Unde poate ateriza o navă spațială Soyuz Eureka
Blogul lui Daniel Marín
În urma postării de ieri despre întoarcerea modelului Soyuz TMA-10M, un cititor care vrea să rămână anonim m-a întrebat cum putem ști unde va ateriza o capsulă spațială. Răspunsul poate părea simplu. Avem o navă care urmează o anumită orbită, așa că trebuie doar să pornim motorul de frânare, astfel încât domnul Newton să-și facă treaba și capsula să coboare pe locul pe care l-am desemnat. O bucată de tort, nu? Ei bine, evident, nu, nu este atât de simplu.
Pentru început, o capsulă spațială nu este un avion și manevrabilitatea sa este cu siguranță foarte limitată, deși, așa cum vom vedea, nu este zero. Variația densității în straturile superioare ale atmosferei și a vântului determină ca eroarea de precizie de aterizare să fie întotdeauna mai mare de câțiva kilometri. Cu alte cuvinte, ar trebui să alegem o zonă cu adevărat largă, fără obstacole. Desigur, zona noastră de aterizare nu poate fi situată la o latitudine mai mare de 51,65º nord sau 51,65º sud, deoarece aceasta este înclinația orbitei stației spațiale internaționale (ISS) și, prin urmare, a oricărei nave Soyuz. Această restricție lasă în afară o mare parte a teritoriului Federației Ruse, așa că, de la primele zboruri, nava spațială Soyuz a aterizat, cu câteva excepții, în stepele infinite ale Kazahstanului, practică care a continuat fără întrerupere după căderea Uniunea Sovietică. De asemenea, stepa kazahă are avantajul de a nu avea păduri, obstacole naturale sau mari centre de populație care împiedică coborârea unei capsule.
Reintrarea unui Soiuz văzut din ISS (NASA).
Dar, desigur, nu este suficient să selectăm o bandă lată de sute de kilometri și să spunem că aceasta este zona noastră de aterizare. Astronauții pot suferi probleme în timpul întoarcerii, poate chiar pot fi răniți și au nevoie de ajutor medical imediat. Dar chiar și fără urgențe, întoarcerea pe Pământ după ce a petrecut șase luni în spațiu nu este o experiență plăcută pentru corpul uman. Prin urmare, este necesar să reducem considerabil zona de aterizare dacă vrem ca echipa de salvare să ajungă la echipaj cât mai curând posibil.
Cum putem face acest lucru? Ei bine, folosind capsula ca și cum ar fi un avion pentru a genera puțină împingere și pentru a regla astfel traiectoria de coborâre, lucru care poate părea imposibil la prima vedere. La urma urmei, o capsulă nu are aripi sau alte suprafețe aerodinamice pentru a genera ridicarea. Dar nu aveți nevoie de ele, deoarece capsula în sine este folosită ca corp de susținere. Să nu uităm că capsula se mișcă cu aproape 28.000 km/h când intră în atmosferă, astfel încât orice forță mică generată în această fază poate avea efecte uriașe asupra distanței față de zona finală de aterizare. Trucul constă în poziționarea centrului de masă al capsulei în așa fel încât să fie ușor decalat de axa vehiculului și/sau unghiul de atac. În acest fel, se generează o forță de ridicare care, în plus, ne permite să reducem accelerația enormă suferită de cosmonauți în timpul reintrării.
O capsulă Soyuz în care centrul de masă nu este aliniat cu centrul de presiune pentru a genera forța de ridicare (RKK Energy).
Traiectoria descendenței Soyuz TMA-10M (NASA TV).
Bine, este bine, dar cum orientăm capsula astfel încât să se genereze această forță de ridicare? Ah, întrebare bună. Mai întâi trebuie să ne asigurăm că cunoaștem cu precizie centrul de masă al SA. Din acest motiv, scaunele cosmonauților sunt calibrate cu o precizie enormă înainte de decolare și, de fapt, cosmonauții înșiși trebuie să-și măsoare masa înainte de a se întoarce folosind „scale” speciale pentru gravitația zero. În trecut, nu era deloc ciudat ca centrul de control (TsUP) să ordone unui membru al echipajului să câștige sau să piardă în greutate în pregătirea pentru reintrare, deși în prezent se preferă utilizarea sarcinii utile ca balast. O diferență de câțiva kg într-un vehicul de 2,9 tone (masa HS) poate părea neglijabilă, dar nu este dacă avem în vedere că se poate traduce printr-o deplasare a centrului de masă de câțiva centimetri.
Echipa de salvare se apropie de o capsulă Soyuz (NASA). Un seif Soyuz la sol (NASA). Scutul termic al unui Soiuz (se desprinde la 5 km înălțime) (Novosti Kosmonavtiki).
Odată ce centrul de masă a fost calculat de grupul de experți în balistică TsUP, trebuie să introducem datele în computerul Soyuz, care va fi însărcinat cu pilotarea capsulei în timpul reintrării bestiei. Pentru a face acest lucru, va utiliza opt propulsoare mici de 10 kgf fiecare care utilizează apă oxigenată drept combustibil (deteriorarea catalizatorului în aceste propulsoare este tocmai principalul factor care limitează durata de viață utilă pe orbita unui Soyuz). Acești micromotoare se numesc URMD (Upravlyayuschie Reaktivnie Mikrodvigateli, ‘micromotoare de control cu jet’) și fac parte din sistemul SIO-S („sistemul de control al reacției de coborâre”). Motoarele URMD funcționează între 80 și 11 kilometri înălțime, în timp ce scutul termic suferă rigorile căldurii de reintrare. Înainte de aterizare și cu parașuta principală deja instalată, excesul de 30 kg de peroxid pe care îl transportă capsula este expulzat pentru a evita orice deteriorare a echipajului.