Šta misliš ko ima najbolju ideju za meko spuštanje na Zemlju? Možda misliš da je spuštanje „Hayabusinog“ tremosa sa uzorcima komete bilo prerizično i prejko? Sigurno je tako, ali šta je alternativa? Rusi imaju svoju genijalnu ideju, u čijoj realizaciji će da im pomogne Esa.
Još 1997. godine, Evropska kosmička agencija (ESA) i nemačka kompanija „DaimlerChrysler Aerospace“ (DASA[1], danas deo globalnоg sveevropskог aeronautičkог i vojnoge koncerna EADS[2], European Aeronautic Defence and Space Company N.V.) odlučili su da se udruže sa NPO Lavočkinom, ruskom kosmičkom kompanijom koja je razvila originalnu tehnologiju za dostavu uzoraka sa drugih svetova na Zemlju. Radi se o uređaju na naduvavanje, ali da bih izbegao smešne domaće izraze nazvaću ga „Inflatable Re–entry Demonstrator Technology“, ili skraćeno IRDT.
Ruska kosmička sonda „Mарс 96“[3], lansirana novembra 1996. godine, nosila je dva modula, „površinske stanice“, konstruisane da se meko spuste na površinu Crvene planete. Nažalost, ta misija je doživela krah zbog nepravilnog rada bloka Д-2, četvrtog stepena rakete–nosača „Протон“ (8K82K). Prema planu, u poslednjoj fazi misije trebalo je da se upotrebi tehnologija naduvavanja vazdušnih jastuka i meko spusti stanice. Glavne komponente tog sistema bile su oklop za zaštitu od aerokočenja i temperature, sistem za naduvavanje i vazdušni jastuci.
Ne uspevši da in situ proveri rad novog sistema, Lavočkin i DASA/ESA su bili primorani da organizuju neuporedivo jeftinije testiranje na Zemlji, te su 9. februara 2000. godine lansirali IRDT, ali ovog puta u orbitu oko Zemlje. Za prvi let je odabrana ruska raketa „Союз-У“ sa dodatnim stepenom „Фрегат“, koja je tom prilikom nosila i četiri evropska satelita tipa „Cluster II“. Međutim, cepanje jednog segmenta vazdušnoh jastuka uzrokovalo je mnogo veću brzinu ulaska u atmosferu od propisane, ali je demonstrator „preživeo“ i korišćen je ponovo.
Dalji razvoj projekta IRDT Evropska agencija je poverila međunarodnom timu, sa bremenskom filijalom EADS (Nemačka) kao glavnim izvođačem radova i NPO Lavočkinom kao podizvođačem. Lansiranje sledećeg IRDT, Demonstratora–2R, izedeno je u oktobru 2005. u kooperaciji sa ruskom državnom agencijom Роскосмос, Međunarodnim naučnim i tehničkim centrom (ISTC), Državnim raketnim centrom (Raketni konstruktorski biro akademika V.P. Makejeva), Institutom za kosmička istraživanja ruske Akademije nauka (ИКИ РАН) i ruske Mornarice.
Sledeći probni let Demonstratora–2R izveden je u maju 2005. godine i bio je to treći pokušaj za IRDT, ali je kao i prethodni završen neuspešno. Lansiranja su izvršena u blizini Murmanska sa ruskih nuklearnih podmornica u Barencovom moru.
Pogledajmo malo detaljnije o kakvom sistemu se radi. Da nije dobar, očigledno da Amerikanci (preko Ese) ne bi ulagali toliko vremena, truda i para u njegov razvoj i eksploataciju.
IRDT je nova tehnologija za povraćaj tereta iz orbite bez teškog termo–štita i sistema padobrana. Naduvani konus obezbeđuje zaštitu tokom povratka u atmosferu (re–entry) a naduvani drugi stepen konusa redukuje brzinu i obezbečuje sigurno ateriranje.
Načelno, IRDT predstavlja tehnički i konceptualno novi demonstracioni projekat koji omogućava povratak sa orbite i sletanje na zemlju bez preteške termičke zaštite i padobrana. Demonstrator je težak 140 kg i poseduje mali ablativni[4] vrh iz kojega se izvlači i naduvava fleksibilni konusni (kupasti) toplotni štit koji omogućava kočenje i termo–zaštitu tokom prolaska kroz guste slojeve atmosfere.
