Zašto svemirska misija ne može letjeti u bilo kojem trenutku: Što je prozor za lansiranje?

Zašto se svemirski brod ne može lansirati bilo kada? Što je lansirna rampa? O svemu tome naučit ćete iz našeg članka.

Misija Artemide I

Važnost misije Artemis I za čovječanstvo često se uspoređuje s letom Apolla 8 1968. godine, kada je čovjek prvi put u povijesti uspio dosegnuti orbitu Mjeseca. Ali tada je uspješan let na Mjesec trebao biti prije svega pobjeda u političkom i tehnološkom sukobu SAD-a i SSSR-a, znanost je bila u drugom planu. Naravno, program "Apollo" doživio je veliki uspjeh, jer je osoba koja je prvim avionom napustila Zemlju prije samo nekoliko desetljeća, nadvladala Zemljinu gravitaciju i našla se u orbiti drugog nebeskog tijela.

O gospodarskoj komponenti tada gotovo da i nije bilo govora. No, šest desetljeća kasnije, upravo su ekonomske koristi od istraživanja lunarnih resursa ono što potiče čovjeka da se "vrati" na Mjesec. Da je jedini razlog za takve misije postavljanje zastave svoje zemlje na površinu Mjeseca, što bi, naravno, ljudi u prvi mah tako mogli percipirati, pitam se bi li sada bila uključena tako velika sredstva. Uostalom, sada na Zemlji postoje mnogo ozbiljniji problemi. Ali svemirska utrka se nastavlja, a prednosti će ovdje biti vrlo važne, uključujući i ekonomske.

Odnosno, otkazivanje lansiranja misije Artemis I 29. kolovoza dovodi do ekonomskih i financijskih gubitaka. Čini se da nisu lansirali 29., mogli su ga lansirati 30. ili 31. kolovoza, ali su ga odgodili za 3. rujna. Siguran sam da mnogi od vas ne razumiju zašto je odabran baš ovaj datum. Govore o nekim početnim prozorima, o povoljnim uvjetima za lansiranje. Hajdemo shvatiti.

Pročitajte također: Svemirske misije s posadom: Zašto je povratak na Zemlju još uvijek problem?

Strogi zahtjevi u pogledu datuma početka misije

U pitanju je lansirni prozor uvjet koji nameću priroda i tehnološka ograničenja, uvjet o kojem se mora voditi računa prilikom lansiranja svakog svemirskog objekta. Za zrakoplove je rok za odlazak uglavnom neobavezan, ali zbog gustog zračnog prometa i oni polijeću u određeno vrijeme, odnosno prema redu vožnje. Da nema tog ograničenja, avion bi mogao uzlijetati i slijetati kad god je htio. Ali letovi u zračnom prostoru moraju biti uredni. Ovo se odnosi samo na zračni prostor Zemlje, gdje su desetljećima postavljeni uvjetni zračni koridori za civilno zrakoplovstvo.

Raketa koja nosi svemirski brod to bi teoretski također mogla učiniti, ali ograničena zaliha goriva to sprječava. Isti onaj kroz koji da teško se vratiti na Zemlju. Za sada možemo letjeti pažljivo izračunatom putanjom samo ako možemo uskladiti položaje planeta ili Mjeseca sa Zemljom. Svako odstupanje zahtijeva višak rezervi goriva, ali u svemiru se ne mogu skupljati poput bonusa u arkadnoj igri.

Zato se dosadašnji letovi na Mars odvijaju samo u razmacima od dvije godine, kada će njegov položaj na kraju putanje sonde ili drugog uređaja biti povoljan za obavljanje zadataka. U slučaju misija koje izlaze izvan granica Sunčevog sustava putanje leta mogu biti znatno kompliciranije jer se mora uzeti u obzir i utjecaj gravitacije drugih planeta na planiranu putanju leta. Na primjer, tijekom leta Voyagera do granica Sunčevog sustava uzeto je u obzir ubrzanje zbog gravitacije Venere, a na brod New Horizons je slično utjecala gravitacija Jupitera. Jer gorivo je još uvijek rijedak resurs u svemiru, a tehnologije motora temeljene na njegovom izgaranju još uvijek su vrlo primitivne. Da, netko će spomenuti svemirske panele koji pomažu sondama da koriste kozmički vjetar da se pokreću, ali sonde, a ne svemirske letjelice, trebaju gorivo da odu u orbitu i vrate se na Zemlju. A treba ga puno.

