Hvorfor et romoppdrag ikke kan fly når som helst: Hva er et oppskytningsvindu?

Hvorfor kan ikke romskipet skytes opp når som helst? Hva er en utskytningsrampe? Du vil lære om alt dette fra artikkelen vår.

Artemis I misjon

Betydningen av Artemis I-oppdraget for menneskeheten blir ofte sammenlignet med Apollo 8-flyvningen i 1968, da mennesket var i stand til å nå månens bane for første gang i historien. Men på den tiden skulle en vellykket flytur til månen først og fremst være en seier i den politiske og teknologiske konfrontasjonen mellom USA og USSR, vitenskapen var i bakgrunnen. Selvfølgelig var "Apollo"-programmet en stor suksess, fordi en person som forlot jorden for bare noen tiår siden om bord på det første flyet, overvant jordens tyngdekraft og befant seg i banen til et annet himmellegeme.

Det var nesten ikke snakk om den økonomiske komponenten på den tiden. Men seks tiår senere er det nettopp de økonomiske fordelene ved å utforske månens ressurser som får mennesket til å "vende tilbake" til månen. Hvis den eneste grunnen til slike oppdrag var å plante flagget til landet deres på månens overflate, som selvfølgelig folk i begynnelsen kunne oppfatte det som det, lurer jeg på om slike enorme ressurser ville være involvert nå. Tross alt er det mye mer alvorlige problemer på jorden nå. Men romkappløpet fortsetter, og fordelene her vil være svært viktige, også økonomiske.

Det vil si at kanselleringen av lanseringen av Artemis I-oppdraget 29. august fører til økonomiske og økonomiske tap. Det ser ut til at de ikke lanserte den 29., da kunne de ha lansert den 30. eller 31. august, men de utsatte den til 3. september. Jeg er sikker på at mange av dere ikke forstår hvorfor akkurat denne datoen ble valgt. De snakker om noen startvinduer, om gunstige forhold for lanseringen. La oss finne ut av det.

Les også: Bemannede romoppdrag: Hvorfor er retur til jorden fortsatt et problem?

Strenge krav til oppdragets startdato

Det aktuelle oppskytningsvinduet er en betingelse pålagt av natur og teknologiske begrensninger, en betingelse som må tas i betraktning under oppskytingen av hvert romobjekt. For fly er et avgangsvindu stort sett valgfritt, men på grunn av stor flytrafikk tar de også av på et bestemt tidspunkt, altså i henhold til rutetidene. Hvis det ikke fantes en slik begrensning, kunne flyet ta av og lande når det ville. Men flyvninger i luftrommet må være ryddig. Dette gjelder bare for jordens luftrom, hvor betingede luftkorridorer for sivil luftfart har blitt lagt i flere tiår.

En rakett som frakter et romskip kan teoretisk sett også gjøre dette, men den begrensede tilførselen av drivstoff forhindrer dette. Den samme gjennom som ja det er vanskelig å komme tilbake til jorden. Foreløpig kan vi fly på en nøye beregnet bane bare hvis vi kan matche posisjonene til planetene eller Månen med Jorden. Ethvert avvik krever overskytende drivstoffreserver, men i verdensrommet kan de ikke samles inn som bonuser i et arkadespill.

Det er grunnen til at flyreiser til Mars så langt bare finner sted med to års mellomrom, når posisjonen ved slutten av banen til en sonde eller annen enhet vil være gunstig for utførelsen av oppgavene. Ved oppdrag som går utover solsystemets grenser, kan flybanene være mye mer kompliserte, fordi effekten av andre planeters tyngdekraft på den planlagte flyveien også må tas i betraktning. For eksempel, under Voyagers flytur til solsystemets grenser, ble akselerasjonen på grunn av Venus' tyngdekraft tatt i betraktning, og New Horizons-skipet ble på samme måte påvirket av Jupiters tyngdekraft. Fordi drivstoff fortsatt er en knapp ressurs i verdensrommet, og motorteknologier basert på forbrenningen er fortsatt veldig primitive. Ja, noen vil nevne rompanelene som hjelper probene med å bruke den kosmiske vinden til å drive seg frem, men det er probene, ikke romfartøyet, som trenger drivstoff for å gå i bane og tilbake til jorden. Og du trenger mye av det.

Også interessant:

• Hvorfor blinker stjernene?
• Hvorfor romfartøyer er utstyrt med prosessorer fra det 20. århundre

Hva er startplater for oppstart?

Tenk deg at du er i sentrum av et friidrettsstadion og du vil møte en av utøverne som løper på en tredemølle. Vi kan prøve å ta igjen ham, men for dette må vi løpe fortere enn ham, og vi vil bruke mye energi. Det er mye mer fornuftig å beregne når løperen vil være i den mest fordelaktige posisjonen, slik at han kan bli avskjært og i rett øyeblikk gå ham i møte. Beregninger må være nøyaktige slik at vi ikke kommer for tidlig eller for sent. Det optimale tidspunktet for å begynne å bevege seg er startvinduet vårt.

