นัดพบอวกาศ

การนัดพบในอวกาศระหว่าง ยานอวกาศ Gemini 6Aและ Gemini 7

การนัดพบในอวกาศ ในทางวิทยาศาต ร์ คือ การเผชิญหน้าอย่างเป็นระเบียบในอวกาศระหว่างยานอวกาศหรือระหว่างยานอวกาศกับวัตถุท้องฟ้า[ 1 ]ที่ความเร็วสัมพัทธ์เป็นศูนย์หรือต่ำมาก หากเป็นการนัดพบระหว่างยานอวกาศที่มีคนขับสองคนและจอดเทียบท่ากัน อาจมีการสื่อสารระหว่างช่องว่างที่มีแรงดัน ซึ่งจำเป็นต้องมีระบบล็อคอากาศแบบกันน้ำ

การนัดพบในอวกาศจำเป็นต้องมีการซ้อมรบที่ซับซ้อนซึ่งจะต้องเสร็จสิ้นในเวลาขั้นต่ำโดยไม่ต้องใช้เชื้อเพลิง สำรอง มาก เกินไป ความสำเร็จของการนัดพบในวงโคจรขึ้นอยู่กับการเลือกหน้าต่างปล่อยสำหรับ ยาน "ฮันเตอร์" ซึ่งทำให้สามารถวางยานในระนาบวงโคจรใกล้กับเป้าหมาย และการคำนวณตำแหน่งและความเร็วของยานทั้งสองลำได้อย่างแม่นยำมาก . การพัฒนาเทคนิคการนัดพบในวงโคจรนั้นดำเนินการภายใต้กรอบของโปรแกรมราศีเมถุน วัตถุประสงค์ของสิ่งนี้คือเพื่อให้การนัดพบในวงโคจรของดวงจันทร์ บรรลุผลสำเร็จซึ่ง จำเป็นสำหรับความสำเร็จของภารกิจของโครงการอพอลโล.

การนัดพบอวกาศครั้งแรกได้ดำเนินไปโดยนักบินอวกาศWalter M. Schirraผู้บัญชาการของGemini 6 กับ ยานอวกาศGemini 7 หลังจากวันที่ดังกล่าว การนัดพบและการจอดเรือถือเป็นขั้นตอนชี้ขาดของการเดินทางสู่ดวงจันทร์สำหรับชาวอเมริกัน ( ภารกิจ อพอลโลพ.ศ. 2512-2515) และตั้งแต่ทศวรรษ 1970 เป็นต้นมา มีการดำเนินการอย่างสม่ำเสมอโดยเป็นส่วนหนึ่งของปฏิบัติการเติมเชื้อเพลิงหรือ การเปลี่ยนแปลงลูกเรือ ของสถานีอวกาศ ในขณะที่โซเวียตชอบการนัดพบอัตโนมัติซึ่งใช้กับยานไร้คนขับ NASA ได้มอบหมายความรับผิดชอบให้กับลูกเรือ

ตั้งแต่ปี 2554 จีนเป็นประเทศที่สามที่จัดการนัดพบและเทียบท่ากับสถานีอวกาศ

ประวัติศาสตร์

ไม่นานหลังจากมนุษย์ขึ้นบินในอวกาศครั้งแรก โดยยูริ กาการินเจ้าหน้าที่และวิศวกรของมหาอำนาจด้านอวกาศสองแห่งในเวลานั้น คือสหภาพโซเวียตและสหรัฐอเมริกาพบว่าการบรรลุโครงการอวกาศอันทะเยอทะยานนั้นจำเป็นต้องมีความชำนาญในเทคนิคที่ช่วยให้ยานอวกาศสองลำเข้าใกล้กันและจอดเทียบกัน เทคนิคนี้กลายเป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับองค์การอวกาศของอเมริกาอย่างNASAเมื่อหน่วยงานหลังเลือกใช้สำหรับการ แก้ปัญหาการ โคจรรอบดวงจันทร์สำหรับโปรแกรมอพอลโล ในสถานการณ์สมมตินี้ ลูกเรือ 2 ใน 3 คนลงไปบนพื้นดวงจันทร์ด้วยยานเฉพาะของApollo Lunar Moduleจากนั้นเมื่อภารกิจของพวกเขาเสร็จสิ้น ให้กลับเข้าสู่วงโคจรบนยานโมดูลเดียวกันนี้เพื่อเทียบท่ากับยานหลักที่ส่วนท้ายของยาน การซ้อมรบนัดพบเชิงพื้นที่ วิธีแก้ปัญหานี้ถูกนำมาใช้โดยไม่เต็มใจโดยหน่วยงาน เนื่องจากลูกเรืออาจถูกประณามในกรณีที่มีการซ้อมรบที่ผิดพลาด เนื่องจากมีจรวดจำนวนเล็กน้อยสำหรับดำเนินการนัดพบ หลังจากการตัดสินใจนี้โครงการ Geminiได้เปิดตัวเพื่อพัฒนาเทคนิคการนัดพบในอวกาศ

