encontro espacial

Encontro espacial entre as naves espaciais Gemini 6A e Gemini 7

Um encontro espacial , em astronáutica , é um encontro organizado no espaço entre espaçonaves , ou entre uma espaçonave e um objeto celeste ^{[ 1 ]} em velocidade relativa zero ou muito baixa. Se for um encontro entre duas espaçonaves tripuladas e elas se atracarem, pode haver comunicação entre os espaços pressurizados, o que requer a disponibilidade de um sistema de câmara estanque.

O encontro espacial requer a realização de manobras complexas que devem ser realizadas em um tempo mínimo sem consumo excessivo da reserva de propelente ainda disponível. O sucesso de um encontro orbital depende, em particular, da escolha de uma janela de lançamento para o navio "caçador" que permita colocá-lo em um plano orbital próximo ao seu alvo e de um cálculo muito preciso das posições e velocidades dos dois navios . O desenvolvimento da técnica de encontro orbital é realizado no âmbito do programa Gemini . O objetivo disso é permitir a realização do encontro em órbita lunar necessário para o sucesso das missões do programa Apollo.

O primeiro encontro espacial foi realizado em15 de dezembro de 1965pelo astronauta Walter M. Schirra , comandante da Gemini 6 , com a espaçonave Gemini 7 . A partir desta data, os encontros e amarrações constituíram para os americanos a etapa decisiva das expedições à Lua ( missões Apollo , 1969-1972). E desde a década de 1970, eles são realizados regularmente como parte de operações de reabastecimento ou trocas de tripulação da estação espacial . Enquanto os soviéticos favoreciam o encontro automático, aplicável a naves não tripuladas, a NASA confiava a responsabilidade às tripulações.

Desde 2011, a China é a terceira nação a organizar encontros e acoplamentos com estações espaciais.

Histórico

Logo após o primeiro voo de um homem ao espaço por Yuri Gagarin o12 de abril de 1961, os funcionários e engenheiros das duas potências espaciais da época, a União Soviética e os Estados Unidos , descobriram que a realização de um ambicioso programa espacial exigia o domínio das técnicas que permitiam que duas espaçonaves se aproximassem uma da outra para atracar. Esta técnica torna-se particularmente essencial para a agência espacial americana NASA , quando esta opta pornovembro de 1962para a solução de encontro da órbita lunar para o seu programa Apollo . Neste cenário, dois dos três tripulantes descem ao solo lunar em uma embarcação especializada, o módulo lunar Apollo , e assim que sua missão é concluída, voltam à órbita a bordo deste mesmo módulo para atracar com a embarcação principal no final de uma manobra de encontro espacial. Esta solução foi adotada com relutância pela agência porque a tripulação poderia ser condenada em caso de manobras errôneas, dada a pequena quantidade de propelente disponível para realizar o encontro. Após esta decisão, o programa Gemini foi lançado para desenvolver técnicas de encontro espacial.

primeiras tentativas

Em 1962, quando foi lançada a corrida espacial entre americanos e soviéticos, estes últimos lançaram duas espaçonaves Vostok com poucas horas de diferença . A notícia causou sensação (aqui comemorada por um selo postal soviético). No entanto, não é de forma alguma um encontro real, mas um simples voo em grupo.

Em 1962 e novamente em 1963, a União Soviética lançou quase simultaneamente um par de espaçonaves, Vostok 3 e 4 e depois Vostok 5 e 6 . Os lançadores em ambos os casos funcionam perfeitamente e as duas naves seguem uma órbita quase idêntica o que permite que se aproximem de 5 ou 6,5 km uma da outra. Este ainda não é um encontro espacial real porque as duas naves não têm capacidade de manobra e sua aproximação resulta apenas de uma sincronização perfeita dos dois lançamentos.

A espaçonave americana Gemini possui um sistema de propulsão para manobras no espaço. Então o23 de março, durante o voo Gemini 3 , Virgil Grissom se torna o primeiro homem a realizar uma mudança de órbita. a3 de junho, seu colega James McDivitt tentou a primeira manobra de encontro espacial a bordo da Gemini 4 . Usando seus motores de foguete, ele tenta chegar o mais próximo possível do último estágio do foguete Titan II que o colocou em órbita pouco antes. Sem sucesso.

a21 de agosto, os astronautas do Gemini 5 tentam uma operação semelhante. Após duas horas de vôo, eles ejetam da parte traseira de sua embarcação um pequeno dispositivo emissor de sinais de rádio, o "REP". Gordon Cooper tenta iniciar o procedimento de encontro, mas uma queda de pressão em uma das células de combustível o obriga a cancelar a manobra.

