Űrtalálkozó

Űrrandevú a Gemini 6A és a Gemini 7 űrhajók között

Az űrtalálkozó az asztronautikában egy szervezett találkozás az űrben az űrhajók között , vagy egy űrhajó és egy égi objektum között [ 1 ] nulla vagy nagyon alacsony relatív sebességgel. Ha két emberes űrhajó találkozásáról van szó, és egymáshoz kötődnek, akkor kommunikáció lehet a túlnyomásos terek között, amihez szükség van egy vízmentes légzsiliprendszerre.

A térbeli találkozás összetett manővereket igényel, amelyeket minimális időn belül kell végrehajtani a még rendelkezésre álló hajtóanyag -tartalék túlzott felhasználása nélkül. Egy orbitális randevú sikere különösen attól függ, hogy a „vadász” hajó számára ki kell-e választani egy kilövő ablakot, amely lehetővé teszi, hogy a célhoz közeli orbitális síkban kerüljön, valamint a két hajó helyzetének és sebességének nagyon pontos kiszámításától. . Az orbitális randevúzási technika fejlesztése a Gemini program keretében valósul meg . Ennek célja, hogy lehetővé tegye az Apollo program küldetéseinek sikeréhez szükséges holdpályán való találkozás elérését..

Az első űrrandevúzásra került sorWalter M. Schirra űrhajós , a Gemini 6 parancsnoka a Gemini 7 űrszondával . Ezt követően a randevú és a kikötések jelentették az amerikaiak számára a Hold-expedíciók döntő állomását ( Apollo missions , 1969-1972). Az 1970-es évek óta pedig rendszeresen hajtják végre az üzemanyag-feltöltési műveletek vagy az űrállomások személyzetének cseréje során . Míg a szovjetek az automatikus randevúzást részesítették előnyben, amely a pilóta nélküli járművekre is alkalmazható, a NASA a legénységre bízta a felelősséget.

2011 óta Kína a harmadik ország, amely randevúzást és űrállomások dokkolását szervezi.

Történelmi

Nem sokkal azután, hogy Jurij Gagarin egy ember első repülését az űrben a, a két korabeli űrhatalom, a Szovjetunió és az Egyesült Államok tisztviselői és mérnökei megállapították, hogy egy ambiciózus űrprogram megvalósításához olyan technikák elsajátítására van szükség, amelyek lehetővé teszik, hogy két űrhajó megközelítse egymást, hogy kiköthessen. Ez a technika különösen fontossá válik az amerikai űrügynökség, a NASA számára , ha az utóbbi választjaaz Apollo-program holdpályás randevújának megoldásához . Ebben a forgatókönyvben a legénység három tagjából kettő egy speciális hajóval, az Apollo holdmodullal ereszkedik le a Hold földjén , majd a küldetés befejeztével visszamennek pályára ugyanezen a modulon, hogy kiköthessenek a főhajóval a hajó végén. egy térbeli randevúzási manőver. Ezt a megoldást a hivatal vonakodva fogadta el, mert hibás manőverek esetén a legénységet elítélhetik, mivel a randevúzáshoz kevés hajtóanyag állt rendelkezésre. E döntés nyomán indult el a Gemini program az űrrandevúzás technikák fejlesztésére.

Első próbálkozások

1962-ben, amikor elindították az űrversenyt az amerikaiak és a szovjetek között, az utóbbi néhány órás különbséggel két Vostok űrhajót indított útjára . A hír szenzációt keltett (itt egy szovjet postai bélyeg emlékét állítja). Ez azonban korántsem egy igazi találkozó, hanem egy egyszerű csoportos repülés.

1962-ben és 1963-ban a Szovjetunió szinte egyidejűleg lőtt fel egy pár űrhajót, a Vostok 3-at és 4-et, majd a Vostok 5-öt és 6- ot . A kilövők mindkét esetben tökéletesen működnek, és a két hajó szinte azonos pályán halad, ami lehetővé teszi, hogy egymástól 5 vagy 6,5  km -re közelítsék meg őket. Ez még mindig nem igazi űrtalálkozó, mert a két hajónak nincs manőverezési képessége, közeledésük pedig csak a két kilövés tökéletes szinkronizálásából fakad.

A Gemini amerikai űrhajó meghajtórendszerrel rendelkezik az űrben való manőverezéshez. Így a, a Gemini 3 repülése során Virgil Grissom lesz az első ember, aki pályaváltást hajt végre. az, kollégája, James McDivitt megkísérelte az első űrtalálkozó manővert a Gemini 4 fedélzetén . Rakétahajtóművei segítségével a lehető legközelebb igyekszik eljutni a Titan II rakéta utolsó fokozatához, amely nem sokkal korábban pályára állította. Sikertelenül.

az, a Gemini 5 űrhajósai hasonló művelettel próbálkoznak. Két óra repülés után a hajójuk hátuljából kilöknek egy rádiójeleket kibocsátó kis eszközt, a "REP"-et. Gordon Cooper megpróbálja elindítani a találkozási eljárást, de az egyik üzemanyagcellában bekövetkezett nyomásesés arra kényszeríti, hogy megszakítsa a manővert.

