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

Przyszłość stacji kosmicznych – rozwój wykładniczy czy regres do średniej?

spacestation

     W 2011 roku podano oficjalnie, że dobiegła końca budowa Międzynarodowej Stacji Kosmicznej -największego przedsięwzięcia naukowo-inżynieryjnego w historii. Pomimo, że Rosjanie jeszcze nie powiedzieli w temacie ISS ostatniego słowa i czekamy na umieszczenie przez nich modułu MLM Nauka (regularnie zresztą opóźniane) to już teraz można zastanowić się co będzie dalej. Interesujący okres to okolice 2025 roku, kiedy to można spodziewać się zakończenia eksploatacji stacji.

Wyobraźnia każe zwizualizować coś równie ambitnego i oczywiście odpowiednio większego. W końcu będziemy mieli dumnie brzmiące lata dwudzieste XXI wieku i każda kolejna konstrukcja powinna być odpowiednio większa, lepsza i nowocześniej wyglądająca względem swojego historycznego pierwowzoru. Doświadczenie zdaje się wspierać ten tok myślenia. Od Saluta 1 do ISS mamy nieprzerwaną ewolucję i wzrost gabarytów kolejnych budowanych kosmicznych placówek.  Z każdą kolejną generacją stacji wzrastał też zasięg międzynarodowej współpracy początkowo w ramach Interkosmosu, Spacelab, Mir-Space Shuttle, aż do wielonarodowego zaangażowania 16 krajów przy budowie obecnego kompleksu orbitalnego.

Od nich się wszystko zaczęło- seria stacji Salut.

Od nich się wszystko zaczęło na serio- seria stacji Salut. Mniej piękne od koncepcji z rozmachem prezentowanych na deskach kreślarskich…jednak to one faktycznie znalazły się na orbicie.

Czy czegoś podobnego można spodziewać się przy przyszłej inicjatywie? Biorąc pod uwagę zmieniające się czynniki ekonomiczne i polityczne istnieją przesłanki do przypuszczenia, że dotychczasowa linia rozwoju stacji orbitalnych będzie wyglądała zupełnie inaczej, niż zdążyliśmy się do tego przyzwyczaić. Na przełomie lat dwudziestych i trzydziestych jest możliwość, że nad nami znajdzie się nie jedna konstrukcja a kilka mniejszych obiektów w tym inicjatywy nieprzypisane pod konkretną flagę narodową bo komercyjne. Obecny moment jest dobrą chwilą na ogólną refleksję nad tą kwestią. Dzisiaj możemy sobie pozwolić na spojrzenie z perspektywy przeszło stu lat planowania jak idealna stacja kosmiczna powinna wyglądać i porównać z realnymi osiągnięciami na tym polu.

Pierwsze szkice i koncepcje opracowane zostały przez wizjonerów, którzy być może urodzili się za wcześnie wyprzedzając swoją epokę. Główne założenia ich konstrukcji skupiały się na krytycznym problemie stworzenia sztucznej grawitacji i to już pół wieku przed pierwszymi lotami w kosmos. Typ pojazdu kosmicznego wykorzystujący ruch obrotowy do wytworzenia ciążenia został zaproponowany na początku XX wieku przez Konstantego Ciołkowskiego w książce „Poza Ziemią” (Вне Земли). Bardziej znaną pracą, która po raz pierwszy w historii zajmuje się stricte budową stacji kosmicznej i wyznacza pewną cezurę czasową dla tego tematu jest „Problemy kosmicznych podróży” (Das Problem der Befahrung des Weltraums) z 1928 roku.

nasitki5

Prezentuje ona konstrukcję znaną z widzenia niemal wszystkim, jednak tylko niektórzy zdają sobie sprawę, że to na co patrzą to coś więcej niż wymysł scenarzystów filmowych. Jest to stacja w kształcie obracającego się koła znana chyba najbardziej z filmu Odyseja Kosmiczna 2001. Autorem koncepcji jest Herman Potočnik Noordung. Jej rozwinięcia podjął się Werner von Braun i zaprezentował swój pomysł publiczności naukowej w 1951 roku. Dwa lata później stacja von Brauna została spopularyzowana za sprawą publikacji w magazynie Collier i w ten sposób Herman Nordung został praktycznie zapomniany jako twórca pierwowzoru stacji kosmicznej dla szerszej publiczności. Innym przykładem był projekt oparty na sferze Bernala z 1929 roku, który wykorzystany został w serii Babilon 5. Przy kilku innych projektach przed erą kosmiczną bardziej lub mniej wyraźnie priorytetowo traktowano sprawę sztucznego ciążenia.

800px-Von_Braun_1952_Space_Station_Concept_9132079_original 1952ColliersMarch22p22

Dlaczego zatem kolejne kosmiczne placówki nie łączą naszej rzeczywistości z propozycjami prekursorów astronautyki załogowej na których pomysłach tak chętnie dla odmiany oparto rozwiązania znane z wielu filmów fantastyczno-naukowych?

Ostrożnie można zaproponować dwa powody tego stanu rzeczy. Od strony technicznej ważnym względem był (i w dużej części obowiązuje do dzisiaj) fakt, że projekty stacji opartych o ruch obrotowy były ekstremalnie dużymi konstrukcjami. Niemal sto lat po zaproponowaniu tych pomysłów wciąż nie dysponujemy efektywnym środkiem wynoszenia dużych elementów na orbitę, które umożliwiłyby zachowanie proporcji 1:1 względem oryginalnych projektów. To co ma zostać umieszczone w przestrzeni do dzisiaj stanowi poważny kompromis pomiędzy planami a realnymi możliwościami. Drugą kwestią i chyba ważniejszą były motywy, którymi kierowały się państwa zdecydowane rozpocząć swój program kosmiczny. Połowa ubiegłego wieku to spolaryzowany świat o dwóch biegunach rozpędzony w zimnowojennej zawierusze. Załogowa eksploracja była wynikiem wyścigu którego cele były ściśle polityczno-wojskowe. Za znany nam dzisiaj kształt stacji kosmicznych odpowiada Związek Radziecki, gdyż to pierwsze propozycje przyszłych stacji Siergieja Korolowa przypominają to co znamy. Ze względu na realia polityczne w których przyszło działać radzieckiemu konstruktorowi projekt nie miał stanowić największego osiągnięcia inżynieryjnego całej ludzkości a w bardzo praktyczny sposób służyć Ministerstwu Obrony Związku Radzieckiego w postaci militarnej stacji służącej rekonesansowi z orbity. W ten sposób zostały zaproponowane w kolejnych latach 1960, 1961, 1962 projekty OS, TOSZ- ciężkiej stacji kosmicznej i OS-1. Gabaryty stacji były ściśle powiązane z możliwościami wynoszenia ładunków i z tego względu od początku były osiągalne. Nie uwzględniając laboratorium kosmicznego USA w postaci Skylaba kolejne stacje wynoszone na orbitę to konstrukcje rosyjskie reprezentujące znaną nam architekturę modułów wynoszonych w całości rakietami nośnymi i łączonych później na orbicie. Pierwsza wielomodułowa stacja kosmiczna Mir zapewniła bogate doświadczenia w eksploatacji i bezpośrednio umożliwiła budowę szczytowego osiągnięcia stacji konstruowanych w ten sposób-Międzynarodowej Stacji Kosmicznej.

