De ce o misiune spațială nu poate zbura în niciun moment: Ce este o fereastră de lansare?

De ce nava spațială nu poate fi lansată în orice moment? Ce este rampa de lansare? Veți afla despre toate acestea din articolul nostru.

Misiunea Artemis I

Importanța misiunii Artemis I pentru omenire este adesea comparată cu zborul Apollo 8 din 1968, când omul a reușit să ajungă pe orbita Lunii pentru prima dată în istorie. Dar la acel moment, un zbor de succes pe Lună trebuia să fie, în primul rând, o victorie în confruntarea politică și tehnologică dintre SUA și URSS, știința era pe fundal. Desigur, programul „Apollo” a avut un succes uriaș, deoarece o persoană care a părăsit Pământul cu doar câteva decenii în urmă la bordul primului avion, a depășit gravitația Pământului și s-a trezit pe orbita altui corp ceresc.

Despre componenta economică aproape că nu se vorbea la acea vreme. Dar șase decenii mai târziu, tocmai beneficiile economice ale explorării resurselor lunare sunt cele care îl determină pe om să se „întoarcă” pe Lună. Dacă singurul motiv pentru astfel de misiuni a fost să planteze steagul țării lor pe suprafața lunii, pe care, desigur, la început oamenii îl puteau percepe ca atare, mă întreb dacă acum ar fi implicate resurse atât de uriașe. La urma urmei, acum există probleme mult mai grave pe Pământ. Dar cursa spațială continuă, iar avantajele de aici vor fi foarte importante, inclusiv cele economice.

Adică, anularea lansării misiunii Artemis I pe 29 august duce la pierderi economice și financiare. S-ar părea că nu s-au lansat pe 29, atunci ar fi putut să-l lanseze pe 30 sau 31 august, dar l-au amânat până pe 3 septembrie. Sunt sigur că mulți dintre voi nu înțelegeți de ce a fost aleasă această dată. Se vorbește despre niște ferestre de pornire, despre condiții favorabile pentru lansare. Să ne dăm seama.

Citeste si: Misiuni spațiale cu echipaj: de ce este încă o problemă întoarcerea pe Pământ?

Cerințe stricte privind data începerii misiunii

Fereastra de lansare în cauză este o condiție impusă de natură și de limitările tehnologice, condiție de care trebuie luată în considerare la lansarea fiecărui obiect spațial. Pentru avioane, o fereastră de plecare este în mare parte opțională, dar din cauza traficului aerian intens, acestea decolează și la o anumită oră, adică conform orarului. Dacă nu exista o astfel de restricție, avionul putea decola și ateriza oricând dorea. Dar zborurile în spațiul aerian trebuie să fie ordonate. Acest lucru se aplică doar spațiului aerian al Pământului, unde coridoarele aeriene condiționate pentru aviația civilă au fost așezate de zeci de ani.

O rachetă care transportă o navă spațială ar putea, teoretic, să facă acest lucru, dar rezerva limitată de combustibil împiedică acest lucru. Același prin care da este greu să te întorci pe Pământ. Deocamdată, putem zbura pe o traiectorie atent calculată doar dacă putem potrivi pozițiile planetelor sau ale Lunii cu Pământul. Orice abatere necesită rezerve de combustibil în exces, dar în spațiu nu pot fi colectate ca bonusurile într-un joc arcade.

De aceea, zborurile spre Marte au loc până acum doar la intervale de doi ani, când poziția sa la capătul traseului unei sonde sau a altui dispozitiv va fi favorabilă îndeplinirii sarcinilor. În cazul misiunilor care depășesc granițele Sistemului Solar, traiectoriile de zbor pot fi mult mai complicate, deoarece trebuie luat în considerare și efectul gravitației altor planete asupra traiectoriei de zbor planificate. De exemplu, în timpul zborului Voyager către limitele Sistemului Solar, s-a luat în considerare accelerația datorată gravitației lui Venus, iar nava New Horizons a fost afectată în mod similar de gravitația lui Jupiter. Pentru că combustibilul este încă o resursă limitată în spațiu, iar tehnologiile motoarelor bazate pe arderea sa sunt încă foarte primitive. Da, cineva va menționa panourile spațiale care ajută sondele să folosească vântul cosmic pentru a se propulsa, dar sondele, nu nava spațială, sunt cele care au nevoie de combustibil pentru a intra pe orbită și înapoi pe Pământ. Și ai nevoie de mult.

