Kodėl kosminė misija negali skristi bet kuriuo metu: kas yra paleidimo langas?

Kodėl erdvėlaivis negali būti paleistas bet kada? Kas yra paleidimo aikštelė? Apie visa tai sužinosite iš mūsų straipsnio.

Artemidės I misija

„Artemis I“ misijos svarba žmonijai dažnai lyginama su „Apollo 8“ skrydžiu 1968 m., kai žmogui pirmą kartą istorijoje pavyko pasiekti Mėnulio orbitą. Tačiau tuo metu sėkmingas skrydis į Mėnulį pirmiausia turėjo būti pergalė politinėje ir technologinėje JAV ir SSRS konfrontacijoje, mokslas buvo antrame plane. Žinoma, „Apollo“ programa sulaukė didžiulės sėkmės, nes vos prieš kelis dešimtmečius pirmuoju lėktuvu Žemę palikęs žmogus įveikė Žemės gravitaciją ir atsidūrė kito dangaus kūno orbitoje.

Apie ekonominį komponentą tuo metu beveik nebuvo kalbama. Tačiau praėjus šešiems dešimtmečiams, būtent Mėnulio išteklių tyrinėjimo ekonominė nauda paskatina žmogų „sugrįžti“ į Mėnulį. Jei vienintelė tokių misijų priežastis būtų pasodinti savo šalies vėliavą ant Mėnulio paviršiaus, ką, žinoma, iš pradžių žmonės galėjo taip suvokti, įdomu, ar dabar būtų naudojami tokie didžiuliai ištekliai. Juk dabar Žemėje yra daug rimtesnių problemų. Tačiau kosminės lenktynės tęsiasi, o privalumai čia bus labai svarbūs, įskaitant ekonominius.

Tai reiškia, kad rugpjūčio 29 d. atšaukus Artemis I misijos paleidimą, patiriami ekonominiai ir finansiniai nuostoliai. Atrodytų, jie paleido ne 29 d., tada galėjo paleisti rugpjūčio 30 ar 31 d., bet atidėjo iki rugsėjo 3 d. Esu tikras, kad daugelis iš jūsų nesupranta, kodėl pasirinkta būtent ši data. Jie kalba apie kai kuriuos paleidimo langus, apie palankias sąlygas paleisti. Išsiaiškinkime.

Taip pat skaitykite: Pilotuojamos kosminės misijos: kodėl grįžimas į Žemę vis dar yra problema?

Griežti reikalavimai dėl misijos pradžios datos

Aptariamas paleidimo langas yra gamtos ir technologinių apribojimų nustatyta sąlyga, į kurią reikia atsižvelgti paleidžiant kiekvieną kosminį objektą. Lėktuvams išvykimo langas dažniausiai yra neprivalomas, tačiau dėl intensyvaus oro eismo jie taip pat pakyla tam tikru laiku, tai yra pagal tvarkaraštį. Jei tokio apribojimo nebūtų, lėktuvas galėtų kilti ir leistis kada panorėjęs. Bet skrydžiai oro erdvėje turi būti tvarkingi. Tai taikoma tik Žemės oro erdvei, kurioje jau dešimtmečius buvo nutiesti sąlyginiai oro koridoriai civilinei aviacijai.

Teoriškai tai galėtų padaryti ir erdvėlaivį gabenanti raketa, tačiau ribotas degalų tiekimas to neleidžia. Ta pati, per kurią taip sunku grįžti į Žemę. Kol kas skraidyti kruopščiai apskaičiuota trajektorija galime tik tuomet, jei galime suderinti planetų ar Mėnulio padėtis su Žeme. Bet koks nukrypimas reikalauja perteklinių degalų atsargų, tačiau erdvėje jų negalima surinkti kaip premijų arkadiniame žaidime.

Būtent todėl skrydžiai į Marsą kol kas vyksta tik kas dvejų metų intervalą, kai jo padėtis zondo ar kito įrenginio kelio gale bus palanki užduotims atlikti. Vykdant misijas, kurios peržengia Saulės sistemos ribas, skrydžio trajektorijos gali būti daug sudėtingesnės, nes reikia atsižvelgti ir į kitų planetų gravitacijos poveikį planuojamai skrydžio trajektorijai. Pavyzdžiui, „Voyager“ skrydžio metu į Saulės sistemos ribas buvo atsižvelgta į pagreitį dėl Veneros gravitacijos, o „New Horizons“ laivą panašiai paveikė Jupiterio gravitacija. Nes degalai kosmose vis dar yra menki resursai, o jo degimu pagrįstos variklių technologijos dar labai primityvios. Taip, kažkas paminės kosmoso plokštes, kurios padeda zondams panaudoti kosminį vėją, kad galėtų judėti, bet zondams, o ne erdvėlaiviams reikia kuro, kad galėtų patekti į orbitą ir grįžti į Žemę. Ir tau jo reikia daug.