A korabeli űrhajósokat tapasztalt tesztpilóták közül toborozták, McDivitt és Cooper azonban repülõreflexeiket alkalmazták, miközben a repülõgép vezetésének technikáit nem igazították az ûrmechanika szabályaihoz . Ez az oka annak , hogy egyiküknek sem sikerül elérnie célját [ 2 ] .

Első randi

az, Walter Schirra megszerzi az első űrtalálkozót.

Az első űrtalálkozó ismét egy elmaradt randevú. az, egy Agena rakéta szolgál célpontként a Walter Schirra és Thomas Stafford által irányított Gemini 6 űrszondához, amelyet röviddel azután indítanak fel. A repülési terv nem csak találkozást, hanem kikötést is tartalmaz . Ám az Agena hat perccel a felszállás után felrobban, és a Gemini 6 küldetését elhalasztják. az, mielőtt egy új technikai incidens miatt felszállhatott volna, a Gemini 7 az űrbe repült Frank Bormannel és James Lovell -lel a fedélzetén. Hosszú repülőútra indulnak: két hét. És végül 15-én Schirra és Stafford felváltva indult, azzal a küldetéssel, hogy a lehető legközelebb kerüljenek kollégáihoz.

Schirrának sikerült megközelítenie a Gemini 6-ot a Gemini 7-től 30  cm -en belül , és húsz percig a két űrszonda alakzatban maradt, megtartva ezt a távolságot. Később ezt mondta: „Valaki azt mondta nekem… ha 5  km -nél közelebb érsz, az randevú lesz. De ez még csak a munka kezdete! A találkozás csak akkor sikeres, ha a két jármű relatív elmozdulása nulla, és a két jármű közötti távolság 40 méter alá csökkent. Ha ezt a célt elérjük, a randevúzási manőver egyszerű helyzettartás kérdése: úgy játszhatunk a távolsággal, mintha autóban, repülőgépen vagy gördeszkán ülnénk. » [ 3 ]

A küldetés után, a ritka eseményeket leszámítva, minden űrtalálkozót kikötés követ majd . Kivétel azonban in : a Discovery amerikai űrsikló és a Mir szovjet orbitális állomás ( STS-63 küldetés ) találkozása.

Első kikötések

Főcikk: Dokkolás (űrhajózás) .
Az első űrdokkoló: Gemini 8 és Agena 8, 1966-ban.

azNeil Armstrongnak sikerült két gép első dokkolása az űrben azáltal, hogy Gemini 8 űrszondáját a röviddel korábban felbocsátott Agena 8 rakéta egyik fokozatához csatlakoztatta. A többi kikötést július és között sikeresen hajtják végre( Gemini járatok 10-12 ) .

azA szovjetek elérik az első találkozót és az első találkozást két pilóta nélküli űrhajó , a Cosmos 186 és a Cosmos 188 között [ 4 ] .

Az első kézi kikötési kísérletüket megkíséreltékGeorgi Beregovoi a Szojuz 3 fedélzetén , de nem csatlakozik a pilóta nélküli Szojuz 2 űrszondához . 30  cm -rel megközelítette, majd feladta, mert félt, hogy elfogy az üzemanyag a Földre való visszajutás során. Ez végül a Szojuz 4 és 5 volt , amely tovább, sikeresen kikötve, majd a legénység átszállása űrsétával történik .

Ban ben, Az Apollo 10 űrhajósai sikeresen teljesítették az első randevúzást és a Hold körüli pályán való dokkolást. Küldetésük sikere zöld utat ad az ember két hónappal későbbi első leszállásának a Holdon ( Apollo 11 küldetés ).

Az első randevú két különböző nemzethez tartozó két űrszonda közöttegy Apollo űrhajó és egy Szojuz űrszonda között ( Apollo-Szojuz projekt ).

Az első dokkolás több mint két hajóval 1978 januárjában történt, amikor a Szojuz 27 leszállt a Szaljut 6 űrállomáson , amelyhez a Szojuz 26 egy hónapja volt csatlakoztatva.

Orbitális randevúzási módszerek

A két hajó közötti orbitális találkozást a pályamechanika szabályai korlátozzák. Végrehajtása összetett, időt és olyan mennyiségű hajtóanyagot igényel, amely gyorsan meghaladhatja a rendelkezésre álló tartalékokat, ha a manővereket nem hajtják végre nagy pontossággal. Számos technikát fejlesztettek ki.

