Statek kosmiczny w walizce i skok z orbity?…Da się zrobić (1961r.)

Wszystkie dane techniczne pochodzą z „Analysis and design of space vehicle flight control systems. Volume 16 – Abort” str.145 oraz Astronautix.com „MOOSE”.

Scena z filmu Star Trek

Scena z filmu Star Trek

autor: Orland Krzyżanowski

Głośnym wydarzeniem nie tak dawno temu był skok Felixa Baumgartnera z wysokości prawie 40km. Wyczyn ten robi wrażenie gdyż jeżeli przyjmiemy umowność granicy kosmosu był to skok z jego krawędzi. Czy to jest maksimum możliwości tego typu wyczynów? Szukając odpowiedzi odbędziemy wędrówkę do roku 2250  a następnie 290 lat wstecz do lat 60tych ubiegłego wieku.

„Beam me upScotty

Wiele osób „twardo stojących” na ziemi nie przepada za literaturą czy kinem fantastyczno- naukowym. Gdy pyta się ich o powody takiego stanu rzeczy wskazują na fakt zainteresowania rzeczami codziennymi czy zwykłymi. Nie dostrzegają, że są otoczeni przez wyroby „kosmiczne” na co dzień. Zaczynając od Pampersów, idąc przez zajęcia z aerobiku (opracowane przez dr Kennetha Copera dla astronautów) i korzystając z nawigacji GPS na co dzień kończąc. To tylko trzy rzeczy z wielkiej listy w którą mógłby się zamienić niniejszy tekst gdyby wymieniać dalej. Ktoś na to wszystko musiał jednak wpaść. Musiała pojawić się pierwotna wizja, idea!

Przeszło lat temu w 1903 roku Konstantyn Ciołkowski wydał powieść fantastyczno-naukową „Poza Ziemią”. Prezentowała ona teoretyczne założenia lotu rakiety kosmicznej. W tym samym roku  gdy dwaj bracia dokonali pierwszego lotu samolotu (który swoją drogą też długo uważany był za fantastykę) umysł wspomnianego naukowca przetwarzał to czego jesteśmy świadkami dzisiaj! Człowieka podróżującego przez przestrzeń kosmiczną. Nie będąc zatem „twardo stojącymi” na ziemi ludźmi (i to należy potraktować jako komplement) spójrzmy co jest uznawane za fantastykę dzisiaj…

W 2009 roku wyszła 11 część pełnometrażowego filmu Star Trek. Mamy konkretnie rok 2250. Gdzieś w połowie filmu widzimy trójkę astronautów którzy szykują się do wyskoczenia z wahadłowca kosmicznego znajdującego się na orbicie Ziemi żeby będąc niezauważonym wylądować na wrogiej konstrukcji która wspomnianą Ziemię akurat niszczyła. Czy się dało? Oczywiście, że się dało. Cała trójka weszła w atmosferę na wzór naszego Feliksa i wykonała misję. Na pierwszy rzut oka oglądając produkcję w 2009 roku pomyślałem sobie- fantastyka. Dobra bo dobra ale fantastyka. Później obejrzałem program na Discovery o Joe Kittingerze, który przeprowadził pierwszy skok z 31km w ramach programu Excelsior w roku 1960. Zaczęło robić się mniej fantastycznie a bardziej realnie. Do tego doszedł skok z 2013 roku, który oglądało się jak najlepszy film fantastyczny w dodatku w HD. Czy oglądaliśmy to samo co pokazywał Star Trek? Czy dogoniliśmy w tej dziedzinie również wizjonerów Sci-Fi? I tak i nie mówiąc krótko.

Nie tyle chodzi o wysokość co o prędkość…

Gdy spotykam się ze znajomymi, po wstępnym przerobieniu tematów na temat rosnących cen, polityki i na końcu znalezieniu osoby bądź podmiotu odpowiedzialnego za ten stan rzeczy, często przez przypadek wchodzę na temat zagadnień astronautycznych. Ciekawą rzeczą jest, że większość osób utożsamia orbitowanie w kosmosie z osiągnięciem odpowiedniej wysokości. W uproszczeniu na 99 kilometrze znajdujemy się w atmosferze Ziemi a na 101 kilometrze jesteśmy już w kosmosie i to co zostało tam umieszczone będzie „wisiało” w nieskończoność. Rzecz jest dużo bardziej skomplikowana a co za tym idzie dużo bardziej ciekawa.

