Întâlnire spațială

Întâlnire spațială între navele spațiale Gemini 6A și Gemini 7

O întâlnire spațială , în astronautică , este o întâlnire organizată în spațiu între nave spațiale sau între o navă spațială și un obiect ceresc [ 1 ] la viteză relativă zero sau foarte mică. Dacă este o întâlnire între două nave spațiale cu echipaj și se acostează una pe cealaltă, poate exista o comunicare între spațiile presurizate, ceea ce necesită disponibilitatea unui sistem de blocare etanș la apă.

Intalnirea spatiala necesita efectuarea unor manevre complexe care trebuie finalizate intr-un timp minim fara consumarea excesiva a rezervei de propulsoare inca disponibile. Succesul unei întâlniri orbitale depinde în special de alegerea unei ferestre de lansare pentru vasul „vânător” care să permită plasarea acesteia într-un plan orbital aproape de ținta sa și de un calcul foarte precis al pozițiilor și vitezei celor două nave. . Dezvoltarea tehnicii de întâlnire orbitală se realizează în cadrul programului Gemini . Obiectivul acesteia este de a permite realizarea rendezvous-ului pe orbită lunară necesar pentru succesul misiunilor programului Apollo..

Prima întâlnire spațială a fost efectuată pede astronautul Walter M. Schirra , comandantul Gemini 6 , cu nava spatiala Gemini 7 . După această dată, întâlnirile și acostele au constituit pentru americani etapa decisivă a expedițiilor pe Lună ( misiuni Apollo , 1969-1972). Și din anii 1970, acestea au fost efectuate în mod regulat ca parte a operațiunilor de realimentare sau a schimbărilor echipajului stației spațiale . În timp ce sovieticii au preferat întâlnirile automate, aplicabile ambarcațiunilor fără pilot, NASA a încredințat responsabilitatea echipajelor.

Din 2011, China este a treia națiune care organizează întâlniri și andocare cu stațiile spațiale.

Istoric

La scurt timp după primul zbor al unui om în spațiu de Yuri Gagarin, oficialii și inginerii celor două puteri spațiale ale vremii, Uniunea Sovietică și Statele Unite , au constatat că realizarea unui program spațial ambițios necesita stăpânirea tehnicilor care să permită a două nave spațiale să se apropie una de cealaltă pentru a ancora. Această tehnică devine deosebit de esențială pentru agenția spațială americană, NASA , atunci când aceasta din urmă se înscriepentru soluția de întâlnire a orbitei lunare pentru programul său Apollo . În acest scenariu, doi dintre cei trei membri ai echipajului coboară pe sol lunar într-o navă specializată, modulul lunar Apollo , apoi, odată ce misiunea lor este finalizată, se întorc pe orbită la bordul acestui modul pentru a ancora cu nava principală la sfârșitul lui. o manevră de întâlnire spaţială. Această soluție a fost adoptată cu reticență de către agenție deoarece echipajul putea fi condamnat în cazul unor manevre eronate, având în vedere cantitatea mică de propulsor disponibilă pentru efectuarea întâlnirii. În urma acestei decizii, a fost lansat programul Gemini pentru dezvoltarea tehnicilor de întâlnire în spațiu.

Primele încercări

În 1962, când cursa spațială a fost lansată între americani și sovietici, aceștia din urmă au lansat două nave spațiale Vostok la câteva ore distanță . Vestea a făcut furori (aici comemorată de un timbru poștal sovietic). Cu toate acestea, nu este nicidecum o întâlnire reală, ci un simplu zbor grupat.

În 1962 și din nou în 1963, Uniunea Sovietică a lansat aproape simultan o pereche de nave spațiale, Vostok 3 și 4 și apoi Vostok 5 și 6 . Lansatoarele în ambele cazuri funcționează perfect și cele două nave urmează o orbită aproape identică care le permite să se apropie la 5 sau 6,5  km una de cealaltă. Acesta nu este încă un adevărat rendez-vous spațial deoarece cele două nave nu au capacitate de manevră și apropierea lor rezultă doar dintr-o sincronizare perfectă a celor două lansări.

Nava spațială americană Gemini are un sistem de propulsie pentru manevrarea în spațiu. Asa ca, în timpul zborului Gemini 3 , Virgil Grissom devine primul om care a efectuat o schimbare de orbită. cel, colegul său James McDivitt a încercat prima manevră de întâlnire în spațiu la bordul Gemini 4 . Folosind motoarele sale de rachetă, încearcă să se apropie cât mai mult de ultima etapă a rachetei Titan II care a pus-o pe orbită cu puțin timp înainte. Fara succes.

cel, astronauții Gemeni 5 încearcă o operațiune similară. După două ore de zbor, ei ejectează din spatele navei lor un mic dispozitiv care emite semnale radio, „REP”. Gordon Cooper încearcă să inițieze procedura de întâlnire, dar o scădere a presiunii într-una dintre celulele de combustie îl obligă să anuleze manevra.