Interesant de asemenea:

• De ce sclipesc stelele?
• De ce navele spațiale sunt echipate cu procesoare din secolul XX

Ce sunt platformele de lansare pentru pornire?

Imaginează-ți că te afli în centrul unui stadion de atletism și vrei să-l cunoști pe unul dintre sportivii care aleargă pe bandă de alergare. Putem încerca să-l ajungem din urmă, dar pentru asta trebuie să alergăm mai repede decât el și vom cheltui multă energie. Este mult mai rezonabil să calculăm când alergătorul va fi în poziţia cea mai avantajoasă, pentru a putea fi interceptat şi la momentul potrivit să meargă în întâmpinarea lui. Calculele trebuie să fie precise, astfel încât să nu ajungem prea devreme sau prea târziu. Momentul optim pentru a începe mișcarea este fereastra noastră de pornire.

Același lucru este valabil și pentru misiunile spațiale. O fereastră de lansare este pur și simplu perioada în care o navă spațială poate ajunge la un anumit punct din spațiu la un moment dat. În același timp, se iau în considerare capacitățile de putere ale rachetei și traiectoria obiectului spațial cu care trebuie să se întâlnească aparatul. Prin urmare, ferestrele sunt diferite pentru diferite misiuni. De exemplu, pentru o misiune pe Marte, fereastra de lansare se deschide la fiecare 780 de zile. Dar pentru lansarea lui „Voyager-2”, al cărui scop sunt planete precum Jupiter, Saturn, Uranus și Neptun, au folosit o fereastră de oportunitate care apare doar o dată la 175 de ani. Pe de altă parte, avem exemplul misiunii Rosetta, care a fost inițial destinată studierii cometei 46P / Wirtanen, dar această oportunitate a fost pierdută din cauza întârzierii lansării, așa că a fost aleasă o nouă țintă pentru misiune, cometa 67P / Churyumova. -Gerasimenko.

Mai pe scurt, fereastra de lansare este intervalul de timp, calculat din calculele mecanicii orbitale, în care o anumită navă spațială poate decola și ajunge cu succes la destinația sa finală. Desigur, ținând cont de calea de zbor planificată și de masa combustibilului necesar. Prin urmare, fereastra inițială necesită o locație favorabilă a corpurilor cerești, a căror gravitate afectează semnificativ mișcarea vehiculului.

Interesant de asemenea:

• 10 cele mai ciudate lucruri pe care le-am învățat despre găurile negre în 2021
• Terraformarea lui Marte: s-ar putea planeta roșie să se transforme într-un nou Pământ?

Patru factori care afectează fereastra de lansare de pornire

Există patru factori care influențează alegerea ferestrei de lansare pentru lansarea oricărei misiuni spațiale, inclusiv Artemis I. Ei sunt atât de strâns legați unul de celălalt încât o discrepanță între unul dintre factori anulează instantaneu efectul celorlalți.

Orbite și înclinații

De exemplu, Discovery trebuie să livreze o marfă importantă către ISS. În primul rând, oamenii de știință trebuie să ia în considerare două traiectorii diferite: traiectoria navetei în sine și Stația Spațială Internațională. Oamenii de știință trebuie să se asigure că cele două orbite se vor întâlni cu siguranță, deoarece scopul acestei misiuni este de a livra proviziile necesare stației spațiale. Pentru a face acest lucru, ei calculează planul orbitei stației, o foaie imaginară care străbate Pământul și ține stația spațială la marginea ei.

Când Pământul și stația spațială se mișcă, se mișcă și planul convențional care le leagă. Oamenii de știință trebuie să găsească momentul în care marginea Pământului intersectează rampa de lansare a Centrului Spațial Kennedy din Florida, de pe care ar trebui să se lanseze nava. Ei nu pot rata mai mult de un grad. Pământul se rotește cu 1 grad în cinci minute, așa că lansarea ar trebui să aibă loc exact în acele cinci minute.

