Rum rendezvous

Rummøde mellem Gemini 6A og Gemini 7 rumskibene

Et rummøde , i astronautik , er et organiseret møde i rummet mellem rumfartøjer , eller mellem et rumfartøj og et himmelobjekt [ 1 ] ved nul eller meget lav relativ hastighed. Hvis det er et møde mellem to bemandede rumfartøjer, og de fortøjer til hinanden, kan der være kommunikation mellem de tryksatte rum, hvilket kræver tilgængeligheden af ​​et vandtæt luftslusesystem.

Rummødet kræver udførelse af komplekse manøvrer, som skal gennemføres på et minimum af tid uden for stort forbrug af den drivmiddelreserve , der stadig er til rådighed. Succesen af ​​et orbital rendezvous afhænger især af valget af et opsendelsesvindue for "jæger"-fartøjet, der gør det muligt at placere det i et orbitalplan tæt på sit mål og af en meget præcis beregning af de to fartøjers positioner og hastigheder . Udviklingen af ​​orbital rendezvous-teknikken udføres inden for rammerne af Gemini-programmet . Formålet med dette er at muliggøre opnåelsen af ​​det rendezvous i månens kredsløb , der er nødvendigt for succesen af ​​Apollo-programmets missioner.

Det første rummøde blev gennemført denaf astronaut Walter M. Schirra , chef for Gemini 6 , med Gemini 7 - rumfartøjet . Efter denne dato udgjorde mødet og fortøjningerne for amerikanerne den afgørende fase af ekspeditionerne til Månen ( Apollo -missioner , 1969-1972). Og siden 1970'erne er de regelmæssigt blevet udført som en del af tankningsoperationer eller udskiftning af rumstationsbesætning . Mens sovjetterne gik ind for automatiske rendezvous, gældende for ubemandede fartøjer, betroede NASA ansvaret til besætningerne.

Siden 2011 er Kina den tredje nation til at organisere rendezvous og docking med rumstationer.

Historisk

Kort efter den første flyvning af en mand i rummet af Yuri Gagarin, fandt embedsmænd og ingeniører fra datidens to rummagter, Sovjetunionen og USA , ud af, at realiseringen af ​​et ambitiøst rumprogram krævede beherskelse af de teknikker, der gjorde det muligt for to rumfartøjer at nærme sig hinanden for at fortøje hinanden. Denne teknik bliver især essentiel for det amerikanske rumfartsagentur, NASA , når sidstnævnte tilmelder sigfor månens kredsløbs-rendezvous -løsning for dets Apollo-program . I dette scenarie går to af de tre besætningsmedlemmer ned på månegrunden i et specialiseret fartøj, Apollo-månemodulet , og når deres mission er afsluttet, går du tilbage i kredsløb ombord på det samme modul for at fortøje med hovedfartøjet i slutningen af en rumlig rendezvous-manøvre. Denne løsning blev vedtaget med modvilje af agenturet, fordi besætningen kunne blive dømt i tilfælde af fejlagtige manøvrer i betragtning af den lille mængde drivmiddel, der var til rådighed til at udføre mødet. Efter denne beslutning blev Gemini-programmet lanceret for at udvikle rumstævneteknikker.

Første forsøg

I 1962, da rumkapløbet blev opsendt mellem amerikanerne og sovjetterne, opsendte sidstnævnte to Vostok- rumskibe med få timers mellemrum . Nyheden vakte sensation (her mindes ved et sovjetisk frimærke). Det er dog på ingen måde et rigtigt møde, men en simpel grupperet flyvning.

I 1962 og igen i 1963 opsendte Sovjetunionen næsten samtidigt et par rumfartøjer, Vostok 3 og 4 og derefter Vostok 5 og 6 . Affyringsramperne fungerer i begge tilfælde perfekt, og de to skibe følger en næsten identisk bane, som gør, at de kan nærme sig 5 eller 6,5  km fra hinanden. Dette er stadig ikke et rigtigt møde i rummet, fordi de to fartøjer ikke har nogen evne til at manøvrere, og deres tilnærmelse skyldes kun en perfekt synkronisering af de to opsendelser.

Det amerikanske rumskib Gemini har et fremdriftssystem til manøvrering i rummet. Så, under Gemini 3 -flyvningen , bliver Virgil Grissom den første mand til at foretage en baneændring. det, forsøgte hans kollega James McDivitt den første rummødemanøvre ombord på Gemini 4 . Ved hjælp af sine raketmotorer forsøger den at komme så tæt som muligt på det sidste stadie af Titan II -raketten , som placerede den i kredsløb kort før. Uden succes.

det, forsøger Gemini 5 -astronauterne en lignende operation. Efter to timers flyvning udstøder de fra bagenden af ​​deres fartøj en lille enhed, der udsender radiosignaler, "REP". Gordon Cooper forsøger at indlede mødeproceduren, men et trykfald i en af ​​brændselscellerne tvinger ham til at annullere manøvren.

