúmajú slnečnú sústavu v takých vzdialenostiach od Slnka, že energia vyrábaná solárnymi panelmi je už nepostačujúca. Tepelná energia, ktorá vzniká pri rádioaktívnom rozpade prvkov. ohrieva termočlánky, a tie produkujú elektrický prúd. Takýmto spôsobom získavajú energiu napríklad známe sondy Voyager 1 a 2.

Napätie dodávané do elektrického rozvodu lode musí byť v predpísaných medziach. To majú zabezpečiť regulačné a riadiace obvody. Zabezpečenie proti preťaženiu (napríklad pri skrate) väčšinou zaobstarávajú automatické poistky.

Komunikačné systémy 
Zabezpečujú komunikáciu lode s riadiacimi centrami na Zemi a komunikáciu s ostatnými telesami. Najčastejšie ide o rádiové komunikačné zariadenia pracujúce v najrôznejších rádiových pásmach. Experimentálne sa využíva aj optický prenos.

Telemetrické systémy 
Namerané údaje z kozmických telies musia byť prenášané do pozemných staníc, či už okamžite po nameraní, alebo neskôr (z palubnej pamäte). Z každého snímača dostáva telemetrický systém informáciu vo forme elektrického signálu. Telemetrický systém musí mať viacero kanálov, ktoré je treba od seba oddeliť, aby sa informácie vzájomne nepremiešali. Delenie kanálov môže byť:
 frekvenčné – každá informácia má vyčlenený jeden generátor pomocného kmitočtu, ktorý je meraným signálom modulovaný buď amplitúdovo alebo frekvenčne
 časové – signál nie je prenášaný neustále, ale v určitých časových intervaloch, čo zaisťuje zariadenie nazývané komutátor.
 pamäťové – telemetrický systém je vybavený pamäťou a umožňuje vyslanie signálu na Zem neskôr

Systémy tepelnej regulácie 
Medziplanetárna hmota je taká riedka, že jej hustota sa približuje k vákuu. Vákuum je takmer dokonalý tepelný izolátor. Z tohto dôvodu dochádza na pevnom telese osvetlenom Slnkom k rýchlemu stúpaniu teploty, neosvetlené telesá sú zase silne podchladené. Taktiež prístroje samotnej kozmickej lode vydávajú teplo. Aby sa predišlo poškodeniu prístrojov a aby bolo možné prežitie ľudskej posádky na palube kozmickej lode, musí mať loď systémy, ktoré zabezpečujú reguláciu tepla. Systémy regulácie tepla môžu byť
 pasívne – využívajú vhodné konštrukčné materiály, ktoré odrážajú alebo vyžarujú nadmerné teplo do okolitého priestoru. Na podchladených miestach býva umiestnené buď vyhrievacie zariadenie, alebo rádioizotopový zdroj tepla.
 pneumatické – teplotu reguluje prúd vzduchu.
 hydraulické – reguláciu tepla zabezpečuje kvapalina ochladzovaná v radiátoroch na zatienenej strane lode, alebo vo výparníkoch. Tento systém používajú predovšetkým pilotované kozmické lode.

Systémy zabezpečenia životných podmienok 
Životné podmienky na palube pilotovaných kozmických lodí zabezpečuje klimatizácia, systém regulácie tlaku a kontrola chemického zloženia atmosféry. Často sa medzi zabezpečenie životných podmienok počíta aj zásobovanie posádky pitnou vodou, potravinami a odstraňovanie exkrementov. Tieto systémy môžu byť navrhnuté ako otvorené, nerecyklujúce žiadnu zložku, ako polouzavreté, ktoré sú dnes najčastejšie používané a ktoré čiastočne zabezpečujú napríklad kolobeh vody v systéme, a celkom uzavreté systémy, ktoré budú celkom nezávislé od vonkajších dodávok surovín (v súčasnej dobe nerealizovateľné).

 Klimatizačné systémy – udržujú v kozmickej lodi nielen potrebnú teplotu, ale aj primeranú vlhkosť vzduchu. Ich činnosť je úzko spätá s činnosťou systémov tepelnej regulácie.
 Systémy regulácie tlaku – atmosférický tlak v starších lodiach bol nižší ako normálny pozemský tlak, čo si vyžadovalo zvýšené množstvo kyslíka vo vzduchu. V súčasnosti je zloženie atmosféry kozmických lodí podobné zemskej atmosfére s tlakom okolo 100 kPa. V dôsledku rôznych netesností v konštrukcii lode vzduch neustále pomaly uniká do okolitého prostredia, preto musí byť dopĺňaný zo zásob. Zásobné plyny (kyslík a dusík) sú skladované buď v tlakových nádobách pod tlakom 10 až 20 MPa, alebo skvapalnené v Dewarových nádobách.
 Systémy kontroly chemického zloženia atmosféry – Astronauti neustále vydychujú približne rovnaké množstvá vodnej pary a oxidu uhličitého, čím sa chemické zloženie vzduchu neustále mení. Oxid uhličitý je vo veľkých množstvách škodlivý, preto musí byť chemicky odstraňovaný. Na jeho odstránenie sa najčastejšie používa hydroxid lítny a obsah oxidu uhličitého vo vzduchu sa najčastejšie kontroluje na základe absorpcie infračerveného žiarenia. Vodná para sa odstraňuje vo výmenníku tepla, kde sa po ochladení vzduchu skondenzuje vo forme kvapiek. Tie sa potom odsávajú.