ISS_Size_Comparison_1200x700_RK2011

ISS może być uznana za kulminację wielkości tego typu konstrukcji, która szybko się nie powtórzy. Powodem tego stanu rzeczy jest geneza jej powstania. Jest ona efektem wielkiego kompromisu wszystkich stron zainteresowanych obecnością na orbicie i jej historia sięga daleko przed rok 1998 w którym rozpoczęto jej budowę. Dla USA projektowanie i planowanie budowy to lata siedemdziesiąte. Rozmach amerykanów jednak daleko przekraczał ich możliwości. Dla Rosjan technika nie przedstawiała problemu. Mieli osiągnięcia, doświadczenie i sprzęt… ale też lata 80/90te to olbrzymie problemy gospodarcze i ekonomiczne, które spowodowały upadek Związku Radzieckiego i w rezultacie dekadę zapaści finansowej. Sektor kosmiczny nie znajdował się na liście priorytetów chwiejącego się w posadach państwa a plany budowy stacji Mir 2 z drugiej strony były już gotowe. Dla mniejszych agencji kosmicznych innych państw jasne było, że samodzielne umieszczenie placówki na orbicie leży poza dającą się przewidzieć przyszłością, pomimo posiadania technologi umożliwiającej produkcję własnych habitatów/laboratoriów. Dotyczyło to państw europejskich, oraz Japonii. W takiej sytuacji jak widać wszyscy mieli interes, żeby podjąć współpracę. Datą graniczną tej decyzji jest rok 1984, gdy prezydent Regan ogłosił plan wybudowania placówki na orbicie przed upływem dekady… kilka zdań dalej zapraszając do współpracy inne kraje.

W roku 2025 ISS będzie zbliżała się do trzeciej dekady działalności. Większość zaplanowanych eksperymentów państwa zaangażowane prawdopodobnie już przeprowadzą. Ponadto 30 lat utrzymywania kompleksu wymagało zapewnienia ciągłego wysiłku finansowego. Europa swoje cele do tego czasu z pewnością osiągnęła, podobnie Japonia. Nowa realia najprawdopodobniej spowodują zamknięcie rozwoju opracowania załogowych wersji pojazdów transportowych używanych dzisiaj jeszcze w trakcie eksploatacji stacji. Czym będą owe realia, że istniejące od kilkudziesięciu lat agencje kosmiczne zrezygnują z logicznego, jak mogłoby się wydawać kroku, jakim byłoby zbudowanie własnych statków załogowych? Z dużym prawdopodobieństwem zaryzykuje stwierdzenie, że jutro zaczyna się dzisiaj-przynajmniej w dziedzinie rozwoju załogowej astronautyki. Kluczem do tego zagadnienia jest komercjalizacja dostępu człowieka do przestrzeni kosmicznej której początku jesteśmy właśnie świadkami. W takim przypadku agencje narodowe mogą wykorzystać okazję żeby zmniejszyć koszty związane ze swoimi projektami. Jest to kwestia porównywalna do wyborów każdego z nas w życiu codziennym choćby przy wyborze środka transportu. Kupić samochód i go utrzymywać czy mając doprowadzoną pod dom linię tramwajową skorzystać z usług przewoźnika prywatnego a zaoszczędzone pieniądze przeznaczyć na inne szczytne cele (oczywiście w przypadku agencji kosmicznych chodziłoby o wykorzystanie środków na cele naukowe).

Jak zatem będzie wyglądało niebo w 2025 roku dla dzisiejszych amatorów obserwacji przelotów ISS? Nie wróżąc a tylko wyciągając wnioski z danych dostępnych dzisiaj można się pokusić o następujący scenariusz. Z agencji narodowych można się spodziewać aktywności we własnym zakresie dwóch krajów. Przede wszystkim najmniej niepewności szykuje nam CNSA-Chińska Agencja Kosmiczna. Patrząc na konsekwencję z jaką kraj ten posuwa się naprzód za 15 lat możemy liczyć na wielomodułową stację kosmiczną na orbicie. Często określa się ją jako przypominającą rosyjskiego Mira jednak jeżeli różnica będzie na tyle duża co pomiędzy statkami Sojuz a Shenzhou to będzie to z niej czyniło placówkę, która przynajmniej po części będzie stanowiła nową jakość.

Tiangong

Tak ma wyglądać chińska stacja kosmiczna.

Drugim jednak już nico mniej pewnym kandydatem mających aspirację do utrzymania swojej załogowej placówki na orbicie jest Rosja. Kraj posiadający największe doświadczenie w budowie kosmicznych przyczółków ludzkości w kosmosie. Ich plan na chwilę obecną to pogorbowiec ISS w postaci OPSEK. Rosjanie mają w planie odłączenie części swojego segmentu Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, gdy przyjdzie na to czas i który byłby zalążkiem nowej samodzielnej konstrukcji. Pomimo, że na pierwszy rzut oka może się to wydawać fantastyczne to są ku temu jak najbardziej realne przesłanki. Najnowszy planowany moduł MLM Nauka, który ma dołączyć do ISS na przełomie 2013/2014 roku nie dość, że będzie miał dopiero 10 lat gdy spodziewana służba stacji dobiegnie końca to oparty jest na architekturze modułów FGB. Oznacza to, że taki pojazd (skonstruowany na bazie statków TKS mających zaopatrywać stacje wojskowe Ałmaz w latach 70tych) będzie posiadał własny system podtrzymywania życia, kontroli lotu, oraz napęd. Wraz z dołączonym modułem NODE będącym zaawansowanym portem cumowniczym całość mogłaby stanowić bazę pod nową, czysto rosyjską stację.

