Mindig várjuk az emberes küldetéseket az űrbe, de ma arról fogunk beszélni, hogy miért jelent még mindig óriási kihívást a legénység visszajuttatása a Földre.
Az űr mindig vonzotta az embereket, valami titokzatos, feltáratlan volt. Hajnalok, távoli bolygók hívogatnak bennünket, kutatásra, kísérletezésre és bolygóközi repülésre ösztönöznek. Érdemes elmondani, hogy az utóbbi időben az űrrepüléseket, bár még mindig nem első osztályon utazunk, úgy tűnik, alap kötetben sajátítják el. A Holdra tartó Artemis 1 küldetésnek már korábban el kellett volna indulnia, de az időjárási viszonyok miatt az indítást szeptember 2-ra halasztották. És miközben izgatottan várjuk az indulást, meg kell értenünk, hogy a visszatérés is kritikus pillanat lesz, annak ellenére, hogy pilóta nélküli küldetésről van szó.
Az űrküldetések két osztályba sorolhatók. Azok, amelyekben az űrszonda egyszer visszatér a Földre, többnyire emberes küldetések, és azok, amelyek egyirányú jegyet kapnak. Itt megemlíthetjük a jövőbeli emberes küldetéseket is, például Elon Musk Marsra, amelyek nem feltétlenül térnek vissza a Földre. De a valóságban egy ilyen repülőgépnek is le kell szállnia valahol. Kiderült, hogy a leszállási szakasz az ilyen küldetések legnehezebb része. Ma megpróbáljuk kitalálni.
Olvassa el még:
- A kvantumfizika 100 éve: az 1920-as évek elméleteitől a számítógépekig
- 5 jövőbeli űrmisszió, amelyre érdemes gondolni
A személyzet és a felszerelés biztonsága
Amióta az ember először felrepült az űrbe, aggódunk az egészségéért és a repülés általános sikeréért. Emberi repülések esetén bármelyik pillanat kritikus lehet. A legénység és a fedélzeten lévő felszerelés biztonsága, ha pilóta nélküli küldetésről van szó, mindig is prioritás volt. Az ilyen küldetések mérnökei és vezetői, valamint maguk a kozmonauták vagy űrhajósok megértették az ilyen repülések minden kockázatát. Nem mindegyik küldetés volt sikeres, különösen az elsők, de fontos volt következtetéseket levonni, kijavítani a hibákat, és nem ismételni azokat a jövőben.
Például az Apollo űrszonda első küldetése során minden tragikusan végződött az indítás előtti tesztek szakaszában. A híres Apollo 13 küldetésben repülés közben baleset történt, aminek következtében a Hold felszínére való leszállás lehetetlenné vált. Jó, hogy sikerült megmenteni a legénységet és sikeresen elhozni a hajót 7,5 km-re az Iwo Jima repülőgép-hordozótól. Következtetések születtek, és a következő missziós hajót csak 5 hónappal később küldték az űrbe. Még a legsikeresebb Apollo 11 küldetés is tele volt feszült pillanatokkal az űrhajósok Hold felszínére való leszállása, majd az azt követő felszállás és a Földre való visszatérés során. A szovjet Szojuz űrhajó is sok balesetet szenvedett. Az űriparban sajnos ez volt és az a norma.
Igen, ezek többnyire egyedi, kiszámíthatatlan helyzetek. Azonban minden emberes űrmisszióban, amely a Földre való visszatéréssel jár, van egy pillanat, amely mindig lenyűgöző. Valószínűleg ismeri azokat a kiszámíthatatlan problémákat, amelyek a pilóta nélküli járművek Marson történő leszállásakor merülnek fel, de az emberes küldetések esetében emberi életek forognak kockán. Mindannyian emlékszünk a 2003-as katasztrófára - a leszállás során a "Columbia" sikló egyszerűen leégett a légkör sűrű rétegeiben, a hét fős legénység tragikusan meghalt.
Az alábbiakban egy részlet az "Apollo-13" című filmből, amely bemutatja az űrhajósok leszállásának folyamatát a Földön. Persze ez egy olyan film, aminek megvannak a maga szabályai, nem feltétlenül tükrözi pontosan a valóságot, de nem is nagyon különbözik tőle.