ความพยายามครั้งแรก

ในปี พ.ศ. 2505 เมื่อมีการเปิดตัวการแข่งขันทางอวกาศระหว่างชาวอเมริกันและโซเวียต ยานอวกาศ Vostok สองลำได้เปิดตัวห่าง กัน ไม่กี่ชั่วโมง ข่าวดังกล่าวทำให้เกิดความรู้สึก (ที่นี่เป็นที่ระลึกถึงแสตมป์โซเวียต) อย่างไรก็ตาม มันไม่ใช่การประชุมจริง แต่เป็นการบินแบบกลุ่มธรรมดา

ในปี พ.ศ. 2505 และอีกครั้งในปี พ.ศ. 2506 สหภาพโซเวียตได้เปิดตัวยานอวกาศคู่หนึ่งเกือบพร้อมๆ กัน นั่นคือวอสตอค 3 และ 4 และ ตาม มาด้วยวอสตอค 5 และ 6 แท่นยิงในทั้งสองกรณีทำงานได้อย่างสมบูรณ์ และเรือทั้งสองลำโคจรตามวงโคจรเกือบเท่ากัน ซึ่งทำให้พวกมันเข้าใกล้กันได้ในระยะ 5 หรือ 6.5  กม.จากกันและกัน นี่ยังไม่ใช่การนัดพบในอวกาศจริง เนื่องจากเรือทั้งสองลำไม่มีความสามารถในการหลบหลีก และการสร้างสายสัมพันธ์เป็นผลจากการประสานที่สมบูรณ์แบบของการปล่อยทั้งสองลำเท่านั้น

ยานอวกาศ Geminiของอเมริกามีระบบขับเคลื่อนสำหรับการหลบหลีกในอวกาศ ดังนั้นระหว่างการบินGemini 3 Virgil Grissomกลายเป็นชายคนแรกที่ทำการเปลี่ยนวงโคจร เดอะเพื่อนร่วมงานของเขาJames McDivitt พยายาม วางแผนการนัดพบในอวกาศครั้งแรกบนเรือGemini 4 ด้วยการใช้เครื่องยนต์จรวด พยายามเข้าใกล้ระยะสุดท้ายของ จรวด Titan II ให้ได้มากที่สุด ซึ่งวางไว้ในวงโคจรก่อนหน้านั้นไม่นาน ปราศจากความสำเร็จ.

เดอะนักบินอวกาศGemini 5พยายามดำเนินการที่คล้ายกัน หลังจากบินได้สองชั่วโมง พวกมันดีดตัวออกจากท้ายเรือด้วยอุปกรณ์ขนาดเล็กที่ส่งสัญญาณวิทยุที่เรียกว่า "REP" กอร์ดอน คูเปอร์พยายามเริ่มขั้นตอนการนัดพบ แต่แรงดันที่ลดลงในเซลล์เชื้อเพลิง ตัวใดตัวหนึ่ง บังคับให้เขาต้องยกเลิกการซ้อมรบ

นักบินอวกาศในยุคนั้นได้รับการคัดเลือกจากนักบินทดสอบที่มีประสบการณ์ แต่แมคดิวิตต์และคูเปอร์ใช้ปฏิกิริยาตอบสนองของนักบิน ในขณะที่เทคนิคการขับเครื่องบินไม่ได้ปรับให้เข้ากับกฎของกลศาสตร์อวกาศ ด้วยเหตุนี้จึงไม่มีใครสามารถบรรลุวัตถุประสงค์ได้ [ 2 ]

