Miért nem tud egyetlen pillanatban sem repülni egy űrmisszió: Mi az az indítóablak?

Miért nem lehet bármikor elindítani az űrhajót? Mi az az indítópad? Mindezt cikkünkből megtudhatja.

I. Artemis küldetés

Az Artemis I küldetés fontosságát az emberiség számára gyakran az Apollo 8 1968-as repüléséhez hasonlítják, amikor az ember a történelem során először érhette el a Hold pályáját. De abban az időben a sikeres Holdra repülésnek mindenekelőtt az USA és a Szovjetunió közötti politikai és technológiai konfrontáció győzelmének kellett lennie, a háttérben a tudomány állt. Az "Apollo" program természetesen óriási sikert aratott, mert egy ember, aki alig néhány évtizede az első repülőgép fedélzetén hagyta el a Földet, legyőzte a Föld gravitációját, és egy másik égitest pályáján találta magát.

A gazdasági komponensről akkoriban szinte szó sem esett. De hat évtizeddel később éppen a holdi erőforrások feltárásának gazdasági előnyei késztetik az embert arra, hogy „visszatérjen” a Holdra. Ha az ilyen küldetéseknek csak az lenne az oka, hogy hazájuk zászlaját kitűzzék a Hold felszínére, amit persze az emberek eleinte annak is felfoghattak, vajon most ilyen hatalmas forrásokat vonnának-e be. Hiszen most sokkal komolyabb problémák vannak a Földön. De az űrverseny folytatódik, és az előnyök itt nagyon fontosak lesznek, beleértve a gazdaságiakat is.

Vagyis az Artemis I misszió augusztus 29-i indításának törlése gazdasági és pénzügyi veszteségekhez vezet. Úgy tűnik, hogy nem 29-én, akkor augusztus 30-án vagy 31-én is elindíthatták volna, de elhalasztották szeptember 3-ra. Biztos vagyok benne, hogy sokan nem értik, miért ezt a dátumot választották. Néhány induló ablakról, az indulás kedvező feltételeiről beszélnek. Találjuk ki.

Olvassa el még: Emberes űrmissziók: Miért jelent még mindig problémát a visszatérés a Földre?

Szigorú követelmények a küldetés kezdő dátumával kapcsolatban

A szóban forgó kilövőablak természeti és technológiai korlátok által szabott feltétel, amelyet minden űrobjektum kilövésénél figyelembe kell venni. A repülőgépeknél többnyire nem kötelező az indulási ablak, de a nagy légi forgalom miatt ezek is meghatározott időpontban, azaz menetrend szerint szállnak fel. Ha nem lenne ilyen korlátozás, a gép akkor szállhatott fel és szállhatott fel, amikor csak akart. De a légtérben a repülésnek rendezettnek kell lennie. Ez csak a Föld légterére vonatkozik, ahol évtizedek óta feltételes légi folyosókat alakítottak ki a polgári repülés számára.

Ezt elméletileg egy űrhajót szállító rakéta is meg tudná tenni, de a korlátozott üzemanyag-ellátás ezt megakadályozza. Ugyanaz, amelyen keresztül igen nehéz visszatérni a Földre. Egyelőre csak akkor repülhetünk gondosan kiszámított pályán, ha a bolygók vagy a Hold helyzetét össze tudjuk egyeztetni a Földdel. Bármilyen eltéréshez többlet üzemanyag-tartalékra van szükség, de az űrben nem gyűjthetők be, mint a bónuszok egy arcade játékban.

Éppen ezért a Marsra repülések eddig csak kétéves időközönként zajlanak, amikor egy szonda vagy más eszköz útjának végén elhelyezkedő helyzete kedvező lesz a feladatok ellátásához. A Naprendszer határain túlmutató küldetések esetén a repülési pályák sokkal bonyolultabbak lehetnek, mert számolni kell más bolygók gravitációjának a tervezett repülési útvonalra gyakorolt ​​hatásával is. Például a Voyagernek a Naprendszer határaira való repülése során figyelembe vették a Vénusz gravitációjából adódó gyorsulást, és a New Horizons hajóra is hasonlóan hatott a Jupiter gravitációja. Mert az üzemanyag még mindig szűkös erőforrás az űrben, és az égésén alapuló motortechnológiák még nagyon primitívek. Igen, valaki megemlíti az űrpaneleket, amelyek segítségével a szondák a kozmikus szelet használják önmaguk meghajtására, de nem az űrhajóknak, hanem a szondáknak van szükségük üzemanyagra ahhoz, hogy pályára álljanak, és visszajussanak a Földre. És sok kell belőle.