Astronauții vremii au fost recrutați dintre piloți de testare experimentați, dar McDivitt și Cooper și-au folosit reflexele de aviator, în timp ce tehnicile de pilotare a unui avion nu erau adaptate la regulile mecanicii spațiale . Acesta este motivul pentru care niciuna dintre ele nu reușește să își atingă obiectivul [ 2 ] .

Prima intalnire

cel, Walter Schirra face prima întâlnire în spațiu.

Prima întâlnire spațială este din nou o întâlnire ratată. cel, o rachetă Agena urmează să servească drept țintă pentru nava spațială Gemini 6 , condusă de Walter Schirra și Thomas Stafford , care urmează să fie lansată la scurt timp după ea. Planul de zbor prevede nu numai o întâlnire, ci și o andocare . Dar Agena explodează la șase minute după decolare și misiunea Gemini 6 este amânată. cel, înainte de a putea decola din cauza unui nou incident tehnic, Gemini 7 a zburat în spațiu cu Frank Borman și James Lovell la bord. Pleacă pentru un zbor lung: două săptămâni. Și în cele din urmă a fost pe 15 când Schirra și Stafford au decolat pe rând, cu misiunea de a se apropia cât mai mult de colegii lor.

Schirra a reușit să se apropie de Gemini 6 la 30  cm de Gemini 7 și timp de douăzeci de minute cele două nave spațiale au rămas în formație menținând această distanță. Mai târziu avea să spună: „Cineva mi-a spus... dacă te apropii de mai puțin de 5  km , va fi o întâlnire. Dar acesta este doar începutul lucrării! O întâlnire are succes doar atunci când deplasarea relativă a celor două vehicule este zero și distanța dintre cele două ambarcațiuni a fost redusă la mai puțin de 40 de metri. Odată atins acest obiectiv, manevra rendezvous este o simplă chestiune de menținere a poziției: te poți juca cu distanța ca și cum ai fi într-o mașină, un avion sau pe un skateboard. » [ 3 ]

După această misiune, și cu excepția unor incidente rare, toate întâlnirile în spațiu vor fi urmate de acostare . O excepție, însă, în : întâlnirea dintre naveta spațială americană Discovery și stația orbitală sovietică Mir ( misiunea STS-63 ).

Primele acostare

Articolul principal: Andocare (astronautică) .
Prima andocare spațială: Gemini 8 și Agena 8, în 1966.

cel, Neil Armstrong a reușit prima andocare a două mașini în spațiu prin cuplarea navei sale Gemini 8 la o etapă a rachetei Agena 8, lansată cu puțin timp înainte. Alte acostare se execută cu succes în perioada iulie și( Zborurile Gemeni de la 10 la 12 ).

cel, sovieticii realizează prima întâlnire și prima joncțiune între două nave spațiale fără pilot Cosmos 186 și Cosmos 188 [ 4 ] .

Prima lor încercare de acostare manuală a fost încercată înde Georgi Beregovoi la bordul Soyuz 3 , dar nu reușește să se atașeze de nava spațială fără pilot Soyuz 2 . S-a apropiat de el cu 30 de  cm înainte de a renunța de teamă să nu rămână fără combustibil pentru manevrele înapoi pe Pământ. În cele din urmă a fost Soyuz 4 și 5 care, pe, acostare cu succes dupa care are loc un transfer de echipaj prin plimbare spatiala .

În, astronauții Apollo 10 au finalizat cu succes prima întâlnire și andocare pe orbita lunii. Succesul misiunii lor dă undă verde primei aterizări a omului pe Lună, două luni mai târziu ( misiunea Apollo 11 ).

Prima întâlnire între două nave spațiale aparținând a două națiuni diferite are locîntre o navă spațială Apollo și o navă spațială Soyuz ( proiectul Apollo-Soyuz ).

Prima andocare care a implicat mai mult de două ambarcațiuni a avut loc în ianuarie 1978, când Soyuz 27 a aterizat pe stația spațială Salyut 6 , la care Soyuz 26 a fost atașat timp de o lună.

Metode de întâlnire orbitală

Întâlnirea orbitală dintre două nave este constrânsă de regulile mecanicii orbitale. Execuția sa este complexă și necesită atât timp cât și o cantitate de propulsor care poate depăși rapid rezervele disponibile dacă manevrele nu sunt efectuate cu mare precizie. Au fost dezvoltate mai multe tehnici.