Također zanimljivo:

• Zašto zvijezde svjetlucaju?
• Zašto su svemirske letjelice opremljene procesorima iz 20. stoljeća

Što su podloge za pokretanje za pokretanje?

Zamislite da ste u središtu atletskog stadiona i želite upoznati nekog od atletičara koji trče na traci. Možemo ga pokušati sustići, ali za to moramo trčati brže od njega i potrošit ćemo puno energije. Mnogo je razumnije izračunati kada će trkač biti u najpovoljnijem položaju, tako da ga se može presresti i u pravom trenutku krenuti mu u susret. Izračuni moraju biti točni kako ne bismo stigli prerano ili prekasno. Optimalno vrijeme za početak kretanja je naš početni prozor.

Isto vrijedi i za svemirske misije. Prozor za lansiranje jednostavno je razdoblje tijekom kojeg svemirska letjelica može doći do određene točke u svemiru u određeno vrijeme. Pritom se uzimaju u obzir snage rakete i putanja svemirskog objekta s kojim se aparat mora susresti. Stoga su prozori različiti za različite misije. Na primjer, za misiju na Mars, prozor za lansiranje otvara se svakih 780 dana. No, za lansiranje "Voyagera-2", čiji su cilj planeti poput Jupitera, Saturna, Urana i Neptuna, iskoristili su priliku koja se pojavljuje samo jednom u 175 godina. S druge strane, imamo primjer misije Rosetta, koja je prvotno trebala proučavati komet 46P / Wirtanen, ali je ta prilika izgubljena zbog odgode lansiranja, pa je za misiju izabrana nova meta, komet 67P / Churyumova -Gerasimenko.

Ukratko, prozor za lansiranje je vremenski interval, izračunat iz proračuna orbitalne mehanike, tijekom kojeg određena letjelica može poletjeti i uspješno stići do svog konačnog odredišta. Naravno, uzimajući u obzir planiranu putanju leta i masu potrebnog goriva. Dakle, početni prozor zahtijeva povoljan položaj nebeskih tijela, čija gravitacija značajno utječe na kretanje vozila.

Također zanimljivo:

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

Četiri faktora koji utječu na prozor pokretanja pri pokretanju

Četiri su čimbenika koji utječu na odabir prozora lansiranja za lansiranje bilo koje svemirske misije, uključujući Artemis I. Oni su tako blisko povezani jedni s drugima da razlika u jednom od čimbenika trenutačno poništava učinak ostalih.

Orbite i inklinacije

Na primjer, Discovery treba isporučiti važan teret na ISS. Prvo, znanstvenici moraju razmotriti dvije različite putanje: putanju samog shuttlea i Međunarodne svemirske postaje. Znanstvenici se moraju pobrinuti da se dvije orbite definitivno susreću, budući da je svrha ove misije isporuka potrebnih zaliha svemirskoj stanici. Da bi to učinili, izračunali su ravninu orbite stanice, zamišljenu ploču koja presijeca Zemlju i drži svemirsku stanicu na rubu.

Kada se Zemlja i svemirska stanica pomiču, pomiče se i konvencionalna ravnina koja ih povezuje. Znanstvenici moraju pronaći vrijeme kada rub Zemlje presijeca lansirnu rampu svemirskog centra Kennedy na Floridi, s koje bi brod trebao krenuti. Ne mogu propustiti više od jedne diplome. Zemlja se okrene za 1 stupanj u pet minuta, pa bi se lansiranje trebalo dogoditi točno unutar tih pet minuta.