Szintén érdekes:

• Miért csillognak a csillagok?
• Miért szerelik fel az űrhajókat 20. századi processzorokkal?

Mik azok az indítópultok az indításhoz?

Képzelje el, hogy egy atlétikai stadion közepén van, és szeretne találkozni az egyik futópadon futó sportolóval. Megpróbálhatjuk utolérni őt, de ehhez gyorsabban kell futnunk nála, és rengeteg energiát fogunk költeni. Sokkal ésszerűbb kiszámolni, hogy a futó mikor kerül a legelőnyösebb pozícióba, így el lehet hárítani, és a megfelelő pillanatban találkozni vele. A számításoknak pontosnak kell lenniük, hogy ne érkezzünk túl korán vagy túl későn. A mozgás megkezdésének optimális időpontja a kezdő ablakunk.

Ugyanez vonatkozik az űrmissziókra is. Az indítóablak egyszerűen az az időszak, amely alatt az űrhajó egy meghatározott időpontban elérhet egy meghatározott pontot a térben. Ugyanakkor figyelembe veszik a rakéta teljesítményét és az űrobjektum pályáját, amellyel a berendezésnek találkoznia kell. Ezért az ablakok eltérőek a különböző küldetésekhez. Például egy marsi küldetésnél az indítóablak 780 naponta nyílik meg. De a „Voyager-2” elindításához, amelynek célja olyan bolygók, mint a Jupiter, a Szaturnusz, az Uránusz és a Neptunusz, olyan lehetőséget használtak, amely 175 évente csak egyszer jelenik meg. Másrészt megvan a példa a Rosetta-misszióra, amely eredetileg a 46P / Wirtanen üstökös tanulmányozására szolgált, de ez a lehetőség az indítási késedelem miatt elveszett, így új célpontot választottak a küldetéshez, a 67P / Churyumova üstököst. -Gerasimenko.

Röviden, az indítóablak az a pályamechanikai számításokból számolt időintervallum, amely alatt egy adott űreszköz fel tud szállni és sikeresen eléri végső célját. Természetesen figyelembe véve a tervezett repülési útvonalat és a szükséges üzemanyag tömegét. Ezért a kezdeti ablakhoz olyan égitestek kedvező elhelyezkedése szükséges, amelyek gravitációja jelentősen befolyásolja a jármű mozgását.

Szintén érdekes:

• 10 legfurcsább dolog, amit a fekete lyukakról tanultunk 2021-ben
• Terraformáló Mars: A Vörös Bolygó új Földdé változhat?

Négy tényező, amely befolyásolja az indítási indítási ablakot

Négy tényező befolyásolja bármely űrmisszió indításakor az indítóablak kiválasztását, beleértve az Artemis I-et is. Ezek olyan szorosan kapcsolódnak egymáshoz, hogy az egyik tényező eltérése azonnal érvényteleníti a többi hatását.

Pályák és hajlamok

Például a Discoverynek fontos rakományt kell szállítania az ISS-re. Először is, a tudósoknak két különböző pályát kell figyelembe venniük: magának az űrsiklónak és a Nemzetközi Űrállomásnak a pályáját. A tudósoknak meg kell győződniük arról, hogy a két pálya biztosan találkozik, hiszen ennek a küldetésnek a célja a szükséges készletek eljuttatása az űrállomásra. Ehhez kiszámítják az állomás pályájának síkját, egy képzeletbeli lapot, amely átvág a Földön, és a szélén tartja az űrállomást.

Amikor a Föld és az űrállomás mozog, az őket összekötő hagyományos sík is elmozdul. A tudósoknak meg kell találniuk az időt, amikor a Föld széle metszi a floridai Kennedy Űrközpont kilövőállását, ahonnan a hajónak indulnia kellene. Egy diplománál többet nem hiányozhatnak. A Föld 1 fokkal elfordul öt perc alatt, tehát a kilövésnek pontosan ezen az öt percen belül kell megtörténnie.

