Lot na stację kosmiczną to wiele trudnych etapów

Start misji Ax-4 z udziałem polskiego astronauty Sławosza Uznańskiego-Wiśniewskiego zaplanowano na wtorkowe popołudnie polskiego czasu. Choć lot jest dokładnie zaplanowany, to dopóki nie zapłoną silniki, nie ma pewności, czy ten plan będzie zrealizowany.

Lot na Międzynarodową Stację Kosmiczną to wiele trudnych etapów - start, niebezpieczny lot przez atmosferę, odłączenie kapsuły na orbicie i dokowanie - opisał w rozmowie z PAP dr Tomasz Barciński z CBK PAN. Każdy z tych momentów stawia przed technologią i astronautami unikalne wyzwania.

"Teoretycznie może się zdarzyć, że lot zostaje odwołany tuż przed startem. Obecnie największe ryzyko wynika z tego, że w dziewiczą podróż wyruszy zmodyfikowana wersja statku Dragon. Mówimy o niewielkim ulepszeniu, ale zawsze może się wtedy zdarzyć, że +zaświecą się jakieś kontrolki+" - zwrócił uwagę dr Tomasz Barciński z Centrum Badań Kosmicznych PAN.

Dodał, że tuż po starcie astronautów czeka najniebezpieczniejszy moment, kiedy rakieta uzyska już pewien nieduży pułap.

"Po około minucie lotu rakieta osiąga już prędkości naddźwiękowe i prędkość ta wciąż rośnie. Ale choć gęstość atmosfery maleje wraz z wysokością, rakieta znajduje się jeszcze stosunkowo w gęstej atmosferze, co oznacza, że na jej strukturę działają największe siły. To powoduje, że ewentualne ryzyko uszkodzeń, w tym fatalnych w skutkach, jest największe" - wyjaśnił ekspert CBK PAN.

Niedługo później na orbicie kapsuła odłączy się od rakiety. "To też jest dosyć skomplikowany manewr, ale raczej bezpieczny. Co ważne, stosuje się w nim zapasowe systemy i nawet jeśli jeden z nich zawiedzie, w zapasie będą czekały kolejne" - podkreślił.

Zwrócił też uwagę, że sam lot na orbitę trwa krótko, ale cała podróż zajmie ponad 20 godzin, mimo że stacja znajduje się niecałe 400 km nad Ziemią, a cały przelot wokół Ziemi zajmuje tylko 1,5 godziny.

"Niosąca astronautów kapsuła Dragon odłączy się od rakiety na orbicie - można powiedzieć - parkingowej. To jest orbita, która znajduje się na wysokości zbliżonej do orbity Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, ale jednak znajduje się trochę niżej. Rakieta na niej zostanie przez jakiś czas, a kapsuła samodzielnie będzie zmierzać do ISS i właśnie ten lot będzie trwał przeszło 20 godzin" - opisał dr Barciński.

Wskazał, że istnieją dwie przyczyny tak długiego lotu.

"Pierwszą są ograniczone zasoby paliwa w kapsule. Ma to ścisły związek z mechaniką orbitalną. Wbrew prostej intuicji, aby dogonić jakiś obiekt na orbicie, trzeba zwolnić. Wtedy schodzi się na niższą orbitę, co powoduje wzrost prędkości kątowej. Zatem kapsuła będzie się poruszała nieco niżej od stacji, a kiedy zbliży się do jej pozycji, przyspieszy, aby wznieść się w górę. Tego typu manewrów przeskakujących z elipsy na elipsę wykonuje się kilka, a końcowe podejście do ISS wykonuje się niemal po linii prostej" - wyjaśnił naukowiec.

Druga zaś kwestia to bezpieczeństwo. "Rakieta nie zostawi Dragona w pobliżu ISS, ponieważ stwarzałoby to zagrożenie. Każdy lot na orbitę obarczony jest pewną niedokładnością i niezbędny jest margines bezpieczeństwa" - powiedział.

Zaznaczył przy tym, że jeśli wszystko odbędzie się zgodnie z planem, astronauci będą się trochę nudzili. "Pod warunkiem, że nie będzie żadnej awarii, lot będzie przebiegał automatycznie. W razie potrzeby astronauci będą mogli przejść na sterowanie ręczne. Mimo że na pokładzie będzie dwoje doświadczonych pilotów, w tym dowódca misji Peggy Whitson, która kiedyś pracowała w NASA, a obecnie jest zatrudniona w Axiom Space, nasz astronauta też został przeszkolony do wykonania ręcznego sterowania w ekstremalnej sytuacji" - tłumaczył dr Barciński.

