Vesmírné setkání

Vesmírné setkání mezi vesmírnými loděmi Gemini 6A a Gemini 7

Vesmírné setkání v kosmonautice je organizované setkání v prostoru mezi kosmickou lodí nebo mezi kosmickou lodí a nebeským objektem [ 1 ] při nulové nebo velmi nízké relativní rychlosti. Pokud se jedná o setkání mezi dvěma kosmickými loděmi s lidskou posádkou, které se ukotví k sobě, může dojít ke komunikaci mezi přetlakovými prostory, což vyžaduje dostupnost systému vodotěsné vzduchové komory.

Vesmírné setkání vyžaduje provedení složitých manévrů, které musí být dokončeny v minimálním čase bez nadměrné spotřeby ještě dostupné zásoby pohonné látky . Úspěch orbitálního setkání závisí zejména na volbě startovacího okna pro „lovecké“ plavidlo, které umožní jeho umístění na orbitální rovině blízko jeho cíle, a na velmi přesném výpočtu pozic a rychlostí obou plavidel. . Vývoj techniky orbitálního setkání probíhá v rámci programu Gemini . Cílem je umožnit dosažení schůzky na oběžné dráze Měsíce nezbytné pro úspěch misí programu Apollo.

První vesmírné setkání proběhlo dneastronaut Walter M. Schirra , velitel Gemini 6 , s kosmickou lodí Gemini 7 . Po tomto datu představovala setkání a kotviště pro Američany rozhodující fázi expedic na Měsíc ( mise Apollo , 1969-1972). A od 70. let 20. století se pravidelně provádějí v rámci doplňování paliva nebo výměny posádky vesmírné stanice . Zatímco Sověti upřednostňovali automatické setkání, použitelné pro bezpilotní plavidla, NASA svěřila odpovědnost posádkám.

Od roku 2011 je Čína třetí zemí, která organizuje setkání a dokování s vesmírnými stanicemi.

Historický

Krátce po prvním letu člověka do vesmíru Jurijem Gagarinem, úředníci a inženýři dvou vesmírných mocností té doby, Sovětského svazu a Spojených států , zjistili, že realizace ambiciózního vesmírného programu vyžaduje zvládnutí technik umožňujících dvěma kosmickým lodím, aby se k sobě přiblížily a ukotvily. Tato technika se stává zvláště zásadní pro americkou vesmírnou agenturu NASA , když se k ní přihlásípro řešení setkání na oběžné dráze pro svůj program Apollo . V tomto scénáři dva ze tří členů posádky sestoupí na měsíční půdu ve specializovaném plavidle, lunárním modulu Apollo , a poté, co je jejich mise dokončena, se vrátí na oběžnou dráhu na palubě stejného modulu a ukotví se s hlavní lodí na konci lodi. manévr prostorového setkání. Toto řešení bylo agenturou přijato s neochotou, protože posádka mohla být odsouzena v případě chybných manévrů, vzhledem k malému množství pohonné látky, která je k dispozici pro uskutečnění setkání. Po tomto rozhodnutí byl zahájen program Gemini , jehož cílem bylo vyvinout techniky vesmírného setkání.

První pokusy

V roce 1962, kdy byl zahájen vesmírný závod mezi Američany a Sověty, Sověti vypustili dvě kosmické lodě Vostok s odstupem několika hodin . Zpráva vyvolala senzaci (zde připomíná sovětská poštovní známka). V žádném případě však nejde o skutečné setkání, ale o prostý seskupený let.

V roce 1962 a znovu v roce 1963 Sovětský svaz téměř současně vypustil dvojici kosmických lodí Vostok 3 a 4 a poté Vostok 5 a 6 . Odpalovací zařízení v obou případech fungují perfektně a obě lodě se pohybují po téměř identické oběžné dráze, což jim umožňuje přiblížit se od sebe na 5 nebo 6,5  km . Stále se nejedná o skutečné vesmírné setkání, protože obě plavidla nemají schopnost manévrovat a jejich sblížení vyplývá pouze z dokonalé synchronizace obou startů.

Americká vesmírná loď Gemini má pohonný systém pro manévrování ve vesmíru. Takže, během letu Gemini 3 se Virgil Grissom stává prvním člověkem, který provedl změnu oběžné dráhy. ase jeho kolega James McDivitt pokusil o první manévr vesmírného setkání na palubě Gemini 4 . Pomocí svých raketových motorů se snaží dostat co nejblíže k poslednímu stupni rakety Titan II , která ji krátce předtím umístila na oběžnou dráhu. Bez úspěchu.

a, se o podobnou operaci pokoušejí astronauti Gemini 5 . Po dvou hodinách letu vyhodí ze zadní části svého plavidla malé zařízení vysílající rádiové signály, „REP“. Gordon Cooper se pokouší zahájit schůzku, ale pokles tlaku v jednom z palivových článků ho přinutí manévr zrušit.