Taip pat įdomu:

• Kodėl žvaigždės mirksi?
• Kodėl erdvėlaiviuose įrengti XX amžiaus procesoriai

Kas yra paleidimo pultai, skirti paleisties?

Įsivaizduokite, kad esate lengvosios atletikos stadiono centre ir norite susitikti su vienu iš bėgimo takeliu bėgiojančių sportininkų. Galime pabandyti jį pasivyti, bet tam turime bėgti greičiau už jį ir išleisime daug energijos. Daug protingiau skaičiuoti, kada bėgikas atsidurs palankiausioje padėtyje, kad jį būtų galima perimti ir reikiamu momentu eiti pasitikti. Skaičiavimai turi būti tikslūs, kad neatvyktume per anksti ar per vėlai. Optimalus laikas pradėti judėti yra mūsų pradžios langas.

Tas pats pasakytina ir apie kosmines misijas. Paleidimo langas yra tiesiog laikotarpis, per kurį erdvėlaivis tam tikru laiku gali pasiekti tam tikrą erdvės tašką. Tuo pačiu metu atsižvelgiama į raketos galios galimybes ir kosminio objekto, su kuriuo turi atitikti aparatas, trajektoriją. Todėl skirtingoms misijoms langai yra skirtingi. Pavyzdžiui, misijai į Marsą paleidimo langas atsidaro kas 780 dienų. Tačiau paleisti „Voyager-2“, kurio tikslas yra tokios planetos kaip Jupiteris, Saturnas, Uranas ir Neptūnas, jie pasinaudojo galimybių langu, kuris pasirodo tik kartą per 175 metus. Kita vertus, turime Rosetta misijos pavyzdį, kuri iš pradžių buvo skirta tirti kometą 46P / Wirtanen, tačiau ši galimybė buvo prarasta dėl paleidimo vėlavimo, todėl misijai buvo pasirinktas naujas taikinys - kometa 67P / Churyumova. -Gerasimenko.

Trumpiau tariant, paleidimo langas yra laiko intervalas, apskaičiuotas pagal orbitos mechanikos skaičiavimus, per kurį tam tikras erdvėlaivis gali pakilti ir sėkmingai pasiekti galutinį tikslą. Žinoma, atsižvelgiant į planuojamą skrydžio trajektoriją ir reikalingų degalų masę. Todėl pradiniam langui reikalinga palanki dangaus kūnų vieta, kurių gravitacija daro didelę įtaką transporto priemonės judėjimui.

Taip pat įdomu:

• 10 keisčiausių dalykų, kuriuos sužinojome apie juodąsias skyles 2021 m
• Terraformuojantis Marsas: ar Raudonoji planeta gali virsti nauja Žeme?

Keturi veiksniai, turintys įtakos paleisties paleidimo langui

Yra keturi veiksniai, kurie įtakoja paleidimo lango pasirinkimą bet kuriai kosminei misijai, įskaitant Artemis I. Jie yra taip glaudžiai susiję vienas su kitu, kad vieno iš veiksnių neatitikimas akimirksniu panaikina kitų poveikį.

Orbitos ir polinkiai

Pavyzdžiui, „Discovery“ turi pristatyti svarbų krovinį į TKS. Pirma, mokslininkai turi apsvarstyti dvi skirtingas trajektorijas: paties šaudyklės ir Tarptautinės kosminės stoties trajektoriją. Mokslininkai turi įsitikinti, kad abi orbitos tikrai susitiks, nes šios misijos tikslas – pristatyti į kosminę stotį reikiamas atsargas. Norėdami tai padaryti, jie apskaičiuoja stoties orbitos plokštumą – įsivaizduojamą lakštą, kuris kerta Žemę ir laiko kosminę stotį jos pakraštyje.

Kai juda Žemė ir kosminė stotis, juda ir jas jungianti įprastinė plokštuma. Mokslininkai turi rasti laiką, kada Žemės kraštas susikerta su Kenedžio kosminio centro Floridoje paleidimo aikštele, iš kurios turėtų kilti laivas. Jie negali praleisti daugiau nei vieno laipsnio. Žemė per penkias minutes apsisuka 1 laipsniu, todėl paleidimas turėtų įvykti būtent per tas penkias minutes.

