Kosmički motocikli

Postavljeno od  //  29/03/2011  //  Tehnologija  //  Comments Off on Kosmički motocikli

Lebdeći nekih 220 kilometara iznad površine Zemlje, kosmonaut je polagano puzao po površini svemirske stanice, približavajući se mestu kvara. Stigavši svega par metara do cilja otkriva da je „pupčana vrpca“, kojom je bio vezan za stanicu, prekratka. Oklevajući za trenutak, uvežbanim pokretom je otkačio karabin kabla od pojasa, sa namerom da ga zakači za najbliži sledeći nosač. U tom momentu, instiktivno se mašivši za alatku koja mu je iskliznula iz ruke, kosmonaut se odvoji od stanice, i nekontrolisano se vrteći, polete u kosmički bezdan. Da li i u smrt? No u pokretima kosmonauta nema ni senke panike. Uzevši u ruku pređaj, sličan paru pištolja, on nacilja negde ka dalekim galaksijama i pritisnu obarač. Iz malih mlaznica nečujno suknu mlaz komprimovanog vazduha, i reaktivna sila po osnovnim zakonima mehanike poče da vraća čoveka ka stanici. Za manje od minut, vešto manevrišući „pištoljima“, kosmonaut se pričvrsti i započe sa remontom, radi kojega je i izašao u prazninu kosmosa …

REAKTIVNI PIŠTOLJ HHMU

Prvi pravi uređaj za slobodno kretanje u kosmosu na svetu, stvoren za američki program „Gemini“, bio je napravljen u stilu „reaktivnog pištolja“. Nazvan je HHMU (Hand-Helded Maneuvering Unit, odn. „ručna jedinica za manevrisanje“), radio je na kiseonik pod pritiskom, i korišćen je 3. juna 1965. tokom prvog izlaska jednog Amerikanca, Edwarda Whitea, astronauta „Geminija 4“, u otvoreni kosmos. Takav pištolj je, naravno, pružao veću slobodu kretanja od običnog kabla vezanog za brod, ali je pri tome makar jedna ruka astronauta morala da bude zauzeta.

Sličan model je korišćen i kasnije u „Geminiju-10“ (samo što je korišćen azot), a još kasnije i na stanici „Skylab“.

Prvi uređaj za kretanje po kosmosu napravili su Amerikanci. Reaktivni pištolj HHMU ličio je na ručno oružje, bio je jednostavan i nepouzdan, tako da nije dalje idejno razvijan.Prvi uređaj za kretanje po kosmosu napravili su Amerikanci. Reaktivni pištolj HHMU ličio je na ručno oružje, bio je jednostavan i nepouzdan, tako da nije dalje idejno razvijan. 1 – dve mlaznice za kretanje unapred; 2 – jedan mlaznik za kretanje unazad; 3 – rukohvat pištolja; 4 – tankovi sa komprimovanim gasom; 5 – sistem za održavanje života; 6 – fotoaparat.

Američki „pištolj“ za kretanje kroz kosmos. Vidi se ručni fotoaparat i sigurnosni kabl pomoću kojega je uređaj bio vezan za ruku astronauta (levo). Desno je snimak prvog američkog EVA.

Pre samo 30 ili 40 godina, činilo se kao da je industrijska era osvajanja kosmosa na dohvat ruke. A budući montažni i remontni radovi u orbiti oko Zemlje, naravno, zahtevali su uređaj za individualno kretanje u otvorenom prostoru. Nažalost, reaktivni pištolj se za takve zadatke pokazao beskorisnim, uglavnom zbog nepreciznosti, jer je upravljanje vršeno ručno i odoka. Uređaj za kretanje kosmonauta-montažera morao je da garantuje pouzdanu orijentaciju u prostoru, precitno kretanje od jedne tačke do druge, komforne uslove rada i veću autonomiju dejstvovanja.

