Превод: Е. Маламова (Elisaveta Malamova). Откъде астронавтите получават храна си? Какво се случва с отпадъците? Adam Williams от Европейската космическа агенция в Дармстад,…
Снимка предоставена от
Андрю Хоуи iStockphoto
Представете си автобус на два етажа, движещ се от покрайнините на Лондон до Стадиона „Уембли”. Нека проследим движението му от границите на града Уиндзор (където живее английската кралица), на 30 км от „Уембли”, и да наблюдаваме движението му бавно към центъра на Лондон. С приближаването му към магистралата Hanger Lane, на около 3.5 км от неговата дестинация, спира за няколко минути, преди да продължи по North Circular Road и нагоре по Harrow Road, докато се доближи до стадиона, на около 0.25 км. Накрая, минава около половин час, докато криволичи до пролука за паркиране. След като е добре паркирал, поглеждаме вътре в автобуса и разбираме, че е без шофьор.
Нека сега си представим това пътуване на 350 км в космоса и да заместим стадиона Уембли с Международната космическа станция (МКС), чиято площ покрива приблизително площта на футболното игрище, но се движи с около 27000 км. Устройството с размери на автобус, което се приближава към МКС е т.нар. Автоматичен транспортен кораб (АТК) проектиран от Европейската космическа агенция (ЕКА) да лети до и автоматично да се скачи с Международната космическа станция. По време на финалното си приближаване, плавно се придвижва със скорост по-малка от 0,25км/ч, и с точност на позициониране, не повече от 10 см.
Международната космическа станция (МКС) е мултинационален проект, целящ да построи и поддържа лаборатория, в която ще се провеждат експерименти в условия на микрогравитация. Гравитацията на МКС не е абсолютно нулева, поради влиянието на много малки сили, причинени от неща като масата на самата станция и реакцията на триене от атмосферата. Експериментите касаят главно ефекта от продължителен престой на човешкото тяло в условия на микрогравитация. Учените също планират да използват МКС за изследване на ефекта от микрогравитацията върху физичните свойства на флуиди, свойства на аерозоли, озон, водна пара и оксиди в земната атмосфера, а също така космично лъчение, космичен прах, антиматерия и тъмна материя във Вселената.
АТК се приближава към МКСС
нимка, предоставена от ЕКА –Д.Дукрос
Дългосрочните цели на това изследване са да се разработи технологията необходима за човешко присъствие в космичното пространство, изследване на планетарно колонизиране (включително системи за поддържане на живота, мерки за безопасност и мониторинг на космичното пространство, например), нови начини за лекуване на болести, по-ефективни методи за произвеждане на материали; за по-точни измервания, които не биха могли да се постигнат на Земята, и постигане на едно по-цялостно разбиране на Вселената.
Международната космическа станция ще има постоянен екипаж от шест астронавта (до Април 2009 само трима членове от екипажа ще бъдат постоянно на борда на станцията). Екипаж и продоволствия се транспортират от и за МКС, използвайки или космическата совалка Space Shuttle на НАСА, или на Руската космическа агенция – ракетата носител „Съюз”. Автоматичният транспортен кораб е най-сложният досега космически кораб построяван, изстрелван и експлоатиран от Европейската космическа агенция и ще съставлява основния й принос към експлоатационните разходи на Международната космическа станция.
Планирани са няколко АТК. Първият, наречен „Жул Верн”, на името на известния френски писател на научна фантастика, ще бъде изведен в орбита на борда на ракетата „Ариана 5”, от Френска Гвианаw1. Докато тази статия се подготвяше, изстрелването беше планирано за 9 март 2008 и АТК беше планиран да се скачи с МКС на 3 април 2008гw2.
