Свемирске мисије са људском посадом: Зашто је повратак на Земљу и даље проблем?

Увек се радујемо мисијама са људском посадом у свемир, али данас ћемо говорити о томе зашто је повратак посаде на Земљу и даље велики изазов.

Свемир је одувек привлачио људе, био је то нешто мистериозно, неистражено. Зоре, далеке планете нас маме, подстичу нас на истраживања, експерименте и међупланетарне летове. Вреди рећи да се у последње време космички летови, иако још увек не путујемо првом класом, као да се савладавају у основном обиму. Мисија Артемис 1 на Месец је већ требало да полети, али је због временских услова лансирање одложено за 2. септембар. И док са нестрпљењем чекамо лансирање, морамо да схватимо да ће повратак такође бити критичан тренутак, упркос чињеници да је то мисија без посаде.

Свемирске мисије се могу поделити у две класе. Оне у којима ће се летелица једног дана вратити на Земљу су углавном мисије са посадом, и оне које добијају карту у једном правцу. Овде можемо поменути и будуће мисије са људском посадом, на пример, на Марс Елона Маска, које се неће нужно вратити на Земљу. Али у стварности и таква летелица мора негде да слети. Испоставило се да је фаза слетања најтежи део оваквих мисија. Данас ћемо покушати да то схватимо.

Прочитајте такође:

• 100 година квантне физике: од теорија 1920-их до компјутера
• 5 будућих свемирских мисија о којима треба размишљати

Безбедност посаде и опреме

Од када је човек први пут полетео у свемир, забринути смо за његово здравље и укупни успех лета. У случају летова са посадом, сваки тренутак може бити критичан. Безбедност посаде и опреме на броду, ако се ради о мисији без посаде, увек је била приоритет. Инжењери и вође таквих мисија, као и сами космонаути или астронаути, разумели су све ризике таквих летова. Нису све ове мисије биле успешне, посебно прве, али је било важно извући закључке, исправити грешке и не понављати их у будућности.

На пример, током прве мисије свемирске летелице Аполо, све се завршило трагично у фази пре-лансирних тестова. У чувеној мисији Аполо 13 током лета се догодила несрећа, услед које је слетање на површину Месеца постало немогуће. Добро је што је било могуће спасити посаду и успешно одвести брод на 7,5 км од носача авиона Иво Џима. Закључци су донети, а следећи брод мисије послат је у свемир тек 5 месеци касније. Чак и најуспешнија мисија Аполо 11 била је пуна напетих тренутака током слетања астронаута на површину Месеца и накнадног полетања и повратка на Земљу. Совјетски свемирски брод Сојуз такође је претрпео многе несреће. Ово је, нажалост, било и јесте норма у свемирској индустрији.

Да, то су углавном појединачне, непредвидиве ситуације. Међутим, у било којој свемирској мисији са људском посадом која укључује повратак на Земљу, постоји тренутак који је увек запањујући. Вероватно знате непредвидиве проблеме који настају приликом слетања беспилотних возила на Марс, али у случају мисија са посадом, људски животи су у питању. Сви се сећамо катастрофе из 2003. године – приликом слетања шатл „Колумбија“ је једноставно изгорео у густим слојевима атмосфере, цела посада од седам људи је трагично страдала.

Испод је фрагмент из филма „Аполо-13“, који демонстрира процес слетања астронаута на Земљу. Наравно, ово је филм који има своја правила, не мора нужно тачно да одражава стварност, али се ни много разликује од ње.

Прочитајте такође: Свемирски телескоп Џејмс Веб: 10 циљева за посматрање

Зашто је безбедан повратак на Земљу из свемира толики проблем?

Чини се да би гравитација требало да помогне овде, тако да нема потребе да се мучите да успорите ракету. Али његова брзина је десетине хиљада километара на сат - то је брзина која је неопходна да би уређај или отишао у орбиту око Земље (такозвана прва космичка брзина, тј. 7,9 км/с), или чак прешао преко ње ( другу космичку брзину, односно 11,2 км/с) и одлетео, на пример, на Месец. И управо је та велика брзина проблем.

Кључна тачка при повратку на Земљу или при слетању на другу планету је кочење. Ово је једнако проблематично као и убрзавање брода током полетања. На крају крајева, ракета се није померила у односу на Земљу пре полетања. А неће бити ни након што она слети. Као и са авионом у који се укрцавамо на аеродрому. Иако у лету достиже брзину од 900 км/х (брзина крстарења путничког авиона средње величине), након слетања поново стаје.

То значи да ракета која се спрема да слети на Земљу мора смањити своју брзину на нулу. Звучи једноставно, али није. Авион који мора да успори са 900 км/х на 0 км/х у односу на Земљу има много лакши задатак од ракете која се креће брзином од око 28 км/х. Поред тога, ракета не само да лети лудом брзином, већ и скоро вертикално улази у густе слојеве атмосфере. Не под углом као авион, већ скоро вертикално након напуштања Земљине орбите.