Automatycznie będzie się odbywało także dokowanie. Ekspert CBK PAN wskazał, że to również jest w pewnym stopniu niebezpieczny moment. Ważąca wiele ton kapsuła będzie się poruszała bardzo powoli, ale gdyby uderzyła w stację nawet z niedużą prędkością, mogłaby spowodować uszkodzenia - ISS albo własnej konstrukcji.

"Mogłoby to oznaczać np. niemożliwość zacumowania i konieczność powrotu na Ziemię. Dragon będzie więc dokował automatycznie, polegając na różnych urządzeniach - lidarach, kamerach, czujnikach inercyjnych itp. Dodatkowe zabezpieczenie zapewnia specjalny zrobotyzowany system znajdujący się na nosie kapsuły. Jest to manipulator równoległy o sześciu stopniach swobody, którego zadaniem jest chwycenie portu ISS i przyciągniecie do niego kapsuły. Pozwala to na łagodny przebieg dokowania kapsuły nawet gdy zbliża się do stacji nie do końca tak, jak powinna, na przykład pod kątem, zamiast prosto. Mechanizm ten pozwala też na rozproszenie nadmiernej energii. Co istotne, podobnie jak w czasie lotu, w razie konieczności pilot może przejąć kontrolę nad kapsułą" - powiedział specjalista.

Dodał, że nawet jeśli się nie uda od razu zacumować, nie oznacza to porażki.

"Może się zdarzyć, że kapsuła nie dotrze do ISS za pierwszym razem. To na przykład sytuacja, w której stacja musi wykonać manewr usunięcia się z drogi groźnego śmiecia kosmicznego. W takim przypadku kapsuła może spróbować w kolejnym podejściu. Jednak trzeba pamiętać o ograniczonym paliwie i innych zasobach, a także o ludzkiej fizjologii - czwórka astronautów będzie przebywać na bardzo ograniczonej przestrzeni" - podkreślił.

W razie całkowitego niepowodzenia pozostaje opcja powrotu. Kapsuła jest tak zaprojektowana, że w każdej chwili z dowolnego miejsca orbity może automatycznie wrócić na Ziemię. "Powrót może też się odbyć z udziałem pilota, jeśli to będzie konieczne. To jednak niełatwy manewr - kapsuła musi lecieć w dosyć wąskim zakresie kątów, zarówno kierunku wejścia w atmosferę, jak i orientacji. Zbyt duży kąt wejścia grozi przegrzaniem i zniszczeniem statku, a zbyt mały - jego odbiciem się od atmosfery. Ponadto kapsuła musi wchodzić w atmosferę osłoną termiczną w kierunku lotu, czyli leci +do tyłu+ względem wektora prędkości" - opisał dr Barciński.

Używany dzisiaj system ma jeszcze dodatkowe, kluczowe zabezpieczenie. Gdyby z jakiegoś powodu rakieta uległa zniszczeniu, po wykryciu zagrożenia, kapsuła jest wystrzeliwana i wraca z astronautami na Ziemię.

Rozmówca PAP ocenił też, że Dragon - jak na kosmiczny pojazd - zapewnia astronautom duży komfort. "Objętość tej kapsuły to nieco ponad 9 metrów sześciennych. Dla porównania Sojuz miał około trzykrotnie mniej. Komfort wzrósł więc nieporównanie. Astronauci mają teraz dla siebie dużo więcej przestrzeni, o oświetleniu, oknach, ergonomii foteli, cyrkulacji powietrza nie wspominając" - powiedział.

Zwrócił jednak uwagę, że dotąd odbyło się tylko 16 lotów załogowej wersji kapsuły Dragon, więc nie jest ona jeszcze nawet w przybliżeniu tak dobrze przetestowana w realnych warunkach, jak pojazdy Sojuz.

"Jak dotąd nie było żadnej katastrofy w locie załogowym. Dragon jest też zaprojektowany z myślą o przyszłej turystyce kosmicznej, a tu stawiane są dodatkowe, wysokie wymagania bezpieczeństwa. Gdyby doszło do awarii, miałoby to ogromny wpływ na przyszłość tego biznesu" - podkreślił naukowiec.

Marek Matacz (PAP)