Kāpēc kosmosa misija nevar lidot jebkurā brīdī: kas ir palaišanas logs?

Kāpēc kosmosa kuģi nevar palaist jebkurā laikā? Kas ir palaišanas platforma? Par to visu jūs uzzināsit no mūsu raksta.

Artēmijs I misija

Artemis I misijas nozīmi cilvēcei bieži salīdzina ar Apollo 8 lidojumu 1968. gadā, kad cilvēks pirmo reizi vēsturē spēja sasniegt Mēness orbītu. Taču tolaik veiksmīgam lidojumam uz Mēnesi, pirmkārt, vajadzēja būt uzvarai ASV un PSRS politiskajā un tehnoloģiskajā konfrontācijā, zinātne bija otrajā plānā. Protams, programma «Apollo» guva milzīgus panākumus, jo cilvēks, kurš tikai pirms dažām desmitgadēm pameta Zemi uz pirmās lidmašīnas klāja, pārvarēja Zemes gravitāciju un nokļuva cita debess ķermeņa orbītā.

Par ekonomisko komponentu tajā laikā tikpat kā nebija runas. Taču sešus gadu desmitus vēlāk tieši Mēness resursu izpētes ekonomiskie ieguvumi mudina cilvēku "atgriezties" uz Mēness. Ja vienīgais iemesls šādām misijām būtu savas valsts karoga uzlikšana uz Mēness virsmas, ko, protams, sākumā cilvēki varētu tā uztvert, nez vai tagad tiktu piesaistīti tik milzīgi resursi. Galu galā tagad uz Zemes ir daudz nopietnākas problēmas. Taču kosmosa sacīkstes turpinās, un priekšrocības šeit būs ļoti svarīgas, tostarp ekonomiskās.

Proti, Artemis I misijas uzsākšanas atcelšana 29. augustā rada ekonomiskus un finansiālus zaudējumus. Šķiet, ka nepalaida 29., tad varēja palaist 30. vai 31. augustā, bet atlika uz 3. septembri. Esmu pārliecināts, ka daudzi no jums nesaprot, kāpēc tika izvēlēts tieši šis datums. Viņi runā par dažiem sākuma logiem, par labvēlīgiem nosacījumiem palaišanai. Izdomāsim.

Lasi arī: Pilotētas kosmosa misijas: kāpēc atgriešanās uz Zemes joprojām ir problēma?

Stingras prasības attiecībā uz komandējuma sākuma datumu

Attiecīgais palaišanas logs ir dabas un tehnoloģisko ierobežojumu radīts nosacījums, kas jāņem vērā katra kosmosa objekta palaišanas laikā. Lidmašīnām izlidošanas logs pārsvarā nav obligāts, taču intensīvās gaisa satiksmes dēļ arī tās paceļas noteiktā laikā, tas ir, saskaņā ar grafiku. Ja šāda ierobežojuma nebūtu, lidmašīna varēja pacelties un nolaisties, kad vien vēlējās. Bet lidojumiem gaisa telpā jābūt sakārtotiem. Tas attiecas tikai uz Zemes gaisa telpu, kur jau gadu desmitiem ir ierīkoti nosacīti civilās aviācijas gaisa koridori.

To teorētiski varētu izdarīt arī raķete ar kosmosa kuģi, taču ierobežotā degvielas padeve to neļauj. Tas pats, caur kuru jā ir grūti atgriezties uz Zemes. Pagaidām mēs varam lidot pa rūpīgi aprēķinātu trajektoriju tikai tad, ja spējam saskaņot planētu vai Mēness pozīcijas ar Zemi. Jebkura novirze prasa liekās degvielas rezerves, taču kosmosā tās nevar savākt kā bonusus arkādes spēlē.

Tāpēc lidojumi uz Marsu līdz šim notiek tikai ar divu gadu intervālu, kad tā novietojums zondes vai citas ierīces ceļa galā būs labvēlīgs uzdevumu veikšanai. Misiju gadījumā, kas iziet ārpus Saules sistēmas robežām, lidojuma trajektorijas var būt daudz sarežģītākas, jo jāņem vērā arī citu planētu gravitācijas ietekme uz plānoto lidojuma trajektoriju. Piemēram, Voyager lidojuma laikā līdz Saules sistēmas robežām tika ņemts vērā Veneras gravitācijas radītais paātrinājums, un kuģi New Horizons līdzīgi ietekmēja Jupitera gravitācija. Jo degviela kosmosā joprojām ir ierobežots resurss, un dzinēju tehnoloģijas, kuru pamatā ir tās sadegšana, joprojām ir ļoti primitīvas. Jā, kāds pieminēs kosmosa paneļus, kas palīdz zondēm izmantot kosmisko vēju, lai virzītos uz priekšu, taču tieši zondēm, nevis kosmosa kuģiem, ir nepieciešama degviela, lai nokļūtu orbītā un atgrieztos uz Zemi. Un jums to vajag daudz.