„REAKTIVNA POTKOVICA“

Manevričnost aparata određena je količinom goriva i brzinom njegovog izlaska iz mlaznica. Brzina zavisi od temperature gasa i stepena širenja mlaznice. Visoke temperature sagorevanja tečnog ili čvrstog goriva obezbeđuje brzinu izduvnog mlaza od 2-3 km/s, dok komprimovani vazduh iz tanka izlazi 3-5 puta sporije. Pa ipak, za manevrisanja u blizini broda koristi se vazduh pod pritiskom. Glavni zadatak ovde je pouzdanost i sigurnost upotrebe, a ne brzina kretanja. Kod automobila, količina goriva određuje dužinu puta koji može da se prevali. U kosmosu od količine goriva ne zavisi put, već ukupna promena brzine. Čak je moguće veće rastojanje preći sa minimalnom rezervom goriva ako se smanji brzina. Međutim, ono što ne dozvoljava ležerno kretanje oko stanice jesu druga graničenja: resursi sistema za održavanje života u skafanderu i visoki troškovi rada u kosmosu

Već početkom šezdesetih godina bilo je poznato da je čoveku mnogo lakše da kontroliše linearne brzine i kretanja od rotacionog kretanja. Zato je sistem orijentacije letećeg uređaja morao da bude makar delimično automatizovan da bi ograničavao ugaonu brzinu i ubrzanje. Naprimer, unapred je bilo određeno da motor orijentacije niukom slučaju ne bi smeo da dozvoli da se kosmonaut okreće brže od 40-50 stepeni u sekundi.

Takođe je bilo poželjno da sistem tačno određuje svoj položaj ili bar udaljenost i orijentaciju u odnosu na cilj kretanja i mesto gde bi se treba vratiti. Uvek je bilo poželjno da se održava radio-vezu sa kosmičkim brodom ili sa Zemljom, a sve to je trebalo da funkcioniše u trajanju od nekoliko sati koliko traju akumulatori. Na osnovu elemenata iz šezdesetih, opisani uređaj bi bio težak stotine, ako ne i hiljade kilograma. Da bi ostali u razumnim težinskim granicama, konstruktori su morali da pronađu kompromis između ručnog i automatskog upravljanja.

Na slici je prikazan prototip autonomnog uređaja za kretanje astronauta (Automatically Stabilized Maneuvering Unit, ASMU), ispitan na američkoj orbitnoj stanici „Skylab“ (1973-74). Uprkos činjenice da je „ranac“ mogao da se obuče preko skafandera, astronauti su testirali uređaj samo unutar hermetičkog prostora velike stanice.1 – ranac sa sistemom upravljanja; 2 – konzole ručnog upravljača i orijentacije; 3 – loptasti tank sa azotom pod pritiskom.

Astronaut Gerald P. Carr, zapovednik „Skylaba 4“, nosi opreni ASMU model M509 unutar stanice.

Taj kompromis je predstavljao sovjetski uređaj za kretanje i manevrisanje kosmonauta УПМК (rus. Устройство Перемещения и аневрирования Космонавта), koji je prvobitno bio planiran za brodove tipa „Восход“ (sa skafanderima tipa „Ястреб“), a zatim, tokom 1965-66 godine, za vojne stanice iz programa „Алмаз“. Čitav uređaj je bio projektovan u obliku potkovice koja bi obuhvatala kosmonauta u skafanderu. Let su obezbeđivala dva bloka – pogonski i kočioni, svaki sa 42 motora na tvrdo gorivo. Rad svakog pojedinačnog motora davao je ubrzanje kosmonautu od 20 samtimetara u sekundi. Za preletanje savremene Međunarosne svemirske stanice (ISS) tom brzinom bi mu trebalo čitavih 10 minuta. Sporije kretanje bilo bi nerentabilno, a brže opasno i rasipnički. I pogonski i kočioni motori su bili razmešteni tako da je vektor potiska uvek prolazio kroz zajedničko težište, ne izazivajući prevrtanje kosmonauta. Sistem orijentacije je kontrolisao 14 minijaturnih mlaznica, koje su radile na komprimovani vazduh i kojima se upravljalo „džojstikom“ montiranim na kracima potkovice, pri čemu je automatika ograničavala brzinu rukovanja.

