אנחנו תמיד מצפים למשימות מאוישות לחלל, אבל היום אנחנו הולכים לדבר על למה החזרת צוותים לכדור הארץ היא עדיין אתגר עצום.
החלל תמיד משך אנשים, זה היה משהו מסתורי, לא נחקר. שחר, כוכבי לכת רחוקים קורצים לנו, מעודדים אותנו לחקור, להתנסות ולטיסות בין-כוכביות. כדאי לומר שלאחרונה טיסות לחלל, למרות שאנחנו עדיין לא נוסעים במחלקה ראשונה, נראות כשולטות בנפח בסיסי. משימת ארטמיס 1 לירח כבר הייתה אמורה לטוס, אך בשל תנאי מזג האוויר, השיגור נדחה ל-2 בספטמבר. ובזמן שאנו ממתינים בכיליון עיניים לשיגור, עלינו להבין שגם החזרה תהיה רגע קריטי, למרות שמדובר במשימה בלתי מאוישת.
ניתן לחלק משימות חלל לשתי מחלקות. אלו שבהן החללית תחזור מתישהו לכדור הארץ הן בעיקר משימות מאוישות, וכאלה שמקבלות כרטיס בכיוון אחד. כאן אפשר להזכיר גם משימות מאוישות עתידיות, למשל, למאדים של אילון מאסק, שלא בהכרח ישובו לכדור הארץ. אבל במציאות, גם מטוס כזה צריך לנחות איפשהו. מסתבר ששלב הנחיתה הוא החלק הקשה ביותר במשימות כאלה. היום ננסה להבין את זה.
קרא גם:
בטיחות הצוות והציוד
מאז שהאדם טס לראשונה לחלל, דאגנו לבריאותו ולהצלחת הטיסה הכוללת. במקרה של טיסות מאוישות, כל רגע יכול להיות קריטי. בטיחות הצוות והציוד על הסיפון, אם מדובר במשימה בלתי מאוישת, תמיד הייתה בראש סדר העדיפויות. מהנדסים ומנהיגים של משימות כאלה, כמו גם קוסמונאוטים או אסטרונאוטים בעצמם, הבינו את כל הסיכונים של טיסות כאלה. לא כל המשימות הללו הצליחו, במיוחד הראשונות, אבל היה חשוב להסיק מסקנות, לתקן טעויות ולא לחזור עליהן בעתיד.
לדוגמה, במהלך המשימה הראשונה של חללית אפולו, הכל הסתיים באופן טרגי בשלב של בדיקות טרום השיגור. במשימת אפולו 13 המפורסמת אירעה תאונה במהלך הטיסה, שבעקבותיה הנחיתה על פני הירח הפכה לבלתי אפשרית. טוב שאפשר היה להציל את הצוות ולהביא בהצלחה את הספינה למרחק של 7,5 ק"מ מנושאת המטוסים איוו ג'ימה. התקבלו מסקנות, וספינת המשימה הבאה נשלחה לחלל רק 5 חודשים לאחר מכן. אפילו משימת אפולו 11 המוצלחת ביותר הייתה מלאה ברגעים מתוחים במהלך נחיתתם של אסטרונאוטים על פני הירח וההמראה והחזרה שלאחר מכן לכדור הארץ. גם החללית הסובייטית סויוז ספגה תאונות רבות. זה, למרבה הצער, היה וזו הנורמה בתעשיית החלל.
כן, אלו לרוב מצבים בודדים, בלתי צפויים. עם זאת, בכל משימת חלל מאוישת הכוללת חזרה לכדור הארץ, יש רגע שהוא תמיד מהמם. אתם בטח מכירים את הבעיות הבלתי צפויות שמתעוררות בעת נחיתת כלי רכב בלתי מאוישים על מאדים, אבל במקרה של משימות מאוישות, חיי אדם מונחים על כף המאזניים. כולנו זוכרים את האסון של 2003 - בזמן הנחיתה, המעבורת "קולומביה" פשוט נשרפה בשכבות האטמוספירה הצפופות, כל הצוות של שבעה אנשים מת בצורה טראגית.
להלן קטע מתוך הסרט "אפולו-13", המדגים את תהליך הנחתת האסטרונאוטים על כדור הארץ. כמובן שזה סרט שיש לו חוקים משלו, הוא לא בהכרח משקף את המציאות בצורה מדויקת, אבל הוא גם לא מאוד שונה ממנה.