Interesanti arī:

• Kāpēc zvaigznes mirgo?
• Kāpēc kosmosa kuģi ir aprīkoti ar 20. gadsimta procesoriem

Kas ir palaišanas bloki palaišanai?

Iedomājieties, ka atrodaties vieglatlētikas stadiona centrā un vēlaties satikt kādu no sportistiem, kas skrien uz skrejceļa. Mēs varam mēģināt viņu panākt, taču šim nolūkam mums jāskrien ātrāk par viņu, un mēs tērēsim daudz enerģijas. Daudz saprātīgāk ir izrēķināt, kad skrējējs atradīsies visizdevīgākajā pozīcijā, lai viņu varētu pārtvert un īstajā brīdī doties viņam pretī. Aprēķiniem jābūt precīziem, lai neierastos par agru vai par vēlu. Optimālais laiks, lai sāktu kustību, ir mūsu sākuma logs.

Tas pats attiecas uz kosmosa misijām. Palaišanas logs ir vienkārši periods, kurā kosmosa kuģis noteiktā laikā var sasniegt noteiktu punktu kosmosā. Tajā pašā laikā tiek ņemtas vērā raķetes jaudas iespējas un kosmosa objekta trajektorija, ar kuru aparātam jāsatiekas. Tāpēc logi ir atšķirīgi dažādām misijām. Piemēram, misijai uz Marsu palaišanas logs tiek atvērts ik pēc 780 dienām. Bet, lai palaistu "Voyager-2", kura mērķis ir tādas planētas kā Jupiters, Saturns, Urāns un Neptūns, viņi izmantoja iespēju logu, kas parādās tikai reizi 175 gados. No otras puses, mums ir Rosetta misijas piemērs, kas sākotnēji bija paredzēts komētas 46P / Wirtanen izpētei, taču šī iespēja tika zaudēta palaišanas aizkavēšanās dēļ, tāpēc misijai tika izvēlēts jauns mērķis - komēta 67P / Churyumova. -Gerasimenko.

Īsāk sakot, palaišanas logs ir laika intervāls, kas aprēķināts no orbitālās mehānikas aprēķiniem, kura laikā konkrētais kosmosa kuģis var pacelties un veiksmīgi sasniegt galamērķi. Protams, ņemot vērā plānoto lidojuma trajektoriju un nepieciešamās degvielas masu. Tāpēc sākotnējam logam ir nepieciešams labvēlīgs debess ķermeņu izvietojums, kuru gravitācija būtiski ietekmē transportlīdzekļa kustību.

Interesanti arī:

• 10 dīvainākās lietas, ko uzzinājām par melnajiem caurumiem 2021. gadā
• Marsa terraformēšana: vai Sarkanā planēta varētu pārvērsties par jaunu Zemi?

Četri faktori, kas ietekmē startēšanas palaišanas logu

Ir četri faktori, kas ietekmē palaišanas loga izvēli jebkuras kosmosa misijas, tostarp Artemis I, palaišanai. Tie ir tik cieši saistīti viens ar otru, ka neatbilstība vienā no faktoriem acumirklī anulē pārējo ietekmi.

Orbītas un slīpumi

Piemēram, Discovery ir jānogādā svarīga krava uz SKS. Pirmkārt, zinātniekiem jāapsver divas dažādas trajektorijas: paša atspoles trajektorija un Starptautiskā kosmosa stacija. Zinātniekiem ir jāpārliecinās, ka abas orbītas noteikti satiksies, jo šīs misijas mērķis ir nogādāt kosmosa stacijā nepieciešamos krājumus. Lai to izdarītu, viņi aprēķina stacijas orbītas plakni, iedomātu loksni, kas šķērso Zemi un notur kosmosa staciju tās malā.

Kad Zeme un kosmosa stacija pārvietojas, pārvietojas arī parastā plakne, kas tos savieno. Zinātniekiem jāatrod laiks, kad Zemes mala krustojas ar Kenedija kosmosa centra starta platformu Floridā, no kuras kuģim paredzēts palaist. Viņi nevar palaist garām vairāk nekā vienu grādu. Zeme piecās minūtēs pagriežas par 1 grādu, tāpēc palaišanai vajadzētu notikt tieši šo piecu minūšu laikā.