เดทแรก

เดอะWalter Schirraทำการนัดพบในอวกาศครั้งแรก

การนัดพบในอวกาศครั้งแรกเป็นการนัดพบที่พลาดไปอีกครั้ง เดอะจรวดAgenaจะทำหน้าที่เป็นเป้าหมายสำหรับ ยานอวกาศ Gemini 6ซึ่งควบคุมโดยWalter SchirraและThomas Staffordซึ่งจะเปิดตัวหลังจากนั้นไม่นาน แผนการบินไม่ได้มีไว้สำหรับการนัดพบเท่านั้น แต่ยังรวมถึงการเทียบท่าด้วย แต่ Agena ระเบิดหกนาทีหลังจากเครื่องขึ้นและภารกิจ Gemini 6 ถูกเลื่อนออกไป เดอะก่อนที่จะบินขึ้นได้เนื่องจากเหตุการณ์ทางเทคนิคใหม่Gemini 7ได้บินขึ้นสู่อวกาศโดยมีFrank BormanและJames Lovellอยู่บน ยาน พวกเขาออกเดินทางเป็นเวลานาน: สองสัปดาห์ และในที่สุดในวันที่ 15 Schirra และ Stafford ก็ออกเดินทางตามลำดับ โดยมีภารกิจในการเข้าใกล้เพื่อนร่วมงานให้ได้มากที่สุด

Schirra ประสบความสำเร็จในการเข้าใกล้ Gemini 6 ภายในระยะ 30  ซม.จาก Gemini 7 และเป็นเวลา 20 นาทีที่ยานอวกาศทั้งสองยังคงอยู่ในขบวนโดยรักษาระยะห่างนี้ไว้ เขาจะพูดว่า: "มีคนบอกฉันว่า... ถ้าคุณเข้าไปใกล้กว่า 5  กม.มันจะเป็นวันที่ แต่นี่เป็นเพียงจุดเริ่มต้นของงานเท่านั้น! การนัดพบจะประสบความสำเร็จก็ต่อเมื่อการกระจัดสัมพัทธ์ของยานพาหนะสองคันเป็นศูนย์ และระยะห่างระหว่างยานทั้งสองลดลงเหลือน้อยกว่า 40 เมตร เมื่อบรรลุวัตถุประสงค์นี้ การซ้อมรบนัดพบก็เป็นเรื่องง่ายในการรักษาตำแหน่ง: คุณสามารถเล่นด้วยระยะทางราวกับว่าคุณอยู่ในรถ เครื่องบิน หรือบนสเก็ตบอร์ด » [ 3 ]

หลังจากภารกิจนี้และยกเว้นเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นได้ยาก การนัดพบในอวกาศทั้งหมดจะตามมาด้วยการจอดเรือ อย่างไรก็ตามข้อยกเว้นใน : การนัดพบระหว่างกระสวยอวกาศอเมริกัน ดิ สคัฟเวอรี และสถานีโคจรของโซเวียต มี ร์ ( ภารกิจ STS-63 )

ท่าจอดเรือแรก

ดูบทความหลักที่: การ เทียบท่า (วิทยาศาสตร์การบิน )
การเทียบท่าอวกาศครั้งแรก: Gemini 8 และ Agena 8 ในปี 1966

เดอะนีล อาร์มสตรองประสบความสำเร็จในการเชื่อมต่อเครื่องจักรสองเครื่องในอวกาศเป็นครั้งแรก โดยการเชื่อมต่อ ยานอวกาศ Gemini 8 ของเขา เข้ากับระยะของ จรวด Agena 8 ซึ่งเปิดตัวก่อนหน้านั้นไม่นาน ท่าจอดเรืออื่น ๆ ดำเนินการได้สำเร็จระหว่างเดือนกรกฎาคมถึง( ราศีเมถุนเที่ยวบิน 10 ถึง12 )

เดอะโซเวียตบรรลุการนัดพบครั้งแรกและจุดเชื่อมต่อแรกระหว่างยานอวกาศไร้คนขับคอสมอส 186และ คอสมอ ส 188 [ 4 ]

มีความพยายามครั้งแรกในการจอดเรือด้วยตนเองโดยGeorgi Beregovoiบนยาน Soyuz 3แต่ไม่สามารถติดตัวเองกับยานอวกาศ Soyuz 2 ที่ไร้คนขับ ได้ เขาเข้าใกล้มันประมาณ 30  ซม.ก่อนที่จะยอมแพ้เพราะกลัวว่าเชื้อเพลิงจะหมดสำหรับการซ้อมรบกลับสู่โลก ในที่สุดมันก็เป็นSoyuz 4และ5ซึ่งเปิดจอดเรือสำเร็จหลังจากนั้นมีการถ่ายโอนลูกเรือโดย spacewalk