În plus, lansarea trebuie să aibă loc atunci când stația spațială se îndreaptă de la sud la nord. Acest lucru se datorează faptului că naveta trebuie să depășească cu succes stația și, în același timp, să-și arunce rezervorul de combustibil extern cu 15 etaje peste ocean, unde nu reprezintă o amenințare pentru oameni. Oceanul se află în nord-est, așa că lansarea Discovery trebuie să aștepte până când stația spațială se mută spre nord. Acest lucru lasă naveta spațială cu o fereastră de lansare de cinci minute pe zi.

Cât despre misiunea Artemis I, aici este și mai interesantă. NASA vrea să plaseze Orion pe o orbită mult retrogradă în jurul Lunii. Aceasta este o orbită foarte stabilă cu două puncte Lagrange. În același timp, aparatul se mișcă în jurul Pământului în direcția opusă față de Lună. Până acum, această orbită a fost folosită de un singur dispozitiv - chinezul Chang'e 5. Pentru a intra pe această orbită, este necesar să porniți motoarele care vor livra dispozitivul pe Lună la momentul și momentul potrivit. Această manevră se numește TLI (Trans-Lunar Injection), iar acuratețea executării ei este extrem de importantă. Acesta este un element de luat în considerare atunci când se calculează fereastra de lansare.

Citeste si:

• Observarea planetei roșii: o istorie a iluziilor marțiane
• Teleportarea din punct de vedere științific și viitorul ei

„Precesiune” mișcă fereastra

De asemenea, nu trebuie să uităm de fenomenul de precesiune. Vedeți precesia de fiecare dată când copilul începe să întoarcă partea de sus a jigului. Mai întâi, axa sa de rotație face un cerc în aer în direcția opusă rotației, înclinând partea superioară mai întâi într-o direcție, apoi în cealaltă.

Pământul execută o versiune cu mișcare lentă a acestui dans în timp ce orbitează Soarele, iar sateliții creați de om fac același lucru în timp ce orbitează Pământul.

Există o formulă care le permite oamenilor de știință de la NASA să calculeze cât de mult se va clătina satelitul. Adăugați numărul de rotații pe care le face satelitul pe zi, dimensiunea și excentricitatea orbitei și înclinația și aveți oscilațiile. Pentru Stația Spațială Internațională, aceste numere dau o valoare de aproape 5 grade pe zi, ceea ce este egal cu aproximativ 20 de minute de rotație zilnică a Pământului.

Acest lucru se aplică și lunii și altor planete ale sistemului solar. Aceste fluctuații necesită un calcul precis, altfel orice reglare necesită un consum excesiv de combustibil și pierderea traiectoriei dorite.

Condițiile meteo la lansare

Am auzit din când în când că lansarea rachetei a fost anulată pentru că erau condiții meteo nefavorabile. Da, natura nu trebuie să ne aștepte, există întotdeauna unele fenomene meteorologice pe suprafața Pământului, precum furtuni, furtuni, furtuni de nisip, zăpadă etc.

Meteorologii agențiilor spațiale jonglează ca niște profesioniști care urmăresc acoperirea norilor, direcția și viteza vântului, precum și furtunile și alte evenimente adverse în șase locații diferite pe parcursul a 13 zile. Aceștia aprobă decolarea doar dacă racheta nu este potențial prinsă într-o furtună sau o furtună de nisip, de exemplu.

Condiții de iluminare

Fereastra de lansare ar trebui să permită o bună iluminare pentru toate camerele, astfel încât echipa de control al zborului să poată vedea cât de bine funcționează toate sistemele și setările navei, ajutând la asigurarea siguranței echipajului misiunii spațiale.

De exemplu, conform regulilor NASA, Orion nu poate fi în umbră mai mult de 90 de minute la un moment dat. Pentru ca are nevoie de lumina solara pentru panouri si pentru a mentine temperatura optima a dispozitivului.