Osim toga, lansiranje se mora dogoditi kada se svemirska stanica kreće od juga prema sjeveru. To je zbog činjenice da šatl mora uspješno prestići stanicu i u isto vrijeme odbaciti svoj 15-katni vanjski spremnik goriva iznad oceana, gdje ne predstavlja prijetnju ljudima. Ocean se nalazi na sjeveroistoku, tako da lansiranje Discoveryja mora pričekati dok se svemirska stanica ne pomakne na sjever. To svemirskom šatlu ostavlja jedan prozor za lansiranje od pet minuta dnevno.

Što se tiče misije Artemis I, ovdje je još zanimljivije. NASA želi postaviti Orion u daleku retrogradnu orbitu oko Mjeseca. Ovo je vrlo stabilna orbita s dvije Lagrangeove točke. U isto vrijeme, aparat se kreće oko Zemlje u suprotnom smjeru od Mjeseca. Do sada je ovu orbitu koristio samo jedan uređaj - kineski Chang'e 5. Za ulazak u ovu orbitu potrebno je pokrenuti motore koji će uređaj dostaviti na Mjesec u pravom trenutku i trenutku. Taj se manevar naziva TLI (Trans-Lunar Injection), a točnost njegovog izvođenja iznimno je važna. Ovo je jedan element koji treba uzeti u obzir pri izračunavanju prozora za pokretanje.

Pročitajte također:

• Promatranje Crvenog planeta: Povijest marsovskih iluzija
• Teleportacija sa znanstvenog gledišta i njena budućnost

"Precesija" pomiče prozor

Također, ne treba zaboraviti na fenomen precesije. Vidite precesiju svaki put kada dijete počne okretati vrh jiga. Prvo njegova os rotacije napravi krug u zraku u smjeru suprotnom od rotacije, naginjući vrh prvo u jednom, a zatim u drugom smjeru.

Zemlja izvodi usporenu verziju ovog plesa dok kruži oko Sunca, a sateliti koje je napravio čovjek rade isto dok kruže oko Zemlje.

Postoji formula koja NASA-inim znanstvenicima omogućuje izračunavanje koliko će se satelit zanjihati. Dodajte broj okretaja koje satelit napravi dnevno, veličinu i ekscentricitet orbite i inklinaciju i dobit ćete oscilacije. Za Međunarodnu svemirsku postaju te brojke daju vrijednost od gotovo 5 stupnjeva dnevno, što je jednako oko 20 minuta Zemljine dnevne rotacije.

To se također odnosi na Mjesec i druge planete Sunčevog sustava. Ove fluktuacije zahtijevaju točan izračun, inače svaka prilagodba zahtijeva prekomjernu potrošnju goriva i gubitak željene putanje.

Vremenski uvjeti pri lansiranju

S vremena na vrijeme čuli smo da je lansiranje rakete otkazano zbog nepovoljnih vremenskih uvjeta. Da, priroda ne mora čekati na nas, uvijek postoje neke vremenske pojave na površini Zemlje, kao što su oluje, grmljavine, pješčane oluje, snježne oluje itd.

Meteorolozi svemirske agencije žongliraju poput profesionalaca prateći naoblaku, smjer i brzinu vjetra, kao i oluje i druge nepovoljne događaje na šest različitih lokacija tijekom 13 dana. Odobravaju polijetanje samo ako raketu potencijalno ne zahvati npr. oluja ili pješčana oluja.

Uvjeti osvjetljenja

Prozor za lansiranje trebao bi omogućiti dobro osvjetljenje za sve kamere kako bi tim za kontrolu leta mogao vidjeti koliko dobro rade svi brodski sustavi i postavke, što pomaže u osiguravanju sigurnosti posade svemirske misije.

Na primjer, prema pravilima NASA-e, Orion ne može biti u sjeni više od 90 minuta odjednom. Jer treba sunčevu svjetlost za panele i održavanje optimalne temperature uređaja.