Orbitális mechanika

Az orbitális randevúzási manőverben két hajó vesz részt: az üldözött hajó, amely általában nem nagyon manőverez, és a vadászhajó, amelynek meg kell változtatnia pályáját, hogy kiköthessen az üldözött hajóval. A keringési pályán történő mozgásra nem ugyanazok a törvények vonatkoznak, mint a Föld felszínén: a pályamechanika számos megkötést támaszt [ 5 ]  :

  • A műhold forgási ideje függ a magasságától. A pálya időtartama a magassággal nő.
  • Ez a kényszer arra szolgál, hogy a vadászhajó utolérje az üldözött hajót. Magasságának csökkentésével a vadász csökkenti a szögtávolságot a vadászottal. Ha megelőzte a levadászottat, csak növelnie kell a magasságát, hogy utolérje. Az alacsonyabban elhelyezkedő hajó szögsebessége nagyobb , nemcsak azért, mert kisebb a megtenni kívánt távolság, hanem azért is, mert nagyobb a keringési sebessége is.
  • Az orbitális manőver végrehajtásának leghatékonyabb módja a Hohmann Transfer Orbit használata : egy pálya apogeusának megemelésére az apogeustól 180°-os pontban propulziót alkalmaznak. A tolóerőt a repülés irányában fejtik ki.
  • Ahhoz, hogy az orbitális találkozás megtörténjen, a két hajónak ugyanabban a pályasíkban kell keringenie . A pályasík megváltoztatása nagyon költséges manőver: például ha egy hajót alacsony pályára bocsátanak 28°-os orbitális dőlésszöggel, és geostacionárius pályára kell csatlakoznia.(pályadőlés 0°-ban és 36 000 kilométeres tengerszint feletti magasság), annyi üzemanyagot kell elhasználnia, mintha a Hold felé akarná emelni a pályáját (350 000 kilométeres magasság). Lehetőség szerint a vadászhajót egy orbitális síkra helyezzük a vadászott közelében. Ha módosítani kell a vadászgép pályasíkját, akkor a manővert ott kell végrehajtani, ahol a két hajó pályasíkja metszi egymást.

Egy orbitális randevú sorozata

Az orbitális találkozás több szakaszban zajlik:

  • a vadászjárművet először a célhajóval kompatibilis magasságban állítják pályára. Aztán amikor a pálya stabilizálódik, akkor előfordul, hogy a két gépet egy körív választja el egymástól, vagyis az egyik hajó megelőzi a másikat. Ezután a vadászjárművet elliptikus pályára kell helyezni , hogy megszerezze vagy elveszítse előnyét a célhajón. Azt mondják , hogy ez az "transzfer" pálya .
  • amikor a két gép elég közel van (~5  km ), akkor a találkozás időpontjában a két gép relatív sebességének nullának kell lennie. Ehhez retrográd tolóerőt kell végrehajtani (azaz a sebességvektorral ellentétes irányban). Amikor a két gép egymáshoz viszonyított sebessége és az őket elválasztó távolság elég kicsi, akkor a találkozásnak vége. Ha a két gépnek közelebb kell kerülnie, azt egyszerűen úgy tesszük meg, hogy egymás felé " lökjük " őket.
  • azonban ahhoz, hogy két objektum állandóan ugyanazon a pályán maradhasson, sebességüknek pontosan azonosnak kell lennie (nulla relatív sebesség). Például: ha a két objektum közül az egyik 1  m/s eltérést ér el a másik géphez képest, egy pályafordulat alatt (90 perc a Nemzetközi Űrállomáson ) a két gépet több mint 5 km választja el egymástól  .
  • ráadásul a pályán a pálya irányába történő gyorsulás mechanikusan a centrifugális erő hatására magasságnövekedést generál , míg fordítva a pálya irányába történő lassulás magasságcsökkenést generál. Tehát ha a két gép elég közel van, akkor az érintőleges és a radiális sebességet korrigálni kell.

Jegyzetek és hivatkozások

  1. ↑ Francia jog: 1995. február 20-i rendelet az űrtudományok és -technikák terminológiájáról.
  2. ↑ Doug Ward, " Oral  History Transcript, James A. McDivitt  " , Elk Lake, Michigan, Lyndon B. Johnson Űrközpont , (konzultált a)
  3. ↑ " The Visitors "  , On The  Shoulders of Titans , NASA (megtekintve)
  4. ↑ " Cosmos 186 "  , NSSDC mesterkatalógus NSSDC azonosító: 1967-105A  , NASA ( elérve)
  5. ↑ Frank O'Brien , "  The Apollo Flight Journal  " , in Apollo flight Journal , NASA , 1995-2017 (elérhető:)

Lásd is

Más Wikimedia projektekről:

Kapcsolódó cikkek

Külső linkek