„Ko o čemu, baba o uštipcima“. Tako i ja: malo, malo, pa o „Фобос-грунту“. Izgleda da ne mogu da svarim Lavočkinovu aljkavost. Danas bih rekao nešto o famoznoj orbiti na 200 km visine, koja se pokazala nesavladivom za nesrećni aparat.
INTRO
Čitav projekat „Фобос-грунта“ pokrenut je još 1999. godine. Prvi put, izgled letilice se pojavio na papirima projektanata iz NPO Lavočkina 2004, i odmah je svima postalo jasno da će biti problema sa finansiranjem. Zato je lasiranje odlagano nekoliko puta.
Recimo, oktobra 2009. lansiranje je otkazano zbog kašnjenja u montaži neke opreme. Tokom čitave te godine zvaničnici su se žalili da su rokovi previše nabijeni ali da se nadaju da će u zadnjem momentu svi radovi biti uspešno okončani. Ipak, 21. septembra 2009. je saopšteno da od puta nema ništa i da se mora sačekati sledeći prozor za lansiranje koji pada krajem 2011. godine. Zvanično, objašnjeno je da su problemi iskrsli oko razvoja brodskog računara. Iako je moskovski „Техком“ na vreme sastavio računarski hardver, Lavočkinov tim zadužen za integraciju i softver omanuo je kasnivši na lansiranje. Svi su penzionisanje Lavočkinovog generalnov direktora Valerija Nikolajeviča Poleckog u januaru 2010. dovodili u tesnu vezu sa odlaganjem lansiranja „Грунта“. Na čelo slavne firme doveden je generlni konstruktor Viktor Vladimirovič Hartov.
Vreme je prolazilo i konačno je došao termin za novo lansiranje. Ne računajući Enu i predstojeće izbore ničemu se nisam tako veselio. Upakovana letilica je stigla u Bajkonur 17. oktobra 2011. i odmah podvrgnuta predlansirnim radnjama. Ukrajinski „Зенит–2SB41.1“ uzleteo je posle ponoći 9. novembra, i za samo desetak minuta izneo 13–tonski aparat u nisku eliptičnu parkirnu orbitu dimenzija 206,6 × 342 km i sa nagibom od 51,4° u odnosu na ekvator.
Valjda zbog šatlova, šta li, uglavnom, za mene je to bila kritična faza misije i konačno sam odahnuo. Pre odlaska put Marsa i Fobosa, predstojala su još samo dva rutinska uključivanja marševskog raketnog motora. Pošto su oba paljenja trebala da se odigraju van dometa ruskih osmatračkih stanica, Rusi su zamolili sve dobrovoljce sa teleskopima širom sveta da optički prate te događaje i javljaju im da bi ovi što preciznije proračunali međuplanetnu putanju.
Aparat je u orbiti uredno otvorio solarne panele, izvršena je orijentacija u odnosu na Sunce, stigla je i telemetrija, uključeni su akumulatori ... Očekivalo se da će se nakon 2 sata i 28 minuta (1,7 revolucije) leta po orbiti uključiti marševska pogonska jedinica (МДУ) i uvesti aparat u eliptičnu transfernu orbitu dimenzija 250 × 4.150–4.170 km sa periodom od oko 2,2 sata. Nakon prvog uključivanja bio bi odbačen prsten tankova za gorivo, a nekih 2,1 sat nakon toga usledio bi i drugi impuls, čime bi „Фобос-грунт“ bio upućen na 34–mesečno putovanje ... Ništa od toga se nije desilo: motor je ostao nem, tankovi nisu odbačeni. Da li je zakazao motor, da li je nastao problem kada je trebalo da se orijentacija sa Sunca automatski prebaci na zvezde pa senzori nisu poslali naredbu da se uključi motor – niko nikad neće saznati. Neposredno posle Nove godine aparat se raspao i pao u okean, a sa njim i sve moje nade da ću videti fobosku prašinu.
Ovo je bio planirani put „Грунта“ оko Zemlje.
1 – lansiranje; 2 – prvo paljenje marševskog motora; 3 – odbacivanje praznog rezervoara; 4 – drugo paljenje motora; 5 – trajektorija ka Marsovom sistemu.