ในนักบินอวกาศอพอลโล 10ประสบความสำเร็จในการนัดพบครั้งแรกและเทียบท่าในวงโคจรของดวงจันทร์ ความสำเร็จของภารกิจของพวกเขาทำให้ไฟเขียวแก่การลงจอดครั้งแรกของมนุษย์บนดวงจันทร์ในอีกสองเดือนต่อมา ( ภารกิจ Apollo 11 )

การนัดพบครั้งแรกระหว่างยานอวกาศสองลำที่เป็นของสองประเทศที่แตกต่างกันนั้นเกิดขึ้นในวันที่ระหว่างยานอวกาศ Apollo และยานอวกาศ Soyuz ( โครงการ Apollo-Soyuz )

การเทียบท่าครั้งแรกที่เกี่ยวข้องกับยานมากกว่าสองลำเกิดขึ้นในเดือนมกราคม พ.ศ. 2521 เมื่อยานโซยุซ 27 ลงจอดบนสถานีอวกาศซัลยุต 6 ซึ่งยานโซยุซ 26ติดอยู่เป็นเวลาหนึ่งเดือน

วิธีการนัดพบในวงโคจร

การนัดพบในวงโคจรระหว่างยานสองลำถูกจำกัดโดยกฎของกลศาสตร์การโคจร การดำเนินการมีความซับซ้อนและต้องใช้ทั้งเวลาและปริมาณของเชื้อเพลิงขับเคลื่อน ซึ่งอาจเกินปริมาณสำรองที่มีอยู่ได้อย่างรวดเร็ว หากการซ้อมรบไม่ได้รับความแม่นยำมากนัก มีการพัฒนาเทคนิคหลายอย่าง

กลศาสตร์วงโคจร

การซ้อมรบในวงโคจรเกี่ยวข้องกับเรือ 2 ลำ: เรือที่ถูกไล่ล่าซึ่งโดยทั่วไปจะไม่เคลื่อนที่มากนัก และเรือนักล่าซึ่งต้องเปลี่ยนวงโคจรเพื่อเทียบท่ากับยานที่ถูกไล่ล่า การเคลื่อนที่ในวงโคจรไม่อยู่ภายใต้กฎเดียวกันกับบนพื้นผิวโลก: กลศาสตร์วงโคจรมีข้อจำกัดหลายประการ[ 5 ]  :

  • ระยะเวลาของการปฏิวัติของดาวเทียมขึ้นอยู่กับระดับความสูง ระยะเวลาของการโคจรจะเพิ่มขึ้นตามระดับความสูง
  • ข้อ จำกัด นี้ใช้เพื่อให้เรือนักล่าสามารถไล่ตามเรือที่ถูกไล่ล่าได้ โดยการลดระดับความสูง ผู้ล่าจะลดระยะเชิงมุมลงพร้อมกับผู้ถูกล่า หากเขาตามทันผู้ล่า เขาแค่ต้องเพิ่มระดับความสูงเพื่อให้ไล่ตามทัน เรือที่อยู่ด้านล่างมี ความเร็ว เชิงมุมสูงกว่าไม่เพียงเพราะระยะทางที่จะเดินทางน้อยกว่า แต่ยังเป็นเพราะความเร็วในวงโคจรสูงกว่าด้วย
  • วิธีที่มีประสิทธิภาพที่สุดในการดำเนินการเคลื่อนวงโคจรคือการใช้ Hohmann Transfer Orbit : เพื่อยกระดับจุดสูงสุดของวงโคจร แรงขับจะใช้ที่จุด 180° จากจุดยอด แรงขับออกไปในทิศทางการบิน
  • เพื่อให้การนัดพบในวงโคจรเกิดขึ้น เรือทั้งสองลำจะต้องโคจรมาอยู่ในระนาบวงโคจรเดียวกัน การเปลี่ยนระนาบวงโคจรเป็นการซ้อมรบที่มีค่าใช้จ่ายสูง ตัวอย่างเช่น หากยานถูกปล่อยขึ้นสู่วงโคจรต่ำโดยมีความเอียงของวงโคจร 28° และต้องเข้าร่วมวงโคจรค้างฟ้า(ความเอียงของวงโคจรที่ 0° และระดับความสูง 36,000 กิโลเมตร) จะต้องใช้เชื้อเพลิงมากเท่ากับว่าต้องการยกระดับวงโคจรให้ไปถึงดวงจันทร์ (ความสูง 350,000 กิโลเมตร) หากเป็นไปได้ เรือนักล่าจะถูกวางบนระนาบวงโคจรใกล้กับผู้ถูกล่า หากต้องเปลี่ยนระนาบวงโคจรของเครื่องบินขับไล่ จะต้องดำเนินการในที่ระนาบวงโคจรของเรือรบสองลำตัดกัน

