Appuntamento spaziale

Appuntamento spaziale tra le astronavi Gemini 6A e Gemini 7

Un rendezvous spaziale , in astronautica , è un incontro organizzato nello spazio tra veicoli spaziali , o tra un veicolo spaziale e un oggetto celeste [ 1 ] a velocità relativa nulla o molto bassa. Se si tratta di un appuntamento tra due veicoli spaziali con equipaggio e si attraccano l'uno all'altro, potrebbe esserci comunicazione tra gli spazi pressurizzati, il che richiede la disponibilità di un sistema di camera d'equilibrio a tenuta stagna.

Il rendez-vous spaziale richiede l'esecuzione di manovre complesse che devono essere completate in un tempo minimo senza un consumo eccessivo della riserva di propellente ancora disponibile. Il successo di un rendezvous orbitale dipende in particolare dalla scelta di una finestra di lancio per il vascello "cacciatore" che consenta di posizionarlo su un piano orbitale vicino al suo obiettivo e da un calcolo molto preciso delle posizioni e delle velocità dei due vascelli . Lo sviluppo della tecnica del rendezvous orbitale viene effettuato nell'ambito del programma Gemini . L'obiettivo di questo è quello di consentire il raggiungimento del rendez-vous in orbita lunare necessario per il successo delle missioni del programma Apollo.

Si è svolto il primo rendezvous spazialedall'astronauta Walter M. Schirra , comandante di Gemini 6 , con la navicella Gemini 7 . Dopo questa data, i rendez-vous e gli ormeggi costituirono per gli americani la tappa decisiva delle spedizioni sulla Luna ( missioni Apollo , 1969-1972). E dagli anni '70, sono stati regolarmente eseguiti come parte delle operazioni di rifornimento o dei cambi di equipaggio della stazione spaziale . Mentre i sovietici preferivano il rendezvous automatico, applicabile ai velivoli senza equipaggio, la NASA affidava la responsabilità agli equipaggi.

Dal 2011, la Cina è la terza nazione ad organizzare rendezvous e attracco con le stazioni spaziali.

Storico

Poco dopo il primo volo di un uomo nello spazio di Yuri Gagarin il, i funzionari e gli ingegneri delle due potenze spaziali dell'epoca, l' Unione Sovietica e gli Stati Uniti , scoprirono che la realizzazione di un ambizioso programma spaziale richiedeva la padronanza delle tecniche che permettevano a due veicoli spaziali di avvicinarsi e di attraccare. Questa tecnica diventa particolarmente essenziale per l'agenzia spaziale americana, la NASA , quando quest'ultima decide di aderireper la soluzione rendezvous dell'orbita lunare per il suo programma Apollo . In questo scenario, due dei tre membri dell'equipaggio scendono sul suolo lunare a bordo di un vascello specializzato, il modulo lunare Apollo , quindi una volta completata la loro missione, tornano in orbita a bordo di questo stesso modulo per attraccare con il vascello principale alla fine del una manovra di incontro spaziale. Questa soluzione è stata adottata con riluttanza dall'agenzia perché l'equipaggio potrebbe essere condannato in caso di manovre errate, data la scarsa quantità di propellente disponibile per effettuare il rendez-vous. A seguito di questa decisione, è stato lanciato il programma Gemini per sviluppare tecniche di rendezvous nello spazio.

Primi tentativi

Nel 1962, quando fu lanciata la corsa allo spazio tra americani e sovietici, questi ultimi lanciarono due astronavi Vostok a poche ore di distanza . La notizia fece scalpore (qui ricordata da un francobollo sovietico). Non si tratta però affatto di un vero e proprio incontro ma di un semplice volo di gruppo.

Nel 1962 e di nuovo nel 1963, l' Unione Sovietica lanciò quasi contemporaneamente una coppia di veicoli spaziali, Vostok 3 e 4 e poi Vostok 5 e 6 . I lanciatori in entrambi i casi funzionano perfettamente e le due navi seguono un'orbita quasi identica che permette loro di avvicinarsi a 5 o 6,5  km l'una dall'altra. Non si tratta ancora di un vero e proprio appuntamento spaziale perché le due navi non hanno alcuna capacità di manovra e il loro riavvicinamento risulta solo da una perfetta sincronizzazione dei due lanci.