W teorii Rosjanie są w stanie zbudować nową stację jako część struktury ISS. Po zakończeniu życia tej ostatniej "nowa" stacja odłączy się od niej i rozpocznie samodzielną działalność.

W teorii Rosjanie są w stanie zbudować nową stację jako część struktury ISS. Po zakończeniu życia tej ostatniej „nowa” stacja odłączy się od niej i rozpocznie samodzielną działalność.

opsek_ppts_dock_1

Dalej mamy nową jakość-spodziewane projekty będą najprawdopodobniej inwestycjami prywatnymi. Tutaj kończą się rozwiązania jakie znamy i zaczyna coś nowego. Po pierwsze stacja firmy Bigelow składająca się z nadmuchiwanych modułów, których konstrukcja została już przetestowana. Jeden taki moduł miałby wielkość przewyższającą metraż hermetyzowanych pomieszczeń na ISS. W chwili startu mieściłby się na stosowanych obecnie rakietach nośnych a na orbicie przybierał swoje pełne rozmiary. Pokryty specjalnym materiałem z kevlaru byłby stosunkowo dobrze zabezpieczony przed mikrometeorytami. Jest to największa ciśnieniowa konstrukcja jakiej można się spodziewać na przestrzeni najbliższych dekad. Obsługiwana mogłaby być statkami Dragon, oraz CST-100 i stanowiłaby nową jakość w całej historii załogowych stacji orbitalnych. Następne rozwiązanie, którego powodzenia możemy się spodziewać, gdyż wszystkie elementy systemu już istnieją i są przystosowywane do swojej roli ma dla odmiany charakter retro. Dwa kadłuby „militarnych Salutów” z anulowanego programu Ałmaz z lat 70-tych, oraz gotowe kapsuły wielokrotnego użytku WA zostały zakupione przez firmę Excalibour-Almaz. Elementy te mają już cztery dekady, i przez ten czas leżały w rosyjskich magazynach, jakkolwiek kierując się deklaracjami firmy mają przed sobą obiecującą przyszłość. Pozostając przy sprzęcie rosyjskim realną w założeniach wydaje się być Komercyjna Stacja Kosmiczna (CSS) rosyjskiej firmy Orbital Technologies. Proponuje ona niedużą jedno modułową placówkę na orbicie o średnicy trzech metrów i dwudziestu metrów sześciennych przestrzeni ciśnieniowej obsługiwaną przez Sojuzy i perspektywicznie przez ich następce. Za dobrą monetę można uznać fakt, że projekt ma wsparcie finansowe swojego macierzystego kraju. Deklarowana gotowość do wystrzelenia to 2016 rok. Rosjanie są bardzo nastawieni na komercyjny sukces swojego przedsięwzięcia stawiając na turystykę obok opcjonalnego laboratorium na orbicie (stacja firmy Bigelow miałaby mieć charakter ściśle naukowy). Może to przynieść dodatkowe środki finansowe od zainteresowanych milionerów (lub miliarderów) chcących spędzić urlop w nowym miejscu.

um_2

Tak wyglądają deklarowane plany różnych firm i agencji. Na ile projekty te są nastawione na osiągnięcie swojego celu a na ile wykorzystują „kosmiczny” temat, żeby wyróżnić się na rynku pokaże czas. W obecnej rzeczywistości warunek powodzenia jest jeden: przedsięwzięcie musi się opłacać. Poniżej reklamowe wykorzystanie tematu przez magazyn Playboy…tak nie do końca na serio.

playboy-club-space-station-exterior

Sowiecka „Gwiazda Śmierci”: wojskowy Sojuz VI Zwiezda (1965r)

russian-space-cowboy

„Space Cowboys” w Soviet Star Wars Art

autor: Orland Krzyżanowski

Wszystkie dane techniczne na podstawie: http://www.astronautix.com/craft/soyuzvi.htm

           Określenie Zimna wojna ma generalnie złe  brzmienie  jak każdy zwrot zawierający w sobie słowo „wojna”. Charakteryzuje się jednak dwoma aspektami, które dzisiaj są odbierane w pozytywny sposób. Pierwsza (niezaprzeczalnie) dobra rzecz to fakt, że się skończyła a my żyjemy. Z drugiej strony to bardzo ciekawy kawałek współczesnej historii, w którym dużo się działo na Ziemi oraz pierwszy raz w znanej historii człowieka- w kosmosie.

Jednym z przyczynków do dosyć wartkiego przebiegu wydarzeń tamtego okresu była nieustanna konkurencja dwóch bloków politycznych i ta nutka niepewności czy aby za żelazną kurtyną przeciwnik nie ma więcej. O ile po stronie radzieckiej wspomniana nutka niepewności miała się dobrze gdyż o wielu epizodach dowiadujemy się dopiero dzisiaj  to Amerykanie z drugiej strony często reprezentowali Hollywoodzki styl bycia. Potwierdzeniem ostatniego zdania było ogłoszenie przez USA programu budowy wojskowej stacji kosmicznej MOL jako „jednej z najznaczniejszych decyzji w epoce kosmicznej”. Strona radziecka  na „najdonioślejsze” wydarzenia nie mogła nie zareagować. Rozpoczęto szereg projektów mających być odpowiedzią na amerykańską prowokację. Jedną z bardziej znanych konstrukcji z tej odpowiedzi wynikających była seria wojskowych stacji orbitalnych Ałmaz, którą to szeroko opisałem w jednym z numerów AstroNautilusa. Rosjanie nie lubiąc stawiać wszystkiego na jedną kartę i wiedząc, że Ałmazy będą skomplikowanym systemem na którego gotowość przyjdzie poczekać rozglądali się za innymi rozwiązaniami.

