Càpsula espacial
.jpg)
Una càpsula espacial és una aeronau, que pot estar tripulada o no, que usa una càpsula de reingrés de cos no puntagut per a reentrar a l'atmòsfera de la Terra sense l'us d'ales. Les càpsules es distinguixen dels satèlits principalment per la capacitat de sobreviure a la reentrada de la superfície terrestre, tornant la càrrega útil. Les naus espacials tripulades basades en estes càpsules, com Soyuz o Orion, solen tindre el respal d'un mòdul de servici o adaptador i a voltes s'aumenten en un mòdul extra quan les missions espacials són més llargues. Les càpsules constituïxen la majoria dels dissenys de naus espacials tripulades.
Eixemples actuals de dites càpsules espacials són: Soyuz, Shenzhou, Orion, Starliner, i Dragó 2. Atres càpsules, estan actualment en desenroll, com Orel o Gaganyaan. Les missions més conegudes que han involucrat càpsules tripulades Vostok, Mercurio, Voskhod, Gemini, i Apolo. Estes càpsules espacials tripulades, i totes, deuen ser capaces de mantindre la vida dels integrants, protegint-los de la radiació i la temperatura del buit.
Història
Vostok
El Vostok va ser la primera càpsula espacial tripulada de l'Unió Soviètica. El primer vol espacial humà va ser Vostok 1, realisat el 12 d'abril de 1961 pel cosmonauta Yuri Gagarin .
La càpsula va ser originalment dissenyada per a utilisar-la tant com a plataforma de la cambra del primer programa de satèlit espia de l'Unió soviètica, (Zenit), com a aeronau tripulada. Este doble us del disseny va ser crucial per a obtindre el respal del Partit Comuniste per al programa. El disseny va utilisar un mòdul de reingrés esfèric, en un mòdul de descens que contenia propulsors en control d'actituts i el retrocohete per a la terminació de l'òrbita. El disseny bàsic s'ha mantingut en us uns 40 anys, gradualment havent segut gradualment adaptats per a una gama de satèlits no tripulats.
El mòdul de reingrés estava completament cobert en material ablatiu per a protegir de la calor, tenint 2.3 metros de diàmetro, i pesant 2,460 quilograms. La càpsula es va cobrir en un con de nas per a mantindre un perfil de baix arrastre per al llançament, en una cabina interior cilíndrica d'aproximadament 1 metro de diàmetro casi perpendicular a l'eix llongitudinal de la càpsula. L'assent del cosmonauta disponia d'un paracaigudes per si era necessari una eyecció d'emergència i el seu corresponent aterrisage. La càpsula disponia també d'un paracaigudes propi per a aterrisar en la terra. A pesar de que les fonts oficials varen declarar que Gagarin havia aterrisat dins de la seua càpsula, un requisit per a qualificar-ho com el primer vol espacial tripulat per les regles de Federació Aeronàutica Internacional (IAF), més vesprada es va revelar que tots els cosmonautas de Vostok varen ser expulsats i varen aterrisar per separat de la càpsula. La càpsula va ser rebuda per un mòdul d'equip cònic orientat cap a la popa. Esta era de 2,25 metros de llarc per 2,43 metros, en un pes de 2270 quilograms. Contenia gasos de respiració de nitrogen i oxigen, bateries, combustible, propulsors de control d'actitut i el retrocohete. Podia soportar vols de fins a dèu dies. Es varen portar a terme en èxit sis llançaments de Vostok, els dos últims parells en vols simultàneus. El vol més llarc va durar poc menys de cinc dies, (Vostok 5) del 14 al 19 de juny de 1963.
Ya que els propulsors de control d'actitut estaven ubicats en el mòdul d'instruments, el qual va ser descartat immediatament abans de la reentrada, la ruta i l'orientació del mòdul de reentrada no es varen poder controlar de manera activa. Açò va significar que la càpsula tenia que protegir-se de la calor de reentrada en tots els costats, determinant el seu disseny esfèric (a diferència del disseny cònic del Proyecte Mercury, que permetia un volum màxim i minimisava el diàmetro de l'escut tèrmic).cita requerida Una miqueta de control de l'orientació de reentrada de la càpsula va ser possible en compensar el seu centre de gravetat.