קרא גם: טלסקופ החלל ג'יימס ווב: 10 מטרות לצפייה
מדוע חזרה בשלום לכדור הארץ מהחלל היא בעיה כזו?
נראה שכוח המשיכה צריך לעזור כאן, ולכן אין צורך להיאבק כדי להאט את הרקטה. אבל המהירות שלו היא עשרות אלפי קילומטרים לשעה - זו המהירות הדרושה כדי שהמכשיר יעבור למסלול סביב כדור הארץ (מה שנקרא המהירות הקוסמית הראשונה, כלומר 7,9 קמ"ש), או אפילו מעבר לה ( המהירות הקוסמית השנייה, כלומר 11,2 קמ"ש) וטסה, למשל, לירח. והמהירות הגבוהה הזו היא הבעיה.
נקודת המפתח בעת החזרה לכדור הארץ או בעת נחיתה על כוכב אחר היא בלימה. זה בעייתי כמו האצת הספינה בזמן ההמראה. הרי הרקטה לא זזה ביחס לכדור הארץ לפני ההמראה. וזה גם לא יהיה אחרי שהיא תנחת. כמו במטוס שאנחנו עולים בשדה התעופה. למרות שהוא מגיע למהירות של 900 קמ"ש (מהירות שיוט של מטוס נוסעים בינוני) בטיסה, הוא עוצר שוב לאחר הנחיתה.
המשמעות היא שרקטה שעומדת לנחות על כדור הארץ חייבת להוריד את מהירותה לאפס. זה נשמע פשוט, אבל זה לא. למטוס שצריך להאט מ-900 קמ"ש ל-0 קמ"ש ביחס לכדור הארץ יש משימה קלה בהרבה מאשר רקטה שנוסעת במהירות של כ-28 קמ"ש. בנוסף, הרקטה לא רק עפה במהירות מטורפת, אלא גם חודרת לשכבות הצפופות של האטמוספירה כמעט אנכית. לא בזווית כמו מטוס, אלא כמעט אנכית לאחר היציאה ממסלול כדור הארץ.
הדבר היחיד שיכול להאט ביעילות מטוס הוא האטמוספירה של כדור הארץ. והוא די צפוף, אפילו בשכבות החיצוניות, וגורם לחיכוך על פני המכשיר היורד, שבתנאים לא נוחים עלול להוביל להתחממות יתר ולהרס שלו. אז, לאחר שהחללית מאטה למהירות מעט פחותה מהחללית הראשונה, היא מתחילה לרדת ונופלת לכדור הארץ. על ידי בחירת מסלול הטיסה המתאים באטמוספרה, ניתן להבטיח התרחשות של עומסים שאינם עולים על הערך המותר. עם זאת, במהלך הירידה, קירות הספינה יכולים וצריכים להתחמם לטמפרטורה גבוהה מאוד. לכן, ירידה בטוחה לאטמוספירה של כדור הארץ אפשרית רק אם יש התקן הגנה תרמי מיוחד על המעטפת החיצונית.
אפילו האטמוספרה של מאדים, שהיא יותר מפי 100 דקה מזו של כדור הארץ, היא מכשול רציני. זה מורגש על ידי כל המכשירים שיורדים אל פני הכוכב האדום. לעתים קרובות קורות איתם תאונות, או שהם פשוט נשרפים באטמוספירה של מאדים.
לפעמים בלימה כזו שימושית, כפי שמעידים משימות בהן האטמוספירה שימשה כבלם נוסף, שעוזרת לכלי הרכב להיכנס למסלול המטרה של כוכב הלכת. אבל אלה די חריגים.
מעניין גם:
בלימה אטמוספרית יעילה, אבל יש לה חסרונות עצומים
כן, בלימה אטמוספרית יעילה למדי, אבל יש לה חסרונות עצומים, אם כי היא הכרחית לבלימה יעילה.
האטה כזו במקרה של משימות מסלוליות לכוכבי לכת אחרים אינה מלאה, והחזרה לכדור הארץ קשורה להאטה מוחלטת. כך גם לגבי נחיתת הרובר על מאדים. גשושית שנכנסת למסלולה אינה חייבת לעצור לחלוטין, אחרת היא תיפול על פני הכוכב האדום.
מכשירים בחלל, המקיפים את כדור הארץ או חוזרים מהירח, נעים במהירויות העצומות שניתנו להם בזמן ההמראה. לכן, למשל, תחנת החלל הבינלאומית מתאימה את המסלול מעת לעת, ומעלה אותו, כי ככל שהוא גבוה יותר, המהירות הדרושה כדי להישאר במסלול צריכה להיות נמוכה יותר.