Wprawdzie ZSRR to nie korporacja ale plan naprawczy musi być

Leonid Smirnow, przewodniczący Komisji Wojskowo- Przemysłowej   w sierpniu 1965 roku (a więc rok po porzuceniu projektów Sojuza P i R) zadecydował o pracach mających jak najszybciej wysłać na orbitę wojskowy statek służący celom militarnym. Pomysł przedstawił w na zebraniu partii, która zleciła wykonanie odpowiedniego statku Dimitriemu Kozłowowi który był odpowiedzialny za prace nad zaniechanymi wojskowymi wersjami Sojuzów. Dimitrij miał za cel umieścić na wyrzutni statek gotowy do startu do roku 1967.

Co my tu mamy i co z tego można zrobić…

Bazowy Sojuz 7K-OK. Od tej konstrukcji opracowywano wojskowe modyfikacje.

Bazowy Sojuz 7K-OK. Na podstawie tej konstrukcji opracowywano wojskowe modyfikacje.

Początkowo Sojuz VI Zwiezda bo tak oznaczył swój statek sam konstruktor miał się niewiele różnić od od bazowego Sojuza 7K-OK. Identyczna konfiguracja z wyjątkiem modułu orbitalnego, którego wyposażenie miał stanowić sprzęt wojskowy. Kozłow pracując nad projektem zauważył jednak, że opracowywanego Sojuza męczy szereg bolączek, które wyszły na jaw przy pierwszym jego locie w listopadzie 1966 roku. Dla przypomnienia statek uległ zniszczeniu. Miesiąc później podjęto kolejną próbę i wystrzelono drugi egzemplarz, który wadliwie zdiagnozował awarię rakiety i ewakuował kapsułę za pomocą wieżyczki ratunkowej. W wyniku tych wydarzeń Dimitrij postanowił całkowicie zmienić konstrukcję swojej Zwiezdy.

Coś nowego

W pierwszym kwartale 1967 roku przedstawił statek o zmienionej konfiguracji. Kapsuła powrotna została umieszczona na samym przodzie pojazdu (w seryjnym Sojuzie jest w środku za częścią orbitalną). Powiększony i cylindryczny (zamiast sferycznego) moduł orbitalny znalazł się za nią. Ta z pozoru prosta zamiana miejscami wymogła poradzenie sobie z nową klasą problemów. Najbardziej kontrowersyjnym z nich było zamontowanie w tarczy ablacyjnej włazu który umożliwiał przedostanie się załogi do części orbitalnej. Jak wiemy tarcza ta przyjmuje na siebie całość temperatury tarcia podczas wejścia w atmosferę i jej jednorodność wydaje się być oczywistością. Początkowo na drodze temu pomysłowi stanął sam Miszyn który po śmierci Korolewa przejął władzę w OKB-1. Uznał ten pomysł za niebezpieczny jednak jak pokazały testy kapsuły WA projektowanej dla statku TKS z takim właśnie rozwiązaniem, nie było się czego bać.

Makieta Zwiezdy (źródło: Astronautix.com)

Makieta Zwiezdy (źródło: Astronautix.com)

Sam statek miał być dwuosobowy a załoga miała zajmować miejsce w kapsule w konfiguracji tandemu a nie jak znamy dzisiaj obok siebie. Instrumenty nawigacyjne znajdowałyby się na po bokach. Według niepotwierdzonych źródeł wieżyczka ewakuacyjna miała być usunięta i zastąpiona fotelami katapultowanymi jednak ciężko wyobrazić sobie takie rozwiązanie.

Bez broni to nie to samo

Zwiezda miała być statkiem wojskowym o różnym przeznaczeniu. Pojęcie „różne przeznaczenie” obejmowało 23 mm samopowtarzalne działko zaprojektowane do pracy w przestrzeni kosmicznej (zastosowane realnie kilka lat później na Ałmazie OPS-2). Na potrzeby celowania kapsuła została wyposażona w mały wizjer. Wątpliwości konstruktorów dotyczące reakcji statku w postaci niekontrolowanego zachowania w trakcie używania broni zostały rozwiane podczas naziemnych prób. Celowanie miało odbywać się poprzez manewry całym statkiem gdyż sama broń była zamontowana w stałej pozycji.

Kosmiczne działko Nudelman 23mm

Kosmiczne działko Nudelman 23mm

O ile kontrola lotu i obsługa uzbrojona odbywała się z pokładu kapsuły to główne urządzenia badawcze służące namierzaniu satelitów czy obserwacji powierzchni Ziemi znajdowały się w cylindrycznym module orbitalnym. Załoga mogła tam pracować w misjach trwających do miesiąca. Trzeba powiedzieć, że to bardzo długi czas zważywszy na fakt, że pomimo iż moduł orbitalny był powiększony w stosunku do podstawowego Sojuza to dalej mniejszy od jakiejkolwiek istniejącej w przyszłości stacji kosmicznej.

Panele słoneczne? Mamy coś lepszego…

Chyba najbardziej charakterystcznym elementem czyniącą sylwetkę znanego wszystkim Sojuza są jego „skrzydełka” czyli panele fotoogniw słonecznych, które wraz z cylindrycznym modułem orbitalnym uniemożliwiają pomylenie tej konstrukcji z czymkolwiek innym (nie licząc towarowego Progressa).

Dimitrij Kozłow w swojej Zwieździe zdecydował się jednak na inny rodzaj zasilania.  Nie lubił paneli słonecznych z kilku podstawowych przyczyn. Po pierwsze baterie które te ogniwa by ładowały ważyły dużo. Innymi powodami było niewygodne manewrowanie statkiem, który musiałby się ustawiać w odpowiedniej pozycji względem Słońca żeby zmaksymalizować skuteczność ładowania baterii. W misjach zwiadu optycznego taki model lotu był niedopuszczalny. Priorytetem było takie ustawienie statku, żeby instrumenty optyczne były zwrócone w kierunku Ziemi. Z powyższych powodów zdecydowano się na radioaktywny sposób generowania energii: radioizotopowy generator termoelektryczny (RTG). Ze względu na niebezpieczeństwo związane z promieniowaniem dwa takie generatory zostałyby umieszczone najdalej od załogi w tylnej części modułu serwisowego. Logiczne założono, że niedobrze by było gdyby spalały się w atmosferze przy powrocie statku gdyż groziło to skażeniem atmosfery. Postanowiono umieścić je w kapsułach powrotnych. Dzięki temu na ziemi lądowałaby kapsuła z astronautami i dwa pojemniki z generatorami RTG, które można by użyć w następnym statku.