El disseny de Vostok va ser modificat per a poder dur tripulacions de varis cosmonautas, repartits en dos tornats com ordenava el programa Voskhod. La cabina cilíndrica interior es va reemplaçar en una cabina més ampla, rectangular, la qual podia aguantar tres cosmonautas assentats en fila (Voskhod 1), o dos cosmonautas en un esclusa d'aire unflable entre ells, permetent aixina laactivitat extravehicular (Voskhod 2). Es va agregar un retrocohete de respal de combustible sòlit a la part superior del mòdul de descens. L'assent eyectable de Vostok es va retirar per a aforrar espai (per lo tant, no hi havia cap disposició per a que la tripulació escapara en cas d'una emergència de llançament o aterrisage). La nau espacial completa Voskhod pesava 5.682 quilograms.
La carència d'espai significava que els membres de tripulació de Voskhod 1 no disponia de trages espacials.[1] Tots els membres de la tripulació de Voskhod 2 varen dur trages espacials. Les esclusa d'aire eren necessàries ya que els sistemes elèctrics i migambientals del vehícul eren d'aire fret, i la despresurizaació total de la càpsula duya a sobrecalfament. L'esclusa d'aire pesava 250 kg, tenia 700 mm de diàmetro i 770 mm d'alt quan es va colapsar per al seu llançament. Quan es va estendre en òrbita, tenia 2,5 m de llarc, tenia un diàmetro intern d'1 m i un diàmetro extern d'1,2 m. El segon membre de la tripulació va usar un trage espacial com a precaució contra la despresurizaació accidental del mòdul de descens. L'esclusa d'aire es va descartar despuix del seu us.
La falta d'assents eyectables va significar que la tripulació de Voskhod retornaria a la Terra dins de la nau espacial, a diferència dels cosmonautas de Vostok que es varen llançar i es varen llançar en paracaigudes per separat. Per açò, es va desenrollar un nou sistema d'aterrisage, que va agregar una chicoteta eixida de combustible sòlit a les llínees de paracaigudes. Esta es disparava quan el mòdul de descens s'acostava a l'aterrisage, proporcionant un aterrisage més suau i segur.
El dissenyador principal de l'aeronau Mercury va ser Maxime Faget, quí va escomençar la seua busca del vol espacial humà durant el temps del NACA.. Mercury tenia 3.3 metros d'altura i 1.8 metros d'esgambi; en el sistema d'escapada llançador afegit, la llongitut total era de 7.9 m. En 2.8 metros cúbics de volum habitable, la càpsula era lo prou gran per a un únic membre de tripulació.En l'interior hi havia 120 controls: 55 canvis elèctrics, 30 fusibles i 35 palanques mecàniques. L'aeronau més pesada, Mercury-Atles 9, pesava 1,400kg totalment carregada. La part externa era de René 41, una aleació de níquel capaç de soportar temperatures elevades.
La nau espacial tenia forma de con, en un coll en l'extrem estret. Tenia una base convexa, que duya un escut tèrmic que consistia en un panal de alumini cobert en múltiples capes de fibra de vidre. Nugat a ell hi havia un retropack, que constava de tres eixides desplegades per a frenar la nau espacial durant la reentrada. Entre estos hi havia tres eixides menors per a separar la nau espacial del vehícul de llançament en l'inserció orbital. Les correges que subjectaven el paquet es podien tallar quan ya no es necessitaven. Junt a l'escut tèrmic estava el compartiment presurizado de la tripulació. En l'interior, un astronauta estava nugat a un assent ajustat en instruments front a ell i d'esquenes a l'escut tèrmic. Baix de dit assent estava el sistema de control ambiental que suministra oxigen i calor, netejant l'aire de CO 2, vapor i olors, i (en vols orbitales) recolectant l'orina del cosmonauta. El compartiment de recuperació en l'extrem estret de la nau espacial contenia tres paracaigudes: un paracaigudes per a estabilisar la caiguda lliure i dos toboganes principals, un de primari i un de reserva. Entre l'escut tèrmic i la paret interior del compartiment de la tripulació hi havia un faldón d'aterrisage, que es desplegava baixant l'escut tèrmic abans d'aterrisar. En la part superior del compartimiento de recuperació estava la secció d'antena contenint tant les antenes per a la comunicació com els escáneres per a guiar l'orientació de la nau espacial. Es va montar un sistema d'escape de llançament en l'extrem estret de la nau espacial, este contenia tres chicotetes eixides de combustible sòlit que podien disparar-se ràpidament en cas que fallara el llançament, separant aixina la càpsula de forma segura del seu propulsor. Posteriorment es desplegaria el paracaigudes de la càpsula per a un aterrisage propenc en el mar.