Avaruustapaaminen

Gemini 6A- ja Gemini 7 -avaruusalusten välinen avaruuskohtaus

Avaruuskohde on astronautiikassa järjestäytynyt kohtaaminen avaruudessa avaruusalusten välillä tai avaruusaluksen ja taivaankappaleen [ 1 ] välillä nollalla tai erittäin alhaisella suhteellisella nopeudella . Jos kyseessä on kahden miehitetyn avaruusaluksen kohtaamispaikka ja ne kiinnittyvät toisiinsa, paineistettujen tilojen välillä voi olla kommunikaatiota, mikä edellyttää vesitiiviin ilmalukkojärjestelmän saatavuutta.

Tilatapaaminen edellyttää monimutkaisten toimenpiteiden suorittamista, jotka on suoritettava mahdollisimman lyhyessä ajassa ilman, että vielä käytettävissä olevaa ponneainereserviä käytetään liikaa . Orbitaalitapaamisen onnistuminen riippuu erityisesti siitä, onko "metsästäjä"-alukselle valittu laukaisuikkuna, joka mahdollistaa sen sijoittamisen kiertoratatasolle lähellä kohdetta, sekä kahden aluksen sijainnin ja nopeuden erittäin tarkasta laskelmasta. . Orbital kohtaaminen - tekniikan kehittäminen tapahtuu Gemini - ohjelman puitteissa . Tämän tavoitteena on mahdollistaa Apollo-ohjelman tehtävien onnistumisen kannalta välttämättömän kuun kiertoradalla tapahtuvan kohtaamisen saavuttaminen.

Ensimmäinen avaruustapaaminen järjestettiinastronautti Walter M. Schirra , Gemini 6 : n komentaja Gemini 7 : n avaruusaluksella . Tämän päivämäärän jälkeen kohtaaminen ja ankkuripaikat muodostivat amerikkalaisille Kuun tutkimusmatkojen ratkaisevan vaiheen ( Apollo- tehtävät , 1969-1972). Ja 1970-luvulta lähtien niitä on suoritettu säännöllisesti osana tankkausoperaatioita tai avaruusaseman miehistön vaihtoja . Vaikka neuvostoliittolaiset suosivat automaattista tapaamista, jota sovellettiin miehittämättömiin aluksiin, NASA uskoi vastuun miehistöille.

Vuodesta 2011 lähtien Kiina on kolmas valtio, joka on järjestänyt tapaamisia ja telakointia avaruusasemille.

Historiallinen

Pian sen jälkeen, kun Juri Gagarin teki miehen ensimmäisen lennon avaruuteen, kahden silloisen avaruusvallan, Neuvostoliiton ja Yhdysvaltojen , virkamiehet ja insinöörit havaitsivat, että kunnianhimoisen avaruusohjelman toteuttaminen edellytti sellaisten tekniikoiden hallintaa, joiden avulla kaksi avaruusalusta pystyi lähestymään toisiaan kiinnittymään. Tämä tekniikka tulee erityisen tärkeäksi amerikkalaiselle avaruusvirastolle NASAlle , kun viimeksi mainittu valitsee senKuun kiertoradan kohtaamisratkaisua varten sen Apollo - ohjelmaan . Tässä skenaariossa kaksi kolmesta miehistön jäsenestä laskeutuu kuun maahan erikoisaluksella, Apollo-kuumoduulilla , ja kun heidän tehtävänsä on suoritettu, palaavat kiertoradalle tämän saman moduulin kyytiin kiinnittymään pääaluksen kanssa kauden lopussa. tilallinen kohtaaminen. Virasto hyväksyi tämän ratkaisun vastahakoisesti, koska miehistö voitiin tuomita virheellisistä liikkeistä, koska tapaamisen suorittamiseen oli käytettävissä pieni määrä ponneainetta. Tämän päätöksen jälkeen Gemini-ohjelma käynnistettiin avaruuskohtaustekniikoiden kehittämiseksi.

Ensimmäiset yritykset

Vuonna 1962, kun avaruuskilpailu käynnistettiin amerikkalaisten ja neuvostoliittolaisten välillä, viimeksi mainittu laukaisi kaksi Vostok- avaruusalusta muutaman tunnin välein . Uutinen aiheutti sensaation (tässä muistomerkkinä oli Neuvostoliiton postimerkki). Kyseessä ei kuitenkaan suinkaan ole todellinen tapaaminen, vaan yksinkertainen ryhmälento.