Ovde se negde krije krivac neuspeša jedne od najvećih misija ikada planiranih. „MДУ“, tzv. „Flagman“, sa odbacivim prstenom rezervoara za gorivo. Ovaj modul Rusi nazivaju „Перелетный Модуль“ (ПМ), a Amerikanci „Cruise Stage“ (CS). Rešetka koja se nalazila montirana na vrhu štitila je kineski satelit i bila je nosač za lender.
PARKIRNA ORBITA
I to je to.
Ono što sam hteo danas malo da razjasnim to je orbita na kojoj se „Фобос-грунт“ zaglavio. Svi je zovu parkirnom orbitom.
Generalno, njena uloga je da se na nju privremeno smeste lansirani sateliti ili drugi kosmički aparati. Kao što smo videli i na primeru „Фобос-грунта“, aparat je trebalo da jedno vreme normalno kruži parkirnom orbitom, a potom da se odatle premesti na trajektoriju proračunatu za nastavak misije. Postoje opcije da se letilica umesto na parkirnu orbitu, neprekidnim radom raketnih motora, direktno pošalje na konačnu trajektoriju. Pogledajmo primer:
Parkirna orbita jedne od prvih „Ranger“ misija na Mesec iz šezdesetih godina. Treba uočiti da se ugao lansiranja menja u zavisnosti od vremena lansiranja unutar prozora za lansiranje. „Atlas–Agena“ je bila dvoipostepena raketa, sa jednim ipo stepenom „Atlas“ projektila, i RM-81 „Agena“ kao drugim stepenom.
RAZLOZI ZA PARKIRNU ORBITU
Postoji nekoliko razloga zbog kojih parkirna orbita može da se koristi:
- Njome može da se proširi prozor za lansiranje. U misijama koje predviđaju napuštanje Zemljine orbite a gde nije isplanirano korišćenje parkirne orbite, „prozor“ je često otvoren jako kratko (meri se u sekundama ili minutama). Sa ovom orbitom, prozor može da se proširi na nekoliko sati.
- Kada su u pitanju ne–LEO misije, može da se dogodi da se željena tačka za finalni rad motora ne nalazi na odgovarajućem mestu na orbiti. U misijama koje treba da odlete dalje od Zemlje a koje se ispaljuju sa severne polulopte, idealno mesto za finalno uključivanje motora često se nalazi na južnoj polulopti.
- U misijama koje se nalaze na geostacionarnoj orbiti, idealna tačka za finalno paljenje motora jeste ekvator. U takvim slučajevima, raketa se lansira, leti po parkirnoj orbiti dok ne stigne iznad ekvatora, a tada se motori ponovo pale i voze ka elipričnoj geostacionarnoj transfernoj orbiti (GTO).
- U lunarnim misijama sa ljudskom posadom, parkirna orbita je davala vremena da se u blizini kuće izvrše neke dodatne provere pre nego što se krene na put ka Mesecu.
- Parkirna orbita je takođe značajna ako želimo da nam odabrana orbita ima visok perigej. U tom slučaju buster se lansira u eliptičnu parkirnu orbitu, zatim leti dok ne stigne u njenu najvišu tačku, a onda se motori ponovo pale radi podizanja perigeja. [Koga interesuje ova tehnika, ovo je dobro mesto da pogleda kako izgleda Hohmannova transferna orbita.] U tom slučaju upotreba parkirne orbite može da smanji potrošnju goriva potrebnog za promenu nagiba, budući da je za to na visokim elevacijama potrebno manje delta–V.
Na gore prikazanoj slici prikazana su prva dva slučaja. U toj lunarnoj misiji, odabrana lokacija za finalno paljenje motora nalazi se negde iznad južne Afrike. Kako dan protiče, ta tačka praktično stoju fiksirana dok se Zemlja ispod nje okreće, te se to kompenzuje promenom ugla lansiranja.
