Ανυπομονούμε πάντα για επανδρωμένες αποστολές στο διάστημα, αλλά σήμερα θα μιλήσουμε για το γιατί η επιστροφή των πληρωμάτων στη Γη εξακολουθεί να είναι μια τεράστια πρόκληση.
Το διάστημα πάντα προσέλκυε ανθρώπους, ήταν κάτι μυστήριο, ανεξερεύνητο. Οι αυγές, οι μακρινοί πλανήτες μας καλούν, μας ενθαρρύνουν να ερευνήσουμε, να πειραματιστούμε και διαπλανητικές πτήσεις. Αξίζει να πούμε ότι τον τελευταίο καιρό οι διαστημικές πτήσεις, αν και ακόμα δεν ταξιδεύουμε σε πρώτη θέση, μοιάζουν να κατακτώνται σε έναν βασικό όγκο. Η αποστολή Artemis 1 στο φεγγάρι έπρεπε ήδη να πετάξει, αλλά λόγω καιρικών συνθηκών, η εκτόξευση αναβλήθηκε για τις 2 Σεπτεμβρίου. Και ενώ περιμένουμε με αγωνία την εκτόξευση, πρέπει να καταλάβουμε ότι και η επιστροφή θα είναι μια κρίσιμη στιγμή, παρά το γεγονός ότι πρόκειται για μη επανδρωμένη αποστολή.
Οι διαστημικές αποστολές μπορούν να χωριστούν σε δύο κατηγορίες. Εκείνες στις οποίες το διαστημόπλοιο κάποια μέρα θα επιστρέψει στη Γη είναι ως επί το πλείστον επανδρωμένες αποστολές και εκείνες που παίρνουν εισιτήριο απλής μετάβασης. Εδώ μπορούμε να αναφέρουμε και μελλοντικές επανδρωμένες αποστολές, για παράδειγμα, στον Άρη του Έλον Μασκ, οι οποίες δεν θα επιστρέψουν απαραίτητα στη Γη. Αλλά στην πραγματικότητα, ένα τέτοιο αεροσκάφος πρέπει επίσης να προσγειωθεί κάπου. Αποδεικνύεται ότι η φάση της προσγείωσης είναι το πιο δύσκολο κομμάτι τέτοιων αποστολών. Σήμερα θα προσπαθήσουμε να το καταλάβουμε.
Διαβάστε επίσης:
- 100 χρόνια κβαντικής φυσικής: Από τις θεωρίες της δεκαετίας του 1920 στους υπολογιστές
- 5 μελλοντικές διαστημικές αποστολές που πρέπει να σκεφτείτε
Ασφάλεια πληρώματος και εξοπλισμού
Από τότε που ο άνθρωπος πέταξε για πρώτη φορά στο διάστημα, ανησυχούμε για την υγεία του και τη συνολική επιτυχία της πτήσης. Στην περίπτωση των επανδρωμένων πτήσεων, οποιαδήποτε στιγμή μπορεί να είναι κρίσιμη. Η ασφάλεια του πληρώματος και του εξοπλισμού επί του σκάφους, εάν πρόκειται για μη επανδρωμένη αποστολή, ήταν πάντα προτεραιότητα. Οι μηχανικοί και οι ηγέτες τέτοιων αποστολών, καθώς και οι ίδιοι οι κοσμοναύτες ή οι αστροναύτες, κατανοούσαν όλους τους κινδύνους τέτοιων πτήσεων. Δεν ήταν όλες αυτές οι αποστολές επιτυχείς, ειδικά οι πρώτες, αλλά ήταν σημαντικό να βγάλουμε συμπεράσματα, να διορθώσουμε λάθη και να μην τα επαναλάβουμε στο μέλλον.
