Kosmiczne spotkanie

Kosmiczne spotkanie między statkami kosmicznymi Gemini 6A i Gemini 7

Kosmiczne spotkanie , w astronautyce , to zorganizowane spotkanie w przestrzeni między statkiem kosmicznym lub między statkiem kosmicznym a obiektem niebieskim [ 1 ] przy zerowej lub bardzo małej prędkości względnej. Jeśli jest to spotkanie między dwoma załogowymi statkami kosmicznymi i cumują one do siebie, może istnieć komunikacja między przestrzeniami ciśnieniowymi, co wymaga dostępności wodoszczelnego systemu śluz.

Kosmiczne spotkanie wymaga przeprowadzenia skomplikowanych manewrów, które muszą zostać wykonane w jak najkrótszym czasie bez nadmiernego zużycia pozostałego zapasu paliwa . Powodzenie spotkania orbitalnego zależy w szczególności od wyboru okna startowego dla statku „łowcy”, umożliwiającego umieszczenie go na płaszczyźnie orbitalnej blisko celu oraz od bardzo dokładnego obliczenia pozycji i prędkości obu statków . Rozwój techniki orbitalnego spotkania odbywa się w ramach programu Gemini . Ma to na celu umożliwienie osiągnięcia spotkania na orbicie księżycowej niezbędnego do powodzenia misji programu Apollo.

Odbyło się pierwsze kosmiczne spotkanieprzez astronautę Waltera M. Schirrę , dowódcę Gemini 6 , ze statkiem kosmicznym Gemini 7 . Po tej dacie spotkania i cumowania stanowiły dla Amerykanów decydujący etap wypraw na Księżyc ( misje Apollo , 1969-1972). A od lat 70. są one regularnie przeprowadzane w ramach operacji tankowania lub zmian załogi stacji kosmicznej . Podczas gdy Sowieci preferowali automatyczne spotkania, mające zastosowanie do statków bezzałogowych, NASA powierzyła odpowiedzialność załogom.

Od 2011 roku Chiny są trzecim krajem, który organizuje spotkania i dokowania ze stacjami kosmicznymi.

Historyczny

Krótko po pierwszym locie człowieka w kosmosie Jurija Gagarina, urzędnicy i inżynierowie dwóch ówczesnych potęg kosmicznych, Związku Radzieckiego i Stanów Zjednoczonych , stwierdzili, że realizacja ambitnego programu kosmicznego wymaga opanowania technik pozwalających dwóm statkom kosmicznym zbliżyć się do siebie w celu cumowania. Ta technika staje się szczególnie istotna dla amerykańskiej agencji kosmicznej NASA , gdy ta ostatnia się zgodzidla rozwiązania spotkania na orbicie księżycowej dla swojego programu Apollo . W tym scenariuszu dwóch z trzech członków załogi schodzi na powierzchnię Księżyca w specjalnym statku, module księżycowym Apollo , a następnie po zakończeniu misji wraca na orbitę na pokładzie tego samego modułu, aby zacumować przy głównym statku pod koniec przestrzenny manewr rendez-vous. Takie rozwiązanie zostało przyjęte przez agencję z niechęcią, ponieważ w przypadku błędnych manewrów załoga mogła zostać potępiona, biorąc pod uwagę niewielką ilość paliwa potrzebną do przeprowadzenia rendez-vous. W następstwie tej decyzji uruchomiono program Gemini w celu opracowania technik kosmicznych spotkań.

Pierwsze próby

W 1962 roku, kiedy rozpoczął się wyścig kosmiczny między Amerykanami a Sowietami, ten ostatni wystrzelił dwa statki kosmiczne Wostok w odstępie kilku godzin . Wiadomość ta wywołała sensację (tu upamiętnioną radzieckim znaczkiem pocztowym). Nie jest to jednak bynajmniej prawdziwe spotkanie, a zwykły grupowy lot.

W 1962 i ponownie w 1963 Związek Radziecki prawie jednocześnie wystrzelił dwa statki kosmiczne Wostok 3 i 4, a następnie Wostok 5 i 6 . Wyrzutnie w obu przypadkach działają doskonale, a oba statki poruszają się po niemal identycznej orbicie, co pozwala im zbliżyć się do siebie na odległość 5 lub 6,5  km . To wciąż nie jest spotkanie w kosmosie, ponieważ oba statki nie mają możliwości manewrowania, a ich zbliżenie wynika jedynie z idealnej synchronizacji obu startów.

Amerykański statek kosmiczny Gemini ma układ napędowy do manewrowania w kosmosie. więc, podczas lotu Gemini 3 , Virgil Grissom zostaje pierwszym człowiekiem, który dokonuje zmiany orbity. the, jego kolega James McDivitt podjął próbę pierwszego manewru spotkania w kosmosie na pokładzie Gemini 4 . Wykorzystując silniki rakietowe, stara się zbliżyć jak najbardziej do ostatniego stopnia rakiety Titan II , która chwilę wcześniej umieściła go na orbicie. Bezskutecznie.

the, astronauci Gemini 5 podejmują podobną operację. Po dwóch godzinach lotu wyrzucają z tyłu swojego statku małe urządzenie emitujące sygnały radiowe, „REP”. Gordon Cooper próbuje zainicjować procedurę spotkania, ale spadek ciśnienia w jednym z ogniw paliwowych zmusza go do anulowania manewru.