V súčasnosti si všetky kozmické lode vozia so sebou potrebné zásoby potravín zo Zeme a takisto aj vody (aj keď využívať sa môže aj voda vytvorená priamo v kozmickej lodi vodíkovo-kyslíkovými článkami). Moč je odsávaný do odpadových nádrží, odkiaľ sa vypúšťa do voľného priestoru. Pevné exkrementy sú zachytávané do plastových sáčkov v kozmických záchodoch a väčšinou uložené do odpadových priestorov. V starších kozmických lodiach, kde toalety neboli k dispozícii a astronauti boli celý čas oblečení v ľahkých skafandroch, sa exkrementy odsávali priamo zo skafandru.

Zariadenia na očistu tela boli a sú na kozmických lodiach veľmi obmedzené. V prvých kozmických lodiach prakticky chýbali pre ich náročnú realizáciu a tiež pre krátkosť misií. Používali sa len navlhčené obrúsky. V kozmických lodiach Apollo už bola k dispozícii teplá voda na umývanie. Skladacie sprchy však zostávali doménou kozmických staníc.

Protimeteorická ochrana 

Na ochranu pred zrážkou s mikrometeoroidmi a kozmickým odpadom slúži protimeteorický štít. Vzhľadom na vysokú stretávaciu rýchlosť aj miligramové telieska môžu mať vysokú kinetickú energiu a spôsobiť poškodenie kozmickej lode. Najčastejšou ochranou je tenká prednastavená vrstva ochrany (plechu, alebo textilu), na ktorej dôjde k fragmentácii mikrometeoroidu, takže stenu lode zasiahne len spŕška zbrzdených fragmentov. Podľa požadovaného stupňa ochrany môže byť použitých viac vrstiev.

Systémy tepelnej ochrany 
Telesá vnikajúce do zemskej atmosféry veľkými rýchlosťami sa veľmi zahrievajú. Pilotované kozmické lode preto musia byť chránené pred účinkami aerodynamického odporu. Existujú tri možné druhy tepelnej ochrany:
 Kapacitná – v súčasnosti nepoužívaná; tepelný štít pri tomto spôsobe ochrany je tvorený z materiálu, ktorý má veľkú tepelnú kapacitu a teda sa ťažko zahrieva.
 Ablatívna – tepelný štít chrániaci loď je z materiálu, ktorý sa pri prelete atmosférou v procese ablácie postupne odparuje. Vďaka tomu teplo neprenikne až k lodi. Tento tepelný štít má mnohé výhody, ale jeho hlavnou nevýhodou je, že sa nedá znova použiť.
 Radiatívna – použitá na kozmických raketoplánoch. Povrch kozmickej lode je pokrytý materiálmi, ktoré odrážajú alebo spätne vyžarujú teplo do okolitého priestoru. Tento typ ochrany je pri nutnej údržbe viackrát použiteľný.

Stykovací uzol a stretávacie systémy 

Pokiaľ má kozmická loď v kozme prísť do kontaktu s inými umelými kozmickými telesami, musí mať na to patričnú výbavu. V prípade, že je v pláne spojenie sa s umelou družicou, inou kozmickou loďou alebo kozmickou stanicou, musí byť kozmická loď vybavená  spojovacím - stykovacím uzlom špecifickým pre typ cieľového telesa. V prípade raketoplánov nebol tento spojovací uzol trvalou časťou ich výbavy a umiestňoval sa na palubu v závislosti od potrieb konkrétnej misie. Raketoplán bol tiež schopný menšie telesá zachytávať svojím manipulačným ramenom a až potom ich pripájať k na to určenej plošine v nákladovom priestore. Stretávacie manévre - dokovanie a kotvenie kozmickej lode, zahŕňajú aj veľmi presné navigačné prostriedky.

Opačným prípadom je oddelenie kozmického telesa, s ktorým kozmická loď odštartovala zo Zeme. Týmto telesom mohla byť ďalej nepotrebná časť samotnej kozmickej lode, napr. časť lunárneho modulu lodí Apollo, prístrojový úsek lodí Vostok a pod., umelá družica alebo kozmická sonda.

