Tokom poslednjih 50 godina, stotine kosmičkih letilica učestvovalo je u naučnim, vojnim i komercijalnim misijama. Većinu je moguće svrstati u tri kategorije: u 3-osno stabilizovane letilice, u spinovano stabilizujuće letilice, ili u palete; svi ovi tipovi razlikuju se po konfiguraciji, unutrašnjoj opremi i dizajnu termičke kontrole. U želji da bacim malo svetla na konstrukciju samih kosmičkih satelita, objasniću malo detaljnije karakteristike svakog od navedenih tipova letilica i misije u kojima učestvuju. Napominjem da ova znanja spadaju u same temelje konstruisanja svih kosmičkih letilica.

Danas je među kosmičkim letilicama najuobičajenija konfiguracija troosne stabilizacije. Takav tip letilica karakteriše korpus kutijastog tipa i solarni paneli na otvaranje. Njihovi primeri su američki vojni “Program odbrambenih meteoroloških satelita” (DMSP), japanski “Sateliti za resurse Zemlje” (JERS) i sovjetski komunikacioni sateliti „Gorizont“(rus. „Горизонт“)[1]. Kada su u orbiti, korpusi tih letilica su obično inerciono stabilni, sem spore rotacije oko jedne ose radi održavanja konstantne usmerenosti antena ili optičkih (i drugih) senzora ka Zemlji. U takvoj situaciji, solarni paneli moraju da rotiraju u suprotnom parvcu od korpusa da bi održali svoju konstantnu orijentisanost ka Suncu. Neke 3-osno stabilizovane letilice, kao što je bila evropska „Infracrvena kosmička opservatorija“ (ISO) (prestala s radom u maju 1998.), imala je određene restrikcije u održavanju položaja (orijentaciji letilice u odnosu na inercioni koordinatni sistem, tj. pravac kretanja), kao i male energetske zahteve, što joj je omogućavalo da koristi fiksne solarne panele koje nije morala da rotira da bi oni pratili kretanje Sunca.

Sateliti sa stabilizacijom u sve tri ose.

Tipična inerciona oprema koja ide uz letilice sa 3-osnom stabilizacijom prikazana je na donjem dijagramu (Ameri ga prikladno nazivaju “exploded view”) jednog od američkih mornaričkih komunikacionih satelita FLTSAT-COM. Kada se generalno opisuju kosmičke letilice, obično se upotrebljavaju termini „korisni teret“ („payload“) i „platforma“, ili „bus“[2]. Korisni teret čini oprema koja servisira rad primarne misije – npr. kamere za snimanje oblaka kod meteo-satelita, ili infracrveni (IR) senzori kod sistema za rano upozoravanje[3]. Pošto su FLTSAT-COM sateliti bili komunikacionog tipa, njihov teret su činili komunikacioni podsistemi, koji su se sastojali od antena[4] montiranih na onoj strani satelita usmerenoj ka Zemlji i boksova sa UKT elektronikom montiranih u gornjem delu šestougaonog spremišta, kao što se vidi na dijagramu. “Bus” nosi sve ostale satelitske podsisteme koji podržavaju koristan teret, a njih čine sledeći:

• Noseći podsistem: Fizička konstrukcija letilice, na koju su pričvršćeni senzori, trasteri, rezervoari goriva i gasova, elektronički boksovi, i sve druge komponente.
• Podsistem električnog napajanja (EPS): Oprema za proizvodnju i distribuciju električne struje na letilici, uključujući solarne kolektore, akumulatore, kontrolere[5] solarnog sistema, električne kablove, elektroniku za kontrolu punjenje akumulatorskih baterija, i ostale komponente.
• Podsistem za telemetriju, praćenje i komandovanje (TT&C): Elektronika za praćenje, nadzor i komunikaciju letilice sa Zemlje. Uopšteno, TT&C sadrži prijemnike, predajnike, antene, magnetofone i senzore vezane za stanje letilice, kao što su temperatura, električna struja, napon, pritisak u tankovima sa gorivom, rad/ne rad pojedinih komponenti, itd.
• Podsistem za kontrolu položaja/brzine (ACS): Brojni uređaji za registrovanje i kontrolu položaja i brzine aparata. U tipične ACS sisreme spadaju senzori za kontrolu položaja Sunca i Zemlje, zvezdani senzori (ako je neophodno vrlo precizno pozicioniranje), reakcioni ili momentni točkovi, jedinice za merenje inercije (IMU), referentne inercione jedinice (IRU), i odgovarajuća elektronika neophodna za obradu signala koji stižu iz gorenavedenih senzora i za kontrolu položaja satelita.
• Pogonski podsistem: Rakete na tečno i čvrsto gorivo ili hladne mlazeve komprimovanog gasa i pridružena oprema, koji se koriste za promenu položaja, brzine, ili brznine okretanja (“spinovanja”) letilice. Rakete na čvrsto gorivo obično se koriste za postavljanje satelita u konačnu orbitu nakon odvajanja od rakete-nosača. Rakete na tečno gorivo (zajedno sa priključnim vodovima, ventilima i tankovima) mogu da se koriste za kontrolu položaja i podešavanja orbite kao i za finalni ulazak u orbitu posle lansiranja.
• Podsistem za termičku kontrolu (TSC): Oprema koja služi za regulisanje temperature svih komponenti letilice. U tipične elemente TSC spadaju grejači, hladnjaci, izolacioni pokrivači, i finalna obrada površina letilica.

