Вселенски мисии со екипаж: Зошто враќањето на Земјата сè уште е проблем?

Секогаш се радуваме на мисии со екипаж во вселената, но денес ќе зборуваме зошто враќањето на екипажот на Земјата е сè уште огромен предизвик.

Вселената отсекогаш привлекувала луѓе, тоа било нешто мистериозно, неистражено. Мугри, далечни планети нè повикуваат, нè поттикнуваат на истражување, експериментирање и меѓупланетарни летови. Вреди да се каже дека во последно време вселенските летови, иако сè уште не патуваме во прва класа, се чини дека се совладани во основен волумен. Мисијата Артемида 1 на Месечината веќе требаше да лета, но поради временските услови лансирањето беше одложено за 2 септември. И додека нестрпливо го чекаме лансирањето, мораме да разбереме дека враќањето исто така ќе биде критичен момент, и покрај тоа што се работи за мисија без екипаж.

Вселенските мисии можат да се поделат во две класи. Оние во кои леталото некогаш ќе се врати на Земјата се претежно мисии со екипаж и оние кои добиваат билет во еден правец. Овде можеме да ги спомнеме и идните мисии со екипаж, на пример, на Марс на Илон Маск, кои нема да мора да се вратат на Земјата. Но, во реалноста, и таков авион мора да слета некаде. Излегува дека фазата на слетување е најтешкиот дел од ваквите мисии. Денес ќе се обидеме да го откриеме.

Прочитајте исто така:

• 100 години квантна физика: од теории од 1920-тите до компјутерите
• 5 идни вселенски мисии за кои треба да размислите

Безбедност на екипажот и опремата

Уште кога човекот првпат полета во вселената, се грижиме за неговото здравје и за севкупниот успех на летот. Во случај на летови со екипаж, секој момент може да биде критичен. Безбедноста на екипажот и опремата на бродот, доколку се работи за мисија без екипаж, отсекогаш била приоритет. Инженерите и водачите на таквите мисии, како и самите космонаути или астронаути, ги разбраа сите ризици од таквите летови. Сите овие мисии не беа успешни, особено првите, но важно беше да се извлечат заклучоци, да се исправат грешките и да не се повторуваат во иднина.

На пример, за време на првата мисија на вселенското летало Аполо, сè заврши трагично во фазата на тестови пред лансирање. Во познатата мисија Аполо 13, за време на летот се случи несреќа, поради што слетувањето на површината на Месечината стана невозможно. Добро е што беше можно да се спаси екипажот и успешно да се донесе бродот на 7,5 километри од носачот на авиони Иво Џима. Беа направени заклучоци, а следниот брод за мисија беше испратен во вселената само 5 месеци подоцна. Дури и најуспешната мисија Аполо 11 беше полна со тензични моменти за време на слетувањето на астронаутите на површината на Месечината и последователното полетување и враќање на Земјата. Советскиот вселенски брод Сојуз исто така претрпе многу несреќи. Ова, за жал, беше и е норма во вселенската индустрија.

Да, ова се главно сингл, непредвидливи ситуации. Меѓутоа, во секоја вселенска мисија со екипаж што вклучува враќање на Земјата, има момент кој е секогаш зачудувачки. Веројатно ги знаете непредвидливите проблеми кои се јавуваат при слетување на беспилотни возила на Марс, но во случај на мисии со екипаж, човечки животи се во прашање. Сите се сеќаваме на катастрофата од 2003 година - за време на слетувањето, шатлот „Колумбија“ едноставно изгоре во густите слоеви на атмосферата, целата екипа од седум лица загина трагично.

Подолу е фрагмент од филмот „Аполо-13“, кој го демонстрира процесот на слетување на астронаутите на Земјата. Секако, ова е филм кој има свои правила, не мора точно да ја отслика реалноста, но и не се разликува многу од неа.

Прочитајте исто така: Вселенски телескоп Џејмс Веб: 10 цели за набљудување

Зошто безбедното враќање на Земјата од вселената е таков проблем?

Се чини дека гравитацијата треба да помогне тука, така што нема потреба да се борите за да ја забавите ракетата. Но, неговата брзина е десетици илјади километри на час - ова е брзината неопходна за уредот или да оди во орбитата околу Земјата (т.н. прва космичка брзина, т.е. 7,9 km/s), или дури и да оди подалеку од неа ( втората космичка брзина, т.е. 11,2 km/s) и полета, на пример, до Месечината. И токму оваа голема брзина е проблемот.

Клучната точка при враќање на Земјата или при слетување на друга планета е сопирањето. Ова е проблематично како и забрзувањето на бродот за време на полетувањето. На крајот на краиштата, ракетата не се движела во однос на Земјата пред полетувањето. А нема да биде ниту откако таа ќе слета. Како и со авионот што се качуваме на аеродромот. Иако достигнува брзина од 900 km/h (брзина на крстарење на патнички авион со средна големина) во лет, повторно застанува по слетувањето.

Ова значи дека ракетата што треба да слета на Земјата мора да ја намали брзината на нула. Звучи едноставно, но не е. Авион кој треба да забави од 900 km/h на 0 km/h во однос на Земјата има многу полесна задача отколку ракета која патува со околу 28 km/h. Покрај тоа, ракетата не само што лета со луда брзина, туку и речиси вертикално навлегува во густите слоеви на атмосферата. Не под агол како авион, туку речиси вертикално по напуштањето на орбитата на Земјата.