Ruské a Sovietske kozmické lode 

Prvou kozmickou loďou bol sovietsky Vostok 1, ktorý v roku 1961 vyniesol na obežnú dráhu prvého kozmonauta, Jurija Gagarina. Potom nasledovali ďalšie lode typu Vostok a Voschod. Od roku 1967 začala lietať kozmická loď Sojuz, ktorá sa po obmenách používa dodnes. Sovieti pracovali aj na vývoji viacnásobne použiteľného raketoplánu, ktorého prvý exemplár, Buran, úspešne absolvoval let v bezpilotnom režime. Program však bol zrušený a k žiadnemu pilotovanému kozmickému letu v ňom nedošlo. Rovnako boli boli v bezpilotnom režime testované aj kozmické lode Zond  a prvá znovupoužiteľná kozmická loď  TKS.

Kozmické lode sa používajú aj na prepravu materiálu. Ruskou nákladnou kozmickou loďou používanou na dopravu materiálu na vesmírne stanice je kozmická loď Progress, čo je vlastne kozmická loď Sojuz bez návratovej kabíny. Konštrukcia kozmickej lode Vostok sa v bezpilotnej variante tiež používa dodnes a slúži ako základ pre niektoré sovietske a ruské družice, napríklad Bion a Foton.

Americké kozmické lode 
Prvou americkou kozmickou loďou bola loď Mercury, ktorá vyniesla na obežnú dráhu prvého Američana, Johna Glenna v roku 1962. Potom nasledovali kozmické lode Gemini a Apollo, ktoré v roku 1969 pristáli na Mesiaci s prvou ľudskou posádkou. Všetky tieto lode však mohli absolvovať len jediný let do vesmíru. V sedemdesiatych rokoch NASA vyvinula nový typ kozmickej lode, raketoplánu, ktorý mal byť schopný s nutnou údržbou absolvovať až 50 letov. V reáli bol najväčší počet letov - 39 - vykonaný raketoplánom menom Discovery, ktorý je kozmickou loďou s najväčším počtom absolvovaných misií vôbec. Prevádzka raketoplánov sa v roku 2011 ukončila. V súčasnosti NASA pracuje na vývoji nového typu raketoplánu.

Európske kozmické lode 
Európska kozmická agentúra (ESA) vyvinula loď ATV (Automated Transfer Vehicle), ktorej úlohou je tiež zásobovanie Medzinárodnej vesmírnej stanice. ESA plánovala postaviť svoj vlastný malý pilotovaný raketoplán zvaný Hermes, v deväťdesiatych rokoch bol ale program zrušený. V roku 2015 bol vykonaný úspešný test demonštrátora znovupoužiteľnej kozmickej lode Intermediate eXperimental Vehicle (IXV).

Čínske kozmické lode  

Čínska kozmická loď Šen-čou vychádza konštrukčne z kozmickej lode Sojuz, ale nie je jej presnou kópiou. Čínski konštruktéri urobili vlastné úpravy, a použili riešenia vylepšujúce užitkové vlastnosti lode pre čínske potreby. Zaujímavosťou je, že miniatúrnu návratovú časť kozmickej lode Šen-čou / Sojuz použili aj pri oblete Mesiaca 23. - 31. októbra 2014.

Kozmické lode iných štátnych agentúr 
Kozmické lode úspešne vyvinuli Japonsko (nepilotovaná nákladná loď HTV) a na vlastnej pilotovanej kozmickej lodi pracuje aj India. Vo vývoji sú aj kozmické lode ďalších krajín.

Súkromné kozmické lode 
V súčasnosti viacero spoločností vyvíja svoje kozmické lode. Spoločnosti SpaceX sa ako prvej podarilo vyniesť na ISS dvoch astronautov. Stalo sa tak 31. mája 2020, pričom deň predtým vyštartovali z Kennedyho vesmírneho strediska na Floride v USA. Ďalšou významnou spoločnosťou v tejto oblasti je Boeing.

Virgin Galactic 
SpaceShipOne je kozmická loď, ktorú vyvinula spoločnosť Virgin Galactic. Je to prvá súkromná vesmírna loď, ktorá vyletela vyššie ako  nad povrch Zeme a zároveň prvá súkromná pilotovaná kozmická loď. Prvý pilotovaný let sa uskutočnil 21. júna 2004. Vo vývoji je loď Spaceship Two, ktorá bude využívaná na turistické lety do vesmíru a SpaceShip Three, ktorá by mala byť schopná dosiahnuť orbitu Zeme.

SpaceX  
Firma vytvorila kozmickú loď Dragon, ktorá už absolvovala niekoľko bezpilotných zásobovacích letov k ISS a úspešných návratov na Zem. Kozmickú loď vynáša pomocou vlastnej rakety Falcon 9. Pilotovaná verzia kozmickej lode Dragon sa pripravuje.

Prehľad pilotovaných orbitálnych kozmických lodí 
Nezahŕňa jediný ruský raketoplán Buran, ktorý bol síce plánovaný ako pilotovaná kozmická loď, ale absolvoval len jediný let v bezpilotnom režime.

Zdroje

Referencie 

 
Kozmonautika