Be to, paleidimas turi įvykti, kai kosminė stotis juda iš pietų į šiaurę. Taip yra dėl to, kad šaulys turi sėkmingai aplenkti stotį ir tuo pačiu išmesti savo 15 aukštų išorinį kuro baką virš vandenyno, kur jis nekelia grėsmės žmonėms. Vandenynas yra šiaurės rytuose, todėl „Discovery“ paleidimas turi palaukti, kol kosminė stotis pajudės į šiaurę. Dėl to erdvėlaivis turi vieną penkių minučių paleidimo langą per dieną.

Kalbant apie Artemis I misiją, čia dar įdomiau. NASA nori perkelti Orioną į tolimą retrogradinę orbitą aplink Mėnulį. Tai labai stabili orbita su dviem Lagranžo taškais. Tuo pačiu metu aparatas juda aplink Žemę priešinga kryptimi nei Mėnulis. Kol kas šia orbita naudojosi tik vienas įrenginys – kinų Chang'e 5. Norint patekti į šią orbitą, reikia paleisti variklius, kurie reikiamu momentu ir laiku pristatys įrenginį į Mėnulį. Šis manevras vadinamas TLI (Trans-Lunar Injection), o jo vykdymo tikslumas yra nepaprastai svarbus. Tai yra vienas elementas, į kurį reikia atsižvelgti apskaičiuojant paleidimo langą.

Taip pat skaitykite:

• Raudonosios planetos stebėjimas: Marso iliuzijų istorija
• Teleportacija moksliniu požiūriu ir jos ateitis

„Precesija“ perkelia langą

Taip pat nereikėtų pamiršti precesijos reiškinio. Precesiją matote kiekvieną kartą, kai vaikas pradeda sukti džigo viršų. Pirma, jos sukimosi ašis sudaro ratą ore priešinga sukimuisi kryptimi, pakreipdama viršutinę dalį iš pradžių viena kryptimi, paskui kita.

Žemė, sukdama aplink Saulę, atlieka sulėtintą šio šokio versiją, o žmogaus sukurti palydovai daro tą patį, kaip skrieja aplink Žemę.

Yra formulė, leidžianti NASA mokslininkams apskaičiuoti, kiek palydovas svyruos. Pridėkite palydovo apsisukimų skaičių per dieną, orbitos dydį ir ekscentriškumą bei polinkį ir gausite svyravimus. Tarptautinei kosminei stočiai šie skaičiai duoda beveik 5 laipsnių per dieną vertę, o tai prilygsta maždaug 20 minučių Žemės kasdienio sukimosi.

Tai taip pat taikoma mėnuliui ir kitoms Saulės sistemos planetoms. Šie svyravimai reikalauja tikslaus skaičiavimo, kitaip bet koks reguliavimas reikalauja per didelių degalų sąnaudų ir norimos trajektorijos praradimo.

Oro sąlygos paleidimo metu

Kartkartėmis girdėdavome, kad raketos paleidimas buvo atšauktas, nes buvo nepalankios oro sąlygos. Taip, gamta neturi mūsų laukti, Žemės paviršiuje visada yra kokių nors oro reiškinių, tokių kaip audros, perkūnijos, smėlio audros, sniego audros ir kt.

Kosmoso agentūros meteorologai žongliruoja kaip profesionalai, stebintys debesuotumą, vėjo kryptį ir greitį, taip pat audras ir kitus nepageidaujamus įvykius šešiose skirtingose ​​vietose per 13 dienų. Jie patvirtina kilimą tik tuo atveju, jei raketa nėra potencialiai užklupta, pavyzdžiui, audros ar smėlio audros.

Apšvietimo sąlygos

Paleidimo lange turėtų būti geras visų kamerų apšvietimas, kad skrydžio valdymo komanda galėtų matyti, kaip gerai veikia visos laivo sistemos ir nustatymai, o tai padeda užtikrinti kosminės misijos įgulos saugumą.

Pavyzdžiui, pagal NASA taisykles Orionas negali būti šešėlyje ilgiau nei 90 minučių vienu metu. Kadangi jai reikia saulės šviesos plokštėms ir optimaliai įrenginio temperatūrai palaikyti.