L'astronave americana Gemini ha un sistema di propulsione per le manovre nello spazio. Così la, durante il volo Gemini 3 , Virgil Grissom diventa il primo uomo ad effettuare un cambio di orbita. il, il suo collega James McDivitt ha tentato la prima manovra di rendezvous spaziale a bordo di Gemini 4 . Usando i suoi motori a razzo, cerca di avvicinarsi il più possibile all'ultimo stadio del razzo Titan II che lo ha messo in orbita poco prima. Senza successo.

il, gli astronauti Gemini 5 tentano un'operazione simile. Dopo due ore di volo, espellono dalla poppa della loro imbarcazione un piccolo dispositivo che emette segnali radio, il "REP". Gordon Cooper cerca di avviare la procedura di appuntamento ma un calo di pressione in una delle celle a combustibile lo costringe ad annullare la manovra.

Gli astronauti dell'epoca venivano reclutati tra esperti piloti collaudatori, ma McDivitt e Cooper usavano i loro riflessi da aviatore mentre le tecniche di pilotaggio di un aeroplano non erano adattate alle regole della meccanica spaziale . Ecco perché nessuno di loro riesce a raggiungere il suo obiettivo [ 2 ] .

Primo appuntamento

il, Walter Schirra fa il primo appuntamento spaziale.

Il primo appuntamento spaziale è di nuovo un appuntamento mancato. il, un razzo Agena servirà da bersaglio per la navicella spaziale Gemini 6 , presidiata da Walter Schirra e Thomas Stafford , che verrà lanciata poco dopo. Il piano di volo prevede non solo un appuntamento, ma anche un attracco . Ma Agena esplode sei minuti dopo il decollo e la missione Gemini 6 viene rinviata. il, prima che potesse decollare a causa di un nuovo incidente tecnico, Gemini 7 volò nello spazio con Frank Borman e James Lovell a bordo. Partono per un lungo volo: due settimane. Ed è stato finalmente il 15 che Schirra e Stafford sono partiti a turno, con la missione di avvicinarsi il più possibile ai loro colleghi.

Schirra è riuscito ad avvicinare Gemini 6 entro 30  cm da Gemini 7 e per venti minuti le due navicelle sono rimaste in formazione mantenendo questa distanza. Dirà poi: “Qualcuno mi ha detto… se ti avvicini di più di 5  km sarà un appuntamento. Ma questo è solo l'inizio del lavoro! Un appuntamento ha successo solo quando lo spostamento relativo dei due veicoli è zero e la distanza tra le due imbarcazioni è stata ridotta a meno di 40 metri. Una volta raggiunto questo obiettivo, la manovra rendez-vous è una semplice questione di mantenimento della posizione: puoi giocare con la distanza come se fossi in macchina, in aereo o su uno skateboard. » [ 3 ]

Dopo questa missione, e salvo rari incidenti, tutti i rendezvous spaziali saranno seguiti da ormeggi . Un'eccezione, invece, in : il rendez-vous tra lo space shuttle americano Discovery e la stazione orbitale sovietica Mir ( missione STS-63 ).

Primi ormeggi

Articolo principale: attracco (astronautica) .
Il primo attracco spaziale: Gemini 8 e Agena 8, nel 1966.

il, Neil Armstrong è riuscito nel primo attracco di due macchine nello spazio accoppiando la sua navicella Gemini 8 a uno stadio del razzo Agena 8, lanciato poco prima. Altri ormeggi vengono effettuati con successo tra luglio e( Gemini voli da 10 a 12 ).

il, i sovietici realizzano il primo rendezvous e il primo incrocio tra i due veicoli spaziali senza equipaggio Cosmos 186 e Cosmos 188 [ 4 ] .

Il loro primo tentativo di ormeggio manuale è stato tentato indi Georgi Beregovoi a bordo della Soyuz 3 ma non riesce ad attaccarsi alla navicella spaziale senza equipaggio Soyuz 2 . Si è avvicinato di 30  cm prima di arrendersi per paura di rimanere senza carburante per le manovre di ritorno sulla Terra. Alla fine è stato Soyuz 4 e 5 che, su, ormeggio riuscito dopo il quale avviene il trasferimento dell'equipaggio tramite passeggiata spaziale .

Nel, gli astronauti dell'Apollo 10 completano con successo il primo appuntamento e l'attracco in orbita lunare. Il successo della loro missione dà il via libera al primo sbarco dell'uomo sulla Luna, due mesi dopo ( missione Apollo 11 ).

Il primo rendez-vous tra due veicoli spaziali appartenenti a due diverse nazioni ha luogo iltra una navicella Apollo e una navicella Soyuz ( progetto Apollo-Soyuz ).

Il primo attracco che coinvolse più di due velivoli avvenne nel gennaio 1978 quando la Soyuz 27 atterrò sulla stazione spaziale Salyut 6 , alla quale la Soyuz 26 era stata attaccata per un mese.

Metodi rendezvous orbitali

Il rendezvous orbitale tra due navi è vincolato dalle regole della meccanica orbitale. La sua esecuzione è complessa e richiede sia tempo che una quantità di propellente che può rapidamente superare le riserve disponibili se le manovre non vengono eseguite con grande precisione. Sono state sviluppate diverse tecniche.