Os astronautas da época eram recrutados entre pilotos de teste experientes, mas McDivitt e Cooper usavam seus reflexos de aviador enquanto as técnicas de pilotagem de um avião não eram adaptadas às regras da mecânica espacial . É por isso que nenhum deles consegue atingir seu objetivo ^{[ 2 ]} .

Primeiro encontro

a15 de dezembro de 1965, Walter Schirra faz o primeiro encontro espacial.

O primeiro encontro espacial é novamente um encontro perdido. a25 de outubro de 1965, um foguete Agena servirá de alvo para a espaçonave Gemini 6 , tripulada por Walter Schirra e Thomas Stafford , que será lançada logo em seguida. O plano de vôo prevê não apenas um encontro, mas também uma atracação . Mas Agena explode seis minutos após a decolagem e a missão Gemini 6 é adiada. a4 de dezembro, antes que pudesse decolar devido a um novo incidente técnico, Gemini 7 voou para o espaço com Frank Borman e James Lovell a bordo. Eles partem para um longo vôo: duas semanas. E foi finalmente no dia 15 que Schirra e Stafford decolaram por sua vez, com a missão de chegar o mais próximo possível dos colegas.

Schirra conseguiu aproximar-se da Gemini 6 a 30 cm da Gemini 7 e durante vinte minutos as duas espaçonaves permaneceram em formação mantendo esta distância. Ele diria mais tarde: “Alguém me disse… se você chegar a menos de 5 km , será um encontro. Mas este é apenas o começo do trabalho! Um encontro só é bem-sucedido quando o deslocamento relativo dos dois veículos é zero e a distância entre as duas naves foi reduzida para menos de 40 metros. Uma vez alcançado esse objetivo, a manobra de encontro é uma simples questão de manter a posição: você pode jogar com a distância como se estivesse em um carro, avião ou skate. » ^{[ 3 ]}

Após esta missão, e salvo raros incidentes, todos os encontros espaciais serão seguidos de amarrações . Uma exceção, porém, emfevereiro de 1995 : o encontro entre o ônibus espacial americano Discovery e a estação orbital soviética Mir ( missão STS-63 ).

Primeiras amarras

Ver artigo principal: Docking (astronáutica) .

A primeira acoplagem espacial: Gemini 8 e Agena 8, em 1966.

a16 de março de 1966, Neil Armstrong conseguiu a primeira acoplagem de duas máquinas no espaço ao acoplar sua espaçonave Gemini 8 a um estágio do foguete Agena 8, lançado pouco antes. Outras amarrações são realizadas com sucesso entre julho enovembro de 1966( voos Gêmeos 10 a 12 ).

a30 de outubro de 1967, os soviéticos conseguem o primeiro encontro e a primeira junção entre duas espaçonaves não tripuladas Cosmos 186 e Cosmos 188 ^{[ 4 ]} .

Sua primeira tentativa de amarração manual foi feita emoutubro de 1968por Georgi Beregovoi a bordo da Soyuz 3 , mas não consegue se conectar à espaçonave não tripulada Soyuz 2 . Ele se aproximou por 30 cm antes de desistir por medo de ficar sem combustível para as manobras de volta à Terra. Em última análise, foram as Soyuz 4 e 5 que, em16 de janeiro de 1969, amarração com sucesso após a qual ocorre a transferência da tripulação por caminhada espacial .

Nomaio de 1969, Os astronautas da Apollo 10 concluíram com sucesso o primeiro encontro e atracação na órbita lunar. O sucesso de sua missão dá luz verde ao primeiro pouso do homem na Lua, dois meses depois ( missão Apollo 11 ).

O primeiro encontro entre duas espaçonaves pertencentes a duas nações diferentes ocorre em17 de junho de 1975entre uma espaçonave Apollo e uma espaçonave Soyuz ( projeto Apollo-Soyuz ).

A primeira acoplagem envolvendo mais de duas naves ocorreu em janeiro de 1978, quando a Soyuz 27 pousou na estação espacial Salyut 6 , à qual a Soyuz 26 estava acoplada há um mês.