Olvassa el még: James Webb Űrteleszkóp: 10 megfigyelendő cél
Miért ilyen probléma a biztonságos visszatérés a Földre az űrből?
Úgy tűnik, hogy a gravitációnak itt segítenie kell, így nem kell küzdeni a rakéta lassításáért. De sebessége több tízezer kilométer per óra – ez az a sebesség, amely ahhoz kell, hogy az eszköz Föld körüli pályára álljon (az ún. első kozmikus sebesség, azaz 7,9 km/s), vagy akár túllépjen rajta ( a második kozmikus sebesség , azaz 11,2 km/s) és repült például a Holdra. És ez a nagy sebesség a probléma.
A Földre való visszatérés vagy egy másik bolygóra való leszállás kulcspontja a fékezés. Ez olyan problémás, mint a hajó felgyorsítása felszállás közben. Végül is a rakéta nem mozdult a Földhöz képest a felszállás előtt. És nem is lesz azután, hogy leszáll. Mint a repülõtéren felszálló gépnél. Bár repülés közben eléri a 900 km/h sebességet (egy közepes méretű utasszállító utazósebessége), de leszállás után ismét megáll.
Ez azt jelenti, hogy a Földre leszállni készülő rakétának nullára kell csökkentenie a sebességét. Egyszerűen hangzik, de nem az. Egy repülőgépnek, amelynek a Földhöz képest 900 km/h-ról 0 km/h-ra kell lassulnia, sokkal könnyebb dolga van, mint egy körülbelül 28 000 km/h-val száguldó rakétának. Ráadásul a rakéta nemcsak őrült sebességgel repül, hanem szinte függőlegesen is behatol a légkör sűrű rétegeibe. Nem olyan szögben, mint egy repülőgép, hanem szinte függőlegesen, miután elhagyta a Föld pályáját.
Az egyetlen dolog, ami hatékonyan lelassíthatja a repülőgépet, az a Föld légköre. És meglehetősen sűrű, még a külső rétegekben is, és súrlódást okoz az ereszkedő eszköz felületén, ami kedvezőtlen körülmények között annak túlmelegedéséhez és tönkremeneteléhez vezethet. Tehát, miután az űrhajó valamivel kisebb sebességre lassul, mint az első űrhajó, ereszkedni kezd, és a Földre esik. A légkörben a megfelelő repülési útvonal megválasztásával biztosítható a megengedett értéket meg nem haladó terhelések előfordulása. Azonban leereszkedés közben a hajó falai nagyon magas hőmérsékletre felmelegedhetnek és kell is. Ezért a Föld légkörébe való biztonságos leszállás csak akkor lehetséges, ha a külső burkolaton speciális hővédő berendezés található.
Még a Marsi légkör, amely több mint 100-szor vékonyabb, mint a Földé, komoly akadályt jelent. Ezt érzi az összes eszköz, amely a Vörös Bolygó felszínére ereszkedik. Elég gyakran történnek velük balesetek, vagy egyszerűen kiégnek a Mars légkörében.
Néha hasznos az ilyen fékezés, amint azt a küldetések bizonyítják, amelyekben a légkör járulékos fékként szolgált, segítve a járműveket a bolygó célpályájára való bejutáshoz. De ezek inkább kivételek.
Szintén érdekes:
Az atmoszférikus fékezés hatékony, de hatalmas hátrányai vannak
Igen, az atmoszférikus fékezés elég hatékony, de hatalmas hátrányai vannak, bár ez szükséges a hatékony fékezéshez.
Az ilyen lassulás más bolygókra irányuló keringési küldetések esetén nem teljes, és a Földre való visszatérés teljes lassuláshoz kapcsolódik. Ugyanez vonatkozik a marsjáró leszállására is. A pályájára lépő szondának nem szabad teljesen leállnia, különben a Vörös Bolygó felszínére zuhanna.
Az űrben lévő, a Föld körül keringő vagy a Holdról visszatérő eszközök olyan óriási sebességgel mozognak, mint amilyet a felszálláskor kaptak. Ezért például a Nemzetközi Űrállomás időről időre állítja a pályát, megemeli, mert minél magasabb, annál kisebbnek kell lennie a pályán maradáshoz szükséges sebességnek.