Meccanica orbitale

La manovra del rendezvous orbitale coinvolge due navi: la nave inseguita, che generalmente non manovra molto, e la nave cacciatrice, che deve cambiare orbita per attraccare con la nave inseguita. I movimenti in orbita non sono soggetti alle stesse leggi che sulla superficie della Terra: la meccanica orbitale impone diversi vincoli [ 5 ]  :

  • Il periodo di rivoluzione di un satellite dipende dalla sua altitudine. La durata di un'orbita aumenta con l'altitudine.
  • Questo vincolo viene utilizzato per consentire alla nave cacciatrice di raggiungere la nave inseguita. Abbassando la sua quota, il cacciatore diminuisce la distanza angolare con la preda. Se ha superato la preda, deve solo aumentare la sua altitudine perché la raggiunga. La nave situata più in basso ha una velocità angolare maggiore , non solo perché la distanza da percorrere è minore, ma anche perché la sua velocità orbitale è maggiore.
  • Il metodo più efficiente per eseguire una manovra orbitale è l'uso di un'orbita di trasferimento di Hohmann : per alzare l'apogeo di un'orbita, la propulsione viene utilizzata in un punto a 180° dall'apogeo. La spinta è esercitata nella direzione del volo.
  • Perché avvenga il rendezvous orbitale, le due navi devono circolare sullo stesso piano orbitale . Cambiare il piano orbitale è una manovra molto costosa: per esempio, se una nave viene lanciata in orbita bassa con un'inclinazione orbitale di 28° e deve entrare in un'orbita geostazionaria(inclinazione orbitale a 0° e quota 36.000 chilometri), deve consumare tanto carburante quanto se volesse elevare la sua orbita fino alla Luna (altitudine 350.000 chilometri). Se possibile, la nave cacciatrice verrà posizionata su un piano orbitale vicino alla preda. Se è necessario eseguire una modifica al piano orbitale del caccia, la manovra deve essere eseguita nel punto in cui i piani orbitali delle due navi si intersecano.

Sequenza di un appuntamento orbitale

Un appuntamento orbitale si svolge in più fasi:

  • il velivolo da combattimento viene prima messo in orbita a un'altitudine compatibile con la nave bersaglio. Quando poi l'orbita si stabilizza, accade che le due macchine siano separate da un arco di cerchio, vale a dire che una nave è davanti all'altra. È quindi necessario posizionare il velivolo da combattimento in un'orbita ellittica in modo che guadagni o perda un vantaggio sul velivolo bersaglio. Si dice che questa sia l'orbita di "trasferimento" .
  • quando le due macchine sono abbastanza vicine (~5  km ), al momento del rendez-vous, la velocità relativa delle due macchine deve essere zero. Per fare ciò si deve effettuare una spinta retrograda (cioè in direzione opposta al vettore velocità). Quando la velocità relativa delle due macchine e la distanza che le separa è abbastanza bassa, il rendez-vous è finito. Se le due macchine devono avvicinarsi, lo faremo semplicemente " spingendole " l'una verso l'altra.
  • tuttavia, affinché due oggetti rimangano permanentemente nella stessa orbita, le loro velocità devono essere esattamente le stesse (velocità relativa zero). Ad esempio: se uno dei due oggetti acquisisce 1  m/s di differenza con l'altra macchina, nello spazio di una rivoluzione orbitale (90 min per la Stazione Spaziale Internazionale ) le due macchine saranno separate da più di 5  km .
  • inoltre, in orbita, un'accelerazione nella direzione della traiettoria genera meccanicamente un aumento di quota dovuto alla forza centrifuga , mentre viceversa un rallentamento nella direzione della traiettoria genera una perdita di quota. Quindi, una volta che le due macchine sono abbastanza vicine, la velocità tangenziale e radiale deve essere corretta.

Note e riferimenti

  1. ↑ Legge francese: decreto del 20 febbraio 1995 relativo alla terminologia delle scienze e tecniche spaziali.
  2. ^ Doug Ward, " Trascrizione della storia orale  , James A. McDivitt  " , Elk Lake, Michigan, Lyndon B. Johnson Space Center , (consultato il)
  3. ↑ " The Visitors "  , Sulle  spalle dei titani , NASA (access)
  4. ↑ " Cosmos 186 "  , NSSDC Master Catalog NSSDC ID: 1967-105A  , NASA ( accesso)
  5. ↑ Frank O'Brien , "  The Apollo Flight Journal  " , in Apollo flight journal , NASA , 1995-2017 (consultato su)

Vedi pure

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