Težina УПМК je iznosila 90 kg, a zajedno sa pilotom u skafanderu – 250 kg. Akumulatori su obezbeđivali četvorosatnu autonomiju rada u otvorenom kosmosu. A rezerve goriva, kada bi se svo utrošilo na ubrzavanje u jednom pravcu, bile bi dovoljne da se postigne relativna brzina od 32 m/s (115 km/h). Taj parametar se u kosmonautici naziva karakterističnom brzinom uređaja. Primena tvrdog raketnog goriva i komprimovanog vazduha trebalo je da uprosti eksploataciju i poveća bezbednost УПМК. Nažalost, sovjetskim kosmonautima nikada nije pošlo za rukom da ispitaju uređaj u orbiti.

1) Prvi sovjetski transportni uređaj УПМК napravljen u obliku potkovice, ali nikada nije testiran u svemiru.2) Baterija motora УПМК na čvrsto gorivo.

VOŽNJA KOSMIČKIM RANCEM

Da bi poboljšali karakterističnu brzinu i povećali pokretljivost, bilo je pokušaja da se u uređajima za kretanje upotrebljava tečno gorivo. Tako je AMU (Astronaut Maneuvering Unit) – prvi američki uređaj za kretanje po svemiru „rančevskog“ tipa – kao gorivo koristio tečni 90-procentni vodonik-peroksid (H2O2). Težina uređaja je bila oko 75 kg, od čega je 20 kg otpadalo na sistem za održavanje života, a 11 kg na gorivo. Pri tome je karakteristična brzina AMU bila više nego dvostruko veća od sovjetskog modela – 76,2 m/s. Prilikom ulaska u orbitu, AMU se nalazio pričvršćen na spoljnjoj oplati servisnog modula letilice. Rad astronauta u otvorenom kosmosu odvijao se na sledeći način. Obučen u skafander, izlazio je hermetičke kabine i uz pomoć rukohvata dolazio do uređaja i oblačio ga na leđa kao ranac. Nakon toga je mogao slobodno da se odvoji od letilice i manevriše. Ukupna težina ove svojevrsne kosmičke letilice, koja se sastojala od astronauta u punoj opremi i AMU, dostizala je 185 kg. Let po kosmosu obezbeđivalo je 16 malih raketnih motora.

Američko ratno vazduhoplovstvo (USAF) je planiralo da AMU uređaj koristi na svojoj vojnoj svemirskoj stanici MOL. Zbog vrelih izduvnih gasova, pilot je nosio specijalne čelikom ojačane pantalone.

Sistem je testiran u junu 1966. godine, tokom leta misije „Gemini 9”. Ali prvi pokušaj se završio neuspehom. Astronaut Eugene Cernan je uz velike teškoće stigao do uređaja, uprtio “kosmički motocikl” i odjednom ustanovio da … ništa ne vidi! Njegov naporni put kroz otvoreni kosmos ostavio je traga – astronaut se očigledno umorio, znoj mu je ušao u oči i kondenzovao se na unutrašnjosti stakla kacige skafandera. A nije mogao, kao na Zemlji, da ga očisti rukom! Pored toga, pokazalo se da Sernan ne može da da rukuje “džojstikom” za kontrolu AMU – pošto se zaglavio, on ga je toliko pritiskao da ga je na kraju slomio. Istovremeno se prekinula i veza sa partnerom Thomasom Stafordom, koji je ostao u kabini „Geminija”. Astronauti ništa drugo nije preostalo nego da otkači AMU i vrati se na brod.

Tehnologija od pre četrdeset godina nije dozvoljavala da se stvori kompaktan uređaj koji bi obuhvatao sve neophodne funkcije. Mnoge od njih je kosmonaut obavljao ručno, oslanjajući se na svoj vestibularni aparat i dobar vid. Međutim, tokom osamdesetih oprema je postala minijaturnija i lakša. Pored toga, rezerva težine za razmeštaj dodatne opreme povećana je na konto smanjenja potrebe za karakterističnom brzinom, iako u to vreme još nije ni započeta izgradnja velikih kosmičkih objekta. Svrha postojanja tadašnjih jedinica za prevoz kosmonauta ogledala se u potrebi servisitanja satelita, a takođe i u inspekciji spoljnjih sistema orbitnih stanica. Takvi ipak ograničeni zadaci nisu primarno zahtevali potpunu automatizaciju procesa upravljanja, ali ipak su stvoreni dovoljno složeni uređaji koji su rasteretili kosmonaute od mnogih rutinskih operacija. Pilot je sada samo pomerao „džojstikove“, a kojom brzinom će motori raditi, koliko će i kakvi motori biti uključeni, rešavao je automatski sistem.