Tehdejší astronauti se rekrutovali z řad zkušených zkušebních pilotů, ale McDivitt a Cooper používali své letecké reflexy, zatímco techniky pilotování letadla nebyly přizpůsobeny pravidlům vesmírné mechaniky . To je důvod , proč se žádnému z nich nedaří dosáhnout svého cíle [ 2 ] .

První schůzka

a, Walter Schirra dělá první vesmírné setkání.

První vesmírné setkání je opět zmeškané setkání. aRaketa Agena má sloužit jako cíl pro kosmickou loď Gemini 6 s posádkou Waltera Schirra a Thomase Stafforda , která má být vypuštěna krátce po ní. Letový plán počítá nejen se schůzkou, ale také s dokováním . Ale Agena exploduje šest minut po startu a mise Gemini 6 je odložena. a, než mohla vzlétnout kvůli novému technickému incidentu, Gemini 7 letěla do vesmíru s Frankem Bormanem a Jamesem Lovellem na palubě. Odlétají na dlouhý let: dva týdny. A bylo to konečně 15., kdy Schirra a Stafford střídavě vzlétli s posláním dostat se co nejblíže svým kolegům.

Schirrovi se podařilo přiblížit se k Gemini 6 na 30  cm od Gemini 7 a po dobu dvaceti minut zůstaly obě sondy ve formaci a tuto vzdálenost si udržovaly. Později řekl: „Někdo mi řekl... když se přiblížíte na 5  km , bude to rande. Ale to je jen začátek práce! Setkání je úspěšné pouze tehdy, když je relativní přemístění obou vozidel nulové a vzdálenost mezi dvěma plavidly byla snížena na méně než 40 metrů. Jakmile je tohoto cíle dosaženo, je manévr setkání jednoduchou záležitostí udržení pozice: můžete hrát se vzdáleností, jako byste byli v autě, letadle nebo na skateboardu. » [ 3 ]

Po této misi a kromě vzácných incidentů bude po všech vesmírných setkáních následovat kotviště . Výjimkou však v : setkání mezi americkým raketoplánem Discovery a sovětskou orbitální stanicí Mir ( mise STS-63 ).

První kotviště

Hlavní článek: Dokování (astronautika) .
První vesmírné dokování: Gemini 8 a Agena 8, v roce 1966.

aNeil Armstrong uspěl v prvním ukotvení dvou strojů ve vesmíru spojením své kosmické lodi Gemini 8 se stupněm rakety Agena 8, vypuštěné krátce předtím. Další kotviště se úspěšně provádějí mezi červencem a( Lety Gemini 10 až 12 ).

aSověti dosáhli prvního setkání a prvního spojení dvou bezpilotních kosmických lodí Cosmos 186 a Cosmos 188 [ 4 ] .

Jejich první pokus o ruční kotvení byl proveden vGeorgi Beregovoi na palubě Sojuzu 3 , ale nedokáže se připojit k bezpilotní kosmické lodi Sojuz 2 . Přiblížil se k ní na 30  cm , než se vzdal ze strachu, že mu dojde palivo pro manévry zpět na Zemi. Nakonec to byly Sojuz 4 a 5 , které na, úspěšné vyvázání , po kterém proběhne přesun posádky vesmírným výstupem .

vAstronauti Apolla 10 úspěšně dokončili první setkání a dokování na oběžné dráze Měsíce. Úspěch jejich mise dává zelenou prvnímu přistání člověka na Měsíci o dva měsíce později ( mise Apollo 11 ).

První setkání mezi dvěma kosmickými loděmi, které patří dvěma různým národům, se koná dnemezi kosmickou lodí Apollo a kosmickou lodí Sojuz ( projekt Apollo-Sojuz ).

K prvnímu dokování zahrnujícímu více než dvě plavidla došlo v lednu 1978, když Sojuz 27 přistál na vesmírné stanici Saljut 6 , ke které byl Sojuz 26 připojen měsíc.

Metody orbitálního setkání

Orbitální setkání mezi dvěma loděmi je omezeno pravidly orbitální mechaniky. Jeho provedení je složité a vyžaduje jak čas, tak množství pohonné látky, které může rychle překročit dostupné rezervy, pokud manévry nejsou prováděny s velkou přesností. Bylo vyvinuto několik technik.

