Rymden möte

Rymdmöte mellan Gemini 6A och Gemini 7 rymdskepp

En rymdträff , inom astronautik , är ett organiserat möte i rymden mellan rymdfarkoster , eller mellan ett rymdskepp och ett himlaobjekt ^{[ 1 ]} vid noll eller mycket låg relativ hastighet. Om det är ett möte mellan två bemannade rymdfarkoster och de förtöjer till varandra kan det finnas kommunikation mellan de trycksatta utrymmena, vilket kräver tillgång till ett vattentätt luftslusssystem.

Rymdträffen kräver att man genomför komplexa manövrar som måste genomföras på ett minimum av tid utan överdriven förbrukning av den drivmedelsreserv som fortfarande finns tillgänglig. Framgången för en orbital rendezvous beror särskilt på valet av ett startfönster för "jägare"-fartyget som gör det möjligt att placera det i ett omloppsplan nära sitt mål och på en mycket exakt beräkning av de två fartygens positioner och hastigheter . Utvecklingen av orbital rendezvous-tekniken genomförs inom ramen för Gemini-programmet . Syftet med detta är att möjliggöra uppnåendet av mötet i månens omloppsbana som är nödvändigt för framgången av uppdragen i Apollo-programmet.

Den första rymdträffen genomfördes på15 december 1965av astronaut Walter M. Schirra , befälhavare för Gemini 6 , med rymdfarkosten Gemini 7 . Efter detta datum utgjorde mötet och förtöjningsplatserna för amerikanerna det avgörande skedet av expeditionerna till månen ( Apollo missions , 1969-1972). Och sedan 1970-talet har de regelbundet genomförts som en del av tankningsoperationer eller byten av rymdstationsbesättning . Medan sovjeterna föredrog automatiska möten, tillämpliga på obemannade farkoster, anförtrodde NASA ansvaret till besättningarna.

Sedan 2011 är Kina det tredje landet som organiserar möten och dockning med rymdstationer.

Historisk

Strax efter den första flygningen av en man i rymden av Yuri Gagarin12 april 1961, tjänstemän och ingenjörer från de två rymdmakterna på den tiden, Sovjetunionen och USA , fann att förverkligandet av ett ambitiöst rymdprogram krävde behärskning av teknikerna som tillåter två rymdfarkoster att närma sig varandra för att förtöja. Denna teknik blir särskilt viktig för den amerikanska rymdorganisationen NASA när den senare väljer att deltanovember 1962för möteslösningen för månens omloppsbana för sitt Apollo-program . I det här scenariot går två av de tre besättningsmedlemmarna ner på månmarken i ett specialiserat fartyg, Apollo-månmodulen , och när deras uppdrag är avslutat går du tillbaka till omloppsbana ombord på samma modul för att förtöja med huvudfartyget i slutet av en rumslig mötesmanöver. Denna lösning antogs med motvilja av byrån eftersom besättningen kunde dömas ut i händelse av felaktiga manövrar, med tanke på den lilla mängd drivmedel som fanns tillgänglig för att genomföra mötet. Efter detta beslut lanserades Gemini-programmet för att utveckla tekniker för rymdträffar.

Första försöken

1962, när rymdkapplöpningen lanserades mellan amerikanerna och sovjeterna, sköt de senare upp två Vostok -rymdskepp med några timmars mellanrum . Nyheten väckte sensation (här firas av ett sovjetiskt frimärke). Det är dock inte på något sätt ett riktigt möte utan en enkel gruppflygning.

1962 och igen 1963 lanserade Sovjetunionen nästan samtidigt ett par rymdskepp, Vostok 3 och 4 och sedan Vostok 5 och 6 . Bärraketerna fungerar i båda fallen perfekt och de två fartygen följer en nästan identisk bana som gör att de kan närma sig 5 eller 6,5 km från varandra. Detta är fortfarande inte en riktig rymdträff eftersom de två fartygen inte har någon förmåga att manövrera och deras närmande är endast ett resultat av en perfekt synkronisering av de två uppskjutningarna.

Det amerikanska rymdskeppet Gemini har ett framdrivningssystem för manövrering i rymden. Så den23 mars, under Gemini 3 -flygningen , blir Virgil Grissom den första mannen att genomföra en omloppsbyte. de3 juni, försökte hans kollega James McDivitt den första rymdträffen ombord på Gemini 4 . Med hjälp av sina raketmotorer försöker den komma så nära som möjligt det sista steget av Titan II -raketen som placerade den i omloppsbana strax innan. Utan framgång.

de21 augusti, Gemini 5 -astronauterna försöker en liknande operation. Efter två timmars flygning skjuter de ut från baksidan av sitt fartyg en liten enhet som sänder ut radiosignaler, "REP". Gordon Cooper försöker inleda mötesproceduren men ett tryckfall i en av bränslecellerna tvingar honom att avbryta manövern.