Osim toga, postoje i drugi čimbenici povezani s procesom slijetanja, tijekom kojeg Orion mora ući u gornje slojeve Zemljine atmosfere, zatim ih na trenutak napustiti i ponovno, već konačno, uroniti u atmosferu. Međutim, za to uređaj mora na vrijeme dosegnuti odgovarajuću putanju u odnosu na Zemlju. Zadnji aspekt koji treba uzeti u obzir je vrijeme slijetanja. Orion bi trebao sletjeti u ocean tijekom dana kako bi timovima koji čekaju bilo lakše pronaći i preuzeti kapsulu.

Također zanimljivo:

• Zašto zvijezde svjetlucaju?
• Zašto su svemirske letjelice opremljene procesorima iz 20. stoljeća

Lansiranje se ne odvija sa stacionarne lansirne rampe. Cilj je također u stalnom kretanju

Razgovarajmo detaljnije o nekim detaljima koje je potrebno razmotriti za lansiranje misije Artemis I, koja bi mogla krenuti već večeras.

Mjesec je blizu Zemlje i tu vjerojatno ne bi trebalo biti velikih problema. Pa, nažalost, tu je, između ostalog, i kretanje našeg planeta i Mjeseca. Naš satelit ne samo da rotira oko svoje osi brzinom od oko 0,5 km/s na ekvatoru, već se također okreće oko Sunca u gotovo kružnoj orbiti brzinom od 30 km/s. Također treba uzeti u obzir da se brzina gibanja Zemlje pribraja vlastitoj početnoj brzini vozila.

Osim toga, položaj Sunca i Mjeseca u odnosu na Zemljinu orbitu stalno se mijenja, to također treba uzeti u obzir. Stoga, uz istu potrošnju energije/goriva, lansiranje sa Zemlje na Mjesec može dovesti do različitih rezultata ovisno o vremenu tog lansiranja.

U teoriji, možemo izgraditi takvu letjelicu koja će biti dovoljno snažna da svaki dan leti na Mjesec. A možda će tako biti i u budućnosti. Međutim, za sada uspjeh misije Artemis I zahtijeva pažljiv odabir vremena lansiranja sa Zemlje, što će omogućiti Orionu da se preseli na Mjesec i zatim uđe u planiranu orbitu oko našeg satelita. Čak i ako je lansiranje prema planu, odgoda od nekoliko dana može uzrokovati značajne promjene u trajanju misije.

Trenutno, ovisno o vremenu lansiranja, misija Artemis I može trajati između 26 do 28 dana ili 38 do 42 dana. Predviđamo da će ova misija biti duža jer Orion završi 1,5 okretaja oko Mjeseca u svojoj dalekoj retrogradnoj orbiti. Ako se uzme u obzir kraća opcija, a izlazak u lunarnu orbitu dogodit će se u drugo vrijeme, Orion će napraviti samo 1 krug oko Mjeseca prije nego što započne svoj povratak na Zemlju.

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

Mogući su budući datumi lansiranja Artemisa I

Trenutačni rok za lansiranje rakete SLS i njenog korisnog tereta, koji zadovoljava kriterije misije, bit će od 2. do 6. rujna. Već je poznato da je NASA odabrala najbliži datum za lansiranje misije Artemis I - 3. rujna 2022. između 21:17 i 23:17 po kijevskom vremenu. Svaki sljedeći dan također ima određeno vrijeme kada je start moguć. Ako ne uspijete poletjeti unutar tog vremena, pojavit će se sljedeći prozori za pokretanje:

• od 20. rujna do 28. rujna
• od 30. rujna do 4. listopada
• od 17. do 23. listopada
• 27. listopada
• od 29. do 31. listopada
• i tako dalje…

Možemo samo čekati i nadati se da će se uspješno lansiranje povijesne misije Artemis I uskoro dogoditi.

Pročitajte također:

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

Međutim, ne zaboravite da se u Ukrajini vodi rat. Ako želite pomoći Ukrajini u borbi protiv ruskih okupatora, najbolji način da to učinite je da donirate Oružanim snagama Ukrajine putem Savelife ili putem službene stranice NBU.