Orbitální mechanika

Orbitální schůzkový manévr zahrnuje dvě lodě: pronásledovanou loď, která obvykle příliš nemanévruje, a loveckou loď, která musí změnit svou orbitu, aby zakotvila s pronásledovanou lodí. Pohyby na oběžné dráze nepodléhají stejným zákonům jako na povrchu Země: orbitální mechanika ukládá několik omezení [ 5 ]  :

  • Doba otáčení satelitu závisí na jeho výšce. Délka oběhu se zvyšuje s výškou.
  • Toto omezení se používá k tomu, aby lovecká loď mohla dohnat pronásledovanou loď. Snížením nadmořské výšky lovec zmenšuje úhlovou vzdálenost s loveným. Pokud předběhl loveného, ​​musí jen zvýšit nadmořskou výšku, aby ho dostihl. Plavidlo umístěné níže má vyšší úhlovou rychlost, a to nejen proto, že vzdálenost, kterou je třeba urazit, je menší, ale také proto, že jeho orbitální rychlost je vyšší.
  • Nejúčinnější metodou provádění orbitálního manévru je použití Hohmannovy přenosové orbity : ke zvýšení apogea orbity se používá pohon v bodě 180° od apogea. Tah je vyvíjen ve směru letu.
  • Aby k orbitálnímu setkání mohlo dojít, musí obě plavidla obíhat ve stejné orbitální rovině . Změna orbitální roviny je velmi nákladný manévr: například pokud je loď vypuštěna na nízkou oběžnou dráhu s orbitálním sklonem 28° a musí se připojit na geostacionární dráhu(sklon oběžné dráhy 0° a výška 36 000 kilometrů), musí spotřebovat tolik paliva, jako kdyby chtěl zvýšit oběžnou dráhu k Měsíci (nadmořská výška 350 000 kilometrů). Je-li to možné, bude lovecká loď umístěna na orbitální rovinu blízko loveného. Pokud musí být provedena změna orbitální roviny stíhačky, musí být manévr proveden tam, kde se oběžné roviny obou lodí protínají.

Sekvence orbitálního setkání

Orbitální setkání probíhá v několika fázích:

  • stíhačka je nejprve uvedena na oběžnou dráhu ve výšce kompatibilní s cílovou lodí. Když se pak oběžná dráha stabilizuje, stane se, že oba stroje jsou od sebe odděleny obloukem kruhu, to znamená, že jedno plavidlo je před druhým. Poté je nutné umístit stíhačku na eliptickou dráhu tak, aby získala nebo ztratila náskok na cílovou loď. Říká se, že jde o „převodní“ orbitu .
  • když jsou dva stroje docela blízko (~5  km ), v době setkání musí být relativní rychlost obou strojů nulová. K tomu je třeba provést retrográdní tah (to znamená v opačném směru, než je vektor rychlosti). Když je relativní rychlost obou strojů a vzdálenost, která je dělí, dostatečně nízká, setkání je u konce. Pokud se oba stroje musí přiblížit, uděláme to jednoduše tak, že je k sobě „ přitlačíme “.
  • nicméně, aby dva objekty zůstaly trvale na stejné oběžné dráze, jejich rychlosti musí být přesně stejné (nulová relativní rychlost). Například: pokud jeden ze dvou objektů dosáhne rozdílu 1  m/s od druhého stroje, v prostoru oběžné otáčky (90 min pro Mezinárodní vesmírnou stanici ) budou oba stroje od sebe vzdáleny více než 5  km .
  • navíc na oběžné dráze zrychlení ve směru trajektorie mechanicky generuje nárůst výšky v důsledku odstředivé síly , zatímco naopak zpomalení ve směru trajektorie generuje ztrátu výšky . Jakmile jsou tedy dva stroje dostatečně blízko, musí být korigována tangenciální a radiální rychlost.

Poznámky a odkazy

  1. ↑ Francouzské právo: výnos z 20. února 1995 týkající se terminologie vesmírných věd a technik.
  2. ↑ Doug Ward, " Ústní  přepis historie, James A. McDivitt  " , Elk Lake, Michigan, Lyndon B. Johnson Space Center , (konzultoval s)
  3. ↑ „ Návštěvníci “  , Na  ramenou titánů , NASA (přístup)
  4. ↑ " Cosmos 186 "  , Hlavní katalog NSSDC ID NSSDC: 1967-105A  , NASA ( přístup)
  5. ↑ Frank O'Brien , „  The Apollo Flight Journal  “ , v časopise Apollo flight journal , NASA , 1995-2017 (přístup na)

Viz také

Na jiných projektech Wikimedia:

Související články

externí odkazy