Ówcześni astronauci rekrutowali się spośród doświadczonych pilotów doświadczalnych, ale McDivitt i Cooper wykorzystywali swój lotniczy refleks, podczas gdy techniki pilotowania samolotu nie były dostosowane do zasad mechaniki kosmicznej . Dlatego żadnemu z nich nie udaje się osiągnąć swojego celu [ 2 ] .

Pierwsza randka

the, Walter Schirra organizuje pierwsze spotkanie w kosmosie.

Pierwsze kosmiczne spotkanie jest znowu nieudanym spotkaniem. the, rakieta Agena ma służyć jako cel dla statku kosmicznego Gemini 6 , załogowego przez Waltera Schirrę i Thomasa Stafforda , który ma zostać wystrzelony wkrótce po nim. Plan lotu przewiduje nie tylko spotkanie, ale i dokowanie . Ale Agena eksploduje sześć minut po starcie, a misja Gemini 6 zostaje przełożona. the, zanim mógł wystartować z powodu nowego incydentu technicznego, Gemini 7 poleciał w kosmos z Frankiem Bormanem i Jamesem Lovellem na pokładzie. Wyjeżdżają na długi lot: dwa tygodnie. I w końcu 15-go Schirra i Stafford wystartowali po kolei, z misją zbliżenia się jak najbliżej swoich kolegów.

Schirrze udało się zbliżyć do Gemini 6 na odległość 30  cm od Gemini 7 i przez dwadzieścia minut dwa statki kosmiczne pozostawały w formacji, utrzymując tę ​​odległość. Mówił później: „Ktoś mi powiedział… jeśli podejdziesz bliżej niż 5  km , to będzie randka. Ale to dopiero początek prac! Spotkanie jest udane tylko wtedy, gdy względne przemieszczenie dwóch pojazdów wynosi zero, a odległość między dwoma pojazdami została zmniejszona do mniej niż 40 metrów. Po osiągnięciu tego celu manewr rendez-vous jest prostą kwestią utrzymania pozycji: możesz grać z dystansem, jakbyś był w samochodzie, samolocie lub na deskorolce. » [ 3 ]

Po tej misji, z wyjątkiem rzadkich incydentów, po wszystkich kosmicznych spotkaniach nastąpi cumowanie . Wyjątek jednak w : spotkanie amerykańskiego promu kosmicznego Discovery z radziecką stacją orbitalną Mir ( misja STS-63 ).

Pierwsze cumowania

Główny artykuł: Dokowanie (astronautyka) .
Pierwsze dokowanie kosmiczne: Gemini 8 i Agena 8 w 1966 roku.

the, Neilowi ​​Armstrongowi udało się po raz pierwszy zadokować dwie maszyny w kosmosie, łącząc swój statek kosmiczny Gemini 8 ze stopniem rakiety Agena 8, wystrzelonej krótko wcześniej. Inne cumowania są przeprowadzane z powodzeniem w okresie od lipca do( Loty Gemini od 10 do 12 ).

theSowieci osiągają pierwsze spotkanie i pierwsze połączenie dwóch bezzałogowych statków kosmicznych Cosmos 186 i Cosmos 188 [ 4 ] .

Podjęto pierwszą próbę ręcznego cumowaniaprzez Georgi Beregovoi na pokładzie Sojuza 3 , ale nie udaje mu się przyczepić do bezzałogowego statku kosmicznego Sojuz 2 . Zbliżył się do niego na 30  cm , po czym zrezygnował z obawy, że zabraknie mu paliwa na manewry z powrotem na Ziemię. Ostatecznie był to Sojuz 4 i 5 , który, na, udane cumowanie, po którym odbywa się spacer kosmiczny .

W, astronauci Apollo 10 pomyślnie ukończyli pierwsze spotkanie i dokowanie na orbicie księżycowej. Sukces ich misji daje zielone światło do pierwszego lądowania człowieka na Księżycu dwa miesiące później ( misja Apollo 11 ).

Dochodzi do pierwszego spotkania dwóch statków kosmicznych należących do dwóch różnych narodówmiędzy statkiem kosmicznym Apollo a statkiem kosmicznym Sojuz ( projekt Apollo-Sojuz ).

Pierwsze dokowanie z udziałem więcej niż dwóch statków miało miejsce w styczniu 1978 r., kiedy Sojuz 27 wylądował na stacji kosmicznej Salut 6 , do której Sojuz 26 był podłączony przez miesiąc.

Orbitalne metody rendez-vous

Orbitalne spotkanie dwóch statków jest ograniczone przez zasady mechaniki orbitalnej. Jego wykonanie jest skomplikowane i wymaga zarówno czasu, jak i ilości paliwa, która może szybko przekroczyć dostępne rezerwy, jeśli manewry nie zostaną wykonane z dużą precyzją. Opracowano kilka technik.