W 1967 roku Zwiezda i rakieta nośna Sojuz- M były gotowe do wyprodukowania. wszystkie testy i materiały były zakończone i zaakceptowane.Lot mógłby się odbyć w 1968 lub 69 roku. Tak się jednak nie stało…

Miszyn czuje się urażony 

Gdy prace rozwojowe nad Zwiezdą dobiegły końca projektem w niezdrowy sposób zainteresował się główny konstruktor OKB-1 Miszyn (następca na stanowisku po śmierci Korolewa w 1966r.). Wkrótce stało się jasne, że chciał przejąć program Sojuza VI od Kozłowa który poświęcił mu ostatnie lata. Miszyn czuł się obrażony faktem wprowadzenia poprawek do Zwiezdy które omijały bolączki jego Sojuza 7K-OK. W rezultacie zaczął głośno (na tyle głośno żeby partia usłyszała) krytykować użyte przez Kozłowa rozwiązania w postaci RTG oraz „dziury” w osłonie termicznej mając na myśli pomysł z włazem. Pomysł, który Miszyn proponował w zamian był niczym innym jak wcześniejszym pomysłem Dimiriego Sojuza-R o którym pisałem wcześniej! Zastąpił on jedynie jego pojazdy swoimi.

W rezultacie skomplikowanych machinacji i zakulisowych działań program Kozłowa zostaje przejęty przez Miszyna w 1968 roku. Nie mógł się jednak zwycięstwem cieszyć odpowiednio długo gdyż rok później zdecydowano się zamknąć i jego program. Warto wiedzieć, że opracowywany przez niego Soyuz 7K-S nie trafił do kosza tak jak stało się ze Zwiezdą a posłużył za bazę opracowania kosmicznej taksówki dowożącej kosmonautów na stacje kosmiczne- Sojuza T i późniejszego TM.

soyuz

Model Sojuza-T bezpośredniego następcy niezbudowanego militarnego 7K-S

Sojuz TM- spuścizna po anulowanym programie wojskowym

Sojuz TM- spuścizna po anulowanym programie wojskowym

przypis1- http://www.russianspaceweb.com/almaz_origin.html (MOL challenge)

Załogowy przelot wokół Jowisza- studium techniczne 1969r.

Scena z filmu "Europa Report"

Scena z filmu „Europa Report” podejmującego jako jeden z niewielu tematykę podróży załogowej w okolice Jowisza.

Na podstawie dokumentu „Symmetric round trip flybys to outer plantets” by G.R. Woodcock, NASA 1969.

autor: Orland Krzyżanowski

Od początku istnienia astronautyki załogowej jej celem nadrzędnym była misja do innych światów. Realny początek tej drogi to pierwsze udane wysłanie człowieka na orbitę a kilkanaście lat później na powierzchnię Księżyca. Rok 1969, gdy to wydarzenie stało się rzeczywistością był momentem, w którym wydawało nam się, że kosmos stoi przed nami otworem. Po Księżycu mieliśmy udać się na Marsa (pierwsze planowane misje miały się odbyć już w 1971 roku!) i dalej. Nic takiego się jednak nie wydarzyło, w 1972 roku program księżycowy anulowano. Nigdy nie wróciliśmy na Srebrny Glob nie wspominając o dalszych misjach z człowiekiem na pokładzie statku kosmicznego. Górę wzięły decyzje polityczne, które wygasiły plany dalszych lotów załogowych… a plany były ambitne i obejmowały nawet załogową misję do Jowisza!

To da się zrobić!

W wyniku  fali entuzjazmu związanej z dużymi nakładami na program księżycowy, który udało się przeprowadzić w zaledwie 10 lat od jego ogłoszenia opracowano wielką ilość poważnych naukowych prac związanych z planowaną misją marsjańską w wielkiej ilości wariantów. Część z nich znana jest każdemu nawet pobieżnie zainteresowanemu historią astronautyki. Propozycje  Wernera von Brauna -szeroko rozpoznawalnej  ikony zachodniej astronautyki-  znane są sporej grupie pasjonatów . Różne propozycje misji na Marsa odżywały i łatwo były podchwytywane przez media i programy popularnonaukowe. Niewiele osób jednak wie o wczesnych pracach nad misjami mającymi wysłać człowieka dalej. Nie były one tak zaawansowane jak te na Czerwoną Planetę gdyż musiały się mierzyć z nową jakością problemów związaną z lotami do zewnętrznej części Układu Słonecznego niemniej jednak zlecono ich przygotowanie. Tym sposobem powstało memorandum techniczne na zlecenie NASA opublikowane w 1969 roku. Rok po pojawieniu się na ekranach spektakularnej „Odysei Kosmicznej 2001” Kubrika, która rozpalała wyobraźnię wraz z rzeczywistymi misjami statków Apollo w tym samym okresie. Wydawało się wtedy, że jesteśmy tak właśnie blisko tego typu wydarzeń.

Projekt filmowego statku Discovery One pwstał przy konsultacjach naukowców i inżynierów jak taka misja powinna wyglądać!

Projekt filmowego statku Discovery One wykorzystanego w filmie „Odyseja Kosmiczna 2001″powstał przy konsultacjach naukowców i inżynierów jak taka misja powinna wyglądać! Wszystkie elementy tu zastosowane są poprawne z technicznego punktu widzenia.

Możliwości i Limity

Celem przeprowadzonej analizy była możliwość dokonania symetrycznego (wyjaśnię później) przelotu wokół planet zewnętrznego Układu Słonecznego. Do tego celu uproszczono kryteria misji, które ograniczono do teoretycznego planu lotu skupiając się na mechanice orbit. Pominięto kwestie architektury statku, sposobu budowy, wyniesienia na orbitę i tym podobne. Praca wskazała, że przy zastosowaniu dających się przewidzieć możliwości technicznych (napęd jądrowy NERVA był rozpatrywany) realną misją stałaby się ta dookoła Jowisza z czasem trwania 1000 dni. Jakkolwiek stwierdzono, że przy braku rewolucji w napędach pojazdów kosmicznych praktycznie niewykonalne są załogowe misje dalej. Znaleziono jedno odstępstwo, o którym dalej jakkolwiek Uran i Neptun były  i są do dzisiaj (z braku wspomnianej rewolucji technologicznej) nieosiągalne przy wybranej w założeniach trajektorii lotu.