Dåtidens astronauter rekryterades bland erfarna testpiloter, men McDivitt och Cooper använde sina flygareflexer medan teknikerna för att styra ett flygplan inte var anpassade till rymdmekanikens regler . Det är därför ingen av dem lyckas uppnå sitt mål ^{[ 2 ]} .

Första dejten

de15 december 1965, Walter Schirra gör den första rymdträffen.

Det första rymdträffen är återigen ett missat möte. de25 oktober 1965, en Agena-raket ska tjäna som mål för rymdfarkosten Gemini 6 , bemannad av Walter Schirra och Thomas Stafford , som ska skjutas upp strax efter den. Flygplanen ger inte bara ett möte utan även en dockning . Men Agena exploderar sex minuter efter start och Gemini 6-uppdraget skjuts upp. de4 december, innan den kunde lyfta på grund av en ny teknisk incident, flög Gemini 7 ut i rymden med Frank Borman och James Lovell ombord. De åker på en lång flygresa: två veckor. Och det var slutligen den 15:e som Schirra och Stafford lyfte i tur och ordning, med uppdraget att komma så nära sina kollegor som möjligt.

Schirra lyckades närma sig Gemini 6 inom 30 cm från Gemini 7 och i tjugo minuter förblev de två rymdfarkosterna i formation och bibehöll detta avstånd. Han skulle senare säga: "Någon sa till mig... om du kommer närmare än 5 km blir det en dejt. Men detta är bara början på arbetet! En träff är bara framgångsrik när den relativa deplacementen för de två fordonen är noll och avståndet mellan de två farkosterna har minskat till mindre än 40 meter. När detta mål har uppnåtts är mötesmanövern en enkel fråga om att behålla positionen: du kan spela med avstånd som om du var i en bil, ett flygplan eller på en skateboard. » ^{[ 3 ]}

Efter detta uppdrag, och med undantag för sällsynta incidenter, kommer alla rymdträffar att följas av förtöjningar . Ett undantag dock ifebruari 1995 : mötet mellan den amerikanska rymdfärjan Discovery och den sovjetiska orbitalstationen Mir ( STS-63- uppdrag ).

Första båtplatser

Huvudartikel: Dockning (astronautik) .

Den första rymddockningen: Gemini 8 och Agena 8, 1966.

de16 mars 1966, lyckades Neil Armstrong med den första dockningen av två maskiner i rymden genom att koppla sin Gemini 8 -rymdfarkost till ett skede av Agena 8-raketen, som sköts upp strax innan. Övriga förtöjningar utförs framgångsrikt mellan juli ochnovember 1966( Gemini flyg 10 till 12 ).

de30 oktober 1967, uppnår sovjeterna det första mötet och den första korsningen mellan två obemannade rymdfarkoster Cosmos 186 och Cosmos 188 ^{[ 4 ]} .

Deras första försök till manuell förtöjning gjordes inoktober 1968av Georgi Beregovoi ombord på Soyuz 3 men den misslyckas med att fästa sig vid den obemannade Soyuz 2-rymdfarkosten . Han närmade sig den med 30 cm innan han gav upp av rädsla för att få slut på bränsle för manövrarna tillbaka till jorden. Det var slutligen Soyuz 4 och 5 som, på16 januari 1969, framgångsrik förtöjning varefter en besättningsöverföring sker med rymdpromenad .

Imaj 1969, Apollo 10 -astronauter genomför framgångsrikt första mötet och dockar i månens omloppsbana. Framgången med deras uppdrag ger grönt ljus till den första landningen av människan på månen, två månader senare ( Apollo 11 -uppdraget ).

Det första mötet mellan två rymdfarkoster som tillhör två olika nationer äger rum den17 juni 1975mellan en Apollo-rymdfarkost och en Soyuz-farkost ( Apollo-Soyuz- projektet ).

Den första dockningen som involverade mer än två farkoster inträffade i januari 1978 när Soyuz 27 landade på rymdstationen Salyut 6 , som Soyuz 26 hade varit kopplad till i en månad.

Orbital rendezvous metoder

Orbital rendezvous mellan två fartyg är begränsad av reglerna för orbital mekanik. Dess utförande är komplext och kräver både tid och en mängd drivmedel som snabbt kan överstiga tillgängliga reserver om manövrarna inte utförs med stor precision. Flera tekniker har utvecklats.