MANE PARKIRNE ORBITE
Najuočljivija mana je ta što raketa mora da leti izvesno vreme po orbiti a onda da bude restartovana u uslovima nulte gravitacije. Pored toga, dužina dva rada motora (prvo, za ulazak u orbitu i finalno paljenje) zavisi od toga gde se tokom prozora za lansiranje lansiranje obavlja. Da ne bi nepotrebno trošio gorivo, raketni stepen mora da radi, pa da se isključi, i onda ponovo uključi ako je potrebno. To zahteva motore na tečno gorivo, budući da je one na čvrsto gorivo nemoguće ugasiti ili restartovati – jednom upaljeni, rade dokle god ima goriva. Ali čak i sa tečnim motorima, sposobnost višestrukog restarta nije jednostavna stvar iz više razloga:
– Tokom leta po orbiti, gorivo u bestežinskom stanju počinje da lebdi po već donekle ispražnjenom rezervoaru, daleko od dna rezervoara i otvora pumpi. Da bi se taj problem nekako rešio, tankovi moraju da imaju ili dijafragme ili male tzv. „ullage“ motore koji stvaraju makar i najmanje ubrzanje i „teraju“ gorivo ka pumpama.
– Potrebni su akumulatori i drugi energenti sa dužim rokom trajanja.
– Neki motori koriste specijalne hemikalije za paljenje; za restart je potrebno više kompleta.
– Neophodna je bolja izolacija, posebno kriogenih rezervoara, čime se sprečava prekomereno isparavanje goriva tokom boravka u orbiti.
– Neophodan je bolji inercioni navigacioni sistem[1], da bi se pratilo stanje tokom putovanja po orbiti.
– Potreban je reaktivni kontrolni sistem[2] kojim se pravilno usmerava stepen za finalno paljenje motora, a i postiže se dobra termička orijentacija tokom leta po orbiti.
Porodice američkih gornjih stepeni „Centaur“ i „Agena“ dizajnirani su za takva restartovanja i najčešće se i koriste na takav način. Poslednja „Agena“ letela je 1987. ali „Centaur“ se još uvek proizvodi. Rusi u iste svrhe kao dodatni stepen koriste Hruničevljev „Бриз М“[3].
PRIMERI
Tokom čitavog trajanja „Apollo“ programa NASA je koristila parkirnu orbitu radi svih nabrojenih razloga, sem onog koji se tiče geostacionarne orbite.
Misije spejs šatlova korišćene za posete Međunarodnoj orbitnoj stanici nisu koristile parkirnu orbitu zbog više razloga. Stanica se nalazi u niskoj orbiti oko Zemlje velikog nagiba, gde parkirne orbite ne koriste mnogo; šatlovi nisu imali kapacitete za višestruko restartovanje; a kratak lansirni prozor nije predstavljao kritični problem.
S druge strane, kada su šatlovi lansirali međuplanetne sonde kao što je bio „Galileo“, onda su korišćene parkirne orbite koje su dovodile sondu u pravu tačku za paljenje motora.
„Ariane 5“ nikada ne koriste parkirne orbite. To umnogome uprošćuje lansiranje jer nema potrebe za višestrukim restartima. Međutim, sa planiranim poboljšanjima drugog stepena ove rakete (ESC–B) pojaviće se i sposobnost restartovanja te će buduće misije moći da koriste i parkirne orbite.
U bukvalne primere korišćenja parkirne orbite spada Esin bespilotni snabdevač Automated Transfer Vehicle (ATV), koji je u stanju da nekoliko meseci čeka u orbiti pre nego što se spoji sa Međunarodnom stanicom. Iz sigurnosnih razloga, ATV ne može da pristane uz ISS dok su se tamo nalazili šatlovi (do prošle godine), ili dok u blizini manevrišu „Союзи“ ili „Прогерсси“ radi prilaska ili odlaska sa stanice.
[1] INS je sklop koji uz pomoć računara, senzora za kretanje (akcelerometara) i senzora za rotiranje (žiroskopa) neprestano određuje položaj, orijentaciju i brzinu letilice bez ikakvih spoljnjih referenci ili astronomskih posmatranja.
[2] Podsistem RCS služi za skretanje i kontrolu položaja letilice upotrebom trastera. Sistem najčešće koristi kombinaciju većih i manjih („vernier“) trastera.
[3] Da podsetim da raketa „Зенит 2SL“ koja je lansirala „Фобос-грунт“ nije imala tај gornji stepen, već specijalno napravljenu jedinicu „МДУ“ nazvanu „Flagman“, koja je zapravo modifikovani gornji stepen tipa „Fregat“. Poseduje odbacivi spoljnji rezervoar, kao i dodatne loptaske rezervoare odozgo.
linkovi
KOJI TELESKOP DA KUPIM?