Trajektoria paraboliczna

Mechanika orbit w praktyce. Misja sondy Juno.

Mechanika orbit w praktyce. Misja sondy Juno.

Decydując się na podróż kosmiczną do innych światów musimy podporządkować się pod ścisłe reguły rządzące środowiskiem w którym będziemy się poruszać. W oceanie będą to prądy oceaniczne, w przestrzeni kosmicznej rządzi mechanika orbit. Odległość od naszego świata do tego docelowego jest tak naprawdę kwestią drugorzędną. Decydując się na podróż kosmiczną z przykładowo Ziemi na Marsa może okazać się, że najwydajniejsza trasa biegnie przez orbitę Wenus (zupełnie nie po drodze) a jednak z punktu ekonomiki ma swoje uzasadnienie. Niech za przykład posłuży trajektoria sondy Juno udającej się na Jowisza, która już znajdując się za orbitą Marsa (w połowie drogi) powróci na bliski przelot wokół Ziemi, żeby udać się na orbitę Jowisza! W przypadku analizy z 1959 roku sprawa miała wyglądać zupełni inaczej. Statek miał poruszać się po trajektorii parabolicznej będącej faktycznie przez cały okres misji orbitą transferową zupełnie inną od szeroko stosowanej orbity transferowej Hohmanna zapewniającej najbardziej ekonomiczne podniesienie orbity od podstawowej do tej docelowej. Najpoważniejszą cechą trajektorii parabolicznej było zredukowanie manewrów używających systemu napędowego statku praktycznie do zera. Pole grawitacyjne planety docelowej miało zakrzywić tor lotu statku do tego stopnia, że w locie swobodnym powróciłby z powrotem do wewnętrznej części układu słonecznego po drugiej stronie słońca względem miejsca wystrzelenia. Najbardziej fascynującą sprawą byłby fakt, że po 1000 dniach lotu statek spotkałby się z Ziemią, która poruszając się po swojej orbicie znalazłaby się w miejscu, w którym doszłoby do spotkania. Poza wyeliminowaniem potrzebnych odpaleń silnika (praktycznie do jednego) trajektoria paraboliczna zapewnia względem orbity transferowej Hohmanna tak ważne przy misjach do planet zewnętrznych skrócenie czasu podróży.

Proponowany przez naukowców przebieg misji. Warto zwrócić uwagę na zmianę położenia Ziemi, która "złapałaby" wracający statek. (rys. z omawianego dokumentu)

Proponowany przez naukowców przebieg misji. Warto zwrócić uwagę na zmianę położenia Ziemi, która „złapałaby” wracający statek. (rys. z omawianego dokumentu)

Wnioski

Obliczenia znalazły 4 warianty do przeprowadzenia misji do układu Jowisza oraz 11 wariantów misji do Saturna przy zastosowaniu „szybkiej” trajektorii parabolicznej. Okazało się  jednak,  że nie ma możliwości przeprowadzenia misji o racjonalnym czasie trwania dalej. Uran i Neptun znajdują się na chwilę obecną nawet teoretycznie poza zasięgiem człowieka przy założeniu, że wykorzysta się rakietę z termicznym napędem jądrowym (program jej budowy zamknięto w 1972 roku). Zastosowanie bardziej wydajnego napędu jak zaznaczyli twórcy dokumentu mogłoby skrócić czas trwania misji jednak potrzebne byłoby opracowanie nowego studium,  które bazowałoby na konkretnych danych na temat możliwości nowego napędu.

Propozycja misji Jowisz- Saturn o długości trwania 5 lat.

Propozycja misji Jowisz- Saturn o długości trwania 5 lat.

W trakcie opracowywania dokumentu natrafiono na ciekawą kwestię. Okazało się, że istnieje możliwość przeprowadzenia misji do dwóch planet o mniejszym zapotrzebowaniu energetycznym niż do jednej! Jest to wspomniana misja której celem byłby przelot dookoła Jowisza, którego pole grawitacyjne skierowałoby statek w kierunku Saturna. Dopiero ta ostatnia planeta w czasie bliskiego przelotu (zakładano, że statek przeleci pomiędzy planetą a jej pierścieniami!) „odbiłaby” jednostkę z powrotem w kierunku Ziemi. Warto zaznaczyć, że taki lot trwałby 5 lat i stanowił górną granicę, która była dopuszczana dla tego typu misji. Lot na następną planetę to czas trwania około 15 lat…

Smoki i białe plamy

W latach 60tych niewiele wiedziano jeszcze o budowie Układu Słonecznego (dzisiaj mimo, że wiemy więcej cały czas powinniśmy zachować miejsce dla nowych rewolucyjnych odkryć, które w każdej chwili mogą zmienić nasze wyobrażenie o miejscu w którym żyjemy). Twórcy dokumentu jako istotny problem wskazują konieczność przelotu przez Pas Asteroid. Jak dzisiaj wiemy ma on na tyle rzadką strukturę, że żadna misja bezzałogowa nie miała problemu z „przebiciem się” na zewnątrz a trwająca misja sondy Dawn pokazuje, że swobodnie można w samym Pasie manewrować kilka lat bez przykrych niespodzianek. Inną kwestią jest przyjęte założenie przy trajektorii parabolicznej bliskiego przelotu nad planet docelową, żeby mogła ona jak najsilniej zagiąć tor lotu statku. W przypadku gazowych gigantów jakimi są Jowisz i Saturn misja wymagałaby wcześniejszych badań atmosfery obydwu planet które głównie z niej się składają. Przelot w odległości 70-80 tyś kilometrów od górnych warstw atmosfery byłby precyzyjną sprawą i warto byłoby się upewnić, że jej parametry nie podlegają nieplanowanym zmianom.