Vuonna 1962 ja uudelleen vuonna 1963 Neuvostoliitto laukaisi lähes samanaikaisesti kaksi avaruusalusta, Vostok 3 ja 4 ja sitten Vostok 5 ja 6 . Kantoraketit toimivat molemmissa tapauksissa täydellisesti ja kaksi alusta kulkevat lähes identtistä kiertorataa, jonka ansiosta ne voivat lähestyä 5 tai 6,5  km:n etäisyydelle toisistaan. Tämä ei vieläkään ole todellinen avaruuskohtaus, koska kahdella aluksella ei ole ohjauskykyä ja niiden lähentyminen johtuu vain kahden laukaisun täydellisestä synkronoinnista.

Amerikkalaisella Gemini -avaruusaluksella on propulsiojärjestelmä avaruudessa liikkumiseen. Joten, Gemini 3 -lennon aikana Virgil Grissomista tulee ensimmäinen mies, joka muuttaa kiertoradan. THE, hänen kollegansa James McDivitt yritti ensimmäistä avaruuskohtaamisliikettä Gemini 4 : llä . Rakettimoottoreillaan se yrittää päästä mahdollisimman lähelle Titan II -raketin viimeistä vaihetta , joka asetti sen kiertoradalle vähän aikaisemmin. Ilman onnistumista.

THE, Gemini 5 -astronautit yrittävät samanlaista operaatiota. Kahden tunnin lennon jälkeen he heittävät aluksensa takaosasta pienen radiosignaaleja lähettävän laitteen, "REP". Gordon Cooper yrittää aloittaa tapaamismenettelyn, mutta paineen lasku yhdessä polttokennossa pakottaa hänet perumaan liikkeen.

Sen ajan astronautit rekrytoitiin kokeneiden testilentäjien joukosta, mutta McDivitt ja Cooper käyttivät lentäjärefleksiään, kun taas lentokoneen ohjaamisen tekniikat eivät olleet mukautettuja avaruusmekaniikan sääntöihin . Tästä syystä yksikään niistä ei onnistu saavuttamaan tavoitettaan [ 2 ] .

Ensitreffit

THE, Walter Schirra tekee ensimmäisen avaruustapaamisen.

Ensimmäinen avaruustapaaminen on taas jäänyt kohtaaminen. THE, Agena-raketin on tarkoitus toimia kohteena Gemini 6 -avaruusalukselle , jota ovat miehittäneet Walter Schirra ja Thomas Stafford ja joka laukaistaan ​​pian sen jälkeen. Lentosuunnitelmassa ei ole vain kohtaamista vaan myös telakointia . Mutta Agena räjähtää kuusi minuuttia nousun jälkeen ja Gemini 6 -tehtävä lykätään. THEGemini 7 lensi avaruuteen ennen kuin se ehti lähteä lentoon uuden teknisen tapahtuman vuoksi, ja siinä olivat Frank Borman ja James Lovell . He lähtevät pitkälle lennolle: kaksi viikkoa. Ja lopulta 15. päivänä Schirra ja Stafford lähtivät vuorotellen lentoon tavoitteenaan päästä mahdollisimman lähelle kollegoitaan.

Schirra onnistui lähestymään Gemini 6:ta 30  cm:n sisällä Gemini 7:stä ja kaksikymmentä minuuttia kaksi avaruusalusta pysyivät muodostelmassa pitäen tämän etäisyyden. Hän sanoi myöhemmin: ”Joku kertoi minulle… jos pääset lähemmäksi kuin 5  km , se on treffi. Mutta tämä on vasta työn alkua! Tapaaminen onnistuu vain, kun kahden ajoneuvon suhteellinen uppouma on nolla ja kahden veneen välinen etäisyys on pienentynyt alle 40 metriin. Kun tämä tavoite on saavutettu, kohtaaminen on yksinkertaista asennon säilyttämistä: voit leikkiä etäisyydellä kuin olisit autossa, lentokoneessa tai rullalaudalla. » [ 3 ]

Tämän tehtävän jälkeen ja harvinaisia ​​tapauksia lukuun ottamatta kaikkia avaruustapaamisia seuraa kiinnitys . Poikkeuksena kuitenkin: amerikkalaisen avaruussukkulan Discoveryn ja Neuvostoliiton kiertorata-aseman Mir ( STS-63- tehtävä )  välinen kohtaaminen .