Ráadásul az indításnak akkor kell megtörténnie, amikor az űrállomás délről északra tart. Ez annak köszönhető, hogy az űrsiklónak sikeresen meg kell előznie az állomást, és egyúttal ki kell dobnia 15 emeletes külső üzemanyagtartályát az óceán fölé, ahol nem jelent veszélyt az emberre. Az óceán északkeleten fekszik, ezért a Discovery indításával meg kell várni, amíg az űrállomás északra költözik. Így az űrsiklónak napi egy ötperces kilövési ablaka marad.

Ami az Artemis I küldetést illeti, itt még érdekesebb. A NASA távoli retrográd pályára akarja állítani az Oriont a Hold körül. Ez egy nagyon stabil pálya két Lagrange-ponttal. Ugyanakkor a készülék a Holddal ellentétes irányban mozog a Föld körül. Eddig ezt a pályát egyetlen eszköz használta - a kínai Chang'e 5. Ahhoz, hogy erre a pályára léphessen, be kell indítani azokat a motorokat, amelyek a megfelelő pillanatban és időben eljuttatják az eszközt a Holdra. Ezt a manővert TLI-nek (Trans-Lunar Injection) hívják, és végrehajtásának pontossága rendkívül fontos. Ez az egyik elem, amelyet figyelembe kell venni az indítási ablak kiszámításakor.

Olvassa el még:

• A vörös bolygó megfigyelése: A marsi illúziók története
• A teleportáció tudományos szempontból és jövője

A "Precesszió" mozgatja az ablakot

Nem szabad megfeledkezni a precesszió jelenségéről sem. Minden alkalommal látja a precessziót, amikor a gyermek elkezdi forgatni a jig tetejét. Először a forgástengelye kört alkot a levegőben a forgással ellentétes irányban, a tetejét először az egyik, majd a másik irányba billenti.

A Föld ennek a táncnak a lassított változatát adja elő, miközben a Nap körül kering, az ember alkotta műholdak pedig ugyanezt teszik, mint a Föld körül.

Létezik egy képlet, amely lehetővé teszi a NASA tudósai számára, hogy kiszámítsák, mennyit fog inogni a műhold. Adja hozzá a műhold napi fordulatainak számát, a pálya méretét és excentricitását, valamint a dőlést, és máris megkapja az oszcillációkat. A Nemzetközi Űrállomás esetében ezek a számok csaknem napi 5 fokos értéket adnak, ami a Föld napi forgásának körülbelül 20 percének felel meg.

Ez vonatkozik a Holdra és a Naprendszer többi bolygójára is. Ezek az ingadozások pontos számítást igényelnek, ellenkező esetben minden beállítás túlzott üzemanyag-fogyasztást és a kívánt pálya elvesztését követeli meg.

Időjárási viszonyok induláskor

Időről időre hallottuk, hogy a rakéta kilövését a kedvezőtlen időjárási körülmények miatt törölték. Igen, a természetnek nem kell ránk várnia, a Föld felszínén mindig előfordul valamilyen időjárási jelenség, mint például vihar, zivatar, homokvihar, hóvihar stb.

Az Űrügynökség meteorológusai úgy zsonglőrködnek, mint a szakemberek, akik 13 napon keresztül hat különböző helyen követik nyomon a felhőzetet, a szél irányát és sebességét, valamint a viharokat és egyéb káros eseményeket. Csak akkor hagyják jóvá a felszállást, ha a rakétát esetleg nem fogja például vihar vagy homokvihar.

Fényviszonyok

Az indítóablaknak lehetővé kell tennie az összes kamera megfelelő megvilágítását, hogy a repülésirányító csapat lássa, milyen jól működik a hajó összes rendszere és beállítása, így biztosítva az űrmisszió legénységének biztonságát.

Például a NASA szabályai szerint az Orion nem lehet egyszerre 90 percnél tovább árnyékban. Mert napfényre van szüksége a panelekhez és a készülék optimális hőmérsékletének fenntartásához.