Για παράδειγμα, κατά την πρώτη αποστολή του διαστημικού σκάφους Apollo, όλα τελείωσαν τραγικά στο στάδιο των δοκιμών πριν από την εκτόξευση. Στην περίφημη αποστολή Apollo 13, σημειώθηκε ατύχημα κατά τη διάρκεια της πτήσης, με αποτέλεσμα να καταστεί αδύνατη η προσγείωση στην επιφάνεια του φεγγαριού. Είναι καλό που μπόρεσε να σωθεί το πλήρωμα και να φέρει το πλοίο με επιτυχία 7,5 χιλιόμετρα μακριά από το αεροπλανοφόρο Iwo Jima. Βγήκαν συμπεράσματα και το επόμενο πλοίο αποστολής στάλθηκε στο διάστημα μόνο 5 μήνες αργότερα. Ακόμη και η πιο επιτυχημένη αποστολή Apollo 11 ήταν γεμάτη τεταμένες στιγμές κατά την προσγείωση αστροναυτών στην επιφάνεια της Σελήνης και την επακόλουθη απογείωση και επιστροφή στη Γη. Το σοβιετικό διαστημόπλοιο Soyuz υπέστη επίσης πολλά ατυχήματα. Αυτό, δυστυχώς, ήταν και είναι ο κανόνας στη διαστημική βιομηχανία.
Ναι, αυτές είναι κυρίως μεμονωμένες, απρόβλεπτες καταστάσεις. Ωστόσο, σε οποιαδήποτε επανδρωμένη διαστημική αποστολή που περιλαμβάνει την επιστροφή στη Γη, υπάρχει μια στιγμή που είναι πάντα εκπληκτική. Πιθανότατα γνωρίζετε τα απρόβλεπτα προβλήματα που προκύπτουν κατά την προσγείωση μη επανδρωμένων οχημάτων στον Άρη, αλλά στην περίπτωση των επανδρωμένων αποστολών, διακυβεύονται ανθρώπινες ζωές. Όλοι θυμόμαστε την καταστροφή του 2003 - κατά την προσγείωση, το λεωφορείο "Columbia" απλώς κάηκε στα πυκνά στρώματα της ατμόσφαιρας, ολόκληρο το πλήρωμα επτά ατόμων πέθανε τραγικά.
Παρακάτω είναι ένα απόσπασμα από την ταινία "Apollo-13", η οποία δείχνει τη διαδικασία προσγείωσης των αστροναυτών στη Γη. Φυσικά, πρόκειται για μια ταινία που έχει τους δικούς της κανόνες, δεν αντικατοπτρίζει απαραίτητα με ακρίβεια την πραγματικότητα, αλλά δεν διαφέρει και πολύ από αυτήν.
Διαβάστε επίσης: Διαστημικό τηλεσκόπιο James Webb: 10 στόχοι που πρέπει να παρατηρήσετε
Γιατί είναι τόσο πρόβλημα η ασφαλής επιστροφή στη Γη από το διάστημα;
Φαίνεται ότι η βαρύτητα θα πρέπει να βοηθήσει εδώ, επομένως δεν χρειάζεται να παλεύουμε για να επιβραδύνουμε τον πύραυλο. Αλλά η ταχύτητά του είναι δεκάδες χιλιάδες χιλιόμετρα την ώρα - αυτή είναι η ταχύτητα που χρειάζεται η συσκευή είτε για να μπει σε τροχιά γύρω από τη Γη (η λεγόμενη πρώτη κοσμική ταχύτητα, δηλαδή 7,9 km/s), είτε ακόμη και να πάει πέρα από αυτήν ( η δεύτερη κοσμική ταχύτητα, δηλαδή 11,2 km/s) και πέταξε, για παράδειγμα, στη Σελήνη. Και είναι αυτή η υψηλή ταχύτητα που είναι το πρόβλημα.