 ZVEZDANO RONJENJE

Sovjetski uređaj za kretanje i manevrisanje kosmonauta, УПМК 21 КС bio je pravi kosmički brod u malom, sa namenom da obavlja „građevinske radove“ u kosmosu.

Sovjetsko sredstvo za prevoz kosmonauta (rus. Средство Передвижения Космонавта, СПК), 21KC, konstruisano za rad sa skafanderom „Орлан ДМА“ nа stanicama tipa „Мир“ i šatlu „Буран“, moglo je da radi u dva režima: ekonomičnom i forsiranom. Prvi je ograničavao linearnu i ugaonu brzinu u blizini stanice ili odabranog satelita. Gasne mlaznice su izbacivale komprimovani vazduh u impulsima dužine jedne sekunde, a brzina zaokreta nije prelazila 10°/s. Dakle, za okret i kretanje u suprotnom pravcu, uređaju je trebalo manje od 20 sekundi. Forsirani režim je služio za hitro udaljavanje na bezbedno rastojanje od stanice i za ekstremna reagovanja u slučaju rizika od sudara. Pri tome bi linearne mlaznice ispaljivale impulse dužine 4 sekunde, dok bi ugaono ubrzanje dostizalo 8°/s2 – skoro triput više nego u ekonomičnom režimu. Osnovu konstrukcije činio je masivni ranac, u kome su se nalazili svi sistemi. Komprimovani vazduh je, slično kao kod ronilaca, bio smešten u dve 20-litarske boce pod pritiskom od 350 atmosfera i ispuštan je iz 32 mlaznice. Kontrolni paneli sa prekidačima i polugama nalazili su se na dve konzole – po jedna ispod svake ruke kosmonauta.

U februaru 1990. kosmonauti A. Viktorenko i A. Serebrov su u kosmosu testirali uređaj СПК 21КС, obletevši njime čitavu stanicu „Мир“. Avaj, uređaj, od strane novinara nazvan „kosmički motocikl“, pokazao se kao prilično neudoban. Po rečima Serebrova, „ukoliko se kosmonaut čvrsto držao za komande, onda ništa nije mogao da uradi sa teretom, tako da je korišćenje СПК za transport bio nemoguć ...“

Snimak modula „Квант-2“ iz blizine koji je 2007. načinio šatl STS-81. Lepo se sa leve strane vidi ranac za let po orbiti СПК. Dole je snimljen ranac u prvom planu.

21KC

Davši komandu pomoću prekidača na svom pultu, kosmonaut je otvarao elektropneumatski ventil, kroz čije mlaznice je isticao vazduh snage 5 njutna (0.5 kg) po mlaznici. Dizne su bile raspoređene po obodu „ranca“ i omogućavale su kretanje kako pravo, tako u skretanje u sve tri ose kretanja. Prvo letno ispitivanje 21KC sproveli su u februaru 1990. godine kosmonauti Aleksandаr Serebrov i Aleксandаr Viktorenko na stanici „Мир“. Oni su izašli u otvoreni kosmos iz modula „Квант-2“ (11Ф77Д) i udaljili se od stanice 35-45 metara. U toj fazi, kosmonauti su iz bezbednosnih razloga bili vezani oko pojasa i vitlom, ali pri normalnoj eksploataciji, СПК je trebalo da radi bez „povodca“, i da dozvoli udaljavanje oko 60 metara od stanice „Мир“ i do 100 metara od broda „Буран“. Razliku su objašnjavali time što bi u slučaju bilo kakvih problema sa rancem, „Буран“ lako mogao da dostigne kosmonauta.