Métodos de encontro orbital

O encontro orbital entre duas naves é limitado pelas regras da mecânica orbital. Sua execução é complexa e requer tempo e uma quantidade de propelente que pode ultrapassar rapidamente as reservas disponíveis se as manobras não forem realizadas com grande precisão. Várias técnicas foram desenvolvidas.

mecânica orbital

A manobra de encontro orbital envolve duas naves: a nave perseguida, que geralmente não manobra muito, e a nave caçadora, que deve mudar sua órbita para atracar com a nave perseguida. Os movimentos em órbita não estão sujeitos às mesmas leis que na superfície da Terra: a mecânica orbital impõe várias restrições ^{[ 5 ]} :

O período de revolução de um satélite depende de sua altitude. A duração de uma órbita aumenta com a altitude.
Essa restrição é usada para permitir que o navio caçador alcance o navio perseguido. Ao diminuir sua altitude, o caçador diminui a distância angular com a caça. Se ele ultrapassou a caça, basta aumentar sua altitude para que ela o alcance. A embarcação localizada mais abaixo tem uma velocidade angular maior , não só porque a distância a ser percorrida é menor, mas também porque sua velocidade orbital é maior.
O método mais eficiente de realizar uma manobra orbital é o uso de uma órbita de transferência de Hohmann : para elevar o apogeu de uma órbita, a propulsão é usada em um ponto a 180° do apogeu. O impulso é exercido na direção do vôo.
Para que o encontro orbital ocorra, as duas naves devem circular no mesmo plano orbital . Mudar o plano orbital é uma manobra muito cara: por exemplo, se um navio é lançado em órbita baixa com uma inclinação orbital de 28° e deve ingressar em uma órbita geoestacionária(inclinação orbital a 0° e altitude de 36.000 quilômetros), deve gastar tanto combustível quanto se quisesse elevar sua órbita até a Lua (altitude 350.000 quilômetros). Se possível, a nave caçadora será colocada em um plano orbital próximo ao caçado. Se uma mudança no plano orbital do caça deve ser realizada, a manobra deve ser realizada onde os planos orbitais dos dois navios se cruzam.

Sequência de um encontro orbital

Um encontro orbital ocorre em várias etapas:

o caça é primeiro colocado em órbita a uma altitude compatível com o navio alvo. Depois, quando a órbita se estabiliza, acontece que as duas máquinas se separam por um arco de círculo, ou seja, uma nave está à frente da outra. É então necessário colocar o caça em uma órbita elíptica para que ele ganhe ou perca uma vantagem sobre o alvo. Diz-se que esta é a órbita de "transferência" .
quando as duas máquinas estão bem próximas (~5 km ), no momento do encontro, a velocidade relativa das duas máquinas deve ser zero. Para fazer isso, um impulso retrógrado deve ser executado (ou seja, na direção oposta ao vetor velocidade). Quando a velocidade relativa das duas máquinas e a distância que as separa é suficientemente baixa, o encontro termina. Se as duas máquinas tiverem que se aproximar, faremos isso simplesmente " empurrando -as" uma contra a outra.
entretanto, para que dois objetos permaneçam permanentemente na mesma órbita, suas velocidades devem ser exatamente as mesmas (velocidade relativa zero). Por exemplo: se um dos dois objetos adquirir 1 m/s de diferença com a outra máquina, no espaço de uma revolução orbital (90 min para a Estação Espacial Internacional ) as duas máquinas estarão separadas por mais de 5 km .
além disso, em órbita, uma aceleração na direção da trajetória gera mecanicamente um aumento de altitude devido à força centrífuga , enquanto, inversamente, uma desaceleração na direção da trajetória gera uma perda de altitude . Assim, quando as duas máquinas estiverem próximas o suficiente, as velocidades tangencial e radial devem ser corrigidas.

Notas e referências

↑ Lei francesa: decreto de 20 de fevereiro de 1995 relativo à terminologia das ciências e técnicas espaciais.
↑ Doug Ward, " Oral History Transcript, James A. McDivitt " , Elk Lake, Michigan, Lyndon B. Johnson Space Center ,29 de junho de 1999 (consultou o27 de janeiro de 2011)
↑ " The Visitors " , On The Shoulders of Titans , NASA (acessado27 de janeiro de 2011)
↑ " Cosmos 186 " , NSSDC Master Catalog NSSDC ID: 1967-105A , NASA ( acessado27 de janeiro de 2011)
↑ Frank O'Brien , " The Apollo Flight Journal " , in Apollo flight journal , NASA , 1995-2017 (acessado em28 de abril de 2018)

Veja também

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links externos

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