Једина ствар која може ефикасно да успори летелицу је Земљина атмосфера. И прилично је густа, чак иу спољним слојевима, и изазива трење на површини уређаја који се спушта, што под неповољним условима може довести до његовог прегревања и уништења. Дакле, након што се свемирски брод успори на брзину нешто мању од првог свемирског брода, почиње да се спушта, пада на Земљу. Избором одговарајуће путање лета у атмосфери могуће је обезбедити појаву оптерећења која не прелазе дозвољену вредност. Међутим, током спуштања, зидови брода могу и треба да се загреју до веома високе температуре. Због тога је безбедан силазак у Земљину атмосферу могућ само ако на спољашњем омотачу постоји посебан термозаштитни уређај.

Чак и атмосфера Марса, која је више од 100 пута тања од Земљине, представља озбиљну препреку. То осећају сви уређаји који се спуштају на површину Црвене планете. Са њима се често дешавају незгоде, или једноставно изгоре у атмосфери Марса.

Понекад је такво кочење корисно, о чему сведоче мисије у којима је атмосфера служила као додатна кочница, помажући возилима да уђу у циљну орбиту планете. Али ово су пре изузеци.

Такође занимљиво:

• Зашто звезде трепере?
• Зашто су свемирске летелице опремљене процесорима из 20. века

Атмосферско кочење је ефикасно, али има огромне недостатке

Да, атмосферско кочење је прилично ефикасно, али има огромне недостатке, иако је неопходно за ефикасно кочење.

Такво успоравање у случају орбиталних мисија на друге планете није потпуно, а повратак на Земљу је повезан са потпуним успоравањем. Исто важи и за слетање ровера на Марс. Сонда која уђе у њену орбиту не сме да се потпуно заустави, иначе би пала на површину Црвене планете.

Уређаји у свемиру, кружећи око Земље или враћајући се са Месеца, крећу се огромним брзинама које су им биле дате у тренутку полетања. Стога, на пример, Међународна свемирска станица с времена на време прилагођава орбиту, подижући је, јер што је већа, то би требало да буде мања брзина потребна за останак у орбити.

Пошто обезбеђивање ових брзина захтева одговарајући утрошак енергије, кочење мора бити повезано са сличним утрошком енергије. Стога, када би било могуће успорити уређај пре уласка у атмосферу, летети малом брзином или чак полако пасти на Земљу, не би се толико загрејао и опасност по посаду би била безначајна.

Ту лежи квака. Свемирски летови захтевају огромне трошкове енергије. Маса корисног терета ракете је мали део укупне полетне масе ракете. Највећим делом у средини ракете се налази гориво, које се највећим делом сагорева у првој фази проласка кроз ниже слојеве атмосфере. Неопходно је у свемир послати опрему или посаду брода. За излазак из Земљине орбите приликом слетања потребно је и гориво, и то веома велика количина. Због тога при кочењу постоји ризик да гориво изазове пожар на броду. У већини случајева, резервоари за гориво експлодирају од високе температуре приликом слетања.

Такође занимљиво:

• 10 најчуднијих ствари које смо научили о црним рупама 2021
• Тераформирање Марса: Може ли се Црвена планета претворити у нову Земљу?

Слетање, слично полетању, само у обрнутом смеру

Да би се возило скоро потпуно успорило пре уласка у атмосферу, биће потребно користити исту количину горива као и приликом полетања, под претпоставком да се маса возила не мења значајно током мисије. Међутим, када тежини брода додамо гориво потребно за подизање брода и за накнадно кочење, испада да је вишеструко вишеструко. А управо ова тужна економска рачуница значи да се ипак треба ослонити на инхибицију Земљине атмосфере.

На пример, приликом слетања ракете СпацеКс Фалцон 9 користи се гориво, али овде је сама ракета веома лагана (углавном се само резервоар за гориво враћа на Земљу), а повратак из далеке орбите се не врши.

Инжењери су израчунали да слетање на Земљу захтева исте ресурсе горива по килограму као и полетање у орбиту. Односно, то је скоро као узлет, само у супротном смеру.

И, вероватно, тако ће бити још дуго. Не само током мисије Артемис 1, већ и након што човек стигне на Црвену планету. Када се у извесној мери ова препрека превазиђе, тада ће се моћи рећи да смо коначно савладали летове у свемир. Јер свако може да полети, али може бити проблема са слетањем.

Али историја познаје много примера када су наши научници и инжењери успевали да реше сложене проблеме. Надамо се да врло брзо лет на Месец или Марс неће бити тежи од лета од Њујорка до Кијева. Уз пријатно и безбедно слетање.

Ако желите да помогнете Украјини у борби против руских окупатора, најбољи начин да то учините је да донирате Оружаним снагама Украјине преко Савелифе или преко званичне странице НБУ.

Прочитајте такође:

• Посматрање црвене планете: историја марсовских илузија
• Телепортација са научне тачке гледишта и њена будућност