Svemirske misije s ljudskom posadom: Zašto je povratak na Zemlju i dalje problem?

Uvijek se radujemo misijama u svemir s ljudskom posadom, ali danas ćemo govoriti o tome zašto je povratak posade na Zemlju i dalje veliki izazov.

Svemir je oduvijek privlačio ljude, bio je to nešto misteriozno, neistraženo. Zore, daleke planete mame nas, podstiču nas na istraživanje, eksperimente i međuplanetarne letove. Vrijedi reći da se u posljednje vrijeme svemirski letovi, iako još uvijek ne putujemo prvom klasom, čini da se savladavaju u osnovnom obimu. Misija Artemis 1 na Mesec je već trebala da poleti, ali je zbog vremenskih uslova lansiranje odloženo za 2. septembar. I dok sa nestrpljenjem čekamo lansiranje, moramo shvatiti da će i povratak biti kritičan trenutak, uprkos činjenici da je to misija bez posade.

Svemirske misije se mogu podijeliti u dvije klase. One u kojima će se letjelica jednog dana vratiti na Zemlju uglavnom su misije s ljudskom posadom i one koje dobijaju kartu u jednom smjeru. Ovdje možemo spomenuti i buduće misije s ljudskom posadom, na primjer, na Mars Elona Muska, koje se neće nužno vratiti na Zemlju. Ali u stvarnosti, takva letelica takođe mora negde da sleti. Ispostavilo se da je faza slijetanja najteži dio ovakvih misija. Danas ćemo to pokušati da shvatimo.

Pročitajte također:

• 100 godina kvantne fizike: od teorija 1920-ih do kompjutera
• 5 budućih svemirskih misija o kojima treba razmišljati

Sigurnost posade i opreme

Od kada je čovjek prvi put poletio u svemir, brinemo za njegovo zdravlje i ukupni uspjeh leta. U slučaju letova s ​​posadom, svaki trenutak može biti kritičan. Sigurnost posade i opreme na brodu, ako se radi o misiji bez posade, uvijek je bila prioritet. Inženjeri i vođe takvih misija, kao i sami kosmonauti ili astronauti, shvatili su sve rizike takvih letova. Nisu sve ove misije bile uspješne, posebno prve, ali je bilo važno izvući zaključke, ispraviti greške i ne ponavljati ih u budućnosti.

Na primjer, tokom prve misije svemirske letjelice Apollo, sve se završilo tragično u fazi testiranja prije lansiranja. U poznatoj misiji Apollo 13 tokom leta se dogodila nesreća zbog koje je slijetanje na površinu Mjeseca postalo nemoguće. Dobro je što je bilo moguće spasiti posadu i uspješno odvesti brod na 7,5 km od nosača aviona Iwo Jima. Zaključci su doneseni, a sljedeći brod misije poslat je u svemir tek 5 mjeseci kasnije. Čak i najuspješnija misija Apolla 11 bila je puna napetih trenutaka tokom spuštanja astronauta na površinu Mjeseca i naknadnog polijetanja i povratka na Zemlju. Sovjetski svemirski brod Sojuz takođe je pretrpeo mnoge nesreće. To je, nažalost, bilo i jeste norma u svemirskoj industriji.

Da, to su uglavnom pojedinačne, nepredvidive situacije. Međutim, u bilo kojoj svemirskoj misiji s ljudskom posadom koja uključuje povratak na Zemlju, postoji trenutak koji je uvijek zapanjujući. Vjerovatno znate nepredvidive probleme koji nastaju prilikom spuštanja bespilotnih vozila na Mars, ali u slučaju misija s ljudskom posadom u pitanju su ljudski životi. Svi se sjećamo katastrofe iz 2003. godine - prilikom slijetanja šatl "Kolumbija" jednostavno je izgorio u gustim slojevima atmosfere, cijela posada od sedam ljudi je tragično poginula.