Mnoge od komponenti navedenih podsistema prikazani su na donjem dijagramu satelita FLTSAT-COM.

Sistem američkih mornaričkih stelita FLTSAT-COM činilo je 5 jedinica. svaka od njih je imala 23 komunikaciona kanala na ultra-visokim i super-visokim frekvencijama. Deset kanala je koristila mornarica a 12 avijacija. Glavna antena je imala Ø 4,9 m. Sateliti su bili teški oko 1,900 kg.

Američki vojni satelit FLTSAT-COM je korišćen za međusobnu komunikaciju brodova, podmornica, aviona i zemaljskih mornaričkih stanica. Do 1989. uspešno ih je lansirano 6 komara. Legenda je data u nastavku.

Sledeću kategoriju kosmičkih letilica čine one koje su stabilizovane tzv. spinovanjem. To je ređe korišćen sistem od 3-osne stabilizacije, i uglavnom se koristi (ovde uglavnom govorimo o satelitima, a ne o kosmičkim brodovima[8]) u relativno visokim misijama na geosinhronim ili Molnija orbitama. Međutim, neki spinujući sateliti mogu da lete i na niskim orbitama. Među tipične “spinere” spadalo je pet satelita serije “Intelsat VI“ iz devedesetih godina, prikazanih na narednoj slici. Kako ime kategorije implicira, ti sateliti postižu stabilnost spunujući (okrećući se) oko ose velikom brzinom. Ta brzina najčešće iznosi oko 15 krugova u minutu oko ose solarnih panela. U slučaju „Intelsata VI“, komunikacioni korisni teret je bio postavljen na veliku platformu, koja je „despinovala“[9] u odnosu na ostatak letilice te je antena konstantno bila upravljena ka Zemlji.

Spineri imaju iste osnovne podsisteme kao i 3-osno stabilizovane letilice: noseću konstrukciju, EPS, TT&C, ACS, pogonski sistem, i TCS. Ubičajeno je da se celokupni korisni teret nalazi na despinovanoj sekciji, dok je veliki deo ostalih podsistema smešten na spinovanom delu. Neke vrste spinera, međutim, kao što su bili američki špijunski sateliti Ratnog vazduhoplovstva za rano upozoravanje “Programa za podršku odbrane” (DSP), nisu posedovali despinovanu platformu. U slučaju DSP, korisni teret, zapravo IRteleskop/senzor, spinovao je zajedno sa čitavim satelitom; rotacija letilice je obezbeđivala skenirajuće kretanje za infracrveni senzor[10].

“Intelsat VI”, osma generacija geostacionarnih komunikacionih satelita kompanije “Intelsat Corp.” Letilica je imala 3,6 m u prečniku i 5,2 m u visinu, a lansirana je raketom “Ariane 4”. Kada se antene otvore, dužina letilice je iznosila 11,7 metara.

Evolucija “Intelsat” satelita. S desna na levo: od “Intelsata I” do “Intelsata VI”. Njihov proizvođać je kompanija “Huhges Aircraft Co.”. (Uoči čovečuljka ispod najvećeg).

Američki špijunski satelit “DSP”. Koliko se zna, poslednji iz ove serije (23. po redu) lansiran je 2007. Težina – 2.380 kg; prečnik – 6,7 m; orbitna visina – 35.900 km, solarni paneli – 1.480 W; 1970. koštao - $400 miliona.

Satelit DSP za rano upozoravanje na nuklearne napade. Primarni IR senzor (dole levo) usmeren je ka Zemlji, a zvezdani tragač na gore, vidi se sa strane desno.

“Experiment Support System” je predstavljao tipični paletski sistem. Sastojao se od prilično velikog nosača koji je podržavao pola tuceta eksperimenata i nosio kontejner sa opremom u koju su spadali uređaji za obradu komandi, napajanje energijom i oprema za snimanje podataka. Paleta je bila smeštena u tovarni prostor spejs šatlova, a šatlovi su im obezbeđivali ACS, EPS i TT&C funkcije. Pored sâme palete, u kabini sa posadom postojala je komandna kontrolna tabla koja je astronautima omogućavala da kontrolišu napredak i tok eksperimenata na paleti. Pošto su šatlovi davali podršku paleti, ona nije posedovala svoj pogonski podsistem, već je mogla da se oslobodi i vrati na šatl uz pomoć robotske ruke šatlova.