Το βασικό σημείο κατά την επιστροφή στη Γη ή κατά την προσγείωση σε άλλο πλανήτη είναι το φρενάρισμα. Αυτό είναι τόσο ενοχλητικό όσο η επιτάχυνση του πλοίου κατά την απογείωση. Εξάλλου, ο πύραυλος δεν κινήθηκε σε σχέση με τη Γη πριν από την απογείωση. Και ούτε θα είναι αφού προσγειωθεί. Όπως και με το αεροπλάνο που επιβιβαζόμαστε στο αεροδρόμιο. Αν και φτάνει την ταχύτητα των 900 km/h (η ταχύτητα πλεύσης ενός μεσαίου μεγέθους επιβατικού αεροπλάνου) κατά την πτήση, σταματά και πάλι μετά την προσγείωση.
Αυτό σημαίνει ότι ένας πύραυλος που πρόκειται να προσγειωθεί στη Γη πρέπει να μειώσει την ταχύτητά του στο μηδέν. Ακούγεται απλό, αλλά δεν είναι. Ένα αεροπλάνο που πρέπει να επιβραδύνει από 900 km/h σε 0 km/h σε σχέση με τη Γη έχει πολύ πιο εύκολο έργο από έναν πύραυλο που ταξιδεύει με περίπου 28 km/h. Επιπλέον, ο πύραυλος όχι μόνο πετά με τρελή ταχύτητα, αλλά εισέρχεται και στα πυκνά στρώματα της ατμόσφαιρας σχεδόν κάθετα. Όχι υπό γωνία σαν αεροπλάνο, αλλά σχεδόν κάθετα μετά την έξοδο από την τροχιά της Γης.
Το μόνο πράγμα που μπορεί να επιβραδύνει αποτελεσματικά ένα αεροσκάφος είναι η ατμόσφαιρα της Γης. Και είναι αρκετά πυκνό, ακόμη και στα εξωτερικά στρώματα, και προκαλεί τριβή στην επιφάνεια της κατερχόμενης συσκευής, η οποία υπό δυσμενείς συνθήκες μπορεί να οδηγήσει σε υπερθέρμανση και καταστροφή της. Έτσι, αφού το διαστημόπλοιο επιβραδύνει σε ταχύτητα ελαφρώς μικρότερη από το πρώτο διαστημόπλοιο, αρχίζει να κατεβαίνει πέφτοντας στη Γη. Επιλέγοντας την κατάλληλη διαδρομή πτήσης στην ατμόσφαιρα, είναι δυνατό να διασφαλιστεί η εμφάνιση φορτίων που δεν υπερβαίνουν την επιτρεπόμενη τιμή. Ωστόσο, κατά την κατάβαση, τα τοιχώματα του πλοίου μπορούν και πρέπει να θερμανθούν σε πολύ υψηλή θερμοκρασία. Επομένως, μια ασφαλής κάθοδος στην ατμόσφαιρα της Γης είναι δυνατή μόνο εάν υπάρχει ειδική διάταξη θερμικής προστασίας στο εξωτερικό περίβλημα.
Ακόμη και η ατμόσφαιρα του Άρη, η οποία είναι πάνω από 100 φορές πιο λεπτή από τη Γη, είναι ένα σοβαρό εμπόδιο. Αυτό γίνεται αισθητό από όλες τις συσκευές που κατεβαίνουν στην επιφάνεια του Κόκκινου Πλανήτη. Πολύ συχνά συμβαίνουν ατυχήματα μαζί τους ή απλά καίγονται στην ατμόσφαιρα του Άρη.
Μερικές φορές ένα τέτοιο φρενάρισμα είναι χρήσιμο, όπως αποδεικνύεται από αποστολές στις οποίες η ατμόσφαιρα χρησίμευε ως πρόσθετο φρένο, βοηθώντας τα οχήματα να εισέλθουν στην τροχιά στόχο του πλανήτη. Αλλά αυτές είναι μάλλον εξαιρέσεις.