Turklāt palaišanai jānotiek, kad kosmosa stacija virzās no dienvidiem uz ziemeļiem. Tas saistīts ar to, ka atspole ir sekmīgi jāapdzen stacija un tajā pašā laikā tā 15 stāvu ārējā degvielas tvertne ir jāizmet virs okeāna, kur tas nerada draudus cilvēkiem. Okeāns atrodas ziemeļaustrumos, tāpēc Discovery palaišanai jāgaida, līdz kosmosa stacija virzīsies uz ziemeļiem. Tādējādi kosmosa kuģim ir viens piecu minūšu palaišanas logs dienā.

Kas attiecas uz Artemīdas I misiju, tad šeit ir vēl interesantāk. NASA vēlas novietot Orionu tālu retrogrādā orbītā ap Mēnesi. Šī ir ļoti stabila orbīta ar diviem Lagranža punktiem. Tajā pašā laikā aparāts pārvietojas ap Zemi pretējā virzienā no Mēness. Līdz šim šo orbītu izmantojusi tikai viena ierīce – ķīniešu Chang'e 5. Lai iekļūtu šajā orbītā, nepieciešams iedarbināt dzinējus, kas nogādās ierīci uz Mēnesi vajadzīgajā brīdī un laikā. Šo manevru sauc par TLI (Trans-Lunar Injection), un tā izpildes precizitāte ir ārkārtīgi svarīga. Šis ir viens no elementiem, kas jāņem vērā, aprēķinot palaišanas logu.

Lasi arī:

• Sarkanās planētas novērošana: Marsa ilūziju vēsture
• Teleportācija no zinātniskā viedokļa un tās nākotne

"Precession" pārvieto logu

Tāpat nevajadzētu aizmirst par precesijas fenomenu. Jūs redzat precesiju katru reizi, kad bērns sāk griezt džiga augšdaļu. Pirmkārt, tā griešanās ass gaisā veido apli virzienā, kas ir pretējs rotācijai, noliekot augšdaļu vispirms vienā virzienā, tad otrā virzienā.

Zeme veic šīs dejas palēninātu versiju, kad tā riņķo ap Sauli, un cilvēka radītie pavadoņi dara to pašu, ko tie riņķo ap Zemi.

Ir formula, kas ļauj NASA zinātniekiem aprēķināt, cik daudz satelīts šūpojas. Pievienojiet satelīta apgriezienu skaitu dienā, orbītas izmēru un ekscentriskumu, kā arī slīpumu, un jūs iegūstat svārstības. Starptautiskajai kosmosa stacijai šie skaitļi dod vērtību gandrīz 5 grādus dienā, kas ir vienāda ar aptuveni 20 minūtēm no Zemes ikdienas rotācijas.

Tas attiecas arī uz Mēnesi un citām Saules sistēmas planētām. Šīs svārstības prasa precīzu aprēķinu, pretējā gadījumā jebkura regulēšana prasa pārmērīgu degvielas patēriņu un vēlamās trajektorijas zudumu.

Laika apstākļi palaišanas brīdī

Ik pa laikam dzirdējām, ka raķetes palaišana tika atcelta, jo bija nelabvēlīgi laikapstākļi. Jā, dabai mūs nav jāgaida, vienmēr uz Zemes virsmas ir kādas laikapstākļu parādības, piemēram, vētras, pērkona negaiss, smilšu vētras, sniegputenis utt.

Kosmosa aģentūras meteorologi žonglē kā profesionāļi, kas 13 dienu laikā izseko mākoņu segai, vēja virzienam un ātrumam, kā arī vētrām un citiem nevēlamiem notikumiem sešās dažādās vietās. Viņi apstiprina pacelšanos tikai tad, ja raķete nav potenciāli nokļuvusi, piemēram, vētrā vai smilšu vētrā.

Apgaismojuma apstākļi

Palaišanas logam vajadzētu nodrošināt labu apgaismojumu visām kamerām, lai lidojuma vadības komanda varētu redzēt, cik labi darbojas visas kuģa sistēmas un iestatījumi, tādējādi palīdzot nodrošināt kosmosa misijas apkalpes drošību.

Piemēram, saskaņā ar NASA noteikumiem Orion nevar atrasties ēnā ilgāk par 90 minūtēm. Tāpēc, ka tai ir nepieciešama saules gaisma paneļiem un ierīces optimālās temperatūras uzturēšanai.