Be to, yra ir kitų faktorių, susijusių su nusileidimo procesu, kurio metu Orionas turi patekti į viršutinius Žemės atmosferos sluoksnius, tada trumpam juos palikti ir vėl, jau pagaliau, pasinerti į atmosferą. Tačiau tam įrenginys turi laiku pasiekti atitinkamą trajektoriją Žemės atžvilgiu. Paskutinis aspektas, į kurį reikia atsižvelgti, yra nusileidimo laikas. Planuojama, kad Orionas vandenyne nusileis dieną, kad laukiančioms komandoms būtų lengviau rasti ir paimti kapsulę.

Taip pat įdomu:

• Kodėl žvaigždės mirksi?
• Kodėl erdvėlaiviuose įrengti XX amžiaus procesoriai

Paleidimas nevyksta iš stacionarios paleidimo aikštelės. Taikinys taip pat nuolat juda

Pakalbėkime išsamiau apie kai kurias detales, į kurias reikia atsižvelgti pradedant „Artemis I“ misiją, kuri gali prasidėti jau šį vakarą.

Mėnulis yra arti Žemės ir didelių problemų čia tikriausiai neturėtų kilti. Na, deja, be kita ko, vyksta mūsų planetos ir Mėnulio judėjimas. Mūsų palydovas ne tik sukasi aplink savo ašį maždaug 0,5 km/s greičiu ties pusiauju, bet ir sukasi aplink Saulę beveik apskrita orbita 30 km/s greičiu. Taip pat reikėtų atsižvelgti į tai, kad prie pačios transporto priemonės pradinio greičio pridedamas Žemės judėjimo greitis.

Be to, nuolat kinta Saulės ir Mėnulio padėtis Žemės orbitos atžvilgiu, į tai taip pat reikia atsižvelgti. Taigi, naudojant tas pačias energijos / degalų sąnaudas, paleidimas iš Žemės į Mėnulį gali lemti skirtingą rezultatą, priklausomai nuo to paleidimo laiko.

Teoriškai galime sukurti tokį erdvėlaivį, kuris bus pakankamai galingas, kad galėtų skristi į Mėnulį kiekvieną dieną. Ir galbūt taip bus ateityje. Tačiau kol kas „Artemis I“ misijos sėkmei reikia kruopščiai parinkti paleidimo iš Žemės laiką, kuris leis „Orion“ persikelti į Mėnulį ir tada patekti į planuojamą orbitą aplink mūsų palydovą. Net jei paleidimas vyksta pagal grafiką, kelių dienų vėlavimas gali reikšmingai pakeisti misijos trukmę.

Šiuo metu, priklausomai nuo paleidimo laiko, Artemis I misija gali trukti nuo 26 iki 28 dienų arba nuo 38 iki 42 dienų. Tikimės, kad ši misija bus ilgesnė, nes Orionas atliks 1,5 apsisukimo aplink Mėnulį tolimoje retrogradinėje orbitoje. Jei bus svarstomas trumpesnis variantas, o išėjimas į Mėnulio orbitą įvyks kitu laiku, Orionas aplink Mėnulį padarys tik 1 apsisukimą prieš pradėdamas grįžti į Žemę.

Taip pat skaitykite: Jameso Webbo kosminis teleskopas: 10 taikinių, kuriuos reikia stebėti

Galimos būsimos Artemis I paleidimo datos

Dabartinis SLS raketos ir jos naudingosios apkrovos, atitinkančios misijos kriterijus, paleidimo langas bus rugsėjo 2–6 dienomis. Jau žinoma, kad NASA pasirinko artimiausią Artemis I misijos starto datą – 3 metų rugsėjo 2022 dieną tarp 21:17 ir 23:17 Kijevo laiku. Kiekviena sekanti diena taip pat turi tam tikrą laiką, kada galima startuoti. Jei per šį laiką nepavyks pakilti, pasirodys šie paleidimo langai:

• nuo rugsėjo 20 iki rugsėjo 28 d
• nuo rugsėjo 30 iki spalio 4 d
• nuo spalio 17 iki 23 d
• spalio 27 d
• nuo spalio 29 iki 31 d
• ir taip toliau…

Belieka tik laukti ir tikėtis, kad netrukus įvyks sėkmingas istorinės „Artemis I“ misijos startas.

Taip pat skaitykite:

• Kvantinės fizikos 100 metų: nuo XX amžiaus 1920-ųjų teorijų iki kompiuterių
• 5 ateities kosminės misijos, apie kurias reikia pagalvoti

Tačiau nepamirškite, kad Ukrainoje vyksta karas. Jei norite padėti Ukrainai kovoti su Rusijos okupantais, geriausias būdas tai padaryti – aukoti Ukrainos ginkluotosioms pajėgoms per Išgelbėk gyvybę arba per oficialų puslapį NBU.