Astronautika: misije

29. avgust. 2011.

Hronologija projekta

Prelistavajući ruske sajtove u vezi njihovih napora za osvajanje Marsa, naleteo sam na projekat takve ekspedicije njihove vodeće raketno-kosmičke korporacije “Энергия“. Već pola stoleća na ovom projektu rade hiljade inženjera, profesora i doktora nauka, daonoćno radeći u bezbrojnim institutima, projektnim zavodima, fakultetima i visokim školama. Tokom vremena, razmatrane su bezbrojne koncepcije, šeme i ideje. U početku (1960.) postojala je ideja o slanju 6 kosmonauta uz pomoć elektroreaktivnih (jonskih) motora sa atomskim reaktorom snage oko 7 MW, koji bi na površinu odneli čitavu hrpu instrumenata, gde bi formirali mali samohodni voz. Kasnije je (1988.) umesto reaktora prednost dobila solarna energija, a umesto jedne letilice počelo je (1999.) da se govori o dva aparata (teretnom i onom sa ljudskom posadom).

Izmena forme modula za sletanje na površinu. Jedan ruski lender je zamenjen sa dva – teretnim i sa posadom, dok su solarni paneli postali modularni. Broj članova posade je sa 4 ponovo povećan na 6, od čega bi 2 sletela na površinu.

Osobenosti koncepcije projekta Marsove ekspedicije

Klasična šema leta jedne letilice sa ljudskom posadom radi sletanja na drugu planetu odvijala bi se sledećim redom. U orbitu oko Zemlje bi bili lansirani različiti elementi letilice, gde bi bili montirani u jedinstven kompleks. Zatim bi čitav kompleks uz pomoć sopstvenih pogonskih jedinica bio poslat na međuplanetnu trajektoriju, i u toku od nekoliko meseci konačno krenuo na put ka Crvenoj planeti. Evo kako to izgleda:

Kada bi stigao u blizinu cilja, pristupilo bi se procesu kočenja i ulasku u orbitu oko Marsa. Od osnovnog dela kompleksa odvojio bi se specijalni brod za sletanje, u kome bi se posada ekspedicije, ili samo njen deo, spustili na površinu planete.

Posle ispunjenih zadataka ekipa bi se u uzletnom modulu, koji se nalazi u sastavu sletnog broda, vratila na kompleks i ekspedicija bi uhvatila kurs ka Zemlji.

Na osnovu izloženog koncepta, međuplanetni orbitni kompleks bi se sastojao iz sledećih delova:

• međuplanetnog orbitnog broda, u kome će da žive i rade članovi posade tokom čitave ekspedicije, i u kome će se nalaziti čitava osnovna oprema;

• elektroreaktivnih motora sa solarnim baterijama kao izvorima energije, koji će omogućiti let od Zemlje do Marsa i obrnuto;

• broda sa uzletnim modulom, uz čiju pomoć će deo posade sleteti na planetu i vratiti se na osnovni deo kompleksa;

Mogu da postoje i alternativne konfiguracije predložene letilice. Glavni problem je kako obezbediti visoku verovatnoću za povratak posade na Zemlju. Zato šema leta i primenjena tehnička rešenja treba da budu što je moguće jednostavnija i pouzdanija.

Glavna odluka, od koje će zavisiti i oblik samog kompleksa, kao i sva ostala rešenja – biće odabir pogonskog sistema za takav međuplanetni let.

Mogu da se odaberu različiti putevi: naprimer, korišćenje reaktivnih motora na tečno gorivo, do sada najčešće upotrebljavane i proverene svemirske tehnologije. Ali letilica sa takvim motorima će zbog njihove male efikasnosti morati da ima ogromnu masu, a kao rezultat, biće i jako skupa. Pored toga, uprkos visoke razvijenosti motora na tečne komponente, glavni cilj misije – a to je visoka pouzdanost i sigurnost – neće biti u potpunost osigurani.

Mnogo efikasnije rešenje, gledano po pitanju početne težine broda, bila bi upotreba nuklearnih motora, kod kojih energija nuklearnih reakcija zagreva gasove neophodne za stvaranje potiska. S druge strane, ni takvi motori ne obezbeđuju neophodnu sigurnost posade kao ni prihvatljive troškove. Ti troškovi bi bili uvećani zbog brojnih neophodnih testiranja motora na Zemlji.

Među svim raspoloživim motorima, danas se smatra da su za potrebe misija na Mars najefikasniji oni elektroreaktivni. Ti motori imaju visoku pouzdanost i nisku cenu. Kompleks koji bi koristio takve motore imao bi minimalnu težinu. Njih bi bilo daleko lakše sastaviti u orbiti od bilo kojeg drugog tipa motora.