Корабите, които ще се скачват с Международната космическа станция обикновено имат някакъв ръчен контрол за финалните маневри. Космическата совалка и ракетата „Съюз” са контролирани от пилот на борда; корабът „Прогрес” е управляван от екипажа на МКС. Автоматичният транспортен кораб (АТК) ще бъде първият кораб, който ще се скачи абсолютно автоматично. Макар, че АТК ще бъде наблюдаван внимателно по време на приближаването и скачването от наземни оператори и екипажа на МКС, той е проектиран да се справя автономно с всякаква непредвидена ситуация без да предизвиква повреди на МКС, или да заплашва сигурността на екипажа. АТК е проектиран да носи около 9 тона експериментална апаратура, оборудване, гориво, вода, храна и други доставки от Земята за МКС, която е в орбита на около 350 км от Земята. Първият товарен полет ще включва резервни части за Европейската лаборатория „Колумб”w3 и за самия АТК, лични вещи на екипажа, и луксозно издание от 19ти век на романа на Жул Верн „De la Terre à la Lune” („От Земята до Луната).
Автоматичен транспортен кораб
Снимка, предоставена от ЕКА
След като се скачи с Международната космическа станция, АТК ще стане разширение към нея, с обем от 22 m3, осигуряващо допълнително пространство за обитаване от екипажа на МКС. Докато е свързан с космичната станция, товарът от експериментална апаратура ще бъде транспортиран заедно с повече от 810 кг вода, 100 кг азот, кислород и въздух и почти 860 кг пропелант (двигателно гориво за МКС). Освен това, АТК ще използва тръстерите си, за да коригира и настрои орбитата на 400-тонната космическа станция. Това е необходимо защото, макар да има много малко количество от атмосферата на височина 350 км, МКС е толкова масивна, че това може да предизвика гравитационно притегляне от Земята. От време на време, МКС трябва да се изтласква нагоре, на по-голяма височина, където опасността да се отклони от орбита е по-малка. Ако това не се прави, МКС рано или късно би паднала. АТК ще се използва също за спешни маневри, които ще са необходими, ако космически отломки се очакват да ударят космическата станция.
След около шест месеца, АТК ще бъде натоварен с твърди и течни отпадъци от станцията (използвайте въображението си! Онези празни резервоари също могат да побират нещо). АТК ще бъде отделен от МКС и насочен обратно към Земята, където ще изгори безвредно в атмосферата над необитаема област от Тихия океан.
Международната космическа
станция (МКС): В определен
период от нейната орбита, МКС
е видима с просто око
Снимка, предоставена от ЕКА
Тъй като АТК ще се приближи и скачи с МКС, безопасността на екипажа на борда на МКС е от първостепенна важност. Повечето функции на космическият кораб са двойно подсигурени, т.е. всяка системна единица, превключвател и клапа са дублирани, така че корабът да може да издържи на евентуална авария. Когато е намесен човешки живот, системите трябва да са тройно осигурени; АТК е така проектиран, че да може да се справи с две едновременно възникващи повреди. Това съответно увеличава цената и теглото на кораба, макар че е трудно да се изрази количествено.
Например, АТК има тръстерна система с главни и резервни тръстери за направляване докато корабът се скачва с МКС. В случай, че двата – главният и резервен тръстер се повредят, има отделна тръстерна система, контролирана от напълно отделен хардуер и софтуер. Тази система ще бъде използвана специално, ако се окаже, че АТК не може да се скачи както трябва с станцията. То може да бъде вследствие на повреда в системата на АТК или ако скоростта е не както се очаква, или пък ако има независим проблем на МКС (като например пожарна аларма). Наземните оператори на АТК в Контролният център в Тулуза (Франция), екипажът на МКС или самият АТК могат да програмират тръстерната система така, че да насочи корабът на безопасно разстояние от МКС. Операторите след това могат да преценят ситуацията. Ако е напълно ясно и поправимо, те могат да програмират АТК да заобиколи МКС и да се върне пак в позиция за втори опит. Ако не е ясна причината, АТК ще може да се паркира на 2000 км от МКС докато се изясни причината за проблема.