Kada se fleksibilni štit otvori (otvaranje se odvija u dve faze), prečnik kapsule se povećava sa 80 cm na 2,3 metra. Štit poseduje sopstvenu mrežu gumenih ukrućenja punjenih azotom, prekrivenih višeslojnom izolacijom ojačanom silicijumskom tkaninom impregniranom ablativnim materijalom. Sa povećavanjem temperature, ablativni materijal se razgrađuje, apsorbuje toplotu i tako ograničava njen prodor u unutrašnjost kapsule. Debljina materijala, tj. broj slojeva, zavisi od očekivane temperature prilikom re–entryja.
Izgled IRDT pre oslobađanja termičkog štita (ESA).
Konusni vrh IRDT. Unutra se vidi karakteristični elementi ruskog dizajna – loptasti tankovi sa azotom pod pritiskom (ESA).
Umesto komplikovanog sistema padobrana[5], otvara se (naduvava) drugi stepen konusa, čime se prečnik povećava na konačnih 3,8 metara. Time se redukuje podzvučna brzina Demonstratora i omogućava sigurno sletanje brzinom reda veličine 13–15 m/s (45–55 km/h).
Prikaz jednog od razloga zašto Esu interesuje metoda jefninog slanja sletnih kapsula na Zemlju. Na šemi se vidi lansiranje evropske „Ariane V“ koja ka Međunarodnoj stanivi nosi (takođe evropsku) transportnu letilicu ATV (Automated Transfer Vehicle). Očigledno je da bi voleli da izbegnu slanje određenog materijala ruskim „Sajuzima“, što ima je trenutno jedina opcija.
Proces naduvavanja vazdušnog štita započinje uključivanjem serije pirotehničkih ventila, čime se postepeno prazni set od 13 azotnih tankova i u zavosnosti od faze leta naduvava štit. Da bi se postigla adekvatna stabilnost tokom svih faza re–entryija i obezbedilo odgovarajuće kočenje, odabran je konusni oblik sa vrhom prečnika 0,61 m sa stranicama pod uglom od 45°.
Ovakav koncept toplotnog štita na naduvavanje poseduje brojne prednosti u odnosu na postojeće (američke) dizajne. Ne samo da može biti spakovan u jako mali kontejner, već je lagan i jeftin ostavljajući mogućnost raketi da ponese više drugog tereta. Kada budu obavljena sva neophodna testiranja, ta nova tehnologija će moći da bude korišćena prilikom različitih re–entry scenarija: od slanja korisnog tereta sa niske orbite oko Zemlje i različitih atmosferskih istraživanja pa do povratka kapsula sa uzorcima prilikom nekih budućih misija planetnih lendera.
Da bi olakšali pronalazak tereta posle sletanja, inženjeri su na probnu letilicu instalirali prost radio–uređaj („beacon“) sličnom onom kakav koriste kapsule „Sajuz“ sa ljudskom posadom. Za praćenje i snimanje parametara tokom probnog leta raspolagali su sa 2 akcelerometra, 3 žiroskopa, 23 senzora temperature na različitim lokacijama na površini i 81 kristalni indikator maksimalne temperature (CIM–s), koji su se nalazila u ablativnom štitu na dubini od 3, 6 i 9 mm. Kristali su trebali da posle sletanja budu analizirani i tako odrede maksimalnu temperaturu tokom re–entrija. Ovakvi kristali inače mere temperature i do 2000° C.
IRDT će moći da se koristi jedino prilikom atmosferskih re–entrija i različitih operacija sletanja. Lansiranje u kosmos i povratak na re–entry trajektoriju zavisi isključivo od rakete.
PROFIL MISIJE
Probni let na suborbitnu povratnu trajektoriju sistema IRDT 6. oktobra 2005. godine bio je pokrenut sa raketom „Волна“, ispaljene sa ruske vojne nuklearne podmornice „Борисоглебск“ (K–496) stacionirane u Barencovom moru, u blizini ruskog grada Severomorska.
|
|
 |
Profil lansiranja rakete „Volna“ sa IRDT (levo) i re–entry i sletni profil (ESA).