Zamiast zakończenia

Omówione w bieżącym tekście studium techniczne jest jednym z wielu opracowań, które NASA regularnie zleca. Możliwość zapoznania się z nimi to fascynująca lektura. Mimo, że dotyczy wydarzeń, które nigdy się nie wydarzyły daje nam wyobrażenie jak wyglądałoby przeprowadzenie tego typu przedsięwzięć gdyby dostały „zielone światło”. Z mnogości różnych wizji niestety tylko jedna z wielu a czasami żadna ma szansę skonfrontować się z rzeczywistością. Musicie wiedzieć, że pomysłów na lądowanie na Księżycu również było wiele. Wśród mnogości koncepcji gdzieś pośrodku stosu papierów znajdował się dokument”Apollo study designs”. Jedną z propozycji wybrano i wkrótce zabrała ona ludzi na Srebrny Glob…

Cały omawiany dokument do pobrania. Wczujcie się w klimat!

Cały omawiany dokument do pobrania (kliknij w fot. lub link poniżej). Wczujcie się w klimat!

  19700028253_1970028253

W wyniku perturbacji z budżetem USA na chwilę obecną (tj. październik 2013r.) Agencja NASA zamknęła swoją stronę oraz dostęp do swoich archiwów przez internet indywidualnym użytkownikom. Zbiegiem okoliczności omawiany dokument miałem już ściągnięty więc udostępniam z mojej przestrzeni dyskowej zaznaczając, że oryginalnym źródłem jest archiwum NASA, które niestety wyświetla się na dzień dzisiejszy w ten oto sposób:

Nasa

Mierząc siły na zamiary- „MPK”: Rosyjskia koncepcja załogowej misji na Marsa (Studium z 1959 roku)

Załogowy przelot zamiast lądowania? To się da zrobić...i dało się już 50 lat temu.

Załogowy przelot zamiast lądowania? To się da zrobić…i dało się już 50 lat temu.

autor: Orland Krzyżanowski

     Tytuł tekstu wymaga pewnego uściślenia ale jeżeli spowodował, że zaczęliście czytać to znaczy, że swoje zadanie spełnił. Temat misji marsjańskiej wybrałem nie bez powodu akurat teraz. W przyszłym tygodniu na ekrany kin wchodzi film „Marsjanin” na podstawie świetnej książki o tym samym tytule autorstwa Andy`ego Weira z 2011 roku. W swojej opinii dodam, że stworzyła ona nową jakość dla fantastyki naukowej.

Dobrze już było

Problem z załogową misją na (powierzchnię) Marsa jest od 50 lat ten sam. Na chwilę obecną nie jesteśmy tego zrobić i nie zapowiada się, żebyśmy byli w stanie w przeciągu najbliższych trzech dekad. W dobie coraz lepszej grafiki komputerowej, dla której ograniczenia rzeczywistości nie istnieją moja uwaga może zostać odczytana jako czarnowidztwo… bo przecież zobaczcie tę animację- to nie może być takie trudne!

To co widzicie nie jest tym co zobaczymy- takie są fakty.

Grafika wizualizująca Oriona na orbicie marsa wraz z nie istniejącym nawet na szkicach sprzętem. 

A jednak jest i zawsze było trudne. Co ciekawe najbliżej zrealizowania jakiegokolwiek kroku w tym kierunku byliśmy w latach 60tych… potem była już jazda po równi pochyłej która skończyła się naszym uwięzieniem na orbicie okołoziemskiej i budową kapsuły kosmicznej przez NASA (która wysłała człowieka na księzyc 40 lat temu), trwającej już 11 lat i której pierwszy lot załogowy może się odbyć w roku 2023 .Wypadałoby dodać jeszcze jedną informację. Rakieta która ma obsługiwać wspomnianą kapsułę Orion nie istnieje…ale są plany budowy.

Czy entuzjasta astronautyki powinien pisać na stronie promującej zagadnienie tak pesymistycznie? Odpowiem, że czuje się w obowiązku tak pisać. Zrzućmy iluzję kolorowych animacji i nagłaśnianych przez media wydmuszek w postaci Mars One . Jest to konieczne, żebyśmy zobaczyli co nam po eliminacji powyższych pozostało…a będą to fakty, a jak pisał Bułhakow „fakty to najbardziej uparta rzecz we wszechświecie”.

Nie twórzmy niemożliwego- zrealizujmy możliwe  

Przy początkach astronautyki załogowej z przed półwiecza i zachwycie możliwości wysyłania „rzeczy” w przestrzeń kosmiczną pomysły na wykorzystanie tego nowego obszaru eksploracji człowieka zaczęły nabierać rozmachu. Wysyłane „rzeczy” miały być coraz większe a ich punkty docelowe znajdować się coraz dalej. Limity wyobraźni nie istniały. Skoro to dopiero początek to potem może być już tylko lepiej… ale lepiej nie było.

mars2

Grafiki z przed 50 lat które rozpalały wyobraźnię Rosjan w temacie podboju kosmosu- Bez animacji komputerowej też się dało- efekt ten sam.

mars3

Ze skali trudności zdała sobie z tego faktu strona rosyjska w 1959 roku i to jej projektowi dokładniej się przyjrzymy, gdyż to Oni od początku powstania załogowego programu kosmicznego chcieli wysłać człowieka w głęboki kosmos w tym na Marsa… do tego celu budowana była rakieta N1, która tak fatalnie zapisała się w historii astronautyki przez jej dostosowanie do misji Księżycowej.

