Miksi avaruustehtävä ei voi lentää milloin tahansa: Mikä on laukaisuikkuna?

Miksi avaruusalusta ei voida laukaista milloin tahansa? Mikä on laukaisualusta? Opit tästä kaikesta artikkelistamme.

Artemis I -tehtävä

Artemis I -tehtävän merkitystä ihmiskunnalle verrataan usein Apollo 8:n lentoon vuonna 1968, jolloin ihminen pääsi kuun kiertoradalle ensimmäistä kertaa historiassa. Mutta tuolloin onnistuneen lennon kuuhun piti olla ennen kaikkea voitto USA:n ja Neuvostoliiton poliittisessa ja teknologisessa vastakkainasettelussa, tiede oli taustalla. Tietenkin "Apollo"-ohjelma oli valtava menestys, koska henkilö, joka lähti maan ensimmäisellä koneella vain muutama vuosikymmen sitten, voitti Maan painovoiman ja löysi itsensä toisen taivaankappaleen kiertoradalta.

Taloudellisesta komponentista ei tuolloin puhuttu juuri lainkaan. Mutta kuusi vuosikymmentä myöhemmin, juuri kuun resurssien tutkimisen taloudelliset hyödyt saavat ihmisen "palaamaan" Kuuhun. Jos ainoa syy sellaisiin tehtäviin olisi maansa lipun istuttaminen kuun pinnalle, jonka ihmiset tietysti aluksi voisivat sellaisena ymmärtää, ihmettelen, olisiko nyt mukana niin valtavia resursseja. Loppujen lopuksi maapallolla on nyt paljon vakavampia ongelmia. Mutta avaruuskilpailu jatkuu, ja edut ovat erittäin tärkeitä, myös taloudelliset.

Toisin sanoen Artemis I -operaation käynnistämisen peruuttaminen 29. elokuuta johtaa taloudellisiin ja taloudellisiin tappioihin. Vaikuttaa siltä, ​​​​että he eivät laukaisu 29. päivänä, sitten he olisivat voineet laukaista 30. tai 31. elokuuta, mutta he siirsivät sen 3. syyskuuta. Olen varma, että monet teistä eivät ymmärrä, miksi juuri tämä päivämäärä valittiin. He puhuvat joistakin käynnistysikkunoista, suotuisista olosuhteista laukaisulle. Selvitetään se.

Lue myös: Miehitetyt avaruustehtävät: Miksi paluu Maahan on edelleen ongelma?

Tiukat vaatimukset koskien tehtävän alkamispäivää

Kyseinen laukaisuikkuna on luonnon ja teknisten rajoitusten asettama ehto, joka on otettava huomioon jokaisen avaruusobjektin laukaisussa. Lentokoneille lähtöikkuna on pääosin valinnainen, mutta vilkkaasta lentoliikenteestä johtuen ne myös nousevat tiettyyn aikaan eli aikataulun mukaan. Jos tällaista rajoitusta ei ollut, kone saattoi nousta ja laskeutua milloin halusi. Mutta lentojen ilmatilassa on oltava säännöllisiä. Tämä koskee vain maapallon ilmatilaa, jossa siviili-ilmailun ehdollisia ilmakäytäviä on rakennettu vuosikymmeniä.

Myös avaruusalusta kuljettava raketti voisi teoriassa tehdä tämän, mutta rajallinen polttoaineen saanti estää tämän. Sama, jonka kautta kyllä Maahan on vaikea palata. Toistaiseksi voimme lentää huolellisesti lasketulla lentoradalla vain, jos pystymme vastaamaan planeettojen tai kuun sijainnit Maahan. Kaikki poikkeamat vaativat ylimääräisiä polttoainevarastoja, mutta avaruudessa niitä ei voi kerätä kuten bonuksia arcade-pelissä.

Siksi lennot Marsiin tapahtuvat toistaiseksi vain kahden vuoden välein, jolloin sen sijainti luotain tai muun laitteen polun päässä on suotuisa tehtävien suorittamiselle. Aurinkokunnan rajojen ylittävien tehtävien tapauksessa lentoradat voivat olla paljon monimutkaisempia, koska myös muiden planeettojen painovoiman vaikutus suunniteltuun lentorataan on otettava huomioon. Esimerkiksi Voyagerin lennon aikana aurinkokunnan rajoille otettiin huomioon Venuksen painovoiman aiheuttama kiihtyvyys, ja New Horizons -alukseen vaikutti samalla tavalla Jupiterin painovoima. Koska polttoaine on avaruudessa edelleen niukka resurssi ja sen palamiseen perustuvat moottoriteknologiat ovat vielä hyvin alkeellisia. Kyllä, joku mainitsee avaruuspaneelit, jotka auttavat luotajia käyttämään kosmista tuulta liikkeelle, mutta luotaimet, eivät avaruusalukset, tarvitsevat polttoainetta päästäkseen kiertoradalle ja takaisin Maahan. Ja tarvitset sitä paljon.

Mielenkiintoista myös:

• Miksi tähdet tuikkivat?
• Miksi avaruusalukset on varustettu 20-luvun prosessoreilla

Mitä ovat käynnistyslevyt?

Kuvittele, että olet yleisurheilustadionin keskustassa ja haluat tavata yhden juoksumatolla juoksevan urheilijan. Voimme yrittää saada hänet kiinni, mutta tätä varten meidän on juostava häntä nopeammin, ja kulutamme paljon energiaa. On paljon järkevämpää laskea, milloin juoksija on edullisimmassa asemassa, jotta hänet voidaan siepata ja oikealla hetkellä mennä häntä vastaan. Laskelmien tulee olla tarkkoja, jotta emme tule liian aikaisin tai liian myöhään. Optimaalinen aika aloittaa liikkuminen on aloitusikkunamme.

Sama koskee avaruustehtäviä. Laukaisuikkuna on yksinkertaisesti ajanjakso, jonka aikana avaruusalus voi saavuttaa tietyn pisteen avaruudessa tiettynä aikana. Samalla otetaan huomioon raketin tehoominaisuudet ja avaruusobjektin lentorata, johon laitteen on kohdattava. Siksi ikkunat ovat erilaiset eri tehtävissä. Esimerkiksi Mars-tehtävässä laukaisuikkuna avautuu 780 päivän välein. Mutta "Voyager-2":n laukaisuun, jonka tavoitteena on sellaisia ​​planeettoja kuin Jupiter, Saturnus, Uranus ja Neptunus, he käyttivät mahdollisuusikkunaa, joka ilmestyy vain kerran 175 vuodessa. Toisaalta meillä on esimerkkinä Rosetta-tehtävä, joka oli alun perin tarkoitettu tutkimaan komeetta 46P / Wirtanen, mutta tämä mahdollisuus menetettiin laukaisuviiveen vuoksi, joten tehtävälle valittiin uusi kohde, komeetta 67P / Churyumova. -Gerasimenko.

Lyhyesti sanottuna laukaisuikkuna on kiertoradan mekaniikan laskelmista laskettu aikaväli, jonka aikana tietty avaruusalus voi nousta ja saavuttaa onnistuneesti lopullisen määränpäänsä. Tietenkin ottaen huomioon suunniteltu lentorata ja tarvittavan polttoaineen massa. Siksi alkuikkuna vaatii suotuisan sijainnin taivaankappaleille, joiden painovoima vaikuttaa merkittävästi ajoneuvon liikkeeseen.

Mielenkiintoista myös:

• 10 oudointa asiaa, jotka opimme mustista aukoista vuonna 2021
• Terraformoiva Mars: Voisiko punainen planeetta muuttua uudeksi maapalloksi?

Neljä tekijää, jotka vaikuttavat käynnistyksen käynnistysikkunaan

On neljä tekijää, jotka vaikuttavat laukaisuikkunan valintaan minkä tahansa avaruusoperaation, mukaan lukien Artemis I:n, laukaisulle. Ne liittyvät niin läheisesti toisiinsa, että ero yhdessä tekijässä mitätöi välittömästi muiden vaikutuksen.

Radat ja kaltevuus

Esimerkiksi Discoveryn on toimitettava tärkeä lasti ISS:lle. Ensinnäkin tutkijoiden on harkittava kahta eri lentorataa: itse sukkulan ja kansainvälisen avaruusaseman lentorata. Tutkijoiden on varmistettava, että nämä kaksi kiertorataa kohtaavat varmasti, koska tämän tehtävän tarkoituksena on toimittaa tarvittavat tarvikkeet avaruusasemalle. Tätä varten he laskevat aseman kiertoradan tason, kuvitteellisen levyn, joka leikkaa maan läpi ja pitää avaruusaseman reunallaan.

Kun maa ja avaruusasema liikkuvat, liikkuu myös niitä yhdistävä tavanomainen taso. Tutkijoiden on löydettävä aika, jolloin Maan reuna leikkaa Floridassa sijaitsevan Kennedyn avaruuskeskuksen laukaisualustan, josta aluksen on tarkoitus lähteä. He eivät voi jättää yli yhtä tutkintoa. Maapallo pyörii yhden asteen viidessä minuutissa, joten laukaisun pitäisi tapahtua täsmälleen näiden viiden minuutin sisällä.

Lisäksi laukaisun on tapahduttava, kun avaruusasema on matkalla etelästä pohjoiseen. Tämä johtuu siitä, että sukkulan on ohitettava asema onnistuneesti ja samalla hävitettävä 15-kerroksinen ulkoinen polttoainesäiliönsä meren yli, missä se ei aiheuta uhkaa ihmisille. Meri sijaitsee koillisessa, joten Discoveryn laukaisun on odotettava, kunnes avaruusasema siirtyy pohjoiseen. Tämä jättää avaruussukkulalle yhden viiden minuutin laukaisuikkunan päivässä.

Mitä tulee Artemis I -tehtävään, se on täällä vielä mielenkiintoisempaa. NASA haluaa sijoittaa Orionin kaukaiselle kiertoradalle Kuun ympäri. Tämä on erittäin vakaa kiertorata, jossa on kaksi Lagrange-pistettä. Samaan aikaan laite liikkuu Maan ympäri vastakkaiseen suuntaan kuin Kuu. Toistaiseksi tätä kiertorataa on käyttänyt vain yksi laite - kiinalainen Chang'e 5. Tälle kiertoradalle pääsemiseksi on käynnistettävä moottorit, jotka toimittavat laitteen Kuuhun oikealla hetkellä ja oikeaan aikaan. Tätä toimenpidettä kutsutaan TLI:ksi (Trans-Lunar Injection), ja sen suorittamisen tarkkuus on erittäin tärkeää. Tämä on yksi tekijä, joka on otettava huomioon laskettaessa käynnistysikkunaa.

Lue myös:

• Punaisen planeetan tarkkailu: Marsin illuusioiden historia
• Teleportaatio tieteellisestä näkökulmasta ja sen tulevaisuus

"Precession" siirtää ikkunaa

Ei myöskään pidä unohtaa precession ilmiötä. Näet precession aina, kun lapsi alkaa kääntää jigin yläosaa. Ensin sen pyörimisakseli tekee ympyrän ilmassa pyörimistä vastakkaiseen suuntaan, kallistaen yläosaa ensin yhteen, sitten toiseen suuntaan.

Maa suorittaa hidastetun version tästä tanssista kiertäessään aurinkoa, ja ihmisen tekemät satelliitit tekevät samoin kuin ne kiertävät maata.

On olemassa kaava, jonka avulla NASAn tutkijat voivat laskea, kuinka paljon satelliitti heiluu. Lisää satelliitin vuorokaudessa tekemien kierrosten määrä, kiertoradan koko ja epäkeskisyys sekä kaltevuus, niin saat värähtelyt. Kansainväliselle avaruusasemalle nämä luvut antavat arvon lähes 5 astetta vuorokaudessa, mikä vastaa noin 20 minuuttia Maan päivittäisestä kierrosta.

Tämä koskee myös kuuta ja muita aurinkokunnan planeettoja. Nämä vaihtelut vaativat tarkan laskennan, muuten kaikki säädöt edellyttävät liiallista polttoaineenkulutusta ja halutun lentoradan menetystä.

Sääolosuhteet käynnistyksen yhteydessä

Kuulimme silloin tällöin, että raketin laukaisu peruttiin epäsuotuisten sääolosuhteiden vuoksi. Kyllä, luonnon ei tarvitse odottaa meitä, maan pinnalla on aina joitain sääilmiöitä, kuten myrskyjä, ukkosmyrskyjä, hiekkamyrskyjä, lumimyrskyjä jne.

Avaruusjärjestön meteorologit jongleeraavat kuin ammattilaiset, jotka seuraavat pilvipeitettä, tuulen suuntaa ja nopeutta sekä myrskyjä ja muita haittatapahtumia kuudessa eri paikassa 13 päivän aikana. He hyväksyvät nousun vain, jos raketti ei ole mahdollisesti jäänyt esimerkiksi myrskyyn tai hiekkamyrskyyn.

Valaistusolosuhteet

Laukaisuikkunan tulisi mahdollistaa hyvä valaistus kaikille kameroille, jotta lennonjohtoryhmä näkee, kuinka hyvin kaikki aluksen järjestelmät ja asetukset toimivat, mikä auttaa varmistamaan avaruustehtävän miehistön turvallisuuden.

Esimerkiksi NASAn sääntöjen mukaan Orion ei saa olla varjossa yli 90 minuuttia kerrallaan. Koska se tarvitsee auringonvaloa paneeleille ja laitteen optimaalisen lämpötilan ylläpitämiseen.

Lisäksi laskeutumisprosessiin liittyy muita tekijöitä, joiden aikana Orionin on tunkeuduttava Maan ilmakehän ylempiin kerroksiin, poistuttava niistä sitten hetkeksi ja jälleen, jo lopulta, syöksyttävä ilmakehään. Tätä varten laitteen on kuitenkin saavutettava sopiva lentorata suhteessa Maahan ajoissa. Viimeinen huomioitava näkökohta on laskeutumisaika. Orionin on määrä laskeutua mereen päivän aikana, jotta odotustiimien olisi helpompi löytää ja noutaa kapselia.

Mielenkiintoista myös:

• Miksi tähdet tuikkivat?
• Miksi avaruusalukset on varustettu 20-luvun prosessoreilla

Laukaisu ei tapahdu kiinteältä laukaisualustalta. Kohde on myös jatkuvassa liikkeessä

Puhutaanpa tarkemmin joistakin yksityiskohdista, jotka on otettava huomioon jo tänä iltana mahdollisesti alkavan Artemis I -operaation käynnistämiseksi.

Kuu on lähellä Maata, eikä täällä todennäköisesti pitäisi olla suuria ongelmia. Valitettavasti on olemassa muun muassa planeettamme ja Kuun liike. Satelliittimme ei vain pyöri akselinsa ympäri päiväntasaajalla noin 0,5 km/s nopeudella, vaan se myös kiertää Auringon lähes ympyrämäisellä kiertoradalla 30 km/s nopeudella. On myös otettava huomioon, että maan liikkeen nopeus lisätään ajoneuvon omaan lähtönopeuteen.

Lisäksi Auringon ja Kuun sijainti suhteessa Maan kiertorataan muuttuu jatkuvasti, tämä on myös otettava huomioon. Näin ollen samalla energian/polttoaineen kulutuksella laukaisu Maasta Kuuhun voi johtaa erilaiseen tulokseen laukaisun ajoituksesta riippuen.

Teoriassa voimme rakentaa sellaisen avaruusaluksen, joka on tarpeeksi tehokas lentääkseen kuuhun joka päivä. Ja ehkä se tulee olemaan niin myös tulevaisuudessa. Toistaiseksi Artemis I -operaation onnistuminen vaatii kuitenkin huolellista laukaisuajan valintaa Maasta, mikä mahdollistaa Orionin siirtymisen Kuuhun ja sen jälkeen suunnitellun kiertoradan satelliittimme ympärille. Vaikka laukaisu olisi aikataulussa, useiden päivien viivästyminen voi aiheuttaa merkittäviä muutoksia tehtävän kestoon.

Tällä hetkellä Artemis I -tehtävä voi laukaisuajasta riippuen kestää 26-28 päivää tai 38-42 päivää. Odotamme, että tämä tehtävä on pidempi, kun Orion suorittaa 1,5 kierrosta Kuun ympäri kaukaa taaksepäin suuntautuvalla kiertoradalla. Jos harkitaan lyhyempää vaihtoehtoa ja poistuminen Kuun kiertoradalle tapahtuu eri aikaan, Orion tekee vain yhden kierroksen Kuun ympäri ennen paluunsa maahan.

Lue myös: James Webbin avaruusteleskooppi: 10 tarkkailtavaa kohdetta

Tulevat Artemis I -julkaisupäivät ovat mahdollisia

Tämänhetkinen SLS-raketin ja sen hyötykuorman laukaisuikkuna, joka täyttää tehtävän kriteerit, on 2.-6. On jo tiedossa, että NASA on valinnut lähimmän päivämäärän Artemis I -operaation laukaisulle - 3 kello 2022-21 Kiovan aikaa. Jokaisella seuraavalla päivällä on myös tietty aika, jolloin aloitus on mahdollista. Jos et nouse tässä ajassa, seuraavat käynnistysikkunat tulevat näkyviin:

• 20. syyskuuta - 28. syyskuuta
• 30. syyskuuta - 4. lokakuuta
• lokakuun 17-23 välisenä aikana
• lokakuun 27
• lokakuun 29-31 välisenä aikana
• ja niin edelleen…

Voimme vain odottaa ja toivoa, että historiallisen Artemis I -operaation onnistunut käynnistäminen tapahtuu pian.

Lue myös:

• 100 vuotta kvanttifysiikkaa: 1920-luvun teorioista tietokoneisiin
• 5 tulevaa avaruustehtävää mietittäväksi

Älä kuitenkaan unohda, että Ukrainassa on käynnissä sota. Jos haluat auttaa Ukrainaa taistelemaan venäläisiä miehittäjiä vastaan, paras tapa tehdä se on lahjoittaa Ukrainan asevoimille Pelasta elämä tai virallisen sivun kautta NBU.