Mechanika orbitalna

Orbitalny manewr spotkania obejmuje dwa statki: ścigany statek, który generalnie nie manewruje zbyt wiele, oraz statek myśliwski, który musi zmienić swoją orbitę, aby zadokować ze ściganym statkiem. Ruchy na orbicie nie podlegają tym samym prawom, co na powierzchni Ziemi: mechanika orbity nakłada kilka ograniczeń [ 5 ]  :

  • Okres obiegu satelity zależy od jego wysokości. Czas trwania orbity wzrasta wraz z wysokością.
  • To ograniczenie jest używane, aby umożliwić statkowi myśliwskiemu dogonienie ściganego statku. Obniżając swoją wysokość, myśliwy zmniejsza odległość kątową z upolowanym. Jeśli wyprzedził ściganego, musi tylko zwiększyć swoją wysokość, aby go dogonił. Statek znajdujący się niżej ma większą prędkość kątową , nie tylko dlatego, że odległość do pokonania jest mniejsza, ale także dlatego, że jego prędkość orbitalna jest większa.
  • Najskuteczniejszą metodą wykonywania manewru orbitalnego jest użycie orbity transferowej Hohmanna : aby podnieść apogeum orbity, stosuje się napęd w punkcie oddalonym o 180° od apogeum. Ciąg jest wywierany w kierunku lotu.
  • Aby doszło do spotkania orbitalnego, oba statki muszą krążyć po tej samej płaszczyźnie orbitalnej . Zmiana płaszczyzny orbity jest bardzo kosztownym manewrem: na przykład, jeśli statek zostanie wystrzelony na niską orbitę z nachyleniem orbity 28° i musi wejść na orbitę geostacjonarną(nachylenie orbity 0° i wysokość 36 tys. Jeśli to możliwe, statek myśliwski zostanie umieszczony na płaszczyźnie orbitalnej blisko zwierzyny. Jeśli zmiana płaszczyzny orbity myśliwca musi zostać przeprowadzona, manewr musi zostać wykonany w miejscu przecięcia się płaszczyzn orbit obu statków.

Sekwencja orbitalnego spotkania

Orbitalne spotkanie odbywa się w kilku etapach:

  • myśliwiec jest najpierw umieszczany na orbicie na wysokości zgodnej ze statkiem docelowym. Wtedy, gdy orbita się ustabilizuje, zdarza się, że obie maszyny są oddzielone łukiem koła, to znaczy, że jeden statek wyprzedza drugi. Następnie konieczne jest umieszczenie myśliwca na eliptycznej orbicie , tak aby zyskał lub stracił przewagę nad docelowym statkiem. Mówi się, że jest to orbita „transferowa” .
  • gdy dwie maszyny są dość blisko (~5  km ), w czasie spotkania względna prędkość obu maszyn musi wynosić zero. W tym celu należy wykonać pchnięcie wsteczne (to znaczy w kierunku przeciwnym do wektora prędkości). Kiedy względna prędkość obu maszyn i odległość, która je dzieli, jest wystarczająco mała, spotkanie się kończy. Jeśli obie maszyny będą musiały się do siebie zbliżyć, zrobimy to po prostu „ pchając ” je do siebie.
  • jednak, aby dwa obiekty pozostały na stałe na tej samej orbicie, ich prędkości muszą być dokładnie takie same (zerowa prędkość względna). Na przykład: jeśli jeden z dwóch obiektów uzyska różnicę 1  m/s w stosunku do drugiej maszyny, w przestrzeni obrotu orbitalnego (90 min dla Międzynarodowej Stacji Kosmicznej ) obie maszyny będą oddalone od siebie o więcej niż 5  km .
  • ponadto na orbicie przyspieszenie w kierunku trajektorii powoduje mechanicznie wzrost wysokości z powodu siły odśrodkowej , podczas gdy odwrotnie, spowolnienie w kierunku trajektorii powoduje utratę wysokości. Tak więc, gdy obie maszyny są wystarczająco blisko, prędkość styczna i promieniowa muszą zostać skorygowane.

Uwagi i odniesienia

  1. ↑ Prawo francuskie: dekret z dnia 20 lutego 1995 r. dotyczący terminologii nauk i technik kosmicznych.
  2. ↑ Doug Ward, „ Transkrypcja historii mówionej   ” , James A. McDivitt , Elk Lake, Michigan, Lyndon B. Johnson Space Center , (konsultował się z)
  3. ↑ „ The Visitors ”  , Na  ramionach tytanów , NASA (dostęp)
  4. ↑ „ Cosmos 186 ”  , NSSDC Master Catalog NSSDC ID: 1967-105A  , NASA ( dostęp)
  5. ↑ Frank O'Brien , "  The Apollo Flight Journal  " , w dzienniku lotu Apollo , NASA , 1995-2017 (dostęp na)

Zobacz też

W innych projektach Wikimedia:

Powiązane artykuły

Linki zewnętrzne