Sistem za podršku eksperimentima. Lansirano ih je ukupno 6 i svi su bili projektovani za više lansiranja. Prvo lansiranje je bilo 1983. a poslednje 1997. Koliko znam, svi eksperimenti su bili vojne prirode
QINMS – Quadrupole Ion-Neutral Mass Spectrometer; CIRRIS – Cryogenic Infrared Radiance Instrumentation for Shuttle; NUP - Horizon Ultraviolet Program; Far U.V. – Far Ultraviolet; URA – Uniformly Redundant Array;

Satelite SPAS (Shuttle Pallet Satellite) je proizvodio konzorcijum „Messerschmitt-Bolkow-Blohm“, koji je za vreme II sv. rata proizvodio lovačke avione.

Još jedna koniguracija kosmičkih letilica zaslužuje da bude pomenuta ovde, a to su gornji stepeni. Iako nisu bili kosmičke letilice per se, gornji stepeni mogu po složenosti da budu na sličnom nivou, a mogu da sadrže i neke potpuno iste podsisteme. [U ovu priču su uvršteni najviše zato što je termička kontrola, o kojoj uskoro nameravam da pišem, posle odvajanja od rakete potpuno ista kao i kod kosmičkih letilica.]

Gornji stepeni se generalno koriste za premeštanje letilica sa relativno niskih orbita na koje ih busreti donose na više operativne orbite. Trajanje njihovih misija varira od par sati do nekoliko dana. Gornji stepeni mogu da koriste čvrsto, tečno, ili kriogeno gorivo. “Inertial Upper Stage“ (IUS, slika dole) predstavlja jedan od primera gornjih stepeni na čvrsto gorivo koji su mogli da se koriste zajedno sa spejs šatlovima ili sa raketama (busterima). Svaki IUS je imao dva stepena; prvi se generalno koristio da postavi kosmičku letilicu u izduženu eliptičnu transfernu orbitu, a drugi se palio u apogeju transferne orbite (u tački orbite sa najvećom visinom u odnosu na površinu planete) da bi formirao kružnu orbitu na većoj visini, i tada otkačio satelit. Nakon toga, koristeći trastere za kontrolu položaja, započinjao je retrogradni manevar radi ulaska u nižu orbitu, te da bi se izbegla svaka mogućnost od sudara sa teretom. Kao i standardni sateliti, IUS je imao noseći podsistem, EPS, TT&C, ACS, pogon, i podsistem za termičku kontrolu. Poslednji je poleteo 2004. godine.

Dvostepeni inercioni gornji stepen IUS. Prvi stepen je dug 3,15 m a ima težinu 10,4 t (9,7 t je čvrsto gorivo); drugi stepen je dug 1,98 m a ima težinu 3 t (2,7 t čvrsto gorivo). Neuspešno je lansirano ispod 10%.

Gornji stepen priprema sondu “Ulysses” na put ka Suncu. U pozadini se vidi šatl “Discovery” koji ih je doneo u orbitu.

[1] Iako se ovaj tekst prvenstveno odnosi na Zemljine satelite, samo da podsetim da su i (bez)brojne slavne deep-space letilice bile stabilizovane na ovaj način: „Pioneeri“, „Voyageri“, „Cassini“, itd. ali i mnogi mali „CubeSat“ sateliti dimenzija pegle.

[2] Tipsko kućište letilica/satelita, koje se koristi za različite naredne letilice. To je brodska infrastruktura koja služi kao nosač za korisni teret.

[3] Naravno, u „koristan teret“ spadaju i ljudi, životinje i instrumenti, ali i bojeve glave, ako se radi o balističkim projektilima.

[4] Glavna antena ultrakratkih talasa (UKT) ima prečnik reflektora („tanjira“) od 4,9 metara.

[5] Regulatori napona koji čuvaju akumulatore i punjeće baterije od prepunjenja

[6] Uređaj koji povezuje nekoliko prijemnika sa jednom antenom i na odgovarajući način podešava prijemničke impedance sa antenom.

[7] Oni propuštaju samo signale određene frekvencije a zaustavlja sve ostale koje „skuplja“ antena.

[8] Najčešći deep-space primeri „spinera“ su kosmičke sonde „Pioneeeri 10 i 11“, „Galileo“, „Lunar Prospector“, i sl.

[9] „Desun“ je neizostvan izraz kad se govori o spinovanoj stabilizaciji. Ako bi antena, ili neki drugi instrument, bio fiksiran na spinovanoj letilici, onda bi ona bila upravljena ka cilju samo jednom tokom svake rotacije satelita. U slučaju da ne želimo tako već da je antena neprestano okrenuta ka Zemlji, onda je postavljamo na platformu koja „despinuje“ tj. rotira u kontra-pravcu. DEspinovanje može biti mehaničko ali i elektronsko. Jedan od neobičnih našina despinovanja je Yo-yo de-spin.
„Intelsat VI“ je spinovao 30 puta u minutu da bi bio stabilizovan u Zemljinom gravitacionom polju.

[10] Tokom vojne akcije SAD protiv Iraka u Persijskom zalivu, nazvane „Pustinjska Oluja“ iz 1991, DSP su korišćeni za detektovanje lansiranja iračkih projektila „Skad“ (sovjetske proizvodnje) na ciljeve u Izraelu i Saudi Arabiji. Preko 20 satelita je lansirano u vojnim misijama spejs šatlova.

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?