Mivel ezeknek a sebességeknek a biztosítása megfelelő energiaráfordítást igényel, a fékezést hasonló energiaráfordítással kell társítani. Ezért ha a légkörbe jutás előtt le lehetne lassítani az eszközt, kis sebességgel repülni vagy akár lassan a Földre esni, akkor nem melegedne fel annyira, és a legénységre nézve jelentéktelen lenne a veszély.
Itt rejlik a fogás. Az űrrepülések hatalmas energiaköltségeket igényelnek. A rakéta hasznos teher tömege a rakéta teljes felszálló tömegének egy kis része. A rakéta közepén túlnyomórészt üzemanyag található, amelynek nagy része a légkör alsó rétegein való áthaladás első szakaszában eléget. A felszerelést vagy a hajó legénységét az űrbe kell küldeni. Üzemanyagra is szükség van a földi pályáról való kilépéshez a leszállás során, és abból igen nagy mennyiségben. Ezért fékezéskor fennáll annak a veszélye, hogy az üzemanyag miatt a hajó meggyullad. A legtöbb esetben az üzemanyagtartályok robbannak fel a magas hőmérséklettől leszállás közben.
Szintén érdekes:
- 10 legfurcsább dolog, amit a fekete lyukakról tanultunk 2021-ben
- Terraformáló Mars: A Vörös Bolygó új Földdé változhat?
Leszállás, hasonlóan a felszálláshoz, csak fordított irányban
Ahhoz, hogy a jármű szinte teljesen lelassítható legyen a légkörbe lépés előtt, ugyanannyi üzemanyagot kell majd felhasználni, mint felszálláskor, feltételezve, hogy a jármű tömege nem változik jelentősen a küldetés során. Ha azonban a hajó felemeléséhez és a későbbi fékezéshez szükséges üzemanyagot hozzáadjuk a hajó súlyához, kiderül, hogy az sokszorosára nő. És éppen ez a szomorú gazdasági számítás jelenti azt, hogy továbbra is a Föld légkörének gátlásában kell hagyatkozni.
Például a SpaceX Falcon 9 rakéták leszállásánál üzemanyagot használnak, de itt maga a rakéta nagyon könnyű (többnyire csak az üzemanyagtartály tér vissza a Földre), és a távoli pályáról való visszatérés nem történik meg.
A mérnökök számításai szerint a Földre való leszállás kilogrammonként ugyanannyi üzemanyagot igényel, mint a pályára való felszállás. Vagyis majdnem olyan, mint egy felszállás, csak az ellenkező irányba.
És valószínűleg ez még sokáig így lesz. Nem csak az Artemis 1 küldetések során, hanem azután is, hogy egy ember eléri a Vörös Bolygót. Ha ezt az akadályt valamennyire leküzdjük, akkor elmondhatjuk, hogy végre elsajátítottuk az űrrepülést. Mert felszállni mindenki tud, de a leszállással gondok adódhatnak.
De a történelem számos példát ismer arra, amikor tudósainknak és mérnökeinknek sikerült összetett problémákat megoldaniuk. Reméljük, hogy hamarosan a Holdra vagy a Marsra való repülés nem lesz nehezebb, mint egy New Yorkból Kijevbe tartó repülés. Kellemes és biztonságos leszállással.
Ha segíteni akarsz Ukrajnának az orosz megszállók elleni harcban, a legjobb módja annak, hogy adományozd az ukrán fegyveres erőknek Savelife vagy a hivatalos oldalon keresztül NBU.
Olvassa el még:
Miért nem használnak hibrid űrhajók visszatérési forgatókönyveit? Nem hőálló "szárnyak" és nem hő ablációs pajzsok + ejtőernyő.
Siklás fékezéssel a légkör ellen, végső irányított "ejtőernyőzés" rögtönzött "trambulinon". És nem kell tüzelőanyagot elégetnie, esetleg a meg nem termelt maradékokat. Az alvázat a földön hagyjuk, csak a vezérlőrendszert vesszük.
Különösen érdekes egy el nem ismert matematikai zseni és egy gyakorlatias altruista véleménye.