Radovi u vezi obezbeđivanja ekspedicije na Mars

Glavno mesto u prvim misijama orbitnih stanica „Салют“ i „Мир“ zauzimali su tehnički eksperimenti, gde su proveravana i razvijana tehnička rešenja budućeg orbitnog kompleksa. Na tim stanicama, otvarane su velike panelne konstrukcije, isprobavani su različiti materijali i obloge u kosmosu, razrađivani sistemi za održavanje života „sa zatvorenim ciklusom“ vode i kiseonika, itd.

Kao važan rezultat rada na svemirskim stanicama bio je razvoj opreme za dugi boravak ljudi u kosmosu i obavljanje medicinskih istraživanja vezanih za to tokom misija. Takav rad je jedino mogao da bude obavljan u orbiti i na svemirskim stanicama.

Danas možemo da konstatujemo da se značajan deo puta i organizacije vezane za prvi let čoveka na Mars već pređen.

Do danas su proizvedeni dovoljno snažni raketni nosači koji su sposobni da u orbitu oko Zemlje odnesu odvojene delove kosmičkih brodova. Za to bi bilo neophodno, naprimer, 6-7 lansiranja bivših raketa tipa „Энергия“ (11K25) ili „Saturn VB“, pa čak i nedavnih spejs-šatlova. Danas nema tako teških nosača, ali bi sigurno poslužila i ruske rakete „Протон“, „Рус-M“ ili čak francuska „Ariane 5“[2].

Već odavno su napravljeni i isprobani sistemi za automatsko pristajanje u kosmosu, koji mogu da obezbede spajanje odvojenih delova broda u jedinstvenu celinu. Pomoću takvih sistema Rusi su svojevremeno već ostvarili preko 200 automatskih spajanja na stanicama „Салют“ i „Мир“, a to i danas uspešno rade na ISS.

Spajanje u kosmosu teretne letilice „Прогресс“ sa orbitnim kompleksom „Мир“. Bila je to svemirska stanica-laboratorija III generacije. Posle skoro 15 godina rada, 2001. je kontrolisano pala u okean. Bio je to u to vreme najveći veštački satelit ikad napravljen.

Na orbitnim stanicama su radi sprovođena istraživanja ponašanja čovekovog organizma u uslovima dugotrajnog boravka u kosmosu, isprobavani sistemi za reciklovanje kiseonika i vode („zatvoreni ciklus“). Radi se o sistemima u kojima se fizičko-hemijskim procesima prečišćavaju i kiseonik i voda i ponovo vraćaju u sistem za dalje korišćenje.

Rusi već imaju velika iskustva sa dugačkim boravkom ljudi u kosmičkom prostranstvu. Trojica kosmonauta su radili na stanici „Mир“ godinu dana, a dr Valerij Poljakov (1942.) proveo je u kosmosu rekordnih 438 dana, tokom kojih je sprovodio medicinska ispitivanja, važna za buduće međuplanetne letove.

Tanki solarni kolektori takođe postoje odavno. Još u oktobru 1998. godine na spoljnjim površinama stanice „Mир“ kosmonauti su postavili uzorke tankih solarnih baterija – ključnih elemenata za marsovski brod – radi provere njihovog funkcionisanja u kosmičkim uslovima. Kasnije, ti uzorci su vraćeni na Zemlju radi izučavanja, i rezultati su bili pozitivni.

Spajanje šatl i orbitnog kompleksa „Мир“. Amerikanci su počeli da dolaze na stanicu od 1995, i 7 astronauta je boravilo tamo od 115 do 188 dana.

Električni raketni motori danas spadaju u šitoko korišćenu svemirsku tehnologiju, a ako gledamo po pitanju resursa, specifičnog impulsa i pouzdanosti, motori sa anonim slojem (tipa ДАС) predstavljaju za letilicu za Mars veoma perspektivno rešenje. Takvi ruski motori su prvi put testirani u orbiti na američkom špijunskom satelitu STEX, koji je korisitio ksenonski model „Д-55“ optimalnog kapaciteta 1,4 kW.

Na ruskim orbitnim stanicama „Салют“ i „Мир“ (а danas i na ISS) izvođeni su eksperimenti sa otvaranjem velikih rešetkastih i šipkastih struktura, koje su služile kao ramovi za tanke solarne panele (rešetke tipa „Маяк“, „Oпора“ „Рапана“, „Тополь“, „Софора“ i sl.). Nije bilo ozbiljnijih problema da se napravi ram veličine 300 metara.

