Hol szállhat le egy Szojuz Eureka űrhajó?
Daniel Marín blogja
A Szojuz TMA-10M visszatéréséről szóló tegnapi bejegyzés nyomán egy olvasó, aki névtelen akar maradni, megkérdezte tőlem, honnan tudhatjuk, hová fog landolni egy űrkapszula. A válasz egyszerűnek tűnhet. Van egy hajónk, amely egy bizonyos pályát követ, ezért csak be kell indítanunk a fékmotort, hogy Mr. Newton elvégezze a dolgát, és a kapszula leereszkedjen az általunk kijelölt helyre. Egy darab sütemény, igaz? Nos, nyilván nem, ez nem ilyen egyszerű.
Először is, az űrkapszula nem repülőgép, és manőverezhetősége minden bizonnyal nagyon korlátozott, bár, mint látni fogjuk, nem nulla. A légkör felső rétegeinek sűrűsége és a szél miatt a leszállási pontosság hibája mindig több kilométernél nagyobb. Más szavakkal, valóban széles, akadályoktól mentes területet kell választanunk. Természetesen a leszállási zónánk nem lehet északi 51,65º vagy déli 51,65ºnál magasabb szélességen elhelyezkedni, mivel ez a nemzetközi űrállomás (ISS) és így bármely szojuz hajó pályájának dőlése. Ez a korlátozás elhagyja az Orosz Föderáció területének nagy részét, így az első repülések óta a Szojuz űrszonda néhány kivételtől eltekintve Kazahsztán végtelen sztyeppéin landolt, ez a gyakorlat megszakítás nélkül folytatódott a Szovjetunió. A kazah sztyeppének az az előnye is, hogy nincsenek erdei, természetes akadályai vagy nagy populációs központjai, amelyek akadályozzák a kapszula leereszkedését.
Szojuz visszatérése az ISS-től (NASA).
De természetesen nem elég, ha kiválasztunk egy több száz kilométer széles sávot, és azt mondjuk, hogy ez a leszállási zónánk. Az űrhajósok problémákat szenvedhetnek a visszatérés során, esetleg megsérülhetnek, és azonnali orvosi segítségre szorulnak. De vészhelyzetek nélkül sem visszatérés a Földre, miután hat hónapot töltött az űrben, nem kellemes élmény az emberi test számára. Ezért jelentősen csökkenteni kell a leszállási területet, ha azt akarjuk, hogy a mentőcsoport a lehető leghamarabb elérje a legénységet.
Hogyan tehetnénk? Nos, a kapszulát úgy kell használni, mintha egy repülőgép lenne, hogy egy kis lökést generáljon, és ezáltal beállítsa az ereszkedési pályát, ami első pillantásra lehetetlennek tűnhet. Végül is egy kapszulának nincsenek szárnyai vagy egyéb aerodinamikai felületei, amelyek emelést eredményeznének. De nincs szükségük rájuk, mivel maga a kapszula támasztó testként szolgál. Ne felejtsük el, hogy a kapszula csaknem 28 000 km/h sebességgel mozog, amikor belép a légkörbe, így az ebben a fázisban keletkező bármilyen kis erő hatalmas hatással lehet a végső leszállási zónától való távolságra. A trükk az, hogy a kapszula tömegközéppontját úgy kell elhelyezni, hogy kissé eltolódjon a jármű tengelyétől és/vagy támadási szögétől. Ily módon olyan emelőerő keletkezik, amely ezen felül lehetővé teszi számunkra, hogy csökkentse azt a hatalmas gyorsulást, amelyet a kozmonauták szenvednek a visszatérés során.
Egy szojuz kapszula, amelynek tömegközéppontja nem egyezik a nyomásközponttal az emelőerő létrehozásához (RKK energia).
A Szojuz TMA-10M ereszkedési pályája (NASA TV).
Oké, ez rendben van, de hogyan lehet a kapszulát úgy orientálni, hogy ez az emelőerő létrejöjjön? Ah, jó kérdés. Először meg kell győződnünk arról, hogy pontosan ismerjük az SA tömegközéppontját. Emiatt a kozmonauták üléseit a felszállás előtt óriási pontossággal kalibrálják, és valójában maguknak az űrhajósoknak is meg kell mérniük tömegüket, mielőtt visszatérnének, a nulla gravitációhoz speciális „mérlegekkel”. Korábban egyáltalán nem volt furcsa, hogy az irányító központ (TsUP) utasította a legénység egyik tagját, hogy súlygyarapodjon vagy fogyjon a visszatéréshez, bár jelenleg a terhelést előnyben részesítik előtétként. Néhány kg-os különbség egy 2,9 tonnás járműben (a HS tömege) elhanyagolhatónak tűnhet, de nem ez az, ha figyelembe vesszük, hogy a tömegközép néhány centiméteres elmozdulásává lehet tenni.
A mentőcsoport megközelíti a Szojuz kapszulát (NASA). Szojuz széf a földön (NASA). Egy szojuz hőpajzsa (5 km magasságban leválik) (Novosztosi Kosmonavtiki).
Miután a TsUP ballisztikai szakértői csoport kiszámította a tömegközéppontot, be kell írnunk az adatokat a Szojuz számítógépbe, amely a vadállat újbóli belépése alatt a kapszula pilotálásáért felel. Ehhez nyolc, egyenként 10 kgf tolóerővel rendelkező kis hajtóművet fog használni, amelyek hidrogén-peroxidot használnak üzemanyagként (ezeknek a hajtóműveknek a katalizátorának romlása éppen az a fő tényező, amely korlátozza a szojuz pályáján a hasznos élettartamot). Ezeket a mikromotorokat URMD-nek (Upravlyayuschie Reaktivnie Mikrodvigateli, „sugárirányító mikromotorok”) hívják, és a SIO-S rendszer („a leszármazás reakcióvezérlő rendszere”) részei. Az URMD motorok 80 és 11 kilométer között működnek, míg a hővédő pajzs megviseli a visszatérő hő szigorát. Leszállás előtt, és a fő ejtőernyő kihelyezésével a kapszula hordozott 30 kg peroxid feleslegét kiutasítják, hogy elkerülje a személyzet károsodását.