În plus, există și alți factori legați de procesul de aterizare, în timpul căruia Orion trebuie să intre în straturile superioare ale atmosferei Pământului, apoi să le părăsească pentru o clipă și din nou, deja în sfârșit, să se cufunde în atmosferă. Cu toate acestea, pentru aceasta, dispozitivul trebuie să atingă în timp traiectoria corespunzătoare față de Pământ. Ultimul aspect de luat în considerare este timpul de aterizare. Orion este programat să aterizeze în ocean în timpul zilei pentru a facilita echipelor în așteptare să găsească și să recupereze capsula.

Interesant de asemenea:

• De ce sclipesc stelele?
• De ce navele spațiale sunt echipate cu procesoare din secolul XX

Lansarea nu are loc de pe o rampă de lansare staționară. Ținta este, de asemenea, în continuă mișcare

Să vorbim mai detaliat despre câteva dintre detaliile care trebuie luate în considerare pentru lansarea misiunii Artemis I, care se poate lansa încă din această seară.

Luna este aproape de Pământ și probabil că nu ar trebui să fie probleme mari aici. Ei bine, din păcate, există, printre altele, mișcarea planetei noastre și a Lunii. Satelitul nostru nu numai că se rotește pe axa sa cu o viteză de aproximativ 0,5 km/s la ecuator, ci se învârte și în jurul Soarelui pe o orbită aproape circulară, cu o viteză de 30 km/s. De asemenea, trebuie luat în considerare faptul că viteza de mișcare a Pământului se adaugă la viteza de pornire a vehiculului.

În plus, poziția Soarelui și a Lunii față de orbita Pământului este în continuă schimbare, de asemenea, trebuie luat în considerare. Astfel, cu același consum de energie/combustibil, o lansare de pe Pământ spre Lună poate duce la un rezultat diferit în funcție de momentul lansării respective.

În teorie, putem construi o astfel de navă spațială care va fi suficient de puternică pentru a zbura pe Lună în fiecare zi. Și poate că așa va fi în viitor. Cu toate acestea, pentru moment, succesul misiunii Artemis I necesită o selecție atentă a timpului de lansare de pe Pământ, ceea ce va permite lui Orion să se deplaseze pe Lună și apoi să intre pe orbita planificată în jurul satelitului nostru. Chiar dacă lansarea este conform programului, o întârziere de câteva zile poate provoca schimbări semnificative în durata misiunii.

În prezent, în funcție de timpul de lansare, misiunea Artemis I poate dura între 26 și 28 de zile sau 38 până la 42 de zile. Anticipăm că această misiune va fi mai lungă, pe măsură ce Orion finalizează 1,5 rotații în jurul Lunii pe orbita ei foarte retrogradă. Dacă se ia în considerare opțiunea mai scurtă, iar ieșirea pe orbita lunară va avea loc la un moment diferit, Orion va face doar 1 rotație în jurul Lunii înainte de a începe întoarcerea pe Pământ.

Citeste si: Telescopul spațial James Webb: 10 ținte de observat

Sunt posibile viitoare date de lansare a Artemis I

Actuala fereastră de lansare a rachetei SLS și a sarcinii sale utile, care îndeplinește criteriile misiunii, va fi 2-6 septembrie. Se știe deja că NASA a ales cea mai apropiată dată pentru lansarea misiunii Artemis I - 3 septembrie 2022 între orele 21:17 și 23:17 ora Kievului. Fiecare zi ulterioară are, de asemenea, un anumit moment în care începerea este posibilă. Dacă nu reușiți să decolați în acest interval de timp, vor apărea următoarele ferestre de lansare:

• din 20 septembrie până în 28 septembrie
• din 30 septembrie până în 4 octombrie
• din 17 până în 23 octombrie
• 27 octombrie
• din 29 până în 31 octombrie
• si asa mai departe…

Nu putem decât să așteptăm și să sperăm că lansarea cu succes a misiunii istorice Artemis I va avea loc în curând.

Citeste si:

• 100 de ani de fizică cuantică: de la teoriile anilor 1920 la calculatoare
• 5 viitoare misiuni spațiale la care să te gândești

Totuși, nu uitați că în Ucraina este un război. Dacă doriți să ajutați Ucraina să lupte cu ocupanții ruși, cel mai bun mod de a face acest lucru este să donați Forțelor Armate ale Ucrainei prin Salveaza viata sau prin pagina oficiala NBU.