Ezen kívül más tényezők is kapcsolódnak a leszállási folyamathoz, amely során az Orionnak be kell lépnie a Föld légkörének felső rétegeibe, majd egy pillanatra el kell hagynia azokat, és ismét, már végre a légkörbe kell zuhannia. Ehhez azonban a készüléknek időben el kell érnie a megfelelő pályát a Földhöz képest. Az utolsó szempont a leszállási idő. Az Orion a tervek szerint a nap folyamán landol az óceánban, hogy a várakozó csapatok könnyebben megtalálják és visszahozzák a kapszulát.

Szintén érdekes:

• Miért csillognak a csillagok?
• Miért szerelik fel az űrhajókat 20. századi processzorokkal?

Az indítás nem álló indítóállásról történik. A célpont is állandó mozgásban van

Beszéljünk részletesebben néhány részletről, amelyeket figyelembe kell venni az Artemis I küldetés elindításakor, amely akár már ma este elindulhat.

A Hold közel van a Földhöz, és itt valószínűleg nem lehet nagy probléma. Nos, sajnos ott van többek között bolygónk és a Hold mozgása is. Műholdunk nemcsak a tengelye körül forog körülbelül 0,5 km/s sebességgel az Egyenlítőnél, hanem a Nap körül is közel kör alakú pályán, 30 km/s sebességgel. Azt is figyelembe kell venni, hogy a Föld mozgási sebessége hozzáadódik a jármű saját indulási sebességéhez.

Ráadásul a Nap és a Hold helyzete a Föld pályájához képest folyamatosan változik, ezt is figyelembe kell venni. Így azonos energia-/üzemanyag-fogyasztás mellett a Földről a Holdra történő kilövés eltérő eredményhez vezethet az indítás időpontjától függően.

Elméletileg építhetünk egy ilyen űrhajót, amely elég erős lesz ahhoz, hogy minden nap a Holdra repüljön. És talán a jövőben is így lesz. Az Artemis I küldetés sikere azonban egyelőre megköveteli a Földről való kilövés időpontjának gondos megválasztását, ami lehetővé teszi, hogy az Orion a Holdra költözzön, majd a műhold körüli pályára lépjen. Még ha az indítás a menetrend szerint történik is, a több napos késés jelentős változásokat okozhat a küldetés időtartamában.

Jelenleg az indítási időtől függően az Artemis I küldetés 26-28 napig vagy 38-42 napig tarthat. Arra számítunk, hogy ez a küldetés hosszabb lesz, mivel az Orion 1,5 fordulatot tesz a Hold körül távoli retrográd pályáján. Ha a rövidebb opciót fontolgatjuk, és a Hold körüli pályára való kilépés más időpontban történik, az Orion mindössze 1 fordulatot tesz a Hold körül, mielőtt visszatérne a Földre.

Olvassa el még: James Webb Űrteleszkóp: 10 megfigyelendő cél

Az Artemis I jövőbeli indulási dátumai lehetségesek

A küldetés kritériumainak megfelelő SLS rakéta és rakománya jelenlegi kilövési időszaka szeptember 2-6. Az már ismert, hogy a NASA kiválasztotta az Artemis I küldetés legközelebbi időpontját - 3. szeptember 2022., kijevi idő szerint 21:17 és 23:17 között. Minden következő napnak van egy bizonyos időpontja is, amikor lehetséges a kezdés. Ha ezen időn belül nem tud felszállni, a következő indítóablak jelennek meg:

• szeptember 20-tól szeptember 28-ig
• szeptember 30-tól október 4-ig
• október 17-től 23-ig
• október 27
• október 29-től 31-ig
• stb…

Csak várhatunk és remélhetünk, hogy hamarosan megtörténik a történelmi Artemis I misszió sikeres elindítása.

Olvassa el még:

• A kvantumfizika 100 éve: az 1920-as évek elméleteitől a számítógépekig
• 5 jövőbeli űrmisszió, amelyre érdemes gondolni

Azonban ne felejtsük el, hogy Ukrajnában háború folyik. Ha segíteni szeretne Ukrajnának az orosz megszállók elleni harcban, a legjobb módja annak, hogy adományozzon az ukrán fegyveres erőknek Savelife vagy a hivatalos oldalon keresztül NBU.