מכיוון שמתן מהירויות אלו דורש הוצאה מתאימה של אנרגיה, בלימה חייבת להיות קשורה להוצאה דומה של אנרגיה. לכן, אם ניתן היה להאט את המכשיר לפני הכניסה לאטמוספירה, לטוס במהירות נמוכה או אפילו ליפול לאט לכדור הארץ, הוא לא היה מתחמם כל כך והסכנה לצוות הייתה לא משמעותית.
כאן טמון המלכוד. טיסות בחלל דורשות עלויות אנרגיה עצומות. מסת המטען של הרקטה היא חלק קטן ממסת ההמראה הכוללת של הרקטה. לרוב יש דלק באמצע הרקטה, שרובו נשרף בשלב הראשון של המעבר בשכבות התחתונות של האטמוספירה. יש צורך לשלוח את הציוד או את צוות הספינה לחלל. דלק נחוץ גם ליציאה ממסלול כדור הארץ בזמן הנחיתה, וכמות גדולה מאוד שלו. לכן בעת בלימה קיים סיכון שהדלק יגרום לאוניה להתלקח. ברוב המקרים, מיכלי הדלק מתפוצצים מהטמפרטורה הגבוהה בזמן הנחיתה.
מעניין גם:
- 10 הדברים הכי מוזרים שלמדנו על חורים שחורים ב-2021
- מאדים טרפורמר: האם כוכב הלכת האדום יכול להפוך לכדור הארץ חדש?
נחיתה, בדומה להמראה, רק בכיוון ההפוך
על מנת להאט כמעט לחלוטין את הרכב לפני הכניסה לאטמוספירה, יהיה צורך להשתמש באותה כמות דלק כמו בזמן ההמראה, בהנחה שמסת הרכב לא משתנה משמעותית במהלך המשימה. עם זאת, כאשר אנו מוסיפים את הדלק הדרוש להרמת הספינה ולבלימה לאחר מכן למשקל הספינה, מתברר שהוא מוכפל פי כמה. ודווקא החישוב הכלכלי העצוב הזה אומר שעדיין יש צורך להסתמך על עיכוב האטמוספירה של כדור הארץ.
לדוגמה, בעת נחיתת רקטות SpaceX Falcon 9, נעשה שימוש בדלק, אך כאן הרקטה עצמה קלה מאוד (לרוב רק מיכל הדלק חוזר לכדור הארץ), והחזרה ממסלול מרוחק לא מתבצעת.
מהנדסים חישבו שנחיתה על כדור הארץ דורשת את אותם משאבי דלק לק"ג כמו ההמראה למסלול. כלומר, זה כמעט כמו המראה, רק בכיוון ההפוך.
וכנראה שזה יהיה ככה עוד הרבה זמן. לא רק במהלך משימות ארטמיס 1, אלא גם לאחר שאדם מגיע לכוכב האדום. כאשר במידה מסוימת יתגבר על המכשול הזה, אז אפשר יהיה לומר שסוף סוף שלטנו בטיסות לחלל. כי כולם יכולים להמריא, אבל עלולות להיות בעיות בנחיתה.
אבל ההיסטוריה יודעת דוגמאות רבות כאשר המדענים והמהנדסים שלנו הצליחו לפתור בעיות מורכבות. אנו מקווים שבקרוב מאוד טיסה לירח או למאדים לא תהיה קשה יותר מטיסה מניו יורק לקייב. עם נחיתה נעימה ובטוחה.
אם אתה רוצה לעזור לאוקראינה להילחם בכובשים הרוסים, הדרך הטובה ביותר לעשות זאת היא לתרום לכוחות המזוינים של אוקראינה באמצעות הצלת חיים או דרך העמוד הרשמי NBU.
קרא גם:
למה הם לא משתמשים בתרחישי החזרה של חלליות היברידיות. לא "כנפיים" עמידות בחום ולא מגני אבלציה תרמית + מצנח.
גלישה עם בלימה נגד האווירה, "צניחה" מבוקרת סופית על "טרמפולינה" מאולתרת. ואתה לא צריך לשרוף דלק, אולי שאריות לא מיוצרות. אנחנו משאירים את השלדה על הקרקע, אנחנו לוקחים רק את מערכת הבקרה.
דעתו של גאון מתמטי לא מוכר ואלטרואיסט מעשי מעניינת במיוחד.