Det samme gjelder romfart. Et oppskytningsvindu er ganske enkelt perioden der et romfartøy kan nå et spesifisert punkt i rommet på et spesifisert tidspunkt. Samtidig tas kraftkapasiteten til raketten og banen til romobjektet som apparatet må møtes med i betraktning. Derfor er vinduene forskjellige for forskjellige oppdrag. For eksempel, for et oppdrag til Mars, åpnes oppskytningsvinduet hver 780. dag. Men for lanseringen av "Voyager-2", hvis mål er slike planeter som Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun, brukte de et mulighetsvindu som bare vises en gang hvert 175. år. På den annen side har vi eksemplet med Rosetta-oppdraget, som opprinnelig var ment å studere kometen 46P / Wirtanen, men denne muligheten gikk tapt på grunn av en lanseringsforsinkelse, så et nytt mål ble valgt for oppdraget, kometen 67P / Churyumova -Gerasimenko.

Mer kort, oppskytningsvinduet er tidsintervallet, beregnet fra orbitalmekanikkberegninger, der et gitt romfartøy kan ta av og nå sin endelige destinasjon. Selvfølgelig, under hensyntagen til den planlagte flyveien og massen av nødvendig drivstoff. Derfor krever det innledende vinduet en gunstig plassering av himmellegemer, hvis tyngdekraft påvirker bevegelsen til kjøretøyet betydelig.

Også interessant:

• De 10 rareste tingene vi lærte om sorte hull i 2021
• Terraforming Mars: Kan den røde planeten bli til en ny jord?

Fire faktorer som påvirker startvinduet for oppstart

Det er fire faktorer som påvirker valget av oppskytningsvinduet for utskytingen av ethvert romoppdrag, inkludert Artemis I. De er så nært beslektet med hverandre at et avvik i en av faktorene umiddelbart opphever effekten av de andre.

Baner og helninger

For eksempel må Discovery levere en viktig last til ISS. For det første må forskere vurdere to forskjellige baner: banen til selve romfergen og den internasjonale romstasjonen. Forskere må sørge for at de to banene definitivt vil møtes, siden hensikten med dette oppdraget er å levere de nødvendige forsyningene til romstasjonen. For å gjøre dette, beregner de planet til stasjonens bane, et tenkt ark som skjærer gjennom jorden og holder romstasjonen i kanten.

Når jorden og romstasjonen beveger seg, beveger det konvensjonelle planet som forbinder dem seg også. Forskere må finne tidspunktet når kanten av jorden krysser utskytningsrampen til Kennedy Space Center i Florida, hvorfra skipet skal lanseres. De kan ikke gå glipp av mer enn én grad. Jorden roterer 1 grad på fem minutter, så oppskytingen bør finne sted nøyaktig innenfor disse fem minuttene.

I tillegg må oppskytingen skje når romstasjonen er på vei fra sør til nord. Dette skyldes det faktum at skyttelen må lykkes med å overta stasjonen og samtidig kaste sin 15-etasjers eksterne drivstofftank over havet, der den ikke utgjør en trussel for mennesker. Havet ligger i nordøst, så oppskytingen av Discovery må vente til romstasjonen beveger seg mot nord. Dette etterlater romfergen med ett fem-minutters oppskytningsvindu per dag.

Når det gjelder Artemis I-oppdraget, er det enda mer interessant her. NASA ønsker å plassere Orion i en langt retrograd bane rundt månen. Dette er en veldig stabil bane med to Lagrange-punkter. Samtidig beveger apparatet seg rundt jorden i motsatt retning fra Månen. Så langt har denne banen blitt brukt av kun én enhet - den kinesiske Chang'e 5. For å komme inn i denne banen er det nødvendig å starte motorene som skal levere enheten til Månen i riktig øyeblikk og tid. Denne manøveren kalles TLI (Trans-Lunar Injection), og nøyaktigheten av dens utførelse er ekstremt viktig. Dette er ett element du bør vurdere når du beregner startvinduet.

Les også:

• Observere den røde planeten: En historie om Mars-illusjoner
• Teleportering fra et vitenskapelig synspunkt og dets fremtid

"Presesjon" flytter vinduet

Dessuten bør man ikke glemme fenomenet presesjon. Du ser presesjonen hver gang barnet begynner å snu toppen av jiggen. Først lager rotasjonsaksen en sirkel i luften i motsatt retning av rotasjonen, og vipper toppen først i én retning, deretter i den andre.

Jorden utfører en saktefilmversjon av denne dansen mens den kretser rundt solen, og menneskeskapte satellitter gjør det samme som de går i bane rundt jorden.

Det er en formel som lar NASA-forskere beregne hvor mye satellitten vil vingle. Legg til antall omdreininger satellitten gjør per dag, størrelsen og eksentrisiteten til banen, og helningen, og du har svingningene. For den internasjonale romstasjonen gir disse tallene en verdi på nesten 5 grader per dag, som tilsvarer omtrent 20 minutter av jordens daglige rotasjon.

Dette gjelder også månen og andre planeter i solsystemet. Disse svingningene krever nøyaktig beregning, ellers krever enhver justering for høyt drivstofforbruk og tap av ønsket bane.