[2]
La nau espacial Mercury no tenia una computadora a bordo, sino que depenia de tots els càlculs de les computadores que hi havia en terra per a calcular la reentrada, i els seus resultats (temps de reculada i actitut de dispar) es transmetien a la nau espacial per radi durant el vol.[3][4] Tots els sistemes informàtics utilisats en el programa espacial Mercury estaven estajats en les instalacions de la NASA en la Terra . Els sistemes informàtics eren computadores IBM 701 .[5][6]
Estats Units va llançar al seu primer astronauta de Mercury, Alan Shepard, en un vol suborbital casi un més despuix del primer vol espacial orbital tripulat. Els soviètics varen poder llançar un segon Vostok en un vol d'un dia el 6 d'agost, ans que Estats Units finalment orbitara al primer nortamericà, John Glenn, el 20 de febrer de 1962. Estats Units va llançar un total de dos càpsules Mercury suborbitales tripulades i quatre càpsules orbitales tripulades, sent el vol més llarc Mercury-Atles 9, en 22 òrbites i una duració de 32 hores i mija.
Gemini
Es podia accedir a molts components de la pròpia càpsula a través de les seues pròpies chicotetes portes d'accés. A diferència de Mercury, Gemini usava components electrònics completament d'estat sòlit i el seu disseny modular facilitava la seua reparació.
El sistema d'escape de llançament de emergència de Gemini no va usar una torre d'escape impulsada per un eixida de combustible sòlit, sino que va usar assents eyectables (a l'estil d'un avió). La torre era pesada i complicada, i els ingeniers de la NASA varen concloure que podien eliminar-la ya que els propulsors hipergólicos del Titán II es cremarien immediatament al contacte. Els assents eyectables eren suficients per a separar als astronautes del vehícul en cas que el llançament anara defectuós. En altituts més altes, a on els assents de eyecció no es pogueren , els astronautes retornarien a la Terra dins de la nau espacial, que se separaria del vehícul de llançament.
El principal proponente de l'us d'assents eyectables va ser Chamberlin, a qui mai li havia agradat la torre d'escape Mercury i desijava usar una alternativa més simple que també reduïra el pes. Va revisar varis fallos de missils balístics intercontinentals Atles i Titan II per a estimar el tamany aproximat d'una bola de fòc produïda per un vehícul llançador que explota i, a partir d'açò, va calcular que el Titan II produiria una explosió molt més chicoteta, per lo que la nau espacial podria aplegar llunt en els assents eyectables.
Maxime Faget, el dissenyador del Mercury LES, no estava tan entusiasmat en esta configuració. Aparte de la possibilitat de que els assents eyectables feriren greument als astronautes, també eren únicament utilisables durant uns 40 segons despuix de l'envolament, moment en el que el propulsor alcançaria la velocitat Mach 1 i l'expulsió ya no és possible. També li preocupava que els astronautes anaren llançats a través de la columna d'escape de Titan si s'expulsaven en vol i després va agregar: "Lo millor de Géminis és que mai varen tindre que escapar".[7]
El sistema de eyecció Gemini mai es va provar en la cabina Gemini presurizada en oxigen pur, com estava abans del llançament. En giner de 1967, el fatal incendi de l'Apolo 1 va demostrar que presurizar una nau espacial en oxigen pur creava un perill d'incendi extremadament perillós.