LOVCI SATELITA

Sovjetski uređaj je bio analogan ništa manje savršenom američkom „kosmičkom motociklu“ MMU (Manned Maneuvering Unit). U poređenju sa 21KC imao je manju karakterističnu brzinu i za 30 kg bio je lakši. U dva aluminijumska tanka, ojačana „kevlarom“, nalazilo se 6 kilograma azota za sistem kretanja. Za razliku od sovjetskog sistema 21KC, MMU je korišćen za rešavanje praktičnih zadataka. Uz njegovu pomoć su tokom 1984-85. astronauti skinuli sa orbite nekoliko telekomunikacionih satelita, koji zbog raznoraznih problema nisu uspeli da se popnu na predviđene orbite. Konkretno, Joseph Allen i Dale Gardner su tokom misije šatla „Discovery“ „uhvatili“ satelite „Westar VI” i „Palapa B2” i u tovarnom prostoru vratili ih na Zemlju. No uprkos uspeha programa MMU, katastrofa „Challengera“ je stavila krst na njega. Upotreba šatlova za povratak čak i vrlo skupih satelita smatrana je previše rizičnim. Takođe su i troškovi letova sa ljudskom posadom toliko visoki, da je često jeftinije lansirati novi aparat nego poslati živog majstora za remont onom već pokvarenom.

Suština stvari

1) Za izvođenje montažnih radova i prevoz kosmonauta u otvorenom kosmosu potreban je specijalni uređaj zasnovan na reaktivnom principu kretanja.

2) Uređaji za kretanje astronauta prešli su put od jednostavnog „pištoljskog“ tipa do složenih agregata, uporedivih sa mikrokosmičkim brodovima.

3) Zbog otsustva velikih montažnih radova u kosmosu, razvoj uređaja za kretanje je zaustavljen, pa čak pretrpeo i neke neuspehe.

Kako dalje?

1) Realizovanje velikih kosmičkih projekata, vezanih za osvajanje Meseca i Marsa, mogli bi da podstaknu dalji razvoj uređaja za kretanje kosmonauta.

2) Napredak ovih uređaja biće praćen sa smanjenjem njihove težine, proširenjem funkcija, rastom energije i povećanjem preciznosti i brzine rada automatskih sistema, sa elementima veštačke inteligencije.

3) Za kretanje po planetama, satelitima i asteroidima sa malom gravitacijom mogle bi se pojaviti replike savremenih reaktivnih pojaseva, koji se na Zemlji koriste u zabavnesvrhe.

ŠTA DALJE?

Najverovatnije će aparatima za kretanje biti dodeljivani ograničeni zadaci. Naprimer, spašavanje astromauta u slučaju slučajnog udaljavanja od stanice prilikom izlaska u otvoreni kosmos. Ruski uređaj za spašavanje kosmonauta УКС (rus. Устройство Спасения Космонавта) pričvršćuje se sa zadnje strane skafandera tipa „ОрланМ“ i napaja se iz njegovih akumulatora. Omogućava prolazak kroz otvor prečnika svega 80 cm i započinje dejstvovanje prostim okretanjem prekidača na upravljačkom panelu skafandera. U poluautomatskom režimu sistem obezbeđuje stabilizaciju kosmonauta u sve tri ose sa tačnošću od 5 stepeni, a takođe omogućava ručnu kontrolu rotacije oko jedne odabrane ose. Postoji i način direktne kontrole, kada kosmonaut sam parira svim ugaonim skretanjima. I naravno, u oba režima je moguće proizvoljno menjati linearnu brzinu. Amerikanci imaju sličan spasilački uređaj, nazvan SAFER (Simplified Aid for EVA Rescue), koji je već više od 100 puta isproban u otvorenom kosmosu.

Ruski СПК koji je testiran 1990. na stanici „Мир“.

Nasin spasilački uređaj SAFER (Simplified Aid for EVA Rescue) nosi 1,4 kg azota kao gorivo za pogonski sistem, koji proizvodi mnogo manju brzinu od MMU (3 m/s). Međutim, SAFER je manji, jeftiniji, i lakši za upotrebu

astronomija.co.rs

 

Komentari su zatvoreni.