Ensimmäiset kiinnitykset

Pääartikkeli: Telakointi (astronautiikka) .
Ensimmäinen avaruustelakka: Gemini 8 ja Agena 8, vuonna 1966.

THE, Neil Armstrong onnistui kiinnittämään kaksi konetta ensimmäisen kerran avaruuteen kytkemällä Gemini 8 -avaruusaluksensa Agena 8 -raketin vaiheeseen , joka laukaistiin vähän aikaisemmin. Muut kiinnitykset suoritetaan onnistuneesti heinäkuun ja heinäkuun välisenä aikana( Gemini lennot 10-12 ) .

THENeuvostoliitot saavuttavat ensimmäisen kohtaamisen ja ensimmäisen risteyksen kahden miehittämättömän avaruusaluksen Cosmos 186 ja Cosmos 188 välillä [ 4 ] .

Heidän ensimmäinen yritys kiinnittää käsin, yritettiinGeorgi Beregovoi Sojuz 3 - avaruusaluksessa , mutta se ei pysty kiinnittymään miehittämättömään Sojuz 2 - avaruusalukseen . Hän lähestyi sitä 30  cm ennen kuin luovutti, koska pelkäsi polttoaineen loppumista takaisin Maahan tapahtuvaa ohjausta varten. Lopulta se oli Sojuz 4 ja 5 , jotka olivat käytössä, onnistuneesti kiinnitys, jonka jälkeen miehistön siirto tapahtuu avaruuskävelyllä .

SisäänApollo 10:n astronautit suorittivat onnistuneesti ensimmäisen kohtaamisen ja telakoinnin Kuun kiertoradalla. Heidän tehtävänsä onnistuminen antaa vihreää valoa ihmisen ensimmäiselle laskeutumiselle Kuuhun kaksi kuukautta myöhemmin ( Apollo 11 -tehtävä ).

Ensimmäinen kohtaaminen kahdelle eri kansakunnalle kuuluvan avaruusaluksen välillä tapahtuuApollo-avaruusaluksen ja Sojuz- avaruusaluksen välillä ( Apollo-Sojuz -projekti ).

Ensimmäinen telakointi, jossa oli enemmän kuin kaksi alusta, tapahtui tammikuussa 1978, kun Sojuz 27 laskeutui Salyut 6 -avaruusasemalle , johon Sojuz 26 oli kiinnitetty kuukauden ajan.

Orbitaaliset kohtaamismenetelmät

Kahden aluksen välistä kiertoradan kohtaamista rajoittavat kiertoradan mekaniikan säännöt. Sen toteuttaminen on monimutkaista ja vaatii sekä aikaa että ponneainemäärää, joka voi nopeasti ylittää käytettävissä olevat reservit, jos liikkeitä ei suoriteta erittäin tarkasti. Useita tekniikoita on kehitetty.

Orbitaalimekaniikka

Kiertoratakohtausoperaatioon osallistuu kaksi alusta: ajettava alus, joka ei yleensä liiku kovin paljon, ja metsästäjälaiva, jonka on vaihdettava kiertorataa kiinnittyäkseen ajettavan aluksen kanssa. Liikkeet kiertoradalla eivät ole samojen lakien alaisia ​​kuin maan pinnalla: kiertoradan mekaniikka asettaa useita rajoituksia [ 5 ]  :