Gemini va ser la primera nau espacial que transportava astronautes que va incloure una computadora a bordo, la Computadora d'Orientació Gemini, per a facilitar la gestió i el control de les maniobres de la missió. Esta computadora, a voltes cridada computadora a bordo de la nau espacial Gemini (OBC), era molt similar a la computadora digital del vehícul de llançament de Saturn . La computadora d'orientació Géminis pesava 26.8 kg . El seu memòria central tenia 4096 direccionar, cada una de les quals contenia una paraula de 39 bits composta per tres "sílabes" de 13 bits. Totes les senyes numèriques eren sancers en complement a dos de 26 bits (a voltes utilisats com números de menge fixa ), almagasenats en les dos primeres sílabes d'una paraula o en l'acumulador . Les instruccions (sempre en un còdic d'operació de 4 bits i 9 bits d'operant) podien anar en qualsevol sílaba. [38] [39][8][9]
Apolo
La nau espacial Apollo es va concebre per primera volta en 1960 com una nau tripulada per tres persones per a seguir al Proyecte Mercury, en una missió oberta. Podia usar-se per a transportar astronautes a una estació espacial en òrbita terrestre, o per a vols entorn o en òrbita al voltant de la Lluna, i possiblement aterrisar en ella. La NASA va solicitar dissenys d'estudi de viabiliad de vàries companyies en 1960 i 1961, mentres que Faget i el Space Task Group varen treballar en el seu propi disseny utilisant una càpsula cònica (Mòdul de Comando) recolzada per un Mòdul de Servici cilíndric que proporciona energia elèctrica i propulsió. La NASA va revisar els dissenys dels participants en maig de 1961, pero quan el president John F. Kennedy va propondre un esforç nacional per a dur a un home a la Lluna durant la década de 1960, la NASA va decidir rebujar els estudis de viabilitat i continuar en el disseny de Faget, centrat en l'aterrisage llunar. missió. El contracte per a construir Apollo va ser adjudicat a North American Aviation .
El Mòdul de Comando / Servici d'Apolo (CSM) va ser dissenyat originalment per a dur a tres hòmens directament a la superfície de la Lluna, damunt d'un gran embarcadero en cames. El mòdul de comando es dimensionó en 3.9 metros de diàmetro, per 3.39 de llarc. El mòdul de servici tenia 4 metros de llarc, en una llongitut total del vehícul d'11.04 metros (inclosa la campana del motor). Es disponia d'un motor de propulsió (un propulsor hipergólico) dissenyat per a alçar el CSM de la superfície llunar i enviar-ho de tornada a la Terra. Açò requeria un vehícul de llançament únic molt més gran que el Saturn V, o varis llançaments de Saturn V per a ensamblarlo en l'òrbita de la Terra abans d'enviar-ho a la Lluna.
Al principi, es va decidir utilisar el método de trobada de l'òrbita llunar, utilisant un Mòdul d'Excursió Llunar (LEM) més chicotet per a transportar a dos dels hòmens entre l'òrbita llunar i la superfície. La reducció de massa va permetre que la missió llunar es llançara en un sol Saturn V. Ya que s'havia iniciat un treball de desenroll significatiu en el disseny, es va decidir continuar en el disseny existent com a Bloc I, mentres que una versió del Bloc II capaç de reunir-se en el LEM, es desenrollaria en paralel. Ademés de l'adició d'un túnel d'atraque i una sonda, el Bloc II ampraria millores d'equip basades en les lliçons depreses del disseny del Bloc I. El bloc I s'utilisaria per a vols de prova sense tripulació i un número llimitat de vols tripulats en òrbita terrestre. Encara que el motor de propulsió de servici era llavors més gran que lo necessari, el seu disseny no es va modificar ya que s'estava conseguint un desenroll significatiu; no obstant, els tancs de propulsor es varen reduir llaugerament per a reflectir el requisit de combustible modificat. Per la preferència dels astronautes, el Block II CM reemplaçaria la tapa de l'escotilla de la porta del tapó de dos peces, elegida per a evitar una obertura accidental de l'escotilla, com va succeir en el vol Mercury-Redstone 4 de Gus Grissom.
La pràctica Mercury-Gemini d'utilisar una atmòsfera prèvia al llançament de 1150 mbar de pur oxigen va resultar ser un desastre en combinar-se en el disseny de la trampilla de la porta d'enchufe. Mentres participaven en una prova prèvia al llançament en la plataforma, el 27 de giner de 1967, preparant-se per al primer llançament en tripulació en febrer, tota la tripulació del Apolo 1 —Grissom, Edward H. White i Roger Chaffee — varen morir en un incendi que va agranar la cabina. La porta de l'enchufe va fer impossible que els astronautes pogueren escapar o ser retirats abans de morir. Una investigació va revelar que l'incendi provablement va ser iniciat per una purna d'un cable deshilachado, alimentat per materials combustibles que no deurien haver estat en la cabina. El programa de vol tripulat es va retardar mentres es realisaven canvis en el disseny de la nau espacial Block II per a reemplaçar l'atmòsfera prèvia al llançament d'oxigen pur en una mescla de nitrogen / oxigen similar a l'aire, eliminar els materials combustibles de la cabina i els trages espacials dels astronautes, i sagellar tot el cablejat elèctric i les llínees de refrigerant corroent.