Różnica pomiędzy skokiem Feliksa a bohaterów Star Treka polega nie na wysokości z której skakali ale z prędkości przy której to robili. Różne obiekty na orbicie znajdują się na niej dlatego że poruszają się z odpowiednią prędkością, która równoważy siłę grawitacji. Wysokość w tym momencie jest konieczna tylko do tego żeby odbywało się to ponad gęstą ziemską atmosferą. Prędkość Feliksa względem ziemi była praktycznie czynnikiem pomijalnym w czasie wykonywania przez niego skoku. W wypadku bohaterów filmowych dokonywał się on z pokładu wahadłowca poruszającego się po orbicie z prędkością orbitalną. Gdy w takim wypadku coś zrzucamy na Ziemię musimy liczyć się faktem tarcia atmosferycznego. Wynika ono z gęstości atmosfery do której się „spada” z kosmosu oraz właśnie dużej prędkości.

Jak wiadomo w naturze nic nie ginie i kwestia energii którą posiada deorbitujące ciało jest rzeczą najważniejszą w tym temacie. Gdy coś wchodzi w atmosferę jego energia poprzez tarcie atmosferyczne przekształca się w ciepło a w zasadzie konkretny żar. Żeby coś „przeżyło” takie wejście w atmosferę musi być zabezpieczone osłoną termiczną która odizoluje temperaturę zewnętrzną od ładunku za nią się znajdującego.

Widok na osłonę termiczną w trakcie wchodzenia w atmosferę. ( artystyczna wizualizacja kapsuły Apollo,źródło: NASA)

Widok na osłonę termiczną w trakcie wchodzenia w atmosferę. ( artystyczna wizualizacja kapsuły Apollo,źródło: NASA)

Tutaj właśnie drzemie sedno sprawy i główna różnica pomiędzy Feliksem a koncepcją skoków z kosmosu/orbity. Warunki panujące na zewnątrz kapsuły Szwajcara były jak najbardziej kosmiczne, podobnie jak widoki. Charakterystyka lotu jego pojazdu a pojazdów orbitujących to jednak zupełnie coś innego. Temat nie jest tak fantastyczny jakby się mogło na pierwszy rzut oka wydawać. Amerykanie przeprowadzili studia nad ewakuacją kosmonautów z orbity przy założeniu że nie udają się do statków ewakuacyjnych a wyskakują z uszkodzonej stacji kosmicznej jak skoczkowie spadochronowi. Zobaczcie jak to miało wyglądać!

Historia, która się nigdy nie wydarzyła

Mamy alternatywny 1970 rok i historię, która się nie wydarzyła naprawdę. Rutynowy dzień pracy na stacji kosmicznej przebiegał bez problemów. Jak się okazało nie miało tak być do jego końca. Nagle instrumenty wskazują nagły spadek ciśnienia. W ciągu kilku minut będzie ono tak niskie, że kosmonauta straci przytomność. Przed rozpoczęciem ratowania sprzętu musi ubrać kombinezon kosmiczny, żeby miał możliwość działania po upływie tego krótkiego czasu. Nasz hipotetyczny bohater znajduje się na wojskowej stacji kosmicznej MOL, która w na potrzeby niniejszego tekstu została jednak wybudowana. Ma do dyspozycji tylko jeden moduł ciśnieniowy, który w tej chwili przestał być ciśnieniowym. Do zadania priorytetowego należy zlokalizowanie nieszczelności. Korzystając ze szczątkowej atmosfery w module otwiera torebkę z wodą. Po chwili galareto podobna kula zaczyna dryfować w kierunku przodu stacji. Po kilkudziesięciu sekundach dociera do ściany i w niej znika. Otwór nie jest duży. Ma około 2mm ale diagnoza jest jasna. Mikrometeoryt przebił poszycie stacji. Po otwarciu włazu w uszkodzonej ścianie wąskim tunelem z trudem udaje się do statku którym przybył na stację. Na ten lot wyjątkowo cała kapsuła Gemini należała tylko niego. Misja była jednoosobowa.

mol

Nigdy niezbudowana wojskowa stacja MOL. Prace nad nią trwały przez większość lat 60tych.