Сложността на мисията „Жул Верн” се състои в това, че трябва да се осигури безопасността на работа на всички системи. Само, когато се демонстрира , че всички от тези жизнено важни операции за безопасност работят безупречно, ще бъде разрешено скачането на АТК към МКС (вж. раздела „Подготовка за изстрелване”)
Мисията ще започне с изстрелването и първа фаза на действие, когато космическия кораб ще бъде издигнат на ниска земна орбита от ракетата „Ариана 5”. Това може би е най-рисковата част от мисията особено, докато АТК разгърне своите четири матрици от слънчеви панели, използвани за генериране на енергия, необходима за контрол на кораба. Въпреки, че АТК има батерии, които осигуряват захранване на контролните системи докато слънчевите панели започнат да действат, те рано или късно ще се изтощят; ако панелите не работят, корабът ще се повреди и цялата мисия ще бъде провалена.
След първата фаза, космическият кораб ще проведе серия от маневри, за да достигне орбита, подходяща за фазата на свързването с Международната космическа станция.
Приближаването към МКС ще се характеризира със строго спазване на серия от координати и маневри за поддържане на орбита спрямо станцията (вж.раздела „Приближаване към МКС). Около 15 дни след излизане в орбита, започва финалното приближаване и &АТК ще се скачи автоматично с МКС (вж. раздела „Руска система са скачване”), следвано от проверки на всяка точка от орбиталната позиция на станцията. АТК е проектиран да се справя с широк диапазон от едновременно възникващи проблеми без да предизвиква повреда на самия кораб или на МКС. Всичко е автономно – контролният екип и екипажа са там само, за да наглеждат нещата в случай, че се случи нещо непредвидено.
Веднага щом се скачи, космическият кораб ще бъде наблюдаван с помощта на данни изпратени от МКС до Контролният център в Тулуза; софтуерът на борда на АТК и в Тулуза може да регистрира неочаквани ситуации – всичко от повреда на вентилатори за циркулация на въздуха до пожар.
Накрая, всички хубави неща трябва да имат край. АТК ще се отдели от МКС и ще се потопи в огнени пламъци в горните слоеве на атмосферата. Но това не е еднократна мисия. Дизайна и принципа на действие, доказани по време на мисията „Жул Верн” ще бъдат използвани за построяването и полета на най-малко още четири такива автоматични транспортни кораби. В последствие АТК ще се изстрелват приблизително веднъж годишно, презареждайки МКС и осигурявайки жизненоважна поддръжка на програмата на МКС за следващото десетилетие.
Web References
Resources
Institutions
Author(s)
Адам Уилямс е ръководител по тренировъчни и симулационни операции в Европейската космическа агенция. Първоначално софтуерен инженер, и за кратко, гимназиален учител, той работи в оперативния център на ЕКА в Дармстад, Германия. Адам в момента прекарва половината от своето време в Тулуза (Франция), където е Центърът за контрол на АТК, участвайки в подготовката на извеждането в орбита на АТК.
Review
Статията е главно за АТК – автоматичните транспортни кораби, проектирани за автоматично скачване с Международната космическа станция. Макар че има моменти, засягащи траекторията на АТК между излитане и скачване, които се отнасят до физика от пред университетско ниво (механика), темата, която може да се обсъжда с голям интерес – за учителите по технологии – е може би диагностика и контрол на системи.
От друга страна, целта на МКС, включва редица въпроси, които биха били интересни за учителите по физика – освен това е предвидена още една статия, посветена на МКС в следващ брой на списанието.
Нещо повече, много учители по природни науки (и технологии) ще оценят тази статия и някои от учениците биха я намерили за интересна. Следват някои идеи за това как може да бъде използвана статията.
‘„Ефекта от микрогравитацията върху физиката на флуидите, окисляване, и свойства на аерозоли” – това може да прерасне в дискусия за това какъв би бил ефекта (например, в случаите на конвекция, запалена свещ, и дифузия в газ, съответно).
„Космични лъчи, космичен прах, антиматерия, и тъмна материя във Вселената” – учениците могат да направят проучване в библиотека или интернет за природата (и важността) на тези феномени, и да направят презентации в клас.
Въпросите за диагностика и контрол на системи биха били подходящи по-скоро за часовете по технологии, отколкото за програмата по природни науки – и има достатъчно материал за провеждане на урок с различни дейности и подходи.
Ерик Дисон, Обединено кралство
License