Værforhold ved lansering

Vi hørte fra tid til annen at oppskytingen av raketten ble kansellert fordi det var ugunstige værforhold. Ja, naturen trenger ikke vente på oss, det er alltid noen værfenomener på jordens overflate, som stormer, tordenvær, sandstormer, snøstormer osv.

Meteorologer fra romfartsorganisasjonen sjonglerer som fagfolk og sporer skydekke, vindretning og hastighet, samt stormer og andre uønskede hendelser på seks forskjellige steder over 13 dager. De godkjenner start bare hvis raketten ikke er potensielt fanget i en storm eller sandstorm, for eksempel.

Lysforhold

Utskytningsvinduet skal tillate god belysning for alle kameraer slik at flykontrollteamet kan se hvor godt alle skipets systemer og innstillinger fungerer, noe som bidrar til å sikre sikkerheten til rommisjonsbesetningen.

For eksempel, i henhold til NASA-reglene, kan ikke Orion være i skyggen i mer enn 90 minutter av gangen. Fordi den trenger sollys for panelene og for å opprettholde den optimale temperaturen på enheten.

I tillegg er det andre faktorer knyttet til landingsprosessen, der Orion må gå inn i de øvre lagene av jordens atmosfære, for så å forlate dem et øyeblikk, og igjen, allerede endelig, stupe inn i atmosfæren. Men for dette må enheten nå riktig bane i forhold til jorden i tide. Det siste aspektet å vurdere er landingstiden. Orion skal etter planen lande i havet i løpet av dagen for å gjøre det lettere for ventende lag å finne og hente kapselen.

Også interessant:

• Hvorfor blinker stjernene?
• Hvorfor romfartøyer er utstyrt med prosessorer fra det 20. århundre

Oppskytingen skjer ikke fra en stasjonær utskytningsrampe. Målet er også i konstant bevegelse

La oss snakke mer detaljert om noen av detaljene som må vurderes for lanseringen av Artemis I-oppdraget, som kan starte allerede i kveld.

Månen er nær Jorden og det burde nok ikke være noen store problemer her. Vel, dessverre er det blant annet bevegelsen til planeten vår og Månen. Satellitten vår roterer ikke bare rundt sin akse med en hastighet på omtrent 0,5 km/s ved ekvator, den roterer også rundt Solen i en nesten sirkulær bane med en hastighet på 30 km/s. Det bør også tas i betraktning at hastigheten på jordens bevegelse legges til kjøretøyets egen starthastighet.

I tillegg er posisjonen til Solen og Månen i forhold til jordens bane i stadig endring, dette må også tas i betraktning. Dermed, med samme energi-/drivstoffforbruk, kan en oppskyting fra jorden til månen føre til et annet resultat avhengig av tidspunktet for oppskytingen.

I teorien kan vi bygge et slikt romfartøy som vil være kraftig nok til å fly til månen hver dag. Og kanskje blir det sånn i fremtiden. Men foreløpig krever suksessen til Artemis I-oppdraget nøye valg av oppskytningstiden fra Jorden, noe som vil tillate Orion å flytte til Månen og deretter gå inn i den planlagte banen rundt satellitten vår. Selv om oppskytingen er i rute, kan en forsinkelse på flere dager forårsake betydelige endringer i varigheten av oppdraget.

Foreløpig, avhengig av lanseringstiden, kan Artemis I-oppdraget vare mellom 26 og 28 dager eller 38 til 42 dager. Vi forventer at dette oppdraget vil vare lenger ettersom Orion fullfører 1,5 omdreininger rundt månen i sin langt retrograde bane. Hvis det kortere alternativet vurderes, og utgangen til månebanen vil finne sted på et annet tidspunkt, vil Orion bare gjøre 1 omdreining rundt månen før den begynner å returnere til jorden.

Les også: James Webb-romteleskopet: 10 mål å observere

Fremtidige Artemis I lanseringsdatoer er mulige

Det nåværende oppskytningsvinduet for SLS-raketten og dens nyttelast, som oppfyller oppdragskriteriene, vil være 2.-6. september. Det er allerede kjent at NASA har valgt den nærmeste datoen for lanseringen av Artemis I-oppdraget - 3. september 2022 mellom 21:17 og 23:17 Kiev-tid. Hver påfølgende dag har også et bestemt tidspunkt når starten er mulig. Hvis du ikke klarer å ta av innen denne tiden, vil følgende startvinduer vises:

• fra 20. september til 28. september
• fra 30. september til 4. oktober
• fra 17. til 23. oktober
• 27. oktober
• fra 29. til 31. oktober
• og så videre…

Vi kan bare vente og håpe at den vellykkede lanseringen av det historiske Artemis I-oppdraget vil finne sted snart.

Les også:

• 100 år med kvantefysikk: Fra teorier fra 1920-tallet til datamaskiner
• 5 fremtidige romoppdrag å tenke på

Men ikke glem at det pågår en krig i Ukraina. Hvis du vil hjelpe Ukraina med å bekjempe de russiske okkupantene, er den beste måten å gjøre det på å donere til Ukrainas væpnede styrker gjennom Redd livet eller via den offisielle siden NBU.