Tidens astronauter blev rekrutteret blandt erfarne testpiloter, men McDivitt og Cooper brugte deres flyverreflekser, mens teknikkerne til at styre et fly ikke var tilpasset rummekanikkens regler . Det er grunden til, at ingen af ​​dem formår at nå sit mål [ 2 ] .

Første date

det, Walter Schirra laver det første rum-rendezvous.

Det første rum-rendezvous er igen et misset møde. det, skal en Agena-raket tjene som mål for rumfartøjet Gemini 6 , bemandet af Walter Schirra og Thomas Stafford , som skal opsendes kort efter det. Flyveplanen sørger ikke kun for et rendezvous, men også for en docking . Men Agena eksploderer seks minutter efter start, og Gemini 6-missionen er udskudt. det, før den kunne lette på grund af en ny teknisk hændelse, fløj Gemini 7 ud i rummet med Frank Borman og James Lovell ombord. De rejser på en lang flyvetur: to uger. Og det var endelig den 15., at Schirra og Stafford tog fart på skift med missionen om at komme så tæt på deres kolleger som muligt.

Det lykkedes Schirra at nærme sig Gemini 6 inden for 30  cm fra Gemini 7, og i tyve minutter forblev de to rumfartøjer i formation og holdt denne afstand. Han ville senere sige: "Nogen fortalte mig... hvis du kommer tættere på end 5  km , vil det være en date. Men dette er kun begyndelsen på arbejdet! Et møde er kun vellykket, når den relative forskydning af de to køretøjer er nul, og afstanden mellem de to fartøjer er blevet reduceret til mindre end 40 meter. Når først dette mål er nået, er rendezvous-manøvren et simpelt spørgsmål om at bevare positionen: du kan lege med afstand, som om du var i en bil, et fly eller på et skateboard. » [ 3 ]

Efter denne mission, og bortset fra sjældne hændelser, vil alle rummøder blive efterfulgt af fortøjninger . En undtagelse dog i : mødet mellem den amerikanske rumfærge Discovery og den sovjetiske orbitalstation Mir ( STS-63 mission ).

Første fortøjninger

Hovedartikel: Docking (astronautik) .
Den første rumdocking: Gemini 8 og Agena 8, i 1966.

det, lykkedes det Neil Armstrong med den første docking af to maskiner i rummet ved at koble sit Gemini 8 -rumfartøj til en fase af Agena 8-raketten, der blev opsendt kort før. Andre fortøjninger udføres med succes mellem juli og( Gemini fly 10 til 12 ).

det, opnår sovjetterne det første møde og det første kryds mellem to ubemandede rumfartøjer Cosmos 186 og Cosmos 188 [ 4 ] .

Deres første forsøg på manuel fortøjning blev forsøgt indaf Georgi Beregovoi ombord på Soyuz 3 , men den formår ikke at knytte sig til det ubemandede Soyuz 2-rumfartøj . Han nærmede sig den 30  cm , før han gav op af frygt for at løbe tør for brændstof til manøvrerne tilbage til Jorden. Det var i sidste ende Soyuz 4 og 5 , som den, med succes fortøjning , hvorefter en besætningsoverførsel finder sted ved rumvandring .

I, Apollo 10 -astronauter gennemfører med succes det første møde og lægger til kaj i månens kredsløb. Succesen med deres mission giver grønt lys til den første landing af mennesket på Månen, to måneder senere ( Apollo 11 -mission ).

Det første møde mellem to rumfartøjer, der tilhører to forskellige nationer, finder sted denmellem et Apollo-rumfartøj og et Soyuz-rumfartøj ( Apollo-Soyuz- projektet ).

Den første docking, der involverede mere end to fartøjer, fandt sted i januar 1978, da Soyuz 27 landede på rumstationen Salyut 6 , som Soyuz 26 havde været knyttet til i en måned.

Orbital rendezvous metoder

Orbital rendezvous mellem to skibe er begrænset af reglerne for orbital mekanik. Dens udførelse er kompleks og kræver både tid og en mængde drivmiddel, som hurtigt kan overstige de tilgængelige reserver, hvis manøvrerne ikke udføres med stor præcision. Der er udviklet flere teknikker.