Szybko zorientował się, że nie będzie musiał zajmować miejsca w statku. W oknie które dawało wspaniały widok do przodu za który tak lubił Gemini widniała mała pajęczynka…ślad po przebiciu. W tej samej chwili zauważył swoją wodę która wyszła na tylniej ścianie kapsuły i rozpoczęła lot ku dziurze w oknie. Osłona termiczna statku przebita. Nie wróci on na Ziemię… przynajmniej nie w jednym kawałku.

MOOSE-Man Out Of Space Easiest

Na dzień dzisiejszy sfabularyzowana powyżej przeze mnie historia zakończyłaby się tragicznie dla załogi orbitującej ISS. Przebity statek ewakuacyjny i niedziałająca stacja. Brak możliwości wysłania misji ratunkowej- to byłby wyrok. W historii alternatywnej jednak mamy szansę. Na początku lat 60tych zaproponowano oryginalne rozwiązanie, które nawet dzisiaj może szokować. Firma General Electric zaproponowała stworzenie walizki o wadze 90 kg (w warunkach nieważkości element nieistotny dla kosmonauty) i kompaktowych rozmiarach. Jej zawartość to podręczny zestaw deorbitacyjny dla jednej osoby! W jego skłąd wchodził nieduży silnik rakietowy do wykonania odpalenia deorbitacyjnego, worek z tworzywa sztucznego o wysokości 1,8m, pojemnik przypominający dezodorant umożliwiający orientację astronauty w przestrzeni, pojemniki z pianą o których będzie dalej, spadochron i zestaw survivalowy. Plany stworzenia takiego czegoś istniały naprawdę!

Kliknij aby otworzyć dokument NASA traktujący o temacie- strona 145 (źródło-archiwum NASA)

Kliknij aby otworzyć dokument NASA traktujący o temacie- strona 145 (źródło-archiwum NASA)

Będę żył!

Wróćmy zatem do naszego fikcyjnego kosmonauty, który pewnie już się zaczął denerwować czy nie chcemy go tak zostawić. W statku Gemini znajduje się walizka MOOSE. Dehermetyzować pojazdu już nie trzeba…sam to zrobił. Wystarczy otworzyć jeden z dwóch włazów i nic nie dzieli naszego bohatera od Ziemi i otwartego kosmosu. Jednym silnym wybiciem opuszcza on swój kosmiczny dom… tylko w skafandrze i z niedużym pojemnikiem. Tętno ma oczywiście podwyższone. Jest sam w zupełnej pustce. Tlenu starczy mu tylko na kilka godzin a uszkodzona stacja niknie z pola widzenia szybciej niżby się tego spodziewał. Jednak jest też specjalistą szkolonym do tej sytuacji przez całe zawodowe życie. Wie co musi zrobić i jest predysponowany do tego psychicznie, umie radzić sobie ze stresem.

Najpierw za pomocą dyszy „dezodorantu” orientuje siebie poprawnie w przestrzeni. Przestaje koziołkować i patrzy w kierunku swojego lotu. Następnie wyciąga z walizki worek. Ma on 1.8 wysokości i za zadanie zmieścić całego astronautę któremu jak się okazuje sprostał. Teraz pora na pojemniki z pianą. Wypełnia ona wnętrze worka który zaczyna przyjmować zaplanowany kształt. Na plecach naszego rozbitka formuje się kształt przypominający tarczę ablacyjną. Sama piana stabilizuje też swojego jedynego pasażera. Pozostaje teraz odpalić deorbitacyjne rakiety na stały materiał pędny. Będą pracowały tak długo aż nie skończy się im paliwo, bez możliwości regulacji… bez powrotu.

Kroki do wykonania po wyskoczeniu ze statku.

Kroki do wykonania po wyskoczeniu ze statku.