Επίσης ενδιαφέρον:
Το ατμοσφαιρικό φρενάρισμα είναι αποτελεσματικό, αλλά έχει τεράστια μειονεκτήματα
Ναι, το ατμοσφαιρικό φρενάρισμα είναι αρκετά αποτελεσματικό, αλλά έχει τεράστια μειονεκτήματα, αν και είναι απαραίτητο για αποτελεσματικό φρενάρισμα.
Μια τέτοια επιβράδυνση στην περίπτωση των τροχιακών αποστολών σε άλλους πλανήτες δεν είναι πλήρης και η επιστροφή στη Γη συνδέεται με πλήρη επιβράδυνση. Το ίδιο ισχύει και για την προσγείωση του ρόβερ στον Άρη. Ένας ανιχνευτής που μπαίνει στην τροχιά του δεν πρέπει να σταματήσει εντελώς, διαφορετικά θα έπεφτε στην επιφάνεια του Κόκκινου Πλανήτη.
Οι συσκευές στο διάστημα, που περιφέρονται γύρω από τη Γη ή επιστρέφουν από τη Σελήνη, κινούνται με τις τεράστιες ταχύτητες που τους είχαν δοθεί την ώρα της απογείωσης. Επομένως, για παράδειγμα, ο Διεθνής Διαστημικός Σταθμός προσαρμόζει την τροχιά από καιρό σε καιρό, ανεβάζοντάς την, γιατί όσο υψηλότερη είναι, τόσο μικρότερη θα πρέπει να είναι η ταχύτητα που χρειάζεται για να παραμείνει σε τροχιά.
Εφόσον η παροχή αυτών των ταχυτήτων απαιτεί αντίστοιχη δαπάνη ενέργειας, η πέδηση πρέπει να συνδέεται με παρόμοια δαπάνη ενέργειας. Επομένως, εάν ήταν δυνατό να επιβραδύνει τη συσκευή πριν εισέλθει στην ατμόσφαιρα, να πετάξει με χαμηλή ταχύτητα ή ακόμα και να πέσει αργά στη Γη, δεν θα θερμαινόταν τόσο πολύ και ο κίνδυνος για το πλήρωμα θα ήταν ασήμαντος.
Εδώ βρίσκεται η σύλληψη. Οι διαστημικές πτήσεις απαιτούν τεράστιο ενεργειακό κόστος. Η μάζα του ωφέλιμου φορτίου του πυραύλου είναι ένα μικρό μέρος της συνολικής μάζας απογείωσης του πυραύλου. Ως επί το πλείστον, υπάρχει καύσιμο στη μέση του πυραύλου, το μεγαλύτερο μέρος του οποίου καίγεται στο πρώτο στάδιο της διέλευσης από τα κατώτερα στρώματα της ατμόσφαιρας. Είναι απαραίτητο να σταλεί ο εξοπλισμός ή το πλήρωμα του πλοίου στο διάστημα. Τα καύσιμα χρειάζονται επίσης για την έξοδο από την τροχιά της Γης κατά την προσγείωση, και πολύ μεγάλη ποσότητα από αυτό. Επομένως, κατά το φρενάρισμα, υπάρχει κίνδυνος το καύσιμο να προκαλέσει φωτιά στο πλοίο. Στις περισσότερες περιπτώσεις, είναι οι δεξαμενές καυσίμου που εκρήγνυνται από την υψηλή θερμοκρασία κατά την προσγείωση.