Единственото нешто што може ефективно да го забави авионот е атмосферата на Земјата. И тоа е прилично густо, дури и во надворешните слоеви, и предизвикува триење на површината на уредот што се спушта, што под неповолни услови може да доведе до негово прегревање и уништување. Така, откако вселенскиот брод ќе забави до брзина нешто помала од првиот вселенски брод, тој почнува да се спушта, паѓајќи на Земјата. Со избирање на соодветна патека на летот во атмосферата, можно е да се обезбеди појава на оптоварувања што не ја надминуваат дозволената вредност. Меѓутоа, за време на спуштањето, ѕидовите на бродот можат и треба да се загреат до многу висока температура. Затоа, безбедно спуштање во атмосферата на Земјата е можно само ако на надворешната обвивка има специјален уред за топлинска заштита.

Дури и атмосферата на Марс, која е повеќе од 100 пати потенка од онаа на Земјата, е сериозна пречка. Тоа го чувствуваат сите уреди кои се спуштаат на површината на Црвената планета. Доста често со нив се случуваат несреќи или едноставно согоруваат во атмосферата на Марс.

Понекогаш ваквото сопирање е корисно, за што сведочат мисиите во кои атмосферата служела како дополнителна кочница, помагајќи им на возилата да влезат во целната орбита на планетата. Но, ова се прилично исклучоци.

Исто така интересно:

• Зошто трепкаат ѕвездите?
• Зошто вселенските летала се опремени со процесори од 20 век

Атмосферското сопирање е ефективно, но има огромни недостатоци

Да, атмосферското сопирање е доста ефикасно, но има огромни недостатоци, иако е неопходно за ефективно сопирање.

Таквото забавување во случај на орбитални мисии на други планети не е целосно, а враќањето на Земјата е поврзано со целосно забавување. Истото важи и за слетувањето на роверот на Марс. Сонда која ќе влезе во нејзината орбита не смее целосно да запре, во спротивно би паднала на површината на Црвената планета.

Уредите во вселената, кои орбитираат околу Земјата или се враќаат од Месечината, се движат со огромни брзини што им биле дадени во моментот на полетувањето. Затоа, на пример, Меѓународната вселенска станица одвреме-навреме ја прилагодува орбитата, подигнувајќи ја, бидејќи колку е поголема, толку треба да биде помала брзината потребна за да се остане во орбитата.

Бидејќи обезбедувањето на овие брзини бара соодветно трошење на енергија, сопирањето мора да биде поврзано со слично трошење на енергија. Затоа, кога би било можно да се забави уредот пред да влезе во атмосферата, да лета со мала брзина или дури и полека да падне на Земјата, тој не би се загреал толку многу и опасноста за екипажот би била незначителна.

Ова е местото каде што лежи уловот. Вселенските летови бараат огромни трошоци за енергија. Масата на носивоста на ракетата е мал дел од вкупната маса на полетување на ракетата. Во најголем дел, има гориво во средината на ракетата, од кое најголемиот дел се согорува во првата фаза на минување низ долните слоеви на атмосферата. Неопходно е да се испрати опремата или екипажот на бродот во вселената. Горивото е потребно и за излегување од Земјината орбита при слетување, и тоа многу голема количина. Затоа, при сопирање, постои ризик горивото да предизвика пожар на бродот. Во повеќето случаи, резервоарите за гориво експлодираат од високата температура за време на слетувањето.

Исто така интересно:

• 10 најчудни работи што ги научивме за црните дупки во 2021 година
• Тераформирање на Марс: Дали Црвената планета може да се претвори во нова Земја?

Слетување, слично на полетувањето, само во обратна насока

Со цел речиси целосно да се забави возилото пред да влезе во атмосферата, ќе биде неопходно да се користи исто количество гориво како и при полетување, под претпоставка дека масата на возилото не се менува значително за време на мисијата. Меѓутоа, кога ќе го додадеме горивото потребно за подигање на бродот и за последователно сопирање на тежината на бродот, се покажува дека се множи повеќекратно. И токму оваа тажна економска пресметка значи дека сè уште е неопходно да се потпреме на инхибицијата на атмосферата на Земјата.

На пример, при слетување на ракетите SpaceX Falcon 9 се користи гориво, но овде самата ракета е многу лесна (најчесто само резервоарот за гориво се враќа на Земјата), а враќањето од далечна орбита не се врши.

Инженерите пресметале дека за слетување на Земјата се потребни исти ресурси за гориво по килограм како и полетувањето во орбитата. Односно, тоа е речиси како полетување, само во спротивна насока.

И, веројатно, вака ќе биде уште долго. Не само за време на мисиите Артемида 1, туку и откако човек ќе стигне до Црвената планета. Кога донекаде ќе се надмине оваа пречка, тогаш ќе може да се каже дека конечно ги совладавме вселенските летови. Затоа што секој може да полета, но може да има проблеми со слетувањето.

Но, историјата знае многу примери кога нашите научници и инженери успеале да решат сложени проблеми. Се надеваме дека наскоро летот до Месечината или Марс нема да биде потежок од лет од Њујорк до Киев. Со пријатно и безбедно слетување.

Ако сакате да и помогнете на Украина во борбата против руските окупатори, најдобар начин да го направите тоа е да донирате за вооружените сили на Украина преку Савелифе или преку официјалната страница Bвезди.

Прочитајте исто така:

• Набљудување на Црвената планета: Историја на марсовските илузии
• Телепортацијата од научна гледна точка и нејзината иднина