Orbital mekanik

Orbital rendezvous-manøvren involverer to skibe: det jagtede skib, som generelt ikke manøvrerer ret meget, og jægerskibet, som skal ændre sin bane for at lægge til kaj med det jagtede skib. Bevægelser i kredsløb er ikke underlagt de samme love som på Jordens overflade: orbital mekanik pålægger flere begrænsninger [ 5 ]  :

  • En satellits omdrejningsperiode afhænger af dens højde. Varigheden af ​​et kredsløb stiger med højden.
  • Denne begrænsning bruges til at give jægerskibet mulighed for at indhente det jagtede skib. Ved at sænke sin højde mindsker jægeren vinkelafstanden med den jagede. Hvis han har overhalet den jagtede, skal han bare øge sin højde for at den kan indhente ham. Fartøjet placeret lavere har en højere vinkelhastighed , ikke kun fordi afstanden, der skal tilbagelægges, er lavere, men også fordi dets kredsløbshastighed er højere.
  • Den mest effektive metode til at udføre en orbital manøvre er brugen af ​​en Hohmann Transfer Orbit : for at hæve højdepunktet af en bane, bruges fremdrift i et punkt 180° fra apogeum. Drivkraft udøves i flyveretningen.
  • For at det orbitale rendezvous kan finde sted, skal de to fartøjer cirkulere i samme orbitalplan . At ændre kredsløbsplanet er en meget bekostelig manøvre: hvis et skib f.eks. sendes i lav kredsløb med en kredsløbshældning på 28°, og det skal slutte sig til et geostationært kredsløb(banehældning ved 0° og højde på 36.000 kilometer), skal den bruge lige så meget brændstof, som hvis den ville hæve sin bane til Månen (højde 350.000 kilometer). Hvis det er muligt, vil jægerskibet blive placeret på et orbitalplan tæt på den jagtede. Hvis der skal udføres en ændring af jagerflyets kredsløbsplan, skal manøvren udføres, hvor de to skibes kredsløbsplaner skærer hinanden.

Sekvens af et orbital rendezvous

Et orbital rendezvous finder sted i flere faser:

  • jagerfartøjet sættes først i kredsløb i en højde, der er kompatibel med målskibet. Så når kredsløbet er stabiliseret, sker det, at de to maskiner er adskilt af en cirkelbue, det vil sige, at det ene fartøj er foran det andet. Det er så nødvendigt at placere jagerfartøjet i en elliptisk bane , så det får eller mister et forspring på målfartøjet. Dette siges at være "overførsels"-kredsløbet .
  • når de to maskiner er ret tæt på (~5  km ), på tidspunktet for mødet, skal den relative hastighed af de to maskiner være nul. For at gøre dette skal der udføres en retrograd fremstød (det vil sige i modsat retning af hastighedsvektoren). Når den relative hastighed af de to maskiner og afstanden, der adskiller dem, er lav nok, er mødet slut. Hvis de to maskiner skal tættere på, gør vi det blot ved at " skubbe " dem mod hinanden.
  • Men for at to objekter skal forblive permanent i samme kredsløb, skal deres hastigheder være nøjagtig den samme (nul relativ hastighed). For eksempel: Hvis et af de to objekter opnår en forskel på 1  m/s med den anden maskine, vil de to maskiner i løbet af en kredsløbsomdrejning (90 min for den internationale rumstation ) være adskilt med mere end 5  km .
  • desuden, i kredsløb, genererer en acceleration i banens retning mekanisk en stigning i højden på grund af centrifugalkraften , hvorimod en opbremsning i banens retning genererer et højdetab. Så når de to maskiner er tæt nok på, skal den tangentielle og radiale hastighed korrigeres.

Noter og referencer

  1. ↑ Fransk lov: dekret af 20. februar 1995 vedrørende terminologien for rumvidenskab og -teknikker.
  2. ↑ Doug Ward, " Oral  History Transcript, James A. McDivitt  " , Elk Lake, Michigan, Lyndon B. Johnson Space Center , (hørte)
  3. ↑ " The Visitors "  , On The  Shoulders of Titans , NASA (tilgået)
  4. ↑ " Cosmos 186 "  , NSSDC Master Catalogue NSSDC ID: 1967-105A  , NASA ( adgang til)
  5. ↑ Frank O'Brien , "  The Apollo Flight Journal  " , i Apollo flight journal , NASA , 1995-2017 (tilgået på)

Se også

Om andre Wikimedia-projekter:

Relaterede artikler

eksterne links