Jedziemy na bogato…

Na fali początkowego entuzjazmu Rosjanie zaprojektowali misję MPK (Martian Piloted Complex)-Pierwszą poważną analizę radzieckiej załogowej  misji na Marsa zajął się zespół Michaiła Tichonrawowa. Zawierała w sobie wizję komfortowego nie obarczonego problemami technicznymi i ekonomicznymi statku kosmicznego bez ograniczeń. Rezultat? Misja idealna to konieczność wyniesienia 1600 ton na orbitę w 25 startach ciężkiej rakiety N1 (jeżeli ta liczba nie robi na was wrażenia to dla porównania liczba startów amerykańskich Saturnów V które wyniosły człowieka na Księżyc to 13. Saturny skasowano. Były za drogie)

85671-i_115

Jak się okazało czas budowy i startu tego giganta były nie do przewidzenia w żadnym rozsądnym przedziale czasowym. Zdecydowano się na kolejne studium mocno odchudzonej misji zyskując przy tym perspektywę zaplanowania takiego lotu w dającej się przewidzieć niedalekiej przyszłości a konkretnie roku 1971. Zrezygnowano z masy kompleksu z 1600 ton na rzecz 75 ton. Umożliwiło to start całego statku za pomocą pojedyńczego startu rakiety N1, która właśnie pod ten projekt zaczęła być budowana. Zredukowano cele misji w postaci załogowego lądowania na powierzchni i misji trwającej na niej około roku. Zdecydowano się na załogowy przelot dookoła planety z wysłaniem 3 zdalnie sterowanych próbników na jej powierzchnię. Lot w jedną stronę miał trwać 10 miesięcy. Przestrzeń habitatu dla załogi miała wynosić 25 metrów sześciennych (moduł miał ważyć 15 ton i mieć średnicę 6 metrów oraz długość 12 metrów).

aelita3 tmk2 tmk12

Start mógł się odbyć w dwóch wariantach. W opcji pierwszej TMK (w tłumaczeniu na Polski „Ciężki Międzyplanetarny Kompleks”) startował razem z załogą- w drugiej (bezpieczniejszej) załoga dolatywała do znajdującego się na orbicie TMK Sojuzem i tam się przesiadała.

Życie w słoiku

Technicznie misja była do przeprowadzenia pod kątem kosztów oraz techniki. Najbardziej krytycznym systemem była potrzeba opracowania zamkniętego systemu kontroli środowiska. Poradzono sobie z tym problemem wykorzystując samą naturę. Tlen miały produkować algi (rozwiązanie znane z filmu „Czerwona Planeta”) a odzyskiwana woda miała być uzdatniana przez żywice jonowymienne (coś jak kalafonia znana miłośnikom lutowania). 20%-50 % żywności miało pochodzić z upraw na statku. Pomimo, że jak wiemy misja nie doszła do skutku to większość technologi opracowano i stoi ona u podstaw funkcjonowania wszystkich rosyjskich stacji kosmicznych oraz współczesnej ISS. Przed zastosowaniem na orbicie w 1967 roku zbudowano na Ziemi symulator- Ziemski Kompleks Eksperymentalny o skrótowej nazwie NEK lub SU-100. Trójka ludzi spędziła w tym zamkniętym obiegu cały 1967 rok. Ciekawostką jest, że amerykanie opracowali podobny system jednak w ich wypadku eksperyment dobiegła końca po 90 dniach.

Ze sztucznym ciążeniem czy bez…

Już w latach 60tych strona rosyjska wiedziała, że problem mikrograwitacji w wypadku ludzi…jest problemem (amerykanie nie przykładali w swoich planach do tego tak wielkiej wagi chociaż były wyjątki). Statek był w stanie wytworzyć sztuczną grawitację przez obrót dookoła własnej osi jednak dokładne badania wykazały że przy tak małej średnicy własnej kadłuba byłoby to bardziej szkodliwe dla załogi niż nieważkość. Zdecydowano się na czasowe włączenia ciążenia podczas misji. Większość lotu miała się odbyć w stanie braku grawitacji.

tmkmars

Automat vs człowiek

Co ciekawe Rosjanie również zupełnie inaczej podeszli do kwestii automatyzacji statku w stosunku do Amerykanów. O ile jak wiemy z historii oraz filmów fantastyczno naukowych wyprodukowanych  w USA człowiek na pokładzie statku był w pełni decydujący i biorący udział w procesie lotu tak po stronie rosyjskiej postawiono na automatyzację czyniącą z kosmonautów wykwalifikowanych pasażerów (ta filozofia przyświeca Rosjanom do dziaiaj- Sojuzy lecące na ISS odbywają lot w 100% na autopilocie..łącznie a może nawet przede wszystkim z dokowaniem do stacji). Status systemów miał być wyświetlany na głównym panelu kontrolnym nie przez tabele na monitorze wyświetlające kolumny cyferek zmieniające się co kilka milisekund a przez klarowne dla załogi trzy komunikaty: „Norma” dalej „Odstępstwo od normy” i dalej „Usterka”. Całą skomplikowana telemetrię obsługiwałaby kontrola misji na na Ziemii. Zdrowość takiego podejścia pokazuje przebieg misji Apolla 13 (oraz świetny film o tym samym tytule) Sama załoga nie była w stanie przeprowadzić koniecznych obliczeń na podstawie danych które statek jej dostarczał.

Wracajmy inną drogą…

 W trakcie opracowywania misji wiedziano, że przez sam przelot bardzo zmniejszyła się jej wartość naukowa dlatego postanowiono to poprawić. Okazało się, że przy małej modyfikacji można było rozszerzyć jej zakres. Na powrocie była możliwość przelotu dookoła Wenus! Tak opracowany projekt nosił nazwę MAVR (Mars-Venera).

vostok_N1rocket_title

Podsumowanie

hqdefaultProjekt misji marsjańskiej stworzył podwaliny astronautyki rosyjskiej. Opracowano na jego potrzeby systemy sztucznego środowiska wykorzystywane dzisiaj. Rakieta N1 która zapisała się tak niechlubną historią (największy nienuklearny wybuch spowodowany przez człowieka oraz wszystkie cztery nieudane loty) była ofiarą polityki. Budowana od początku do lotu marsjańskiego siłowo była dostosowana do bezpośredniego załogowego lotu na Księżyc wraz z lądowaniem. Jej udźwig 75 ton obliczony był na statek TMK a nie lądownik księżycowy.

Projekt misji był gotowy w 1962 roku 12 października. W momencie gdy Amerykanie pochłonięci byli wyścigiem księżycowym w znacznej mierze politycznym. W tym czasie niemal wszystkie sekcje biura projektowego OKB-1 Korolewa  opracowywały lot na Marsa. W 1966 roku wybrano astronautów do mającej się odbyć misji. Walec historii zmielił jednak naukowe plany konstruktorów i naukowców na rzecz polityki…

mac-rebisz-20141015-apollo-venus-flyby

Na podstawie: http://www.astronautix.com/craft/mpk.htm