  • Satelliitin kiertoaika riippuu sen korkeudesta . Radan kesto pitenee korkeuden mukana.
  • Tätä rajoitusta käytetään sallimaan metsästäjälaivan saavuttaa jahdattu laiva. Alentamalla sen korkeutta metsästäjä pienentää kulmaetäisyyttä metsästetyn kanssa. Jos hän on ohittanut metsästetyn, hänen on vain lisättävä korkeutta, jotta se saavuttaisi hänet. Alempana sijaitsevalla aluksella on suurempi kulmanopeus , ei vain siksi, että kuljetettava etäisyys on pienempi, vaan myös siksi, että sen kiertonopeus on suurempi.
  • Tehokkain tapa suorittaa kiertoradan liike on Hohmann Transfer Orbit -kiertoradan käyttö : kiertoradan apogeen nostamiseen käytetään propulsiota pisteessä, joka on 180° apogeesta. Työntövoima kohdistuu lentosuunnassa.
  • Jotta kiertoradan kohtaaminen tapahtuisi, kahden aluksen on kiertävä samassa kiertoratatasossa . Ratatason muuttaminen on erittäin kallis toimenpide: esimerkiksi jos laiva lasketaan matalalle kiertoradalle kiertoradalla 28 ° ja sen täytyy liittyä geostationaariseen kiertoradalle(kiertoradan kaltevuus 0° ja korkeus 36 000 kilometriä), sen on kulutettava yhtä paljon polttoainetta kuin jos se haluaisi nostaa kiertorataa Kuuhun (korkeus 350 000 kilometriä). Jos mahdollista, metsästäjälaiva sijoitetaan kiertoratatasolle metsästetyn lähelle. Jos hävittäjän kiertoratatasoa on muutettava, liike on suoritettava kahden aluksen kiertoratatason risteävyyden paikasta.

Orbitaalitapaamisen sekvenssi

Orbitaalinen kohtaaminen tapahtuu useissa vaiheissa:

  • hävittäjä saatetaan ensin kiertoradalle kohdealuksen kanssa yhteensopivalla korkeudella. Sitten kun rata on vakiintunut, tapahtuu niin, että kaksi konetta erotetaan toisistaan ​​ympyrän kaarella, toisin sanoen yksi alus on toista edellä. Sitten on tarpeen asettaa hävittäjä elliptiselle kiertoradalle niin, että se saa tai menettää etumatkan kohdealukseen. Tämän sanotaan olevan "siirto" kiertorata .
  • kun kaksi konetta ovat melko lähellä (~5  km ), kohtaamishetkellä kahden koneen suhteellisen nopeuden tulee olla nolla. Tätä varten on suoritettava taaksepäin suuntautuva työntö (eli nopeusvektorin vastakkaiseen suuntaan). Kun kahden koneen suhteellinen nopeus ja niitä erottava etäisyys on riittävän pieni, kohtaus on ohi. Jos näiden kahden koneen on päästävä lähemmäksi, teemme sen yksinkertaisesti " työntämällä " niitä toisiaan kohti.
  • Kuitenkin, jotta kaksi kohdetta pysyisivät pysyvästi samalla kiertoradalla, niiden nopeuden on oltava täsmälleen sama (nolla suhteellinen nopeus). Esimerkiksi: jos toinen kohteista saavuttaa 1  m/s eron toiseen koneeseen, kiertoradalla (90 min Kansainvälisellä avaruusasemalla ) näiden kahden koneen välinen etäisyys on yli 5  km .
  • lisäksi kiertoradalla liikeradan suunnassa tapahtuva kiihtyvyys synnyttää mekaanisesti korkeuden nousun keskipakovoiman vaikutuksesta , kun taas päinvastoin hidastuminen lentoradan suunnassa aiheuttaa korkeuden menetystä. Joten kun molemmat koneet ovat riittävän lähellä, tangentiaalinen ja radiaalinen nopeus on korjattava.

Huomautuksia ja viitteitä

  1. ↑ Ranskan laki: 20. helmikuuta 1995 annettu asetus avaruustieteiden ja -tekniikoiden terminologiasta.
  2. ↑ Doug Ward, " Oral  History Transcript, James A. McDivitt  " , Elk Lake, Michigan, Lyndon B. Johnson Space Center , (konsultoitu)
  3. ↑ "  Vierailijat " ,  On The Shoulders of Titans , NASA (saatavilla )
  4. ↑ " Cosmos 186  " , NSSDC Master Catalog NSSDC ID: 1967-105A ,  NASA ( käytetty )
  5. ↑ Frank O'Brien , "  The Apollo Flight Journal  " , Apollo flight journalissa , NASA , 1995-2017 (saatavilla)

Katso myös

Muissa Wikimedia-projekteissa:

Aiheeseen liittyvät artikkelit

Ulkoiset linkit