Mecanica orbitală

Manevra de întâlnire orbitală implică două nave: nava urmărită, care în general nu manevrează foarte mult, și nava vânătoare, care trebuie să își schimbe orbita pentru a se andoca cu nava urmărită. Mișcările pe orbită nu sunt supuse acelorași legi ca pe suprafața Pământului: mecanica orbitală impune mai multe constrângeri [ 5 ]  :

  • Perioada de revoluție a unui satelit depinde de altitudinea acestuia. Durata unei orbite crește odată cu altitudinea.
  • Această constrângere este folosită pentru a permite navei vânătorului să ajungă din urmă nava urmărită. Prin scăderea altitudinii sale, vânătorul scade distanța unghiulară cu cel vânat. Dacă l-a depășit pe cel vânat, trebuie doar să-și crească altitudinea pentru ca acesta să-l ajungă din urmă. Vasul situat mai jos are o viteză unghiulară mai mare , nu numai pentru că distanța de parcurs este mai mică, ci și pentru că viteza sa orbitală este mai mare.
  • Cea mai eficientă metodă de a efectua o manevră orbitală este utilizarea unei orbite de transfer Hohmann : pentru a ridica apogeul unei orbite, propulsia este utilizată într-un punct la 180° față de apogeu. Impingerea se exercită în direcția zborului.
  • Pentru ca întâlnirea orbitală să aibă loc, cele două vase trebuie să circule în același plan orbital . Schimbarea planului orbital este o manevră foarte costisitoare: de exemplu, dacă o navă este lansată pe orbită joasă cu o înclinație orbitală de 28° și trebuie să se alăture unei orbite geostaționare(înclinație orbitală la 0° și altitudine de 36.000 de kilometri), trebuie să consume la fel de mult combustibil ca și cum ar fi vrut să-și ridice orbita către Lună (altitudine de 350.000 de kilometri). Dacă este posibil, nava vânătoare va fi plasată pe un plan orbital aproape de cel vânat. Dacă trebuie efectuată o modificare a planului orbital al luptătorului, manevra trebuie efectuată acolo unde se intersectează planurile orbitale ale celor două nave.

Secvența unei întâlniri orbitale

O întâlnire orbitală are loc în mai multe etape:

  • nava de luptă este mai întâi pusă pe orbită la o altitudine compatibilă cu nava țintă. Apoi, când orbita este stabilizată, se întâmplă ca cele două mașini să fie separate printr-un arc de cerc, adică o navă să fie înaintea celeilalte. Apoi este necesar să plasați ambarcațiunea de luptă pe o orbită eliptică, astfel încât să câștige sau să piardă un avans pe ambarcațiunea țintă. Se spune că aceasta este orbita de „transfer” .
  • când cele două mașini sunt destul de aproape (~5  km ), la momentul întâlnirii, viteza relativă a celor două mașini trebuie să fie zero. Pentru a face acest lucru, trebuie efectuată o împingere retrogradă (adică în direcția opusă vectorului viteză). Când viteza relativă a celor două mașini și distanța care le separă sunt suficient de mici, întâlnirea s-a încheiat. Dacă cele două mașini trebuie să se apropie, o vom face pur și simplu „ împingându -le” una spre alta.
  • totuși, pentru ca două obiecte să rămână permanent pe aceeași orbită, vitezele lor trebuie să fie exact aceleași (viteză relativă zero). De exemplu: dacă unul dintre cele două obiecte capătă o diferență de 1  m/s față de cealaltă mașină, în spațiul unei revoluții orbitale (90 min pentru Stația Spațială Internațională ) cele două mașini vor fi separate cu mai mult de 5  km .
  • în plus, pe orbită, o accelerare în direcția traiectoriei generează mecanic o creștere a altitudinii datorită forței centrifuge , în timp ce, invers, o încetinire a direcției traiectoriei generează o pierdere de altitudine. Deci, odată ce cele două mașini sunt suficient de apropiate, viteza tangențială și radială trebuie corectată.

Note și referințe

  1. ↑ Legea franceză: decret din 20 februarie 1995 privind terminologia științelor și tehnicilor spațiale.
  2. ↑ Doug Ward, " Oral  History Transcript, James A. McDivitt  " , Elk Lake, Michigan, Lyndon B. Johnson Space Center , (a consultat)
  3. ↑ „ The Visitors ”  , On The  Shoulders of Titans , NASA (accesat)
  4. ↑ " Cosmos 186 "  , NSSDC Master Catalog NSSDC ID: 1967-105A  , NASA ( accesat)
  5. ↑ Frank O'Brien , "  The Apollo Flight Journal  " , în Apollo flight journal , NASA , 1995-2017 (accesat pe)

Vezi și tu

În alte proiecte Wikimedia:

Articole similare

linkuri externe