ลำดับของการโคจรมาพบกัน

การนัดพบในวงโคจรเกิดขึ้นในหลายขั้นตอน:

  • ยานขับไล่ขึ้นสู่วงโคจรในระดับความสูงที่เข้ากันได้กับยานเป้าหมาย จากนั้นเมื่อวงโคจรคงที่ เครื่องจักรทั้งสองจะถูกแยกออกจากกันโดยส่วนโค้งของวงกลม กล่าวคือมีลำหนึ่งนำหน้าอีกลำหนึ่ง จากนั้นจำเป็นต้องวางยานขับไล่ในวงโคจรวงรีเพื่อให้ยานได้รับหรือเสียคะแนนนำบนยานเป้าหมาย นี่คือ วงโคจร " ถ่ายโอน"
  • เมื่อเครื่องจักรทั้งสองอยู่ใกล้กัน (ประมาณ 5  กม. ) ในเวลานัดพบความเร็วสัมพัทธ์ของเครื่องจักรทั้งสองจะต้องเป็นศูนย์ ในการทำเช่นนี้จะต้องดำเนินการถอยหลังเข้าคลอง (นั่นคือพูดในทิศทางตรงกันข้ามกับเวกเตอร์ความเร็ว) เมื่อความเร็วสัมพัทธ์ของเครื่องจักรทั้งสองและระยะห่างระหว่างกันต่ำพอ การนัดพบก็จบลง หากเครื่องจักรทั้งสองต้องเข้ามาใกล้กัน เราจะทำได้ง่ายๆ โดย " ดัน " ให้เข้าหากัน
  • อย่างไรก็ตาม เพื่อให้วัตถุสองชิ้นอยู่ในวงโคจรเดียวกันอย่างถาวร ความเร็วของวัตถุทั้งสองจะต้องเท่ากันทุกประการ (ความเร็วสัมพัทธ์เป็นศูนย์) ตัวอย่างเช่น: หากหนึ่งในสองวัตถุได้รับ ความแตกต่าง 1  m/sกับอีกเครื่องหนึ่ง ในอวกาศของการหมุนรอบวงโคจร (90 นาทีสำหรับสถานีอวกาศนานาชาติ ) เครื่องทั้งสองจะถูกแยกออกจากกันมากกว่า 5  กม .
  • ยิ่งกว่านั้น ในวงโคจร การเร่งความเร็วในทิศทางของวิถีโคจรจะสร้างระดับความสูงขึ้นโดยอัตโนมัติเนื่องจากแรงหนีศูนย์กลางในขณะที่ในทางกลับกัน การชะลอตัวลงในทิศทางของวิถีโคจรทำให้สูญเสียระดับความสูง ดังนั้นเมื่อเครื่องจักรทั้งสองเข้าใกล้กันเพียงพอ จะต้องแก้ไขความเร็วแนวสัมผัสและแนวรัศมี

หมายเหตุและการอ้างอิง

  1. ↑ กฎหมายฝรั่งเศส: กฤษฎีกาลงวันที่ 20 กุมภาพันธ์ พ.ศ. 2538 เกี่ยวกับศัพท์เฉพาะของวิทยาศาสตร์และเทคนิคอวกาศ
  2. ↑ Doug Ward, " Oral  History Transcript, James A. McDivitt  " , Elk Lake, Michigan, Lyndon B. Johnson Space Center , (ปรึกษา)
  3. ↑ " ผู้มาเยือน "  , On The  Shoulders of Titans , NASA (เข้าถึง แล้ว)
  4. ↑ " Cosmos 186 "  , NSSDC Master Catalog NSSDC ID: 1967-105A  , NASA ( เข้าถึง)
  5. ↑ Frank O'Brien , "  The Apollo Flight Journal  " , ในApollo flight Journal , NASA , 1995-2017 (เข้าถึงได้จาก)

ดูเช่นกัน

ในโครงการวิกิมีเดียอื่นๆ:

บทความที่เกี่ยวข้อง

ลิงก์ภายนอก