Επίσης ενδιαφέρον:
- 10 πιο περίεργα πράγματα που μάθαμε για τις μαύρες τρύπες το 2021
- Terraforming Mars: Θα μπορούσε ο Κόκκινος Πλανήτης να μετατραπεί σε μια νέα Γη;
Προσγείωση, παρόμοια με την απογείωση, μόνο προς την αντίστροφη κατεύθυνση
Για να επιβραδυνθεί σχεδόν πλήρως το όχημα πριν εισέλθει στην ατμόσφαιρα, θα χρειαστεί να χρησιμοποιηθεί η ίδια ποσότητα καυσίμου όπως κατά την απογείωση, με την προϋπόθεση ότι η μάζα του οχήματος δεν αλλάζει σημαντικά κατά τη διάρκεια της αποστολής. Ωστόσο, όταν προσθέτουμε το καύσιμο που χρειάζεται για την ανύψωση του πλοίου και για το επακόλουθο φρενάρισμα στο βάρος του πλοίου, αποδεικνύεται ότι πολλαπλασιάζεται. Και είναι ακριβώς αυτός ο θλιβερός οικονομικός υπολογισμός που σημαίνει ότι είναι ακόμα απαραίτητο να βασιστούμε στην αναστολή της ατμόσφαιρας της Γης.
Για παράδειγμα, κατά την προσγείωση πυραύλων SpaceX Falcon 9, χρησιμοποιείται καύσιμο, αλλά εδώ ο ίδιος ο πύραυλος είναι πολύ ελαφρύς (κυρίως μόνο η δεξαμενή καυσίμου επιστρέφει στη Γη) και η επιστροφή από μια μακρινή τροχιά δεν πραγματοποιείται.
Οι μηχανικοί έχουν υπολογίσει ότι η προσγείωση στη Γη απαιτεί τους ίδιους πόρους καυσίμου ανά κιλό με την απογείωση σε τροχιά. Δηλαδή είναι σχεδόν σαν απογείωση, μόνο προς την αντίθετη κατεύθυνση.
Και, μάλλον, θα είναι έτσι για πολύ καιρό. Όχι μόνο κατά τη διάρκεια των αποστολών Artemis 1, αλλά και αφού ένας άνθρωπος φτάσει στον Κόκκινο Πλανήτη. Όταν σε κάποιο βαθμό θα ξεπεραστεί αυτό το εμπόδιο, τότε θα μπορούμε να πούμε ότι επιτέλους κατακτήσαμε τις διαστημικές πτήσεις. Γιατί όλοι μπορούν να απογειωθούν, αλλά μπορεί να υπάρχουν προβλήματα με την προσγείωση.
Όμως η ιστορία γνωρίζει πολλά παραδείγματα όταν οι επιστήμονες και οι μηχανικοί μας κατάφεραν να λύσουν πολύπλοκα προβλήματα. Ελπίζουμε ότι πολύ σύντομα μια πτήση προς τη Σελήνη ή τον Άρη δεν θα είναι πιο δύσκολη από μια πτήση από τη Νέα Υόρκη στο Κίεβο. Με ευχάριστη και ασφαλή προσγείωση.
Εάν θέλετε να βοηθήσετε την Ουκρανία να πολεμήσει τους Ρώσους κατακτητές, ο καλύτερος τρόπος για να το κάνετε είναι να κάνετε δωρεά στις Ένοπλες Δυνάμεις της Ουκρανίας μέσω Savelife ή μέσω της επίσημης σελίδας NBU.
Διαβάστε επίσης:
Γιατί δεν χρησιμοποιούν σενάρια επιστροφής υβριδικών διαστημικών σκαφών. Όχι ανθεκτικά στη θερμότητα "φτερά" και όχι ασπίδες θερμικής αφαίρεσης + αλεξίπτωτο.
Γλιστρώντας με φρένο κόντρα στην ατμόσφαιρα, τελική ελεγχόμενη «αλεξίπτωτο» σε αυτοσχέδιο «τραμπολίνο». Και δεν χρειάζεται να καίτε καύσιμα, ίσως και μη παραχθέντα υπολείμματα. Αφήνουμε το σασί στο έδαφος, παίρνουμε μόνο το σύστημα ελέγχου.
Η γνώμη μιας μη αναγνωρισμένης μαθηματικής ιδιοφυΐας και ενός πρακτικού αλτρουιστή είναι ιδιαίτερα ενδιαφέρουσα.