Wejście w atmosferę odbywa się po trajektorii balistycznej. Nie jest przyjemnie gdyż taka ścieżka wejścia wiąże się z ekstremalnymi przeciążeniami w okolicach 9g lub momentami większymi. Poprawnie działająca osłona termiczna skutecznie izoluje kosmonautę od żaru tarcia o cząsteczki powietrza. Po udanym przejściu gęstniejąca atmosfera spowalnia sztywny worek wyhamowując go do tego stopnia, że na wysokości 9km nasz bohater pociąga za linkę która wypuszcza właściwy spadochron hamujący. Na tym etapie rozważano dwie możliwości. Spadochron przyczepiony do piersi kosmicznego rozbitka oraz do całości „pojazdu”/worka. W pierwszej opcji spadochron oderwałby kosmonautę od niepotrzebnej osłony i lądowanie odbyłoby się jak u zwykłego skoczka spadochronowego. Druga możliwość zakładała że zostaje on w swoim „pojeździe” i woduje na oceanie lub na lądzie gdzie pianka posłużyłaby za amortyzator przy przyziemieniu . Zapewne z pewnymi obrażeniami ale jednak żywą nasza fikcyjna postać zostaje znaleziona przez grupę ratowniczą. Uszkodzona stacja po kilku miesiącach zostaje zniszczona spalając się w górnych warstwach atmosfery gdzieś nad Pacyfikiem.

Szalona wizja?

Na pewno nikt nawet spragniony wrażeń nie chciałby takiego scenariusza przeżyć. Sami pomysłodawcy określali użycie MOOSE jako ostateczność gdy wszelkie inne formy sprowadzenia kosmonauty by zawiodły. Przeprowadzono również pewne praktyczne przygotowania. W jednym z eksperymentów umieszczono ochotnika w wyprodukowanej na potrzeby eksperymentu elastycznej osłonie termicznej a następnie wypełniono formę wspomnianą pianą. Żeby było ciekawiej zrzucono tego człowieka z mostu w Massachusetts z wysokości 6 metrów. Udało mu się wyjść z testu bez szwanku jednak jak sam powiedział 6 metrów to nie 500km. Innym razem podgrzano ochotnika do 100 stopni Celcjusza i z zadowoleniem stwierdzono że materiał dobrze izolował wysoką temperaturę od człowieka. Sam materiał poddano również szeregowi prób w tunelu aerodynamicznym gdzie stwierdzono, że spełniał pokładane w nim nadzieje. Czy system by zadziałał nigdy się nie dowiemy gdyż prace nad nim ustały razem z anulowaniem programu wojskowej stacji MOL. Koncepcja odeszła w zapomnienie.

moose22

XXI wiek i elastyczne osłony termiczne

Pewnym współczesnym nawiązaniem do wspomnianej koncepcji „spakowanej” osłony termicznej jest idea nadmuchiwanej osłony która przyjęłaby właściwą formę dopiero gdy byłoby to potrzebne (dzisiaj tarcza jest stałym i zintegrowanym elementem pojazdów kosmicznych). W roku 2012 przeprowadzono udany eksperyment IRVE-3. Osłona wyniesiona w kosmos miała zaledwie 50 centymetrów średnicy ale po rozłożeniu (nadmuchaniu) jej obwód wyniósł aż 3 metry! Oczywiście jest to inna technologia i ma służyć innym potrzebom jednak warto o niej wspomnieć. Więcej o tym wydarzeniu przeczytacie na Kosmonaucie.net

moose

Reklamy

Informacje Orland Krzyżanowski
Witam na blogu tematycznym poświęconemu historii załogowej astronautyki. Wpisy będą miały charakter artykułów z zachowaniem poprawności formalnej w postaci podania źródeł bądź przypisów w wypadku korzystania z czyjejś pracy. W polskojęzycznym internecie nie ma wielu stron traktujących wybrane zagadnienia szczegółowo a dotyczących mniej znanych zagadnień w postaci koncepcji i różnych studiów dotyczących eksploracji przestrzeni kosmicznej w przeszłości.

One Response to Statek kosmiczny w walizce i skok z orbity?…Da się zrobić (1961r.)

  1. Thanks a lot for sharing this with all folks you really recognize what you
    are speaking about! Bookmarked. Kindly also discuss with my web site =).
    We could have a hyperlink alternate arrangement among us

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Log Out / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Log Out / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Log Out / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Log Out / Zmień )

Connecting to %s

%d blogerów lubi to: