Astronautika: misije

27. mart. 2010.

Tek kada su se zemlje Evrope ujedinile, naš kontinent je postao dovoljno financijski jak za određene svemirske projekte. Konačno je postalo moguće razmišljati i o sopstvenoj orbitnoj stanici, o čemu sam prošlog meseca već pisao. Međutim, za snabdevanje takve stanice i transport kosmonauta bila je potrebna specijalna kosmička letilica kakvu su do tada imali samo Rusi i Amerikanci. Zato je ESA konačno projektovala i napravila automatsku transportnu letilicu ATV (Automated Transfer Vehicles) – nazvanu „Jules Verne“ po naučno-popularnom vizionaru i piscu iz XIX veka – najsloženiju kosmičku letilicu ikada razvijenu u Evropi.

Nakon svog prvog leta 2008. godine, najizazovnija evropska misija do tada trebalo je da zaigra jednu od glavnih ulogu u servisiranju Međunarodne svemirske stanice (ISS).

ESA je planirala da u nekoliko narednih godina napravi 4 letilice iz ove porodice, a njegova glavna uloga je trebalo da bude snabdevanje, transport korisnog tereta, a služile bi i kao „tegljači“, koji bi ISS povremeno guralina sigurnu orbitu.

Мultifunkcionalna letilica takve vrste predstavljala je ogroman doprinos Evrope normalnom funkcionisanju ISS, čiji normalan rad i danas zavisi isključivo od redovnog snabdevanja eksperimantalnom opremom i potrošnim dobrima, kao što su hrana, voda i vazduh za posadu koja stalno živi u stanici.

Do pre par godina, ta uloga je pripadala isključivo američkim spejs šatlovima i ruskim teretnim letilicama bez posade tipa„Прогрес“, аli planirani odlazak šatlova u penziju krajem ove godine znatno će da doprinese značaju evropskih automatskih transportera ATV.

Svaki novi ATV – noseći oko 8 tona tereta u misijama koje će po pravilu da traju šest meseci – biće lansiran sa raketodroma Kuru u Francuskoj Gijani raketom-nosačem tipa „Ariane 5“.

Kada je marta 2008. lansiran prvi ATV „Jules Verne“ u kosmos, ISS je već bio pripremljena za posetu, jer je mesec dana pre toga francuski astronaut Léopold Eyhartsbio na stanici i podesio neophodnu opremu za susret.

Opremljene sopstvenim motorima i navigacionim sistemima, ATV čine takav tip višenamenskih svemirskih letilica koje su zapravo kombinacija potpuno automatizovanih letilica i sigurnosnih zahteva vezanih za letilice sa ljudskom posadom.

Visokoprecizni navigacioni sistem na ATV upravlja letilicu ka ISS, sa kojom se automatski spaja nekih 14 dana nakon lansiranja. Za spajanje se koristi ruski servisni modul “Звезда.

Spojene sa stanicom i uvek pod pritiskom, ATV letilice će ostajati integralni deo stanice oko 6 meseci, nakon čega će kontrolisanim manevrom ulaziti u Zemljinu atmosferu i sagoreti, zajedno sa otpadnim materijama koje su za tih 6 meseci nakupili astronauti na ISS.

Ponosni smo na ATV,“ kaže Daniel Sacotte, direktor ESA za letilice sa ljudskom posadom, mikrogravitaciju i istraživanje.

Sa svojih 20 tona, to su daleko najteže letilice lansirane ’Arianom’ do danas,“ dodaje on.

Mada tokom lansiranja u evropskim letilicama neće biti ljudske posade, nakon pristajanja na ISS astronauti obučeni u njihova svakodnevna odela moćiće komotno da ulaze u modul i pristupe korisnom teretu jer je morul pod pritiskom. Teret se nalazi u specijalnom kargo kontejneru, tzv. Integrated Cargo Carrieru(ICC), zapremine 45 m3, vrlo sličnom Multi-Purpose Logistics Module(MPLM), kakve već koriste američki šatlovi, koje su za Nasu napravili Italijani (ASI) a koji je zapravo nastao iz Esine laboratorije „Columbus.

U unutrašnjosti ima mesta za osam specijalno dizajniranih moduliranih kargo paleta (International Standard Payload Racks, ISPRs) za prenošenje tereta. U konstrukciju je inkorporirano nekoliko spremišta za pijaću vodu, gorivo za motore same svemirske stanice, i vazduh (kiseonik i azot) za posadu. Nosni segment kargo sekcije sadrži elemente za pristajanje i senzore za randevu ruske proizvodnje.

Esin menadžer zadužen za ISS program, Alan Thirkettle, opisuje ATS “kao kombinaciju telekomunikacionog satelita, navigacionog broda i letilice sa ljudskom posadom u jednom.”

Iako se ATV pokazao kao odličan u poslu snabdevanja ISS od 2008, on će postati još značajniji od 2011. godine, kada spejs šatlovi budu povučeni, i kada će ostati jedini raspoloživi ‘teškaš’ za snabdevanje međunarodne stanice,” kaže on.

Prvi let Esinog svemirskog teretnjaka

Konceprt svemirskog tegljača ili letilice za transfer astronauta i opreme na različite Zemljine orbite već decenijama je predmet proučavanja mnogih svemirskih agencija – ali je tek ujedinjena Evropa uspela da napravi do danas najjaču letilicu od svih.

Ova automatska transferna letilica (ATV) predstavlja potpuno novu geleraciju orbitnih brodova, koja može, naprimer, da ponese tri puta više tereta od svog ruskog konkurenta – dostavne letiice bez ljudske posade „Прогрес М“(11Ф615A60).

ATV je cilindričnog oblika – dugačak 10,3 metra i prečnika 4,5 metara – pokriven izolatorskim slojem postavljenim preko zaštitnih ploča protiv meteoroida, sa solarnim panelima X oblika u vidu plavih metalnih krila, što mu daje karakterističan oblik vilinog konjica (vidi gornju sliku).

Unutrašnjost svakog ATV podeljena je u dve sekcije: modul koji sadrži avioniku i pogonski sistem (nazvan Servisnim modulom), i specijalni kargo kontejner(Integrated Cargo Carrier), koji se prikačinje za ISS.

Opremljen sopstvenim pogonskim i navigacionim sistemima, ATV predstavlja multifunkcionalnu letilicu, jer kombinuje potpuno automatizovane radnje letilice bez posade sa složenim sigurnosnim zahtevima koji se postavljaju pred letilice sa ljudskom posadom koje pristaju uz Međunarodnu svemirsku stanicu.

Servisni modul ATV ima 4 glavna motora i 28 manjih, koji služe za orijentaciju letilice. Nakon pristajanja, oni komotno mogu da posluže kao sistem za kontrolu položaja same svemirske stanice a takođe i da rasterete žiroskopske orijentacione sisteme stanice. Uloga glavnih motora je da „podignu“ orbitu kompleksa, i time neutrališu prisutne efekte kočenja atmosfere, ili pak da izvode manevre neophodne za izbegavanje kočmičkog otpada.

Sva lansiranja ATV obavljaće se sa evropskog raketodroma u Francuskoj Gijani raketom „Ariane 5“. Letilice će biti izbacivane u orbitu pod nagibom od 51,6 stepeni – u istu onu na kojoj se sada nalazi i Međunarodna stanica.

Nekih 70 minuta nakon lansiranja ATV se odvaja od „Ariane“, aktivira sopstvene navigacione sisteme i okreće se ka ISS, postajući tako potpuno automatizovana svemirska letilica. Kada je 3. aprila 2008. „Jules Verne“ konačno izveo randevu i pristao na ISS, bio je to prvi takav manevar Evropljana u istoriji i prva misija snabdevanja ISS izvedena od strane Evropske zajednice.

Ta prva misija ATV-1 bila je i najkritičnija i najzahtevnija, jer je od inženjera zahtevala bezbrojna precizna testiranja, te je umesto standardno planiranih 10 dana trajala 14.

Pod budnim vođstvom kontrolnog centra u Tuluzu, prva misija je demonstrirala potpuni automatizam funkcionisanja i sigurnost u svim fazama: randevu sa ISS, popunjavanje rezervi stanice i pomeranje ove 200 tona teške strukture na višu orbitu.

Sofistikovani profil misije ATV

Klasična misija automatske transportne letilice ATV započinje, normalno, lansiranjem u orbitu uz pomoć modifikovane rakete „Ariane 5“.

Nakon odvajanja od rakete-nosača, aktiviraju se navigacioni sistemi ATV i pale raketni motori koji će letilicu smestiti na transfernu orbitu– ti procesi se pomno prate iz specijalizovanog kontrolnog centra smeštenog u francuskom gradu Tuluzu.

Evropski teretnjak ulazi u videokrug Međunasodne svemirske stanice nakon 10 dana leta u orbiti, kada njegovi kompjuteri započinju proceduru finalnog prilaznog manevra koji mora da se završi maksimalno tokom dve sledeće orbite. Postepeno približavanje stanici odvija se relativnom brzinom od svega par santimetara u sekundi, iako obe letilice kruže brzinom od 28.000 km/h.

Pristajanje je u potpunosti automatizovano, i ako bi došlo do nekih problema u poslednjim minutama manevra, bilo ATV kompjuteri bilo članovi posade svemirske stanice mogu da pokrenu već isprogramirane sekvence protivsudarnih manevara, koji su potpuno nezavisni od glavnog navigacionog sistema.

Tokom najkritičnijih faza leta ATV teretnjaka – od lansiranja do pristajanja, i od otkačinjanja do ulaska u atmosferu – tim od 60 ljudi danonoćno bdi u tri spojene kontrolne sale, prateći pomno sve automatizovane procedure.

Francuska svemirska agencija (CNES) se smatra odgovornom za rad centra, i koordinisanje i podršku svih operacija ATV u opštem interesu ESA.

ATV letilice imaju ugrađene vrhunske randevu sisteme za čiji rad su zaduženi brojni senzori. Tokom prve faze leta, koriste se GPSpodaci i orijentacija pomoću zvezda. Star Tracker ume da prepozna različita sazvežđna na nebu i iskoristi te informacije da proračuna orijentaciju letilice u kosmosu, i sa GPS – koji daje pozicione informacije merenjem uglova između odgovarajućih satelita u orbiti – predstavljaju moderne ekvivalente već vekovima starim navigacionim tehnikama.

Svemirske letilice koriste ove sisteme da bi u prvih 10 dana prišli što bliže ISS, nakon čega se operacija prebacuje na sistem za precizno pristajanje, koji koristi dva videometarska senzora koji podsećaju na oči u kombinaciji sa kompletno odvojenim paralelnim mernim sistemom koji treba da pokaže da li sve ide po planu.

Videometrianaliziraju slike koje šalju laserski zraci, koji se odbijaju od pasivnih retro-ogledala a koja okružuju port na ruskom modulu „Звезда“, gde će svi ATV da pristaju.

Tokom poslednjih 20 m finalnog manevra, videometri automatski prepoznaju metu na retro-ogledalima i proračunavaju udaljenost i pravac porta za pristajanje i spajanje.

U cilju dodatne sigurnosti, dva sekundarna nezavisna senzora – nazvana telegoniometri– emituju ka retro-reflektorima pulsirajuće laserske zrake različitih talasnih dužina. Na osnovu vremena odbijanja proračunava se distanca, dok se prvac određuje uz pomoć dva ugrađena ogledala.

Opisujući svojevremeno ATV, John Elwood, Esin projektni menadžer za ATV, izjavio je da su to „najsloženije u najinovativnije svemirske letilice“ ikada napravljene u Evropi.

Prva misija je nosila samo 5 tona tereta. „Želeli smo da ostavimo malo mesta za fleksibilnost manevrisanja tokom prilaska – bilo nam je potrebno da pre pristajanja malo ’plešemo’ ispred ISS, te tako što podrobnije proverimo kako sva oprema i elektronika funkcioniše.

Odmah nakon sigurnog prikačinjanja za ISS, astronauti mogu slobodno da uđu u tovarni prostor i uzimaju nešto od 8 tona prispelog tereta – opremu za održavanje, naučne instrumente, kontejnere sa svežim voćem i hranom, i ličnu poštu.

Tankovi sa gorivom i vodom se direktno konektuju za interne sisteme cevi na svemirskoj stanici, dok prispeli kiseonik i azot astronauti ručno oslobađaju direktno u ISS.

U proseku, ATV ostaju zakačeni na ISS do 6 meseci, tokom kojih astronauti neprestano uzimaju nove zalihe i zamenjuju ih sa otpadnim materijalom i nepotrebnom opremom.

Kada se misija za snabdevanje konačno okonča, posada zatvara poklopac, a letilica se uz pomoć komandi sa Zemlje odvaja od Međunarodne stanice. Motori letilice se pale i koče je – ne pod blagim uglom kao što bi to bio slučaj da se unutra nalazi ljudska posada, već tako snažno da usled iznenadnih kočionih sila atmosfere ubrzo dolazi do raspadanja letilice i njenog potpunog sagorevanja negde visoko iznad bespuća Tihog okeana.

Konfiguracija verzije rakete-nosača „Ariane 5“ sa automatskom teretnom letilicom ATV na vrhu.

 

Potencijali za budućnost

Još tokom projektovanja, ATV je bio planiran za razvoj mnogih budućih novih svemirskih letilica.

Nekoliko studija obuhvatalo je različite scenarije, među kojima je bila i mogućnost zamene kabine pod pritiskom(Integrated Cargo Carrier) velikom teretnom letilicom za povratak, koja bi mogla da bezbedno spusti teret i vredne rezultate eksperimenata.

Takav projekat bi u potpunosti mogao da se osloni na već proveren i u letu isproban Esin koncept Atmospheric Reentry Demonstratora(ARD), koji je imao uspešan probni let još u oktobru 1998. godine.

Evropska kapsula ARD prvi put je testirana 1996. u bazi Trapani, na Siciliji, kada je ponešena stratorferskim balonom zapremine 104.500 m3 na visinu od 23,2 km. Na kraju je otkačena, slobodno je padala 10 km, a onda je sletela padobranom u more u blizinu ostrva Marettimo.

Na slici se vidi balast od 50 kg koji će biti odbačen tokom uspinjanja balona.

 

ATV bi možda mogao da postane i translortna letilica za ljudsku posadu – što bi zahtevalo znatne prepravke – u kojima bi kabina pod pritiskom bila transformisana u kapsulu za povratak astronauta.

Takva letilica bi, u prvoj fazi, mogla da posluži za eventualnu hitnu evakuaciju ISS, a kasnije i kao klasična transportna letilica lansirana “Arianom 5”.

Naravno, mogla bi da posluži i u verziji logističkog transportera, za prenos tereta od nekoliko tona koji ne bi zahtevali komoru pod pritiskom.

Drugi koncept je planirao da se u nosu ATV ugradi mala kapsula PERES (Payload Retrieval System) težine do 150 kg, koja bi na kraju misije mogla da se odbaci i spusti na Zemlju potreban teret, filmove, eksperimente, uzorke, i sl.

ATV bi mogao da se prepravi i u slobodnu leteću laboratoriju bez ljudske posade, kadru da u slučaju neophodnih popravki ili apgrejdovanja instrunemata povremeno pristane uz ISS. Takav brod pod pritiskom bi uvek mogao da u slučaju neke havarije na ISS pruži posadi sigurno utočište.

Ovako izgleda jedan od koncpata okrišćenja avropskog ATV (CARV, Cargo Ascent and Return Vehicle).

Interesantno je da bi se na MSS mogle da zakače i ruske letilice tipa „Sojuz“ i „Progres“. Zajedno bi mogli da ostaju i do 6 meseci u orbiti.

 

Kasnije, nije teško zamisliti ni konstruisanje mini svemirske stanice (MSS), kada bi svaki ATV imao po dva mehanizma za spajanje – jedan napred a drugi pozadi.

A dalje gledano u budućnost, ATV bi mogle da se pretvore u transfernu letilicu koja bi nosila tone opreme i potrepština – uključujući i svemirske teleskope i međuplanetne letilice – u orbitu oko Meseca ili čak Marsa. Ko će da da pare – niko ne kaže, ali iz planova vidim da se pominu cifre od jedne milijarde evra svake 4 godine.

Realnost

Za sada, poleteo je samo jedan ATV: „Jules Verne“, i to 9. marta 2008. godine. Obzirom da je to bila prva misija i da je trebalo dobro istestirati opremu, do pristajanja na ISS se čekalo sve do 3. aprila. Nakon serije uspešnih eksperimenata i obećanog pomeranja svemirske stanice, „Jules Verne“ se otkačio 5. septembra a raspao se i izgoreo za samo 12 minuta nekih 120 km iznad okeana 29. septembra.

ATV „Jules Verne“ ulazi u atmosferu. Niko i ne pomišlja da gleda pretvaranje oko 300 miliona evra u prah i pepeo, koliko je koštala ta letilica 8bez lansiranja).

 

Za taj prvi ATV opremu je radilo nekoliko zemalja: motori su konstruisani u evropskom konzorcijumu „EADS Astrium” u Bremenu, sekcija pod pritiskom u talijanskoj kompaniji „Alenia Spazio” u gradu Turin, a sisteme za pristajanje i pretakanje goriva priuzveli su Rusi u „RSC Energia”.

Sami astronauti su ATV proglasili za najtiše mesto u ISS, i zato su se svi borili da odu tamo na spavanje, ili da obave neke higijenske aktivnosti. Kada je korejska astronautkinja Yi So-yeonboravila u kosmosu, to su bile njene prostorije, a i tamo je u miru obavljala nanotehnološke eksperimente.

Sledeći ATV treba da bude lansiran do kraja ove godine (novembar?). Budući da je 2009. proglašena za Godinu astronomije, a i da je tada bila 400-godišnjica objavljivanja jednog od najvećih radova nemačkog astronoma i matematičara Johana Keplera, “Astronomia Nova”, ESA se složila da se nova letilica nazove ATV-2 “Johannes Kepler”. Trenuto, svi delovi buduće letilice su u Bremenu.

Iako je do toga još daleko, Evropljani ipak planiraju da do kraja 2011. ili početkom 2012. lansiraju i treći ATV. Njega su već nazvali ATV-3 “Edoardo Amaldi”, prema poznatom talijanskom fizičaru i pioniru kosmonautike.

Na samom ove divne slike dnu vidi se evropski transpotrer “Jules Verne” prikačen za ISS.

Možda bi baš ovako trebalo da izgleda neka buduća evropska letilica tipa ATV koja bi nosila evropske astronaute u orbitu.

 

To su veliki kontejneri pod pritiskom koje šatlovi koriste za prenos tereta na i sa Međunarodne stanice. Prenose se u tovarnom prostoru šatlova. Do sada su napravljena 2 transportna modula: Leonardo i Raffaello i od 2001. leteli su u kosmos 9 puta (sledeći u aprilu 2010.). Postojao je plan da se proizvede i treći modul, Donatello , ali zbog planiranog prestanka letova šatlova, to je obustavljeno. MPLM imaju dužinu 6,40 m, širinu 4,57 m, masu (prazni) 4,08 t odn. (puni) 13,2 t.

Lansirana je šatlom STS-122 7. II 2008. Prvobitno, modul je trebalo da se nalazi na svem. stanici „Spacelab“. Koštao je oko $2 mld.

Do sada je na ISS stiglo 37 takvih kutija sa naučnom opremom. Svaka zaprema 1,571 m2 i sadrži oko 700 kg opreme. Takve kutije su prevelike za unos u ISS kroz APAS ili LIDS docking sisteme, te ih je nemoguće uneti direktno iz šatlova ili “Sojuza”, već jedino preko CBM porta. Preko takvog porta svi sem Rusa mogu da se prikače na ISS, čak i Japanci sa svojom letilicom HTV (H-II Transfer Vehicle), prvi i jedini put lansiranom u septembru 2009. Nezvanično se priča da NASA hoće da ovu letilicu eventualno koristi dok njihovi privatnici ne obezbede Amerikancima pristup ISS nakon povlačenja šatlova.

Attitude control system (ACS), odn. attitude determination and control (ADAC) system sadrži opremu za merenje, obaveštavanje i promenu orijentacije svem. letilice. Sistem čine sledeće komponente: Astrionics, Momentum wheels, Reaction wheels, Reaction control systems, itd.

Automatski sistem za pristajanje je vrlo sličan onom koji trenutno koriste ruski brodovi za snabdevanje „Progres“ i „Sojuz“ sa ljudskom posadom. Dodatne podatke pribavljaju i ruske antene  koje je napravila kompanija „Kurs“.

Svaki ATV nosi oko 4.700 kg goriva za dopunjavanje rezervoara ISS i manevar guranja stanice na pravilnu orbitu. Gorivo je monometil-hidrazin a kao oksidator se koristi N2O4.

Doprema se oko 840 kg vode.

Bio je probni suborbitni let sproveden prilikom trećeg po redu lansiranja „Ariane 5“. Nekih 12 minuta nakon lansiranja (visina 216 km) iz Gijane odvojena je letilica ARD. Dostigla je visinu od 830 km i zatim pala u blizinu Havaja, nakon sat i 41 minut leta. Kapsula (napravili su je Francuzi) koja podseća na „Apollo“ je trpela zagrevanje od 900° C, ali je termozaštita ostala u perfektnom stanju. Tokom leta, na zemlju je poslato preko 200 parametara leta i brodske opreme.

Draško Dragović
Author: Draško Dragović
Dipl inž. Drago (Draško) I. Dragović, napisao je više naučno popularnih knjiga, te više stotina članaka za Astronomski magazin i Astronomiju, a učestvovao je i u nekoliko radio i TV emisija i intervjua. Interesuje ga pre svega astronautika i fizika, ali i sve teme savremenih tehnologija XXI veka, čiji detalji i problematika često nisu poznati široj čitalačkoj publici. Izgradio je svoj stil, lak i neformalan, često duhovit i lucidan. Uvek je spreman na saradnju sa svojim čitaocima i otvoren za sve vidove komunikacije i pomoći. Dragovićeve najpoznatije knjige su "KALENDAR KROZ ISTORIJU", "MOLIM TE OBJASNI MI" i nova enciklopedija "NEKA VELIKA OTKRIĆA I PRONALASCI KOJA SU PROMENILA ISTORIJU ČOVEČANSTVA"

Zadnji tekstovi:


Dodaj komentar


Sigurnosni kod
Osveži