Orbital mekanik

Orbital rendezvous-manövern involverar två fartyg: det jagade skeppet, som i allmänhet inte manövrerar särskilt mycket, och jaktfartyget, som måste ändra sin omloppsbana för att lägga till med det jagade skeppet. Rörelser i omloppsbana är inte föremål för samma lagar som på jordens yta: orbitalmekaniken ställer flera begränsningar ^{[ 5 ]} :

Rotationsperioden för en satellit beror på dess höjd. Varaktigheten av en omloppsbana ökar med höjden.
Denna begränsning används för att tillåta jaktfartyget att komma ikapp det jagade skeppet. Genom att sänka sin höjd minskar jägaren vinkelavståndet med den jagade. Om han har kört om den jagade måste han bara öka sin höjd för att den ska hinna ikapp honom. Fartyget som ligger lägre har en högre vinkelhastighet , inte bara för att avståndet som ska tillryggaläggas är lägre, utan också för att dess omloppshastighet är högre.
Den mest effektiva metoden för att utföra en omloppsmanöver är användningen av en Hohmann Transfer Orbit : för att höja en omloppsbanas apogee, används framdrivning vid en punkt 180° från apogee. Dragkraft utövas i flygriktningen.
För att omloppsträffen ska äga rum måste de två kärlen cirkulera i samma omloppsplan . Att byta omloppsplan är en mycket kostsam manöver: till exempel om ett fartyg sjösätts i låg omloppsbana med en orbital lutning på 28° och det måste ansluta sig till en geostationär omloppsbana(banlutningen vid 0° och höjden 36 000 kilometer) måste den förbruka lika mycket bränsle som om den ville höja sin omloppsbana till månen (höjd 350 000 kilometer). Om möjligt kommer jägarfartyget att placeras på ett orbitalplan nära den jagade. Om en ändring av jaktplanets omloppsplan måste utföras ska manövern utföras där de två fartygens omloppsplan skär varandra.

Sekvens av en orbital rendezvous

En orbital rendezvous äger rum i flera steg:

stridsfarkosten sätts först i omloppsbana på en höjd som är kompatibel med målfartyget. Sedan när omloppsbanan är stabiliserad händer det att de två maskinerna är åtskilda av en cirkelbåge, det vill säga att det ena fartyget ligger före det andra. Det är då nödvändigt att placera stridsfarkosten i en elliptisk bana så att den får eller förlorar en ledning på målfarkosten. Detta sägs vara "överföringsbanan" .
när de två maskinerna är ganska nära (~5 km ), vid tiden för mötet, måste den relativa hastigheten för de två maskinerna vara noll. För att göra detta måste en retrograd dragkraft utföras (det vill säga i motsatt riktning mot hastighetsvektorn). När den relativa hastigheten för de två maskinerna och avståndet som skiljer dem åt är tillräckligt lågt, är mötet över. Om de två maskinerna måste komma närmare kommer vi att göra det helt enkelt genom att " skjuta " dem mot varandra.
men för att två objekt ska förbli permanent i samma omloppsbana måste deras hastigheter vara exakt samma (noll relativ hastighet). Till exempel: om ett av de två objekten får en skillnad på 1 m/s med den andra maskinen, inom loppet av ett omloppsvarv (90 min för den internationella rymdstationen ) kommer de två maskinerna att separeras med mer än 5 km .
dessutom, i omloppsbana, genererar en acceleration i banans riktning mekaniskt en ökning av höjden på grund av centrifugalkraften , medan omvänt en avmattning i banans riktning genererar en höjdförlust . Så när de två maskinerna är tillräckligt nära måste den tangentiella och radiella hastigheten korrigeras.

Anteckningar och referenser

↑ Fransk lag: dekret av den 20 februari 1995 om terminologin för rymdvetenskap och rymdteknik.
↑ Doug Ward, " Oral History Transcript, James A. McDivitt " , Elk Lake, Michigan, Lyndon B. Johnson Space Center ,29 juni 1999 (konsulterade27 januari 2011)
↑ " The Visitors " , On The Shoulders of Titans , NASA (tillgänglig27 januari 2011)
↑ " Cosmos 186 " , NSSDC Master Catalogue NSSDC ID: 1967-105A , NASA ( nås27 januari 2011)
↑ Frank O'Brien , " The Apollo Flight Journal " , i Apollo flight journal , NASA , 1995-2017 (tillgänglig på28 april 2018)

Se också

Om andra Wikimedia-projekt:

Space rendezvous , på Wikimedia Commons

Relaterade artiklar

externa länkar

Astronautikportal