Turklāt ir arī citi faktori, kas saistīti ar nosēšanās procesu, kura laikā Orionam jāiekļūst Zemes atmosfēras augšējos slāņos, pēc tam uz brīdi tie jāatstāj un atkal, jau beidzot, jāiegremdējas atmosfērā. Tomēr šim nolūkam ierīcei savlaicīgi jāsasniedz atbilstošā trajektorija attiecībā pret Zemi. Pēdējais aspekts, kas jāņem vērā, ir nosēšanās laiks. Paredzēts, ka dienas laikā Orion nolaidīsies okeānā, lai atvieglotu gaidīšanas komandām kapsulas atrašanu un izņemšanu.

Interesanti arī:

• Kāpēc zvaigznes mirgo?
• Kāpēc kosmosa kuģi ir aprīkoti ar 20. gadsimta procesoriem

Palaišana nenotiek no stacionāra palaišanas platformas. Mērķis ir arī pastāvīgā kustībā

Parunāsim sīkāk par dažām detaļām, kas jāņem vērā, uzsākot Artemis I misiju, kas varētu sākties jau šovakar.

Mēness atrodas tuvu Zemei un te lielām problēmām droši vien nevajadzētu būt. Diemžēl, cita starpā, ir arī mūsu planētas un Mēness kustība. Mūsu satelīts ne tikai griežas ap savu asi ar ātrumu aptuveni 0,5 km/s pie ekvatora, bet arī riņķo ap Sauli gandrīz apļveida orbītā ar ātrumu 30 km/s. Jāņem vērā arī tas, ka paša transportlīdzekļa sākuma ātrumam tiek pieskaitīts Zemes kustības ātrums.

Turklāt Saules un Mēness stāvoklis attiecībā pret Zemes orbītu nepārtraukti mainās, tas arī jāņem vērā. Tādējādi ar tādu pašu enerģijas/degvielas patēriņu palaišana no Zemes uz Mēnesi var radīt atšķirīgu rezultātu atkarībā no palaišanas laika.

Teorētiski mēs varam uzbūvēt šādu kosmosa kuģi, kas būs pietiekami jaudīgs, lai katru dienu lidotu uz Mēnesi. Un varbūt arī turpmāk tā būs. Tomēr pagaidām, lai Artemis I misija izdotos, rūpīgi jāizvēlas palaišanas laiks no Zemes, kas ļaus Orionam pārvietoties uz Mēnesi un pēc tam ieiet plānotajā orbītā ap mūsu satelītu. Pat ja palaišana notiek pēc grafika, vairāku dienu kavēšanās var radīt būtiskas izmaiņas misijas ilgumā.

Pašlaik, atkarībā no palaišanas laika, Artemis I misija var ilgt no 26 līdz 28 dienām vai no 38 līdz 42 dienām. Mēs paredzam, ka šī misija būs ilgāka, jo Orion pabeidz 1,5 apgriezienus ap Mēnesi savā tālajā retrogrādā orbītā. Ja tiek apsvērts īsākais variants un izeja uz Mēness orbītu notiks citā laikā, Orions veiks tikai 1 apgriezienu ap Mēnesi pirms atgriešanās uz Zemi.

Lasi arī: Džeimsa Veba kosmiskais teleskops: 10 novērojamie mērķi

Ir iespējami turpmāki Artemis I palaišanas datumi

Pašreizējais SLS raķetes un tās lietderīgās kravas palaišanas logs, kas atbilst misijas kritērijiem, būs no 2. līdz 6. septembrim. Jau zināms, ka NASA ir izvēlējusies tuvāko datumu Artemis I misijas palaišanai - 3. gada 2022. septembri laikā no 21:17 līdz 23:17 pēc Kijevas laika. Katrai nākamajai dienai ir arī noteikts laiks, kad iespējams starts. Ja šajā laikā neizdodas pacelties, tiks parādīti šādi palaišanas logi:

• no 20. septembra līdz 28. septembrim
• no 30. septembra līdz 4. oktobrim
• no 17. līdz 23. oktobrim
• 27. oktobris
• no 29. līdz 31. oktobrim
• un tā tālāk…

Atliek tikai gaidīt un cerēt, ka drīzumā notiks veiksmīga vēsturiskās Artemis I misijas uzsākšana.

Lasi arī:

• 100 gadi kvantu fizikai: no 1920. gadu teorijām līdz datoriem
• 5 nākotnes kosmosa misijas, par kurām padomāt

Tomēr neaizmirstiet, ka Ukrainā notiek karš. Ja vēlaties palīdzēt Ukrainai cīnīties ar krievu okupantiem, labākais veids, kā to izdarīt, ir ziedot Ukrainas bruņotajiem spēkiem caur Savelife vai izmantojot oficiālo lapu NBU.