Iako let nije bio uspešno kompletiran, prema planu, lansiranje sa podmornice trebalo je da bude izvršeno u 23:30 po srednjeevropskom vremenu. Usledio bi let trostepene „Volne“, uredno preteći različite faze odvajanja stepeni. Posle potrošenog goriva, prvi stepen bi se ugasio i odvajao od ostatka rakete i njenog tereta. To bi usledilo neposredno pred uključivanje motora drugog stepena (2 i 3 na gornjoj slici). Posle ipražnjenih rezervoara i prestanka rada i on bi se odvajao (4 i 5 na slici). Tokom rada trećeg stepena, izvršila bi se planirana dekompresija vrha rakete. Pre okončanja rada III stepena, kosmički brod bi se okrenuo na trajektoriji a zaštita kapsule bi bila odbačena (7 na slici). Sledilo bi odvajanje IRDT od III stepena rakete (8 na slici).. To bi se dogodilo nekih 5 minuta i 6 sekundi posle lansiranja na visini od oko 203 km.
Od tog renutka IRDT je slobodan i nastavlja da pada po balističkoj putanji. 2,6 sekundi nakon poslednjeg odvajanja IRDT počinje da se okreće oko svoje ose (9). Šest sekundi kasnije (5 minuta i 12 sekundi posle lansiranja), eksperimentalni kontejner je „aktiviran“ a platforma koja ga je nosila je odbačena (10).
Nakon toga, IRDT će dostići najveću visinu od 258,2 km. 11 minuta i 2 sekunde po lansiranju IRDT će već biti na silaznom delu trajektorije na visini od 238 km i putovaće brzinom od 6,7 km/s. Tada će početi da se uključuju piro–ventili i započeće sekvenca naduvavanja fleksibilnog termo–štita.
Četiri minuta kasnije (15 min i 6 sec nakon lansiranja), IRDT će na visini od oko 100 km uleteti u Zemljinu atmosferu pod uglom od –6,84°. U tom trenutku senzori mere brzinu od 6,9 km/s. Prolazak kroz gušće slojeve gornje atmosfere značiće sve veće izlaganje sistema dinamičkom pritisku, toplotnom fluksu i ubrzanju.
Dvadeset minuta posle lansiranja IRDT će znatno sniziti brzinu na oko 230 km/h i biće na visini između 12 i 14 km. U toj tački bi trebalo da bude naduvan drugi stepen štita. To će dalje sniziti brzinu sletanja na oko 15,1 m/s. Sve je trebalo da se završi približno pola sata nakon napuštanja podmornice. Nažalost, iako je raketa uspešno odnela teret u orbitu i usmerila ga ka poluostrvu Kamčatka, izgleda da je IRDT promačio mesto sletanja i pao je negde i nikad nije pronađen.
Trag na Zemlji IRDT nakon odvajanja od rakete.
Mesto sletanja IRDT.
[1] Nastali su 2000. od kompanije Daimler-Benz AG, koju je kupio američki Crysler, pa su se spojili sa kompanijom Dornier Flugzeugwerke, a posle i sa Messerschmitt-Bölkow-Blohm (MBB).
[2] Zanimljivo je da je EADS najveći isporučilac odbrambene i vojne opreme na svetu (satelite, rakete, projektile, avione, helikoptere, komunikacione sisteme, pridruženu opremu, i sl.). Njihovih 135.000 zaposlenih godišnje obrću oko €50 milijardi.
[3] Sonda čija se konstrukcija zasniva na aparatima „Фобос“ lansiranim 1988, ali koja nema direktne veze sa istoimenim sovjetskim programom za istraživanje Marsa. Pala je na isti način i u istoj fazi leta kao i „Фобос-грунт“ 16 godina kasnije.
[4] Ablativni materijali su dizajnirani da usporavaju sagorevanje na kontrolisani način, tako da se toplota odvodi preko isparavanja materijala kojim je obložena letilica. Koristi se u dve glavne oblasti: kao termo–zaštita za svemirske letilice prilikom ulaska u atmosfere planeta (npr. Apollo komandni modul), i za hlađenje mlaznica raketnih motora (npr. Kestrel second stage rocket engine).
[5] Sistem najčešće ima 3 podsistema: prvo se otvara mali padobran za stabilizaciju (engl. drogue), pa padobran(i) za smanjivanje brzine, pa tek onda padobran(i) za bezbedno sletanje.
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