Ispod je fragment iz filma "Apolo-13", koji prikazuje proces spuštanja astronauta na Zemlju. Naravno, ovo je film koji ima svoja pravila, ne mora nužno da tačno odslikava stvarnost, ali se ni mnogo razlikuje od nje.

Pročitajte također: Svemirski teleskop James Webb: 10 ciljeva za promatranje

Zašto je bezbjedan povratak na Zemlju iz svemira toliki problem?

Čini se da bi gravitacija tu trebala pomoći, tako da nema potrebe da se mučite da usporite raketu. Ali njegova brzina je desetine hiljada kilometara na sat - to je brzina potrebna da uređaj ili krene u orbitu oko Zemlje (takozvana prva kosmička brzina, tj. 7,9 km/s), ili čak pređe ( drugu kosmičku brzinu, tj. 11,2 km/s) i odletio, na primjer, na Mjesec. I upravo je ta velika brzina problem.

Ključna tačka pri povratku na Zemlju ili pri slijetanju na drugu planetu je kočenje. Ovo je jednako problematično kao i ubrzavanje broda tokom polijetanja. Na kraju krajeva, raketa se nije kretala u odnosu na Zemlju prije polijetanja. A neće biti ni nakon što ona sleti. Kao i na avion u koji se ukrcavamo na aerodromu. Iako u letu postiže brzinu od 900 km/h (brzina krstarenja putničkog aviona srednje veličine), nakon slijetanja se ponovo zaustavlja.

To znači da raketa koja se sprema sletjeti na Zemlju mora smanjiti svoju brzinu na nulu. Zvuči jednostavno, ali nije. Avion koji mora da uspori sa 900 km/h na 0 km/h u odnosu na Zemlju ima mnogo lakši zadatak od rakete koja se kreće brzinom od oko 28 km/h. Osim toga, raketa ne samo da leti ludom brzinom, već i gotovo okomito ulazi u guste slojeve atmosfere. Ne pod uglom kao avion, već skoro okomito nakon napuštanja Zemljine orbite.

Jedina stvar koja može efikasno usporiti letjelicu je Zemljina atmosfera. I prilično je gust, čak iu vanjskim slojevima, i uzrokuje trenje na površini uređaja koji se spušta, što u nepovoljnim uvjetima može dovesti do njegovog pregrijavanja i uništenja. Dakle, nakon što svemirski brod uspori na brzinu nešto manju od brzine prvog svemirskog broda, počinje da se spušta i pada na Zemlju. Odabirom odgovarajuće putanje leta u atmosferi moguće je osigurati pojavu opterećenja koja ne prelaze dozvoljenu vrijednost. Međutim, tokom spuštanja, zidovi broda se mogu i trebaju zagrijati do vrlo visoke temperature. Stoga je sigurno spuštanje u Zemljinu atmosferu moguće samo ako na vanjskom kućištu postoji poseban uređaj za termičku zaštitu.

Čak i atmosfera Marsa, koja je više od 100 puta tanja od Zemljine, predstavlja ozbiljnu prepreku. To osjećaju svi uređaji koji se spuštaju na površinu Crvene planete. Nerijetko se s njima događaju nezgode ili jednostavno izgore u atmosferi Marsa.

Ponekad je takvo kočenje korisno, o čemu svjedoče misije u kojima je atmosfera služila kao dodatna kočnica, pomažući vozilima da uđu u ciljnu orbitu planete. Ali ovo su prije izuzeci.

Također zanimljivo:

• Zašto zvijezde svjetlucaju?
• Zašto su svemirske letelice opremljene procesorima 20. veka

Atmosfersko kočenje je efikasno, ali ima velike nedostatke

Da, atmosfersko kočenje je prilično efikasno, ali ima ogromne nedostatke, iako je neophodno za efikasno kočenje.