Elemenat međuplanetnog kompleksa na kome je najmanje rađeno je uzletno-sletni brod. Gradnja tog aparata je složen ali izvodljiv tehnički problem. Postoje iskustva sa slanjem planetnih robotskih letilica, a ona takođe mogu da posluže i za razvoj lendera sa ljudskom posadom. Postoje bogata iskustva sa slanjem ljudi na Mesec (u projektu „Apollo“), koja neizostavno treba da budu uključena u elemente marsovske ekspedicije.

Prva slika: eksperimantalni tanki solarni panel. Druga slika: Testiranje električnog raketnog motora sa anodnim slojem. Treća slika: Konstruisanje različitih varijanti promenljivih konstrukcija za velike solarne panele.

Trenutni razvojni status elemenata za misiju na Mars

Trenutno, u raketno-kosmičkoj korporaciji “Энергия“ se razrađuju konceptualni planovi međuplanetne orbitne letilice, sa svim elementima leta po međiplanetnoj putanji. Članovima timova u tome pomažu iskustva sa ranijih svemirskih orbitnih stanica.

Na osnovu statističkih analiza kvarova i otkaza na tim stanicama, razvija se koncept koji će da obezbedi funkcionalnost i elastičnost i koji će osigurati visok nivo pouzdanosti tog broda.

Izvedene su analize različitih varijanti i aerodinamičkih formi uzletno-sletnog broda. Sledi prikaz tih analiza.

Napravljen je i plan za sastavljanje međuplanetnog ekspedicionog kompleksa. Pogledajmo kako.

Neophodnu električnu energiju za čitav ekspedicioni kompleks obezbeđivaće se uz pomoć velikih solarnih panela. Za njihovo postavljanje u orbiti poslužiće panelni sistem „Софора“, koji je već isproban na ranijim ruskim orbitnim stanicama i na ruskim modulima na ISS.

Čitav program će biti baziran na pravljenju malih svemirskih brodova međuplanetnog kompleksa sa električnim raketnim motorima i solarnim panelima (gornja slika).

Planira se da prvi eksperimentalni modul („Модуль-М“) bude dopremljen na Međunarodnu stanicu (ISS) teretnom letilicom tipa „Прогресс“, nakon čega bi ekipa u otvorenom kosmosu izvršila montažu aparata i odvojila ga od svemirske stanice. Koristeći svoje marševske elektro-raketne motore, aparat će se podići na orbitu visine 1.200 km. Tokom tog leta biće proučavani efekti dugog rada električnih motora na opremu.

Do danas, u postrojenjima Koroljevljeve raketno-kosmičke korporacije „Energija“ napravljena je celokupna konstrukcija aparata, praktički su testirani svi mehanički i konstruktivni delovi, a servisni sistemi i naučni instrumenti prošli su laboratorijska ispitivanja. Međutim, zbog loše financijske situacije svi dalji radovi su stopirani, a proizvodnja sledećih elemenata za brod je obustavljena.

Sledeći aparat, „Модуль М2“, bio bi postavljen u Lagranžovu tačku (H = 1.500.000 km). Pored daljih testiranja solucija u fundamentalnim problemima međuplanetnih letova, taj aparat bi takođe mogao da bude iskorišćen za rano upozoravanje Zemlje o magnetnim olujama uzrokovanim aktivnostima na Suncu.

I na kraju, planirano je da „Марс-модуль“ bude poslat ka Marsu da bi proučavao ovu planetu. Bio bi to prvi svemirski brod koji bi, jednovremeno sa razvojnim testiranjima međuplanetne letilice, sprovodio istraživanje Marsa uz pomoć jednovremenog slanja na površinu uređaja za daljinsko sondiranje i lendera sa neophodnom opremom. Modul bi davao operativnu podršku upremi na Marsu u trajanju od najmanje dve godine. Ako bude potrebe, razmotriće se mogućnost povratka modula na orbitu oko Zemlje.

Uz pomoć „Mars-modula“ biće moguće izvesti sledeća istraživanja na Marsu:

• Proučavati Marsovu klimu, površinu i unutrašnju strukturu:
• Globalno fotografisanje Marsove površine;
• Daljinsko sondiranje Marsa.

Osnovna karakteristika ove serije aparata za stvaranje međuplanetnog kompleksa biće njihovo odnošenje na ISS pomoću „Progressa“ i njihovo sastavljanje u orbiti uz pomoć posade sa orbitne stanice. To će podrazumevati pomoć drugih zemalja koje i danas koriste ISS, kao što su Amerika, Kanada, Japan, Evropa, pa možda i Kina.

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:

• 2011-06-12 - Pluton, poslednja oaza za život
• 2010-03-10 - CIVILIZACIJE
• 2024-08-15 - Koliko ima čestica u kosmosu?
• 2018-01-24 - Bor na ispitu
• 2021-08-15 - Može li da se čita uz zvezde?