Takvo usporavanje u slučaju orbitalnih misija na druge planete nije potpuno, a povratak na Zemlju povezan je s potpunim usporavanjem. Isto važi i za sletanje rovera na Mars. Sonda koja uđe u njenu orbitu ne smije se potpuno zaustaviti, inače bi pala na površinu Crvene planete.

Uređaji u svemiru, koji kruže oko Zemlje ili se vraćaju sa Mjeseca, kreću se ogromnim brzinama koje su im date u trenutku polijetanja. Stoga, na primjer, Međunarodna svemirska stanica s vremena na vrijeme prilagođava orbitu, podižući je, jer što je veća, to bi trebala biti manja brzina potrebna za ostanak u orbiti.

Pošto obezbeđivanje ovih brzina zahteva odgovarajući utrošak energije, kočenje mora biti povezano sa sličnim utroškom energije. Stoga, kada bi bilo moguće usporiti uređaj prije ulaska u atmosferu, letjeti malom brzinom ili čak polako pasti na Zemlju, ne bi se toliko zagrijao i opasnost za posadu bila bi neznatna.

Tu leži kvaka. Svemirski letovi zahtijevaju ogromne troškove energije. Masa korisnog tereta rakete je mali dio ukupne mase rakete pri polijetanju. Uglavnom se nalazi gorivo u sredini rakete, od čega većina sagorijeva u prvoj fazi prolaska kroz niže slojeve atmosfere. U svemir je potrebno poslati opremu ili posadu broda. Gorivo je takođe potrebno za izlazak iz Zemljine orbite prilikom sletanja, i to veoma velika količina. Stoga pri kočenju postoji opasnost da gorivo izazove požar na brodu. U većini slučajeva, rezervoari za gorivo eksplodiraju od visoke temperature prilikom sletanja.

Također zanimljivo:

• 10 najčudnijih stvari koje smo naučili o crnim rupama 2021
• Teraformiranje Marsa: Može li se Crvena planeta pretvoriti u novu Zemlju?

Slijetanje, slično uzlijetanju, samo u obrnutom smjeru

Da bi se vozilo gotovo potpuno usporilo prije ulaska u atmosferu, bit će potrebno koristiti istu količinu goriva kao i prilikom polijetanja, pod pretpostavkom da se masa vozila ne mijenja značajno tokom misije. Međutim, kada težini broda dodamo gorivo potrebno za podizanje broda i za naknadno kočenje, ispada da je višestruko višestruko. A upravo ova tužna ekonomska računica znači da se ipak treba osloniti na inhibiciju Zemljine atmosfere.

Na primjer, pri slijetanju rakete SpaceX Falcon 9 koristi se gorivo, ali ovdje je sama raketa vrlo lagana (uglavnom se samo spremnik goriva vraća na Zemlju), a povratak iz daleke orbite se ne vrši.

Inženjeri su izračunali da slijetanje na Zemlju zahtijeva iste resurse goriva po kilogramu kao i poletanje u orbitu. Odnosno, to je skoro kao uzlijetanje, samo u suprotnom smjeru.

I vjerovatno će tako biti još dugo. Ne samo tokom misije Artemis 1, već i nakon što čovjek stigne na Crvenu planetu. Kada se ta prepreka donekle bude savladala, tada će se moći reći da smo konačno savladali svemirske letove. Jer svako može da poleti, ali može biti problema sa sletanjem.

Ali istorija poznaje mnogo primera kada su naši naučnici i inženjeri uspevali da reše složene probleme. Nadamo se da vrlo brzo let do Mjeseca ili Marsa neće biti teži od leta od New Yorka do Kijeva. Uz ugodno i sigurno slijetanje.

Ako želite pomoći Ukrajini u borbi protiv ruskih okupatora, najbolji način da to učinite je da donirate Oružanim snagama Ukrajine putem Savelife ili preko službene stranice NBU.

Pročitajte također:

• Promatranje Crvene planete: Istorija marsovskih iluzija
• Teleportacija sa naučne tačke gledišta i njena budućnost