La nau espacial Block II pesava uns 28000 kg contant el combustible. Es va utilisar en quatre vols de prova orbitales terrestres i llunars tripulats i sèt missions d'aterrisage llunar tripulades. També es va utilisar una versió modificada de la nau espacial per a transportar a tres tripulacions a l'estació espacial Skylab i a la missió del Proyecte de prova Apollo-Soyuz, que es va acoplar en una nau espacial Soyuz soviètica. La nau espacial Apollo es va retirar despuix de 1974.
Càpsules espacials robòtiques retirades
Càpsules espacials actives
Soyuz
En 1963, Korolev va propondre per primera volta la nau espacial Soyuz la tripulació de la qual era de tres hòmens, per al seu us en el montage de l'òrbita terrestre d'una missió d'exploració llunar. Va ser pressionat pel primer ministre soviètic Nikita Khrushchev per a pospondre el desenroll de Soyuz per a treballar en Voskhod, i després se li va permetre desenrollar Soyuz per a l'estació espacial i missions d'exploració llunar. Va amprar una càpsula de reentrada chicoteta i llaugera en forma de campana, en un mòdul de tripulació orbital unit al seu nas, que contenia la major part de l'espai vital de la missió. El mòdul de servici utilisaria dos panels de cèlules solars elèctriques per a la generació d'energia i contenia un motor de sistema de propulsió. El model 7K-OK dissenyat per a l'òrbita terrestre va utilisar un mòdul de reentrada de massa 2810 kg i de 2.17 metros de diàmetro per 2.24 metros de llarc, en un volum interior de 4 metros cúbics . El mòdul orbital esferoidal tenia de massa 1100 kg i media 2.25 metros de diàmetro per 3.45 metros llarc en sonda d'atraque, en un volum interior de 5 metros cúbics . La massa total de la nau espacial va ser de 6560 quilograms .
Dèu d'estes naus varen volar tripulades despuix de la mort de Korolev, de 1967 a 1971. La primera ( Soyuz 1 ) i l'última ( Soyuz 11 ) varen resultar en les primeres morts en l'espai. Korolev havia desenrollat un variant 7K-LOK de 9859 kg de pes per al seu us en la missió llunar, pero mai va ser tripulada.
Els russos varen continuar desenrollant i volant la Soyuz fins al dia de hui.
Shenzhou
La República Popular China va desenrollar la seua nau espacial Shenzhou en la década de 1990 basant-se en el mateix concepte (mòduls orbital, de reentrada i de servici) que Soyuz . El seu primer vol de prova sense tripulació va ser en 1999, i el primer vol en tripulació en octubre de 2003 va dur a Yang Liwei durant 14 òrbites terrestres.
Dragon 2
La càpsula SpaceX Dragon 2 de sèt assents va enviar per primera volta a una tripulació a l'Estació Espacial Internacional el 30 de maig de 2020 en la missió Demo-2 per a la NASA. Encara que originalment es va concebre com un desenroll de la càpsula Dragon sense tripulació de SpaceX que es va usar per al contracte de Servicis de reabastiment comercial de la NASA, les demandes dels vols espacials tripulats varen donar com resultat un vehícul significativament redissenyat en característiques llimitades.
Vore també
Referències
- ↑ Siddiqi, 2000, p. 423.
- ↑ Catchpole, 2001, p. 179.
- ↑ NASA. «Computers in Spaceflight: The NASA Experience – Chapter One: The Gemini Digital Computer: First Machine in Orbit». NASA History. NASA. Consultat el 2016-09-15.
- ↑ Rutter. «Computers in space». Donen's Data. Consultat el 2016-09-15.
- ↑ «Space flight chronology». IBM Archives. IBM. Consultat el 2016-09-15.
- ↑ «IBM 701 – A notable first: The IBM 701». IBM Archives. IBM. Consultat el 2016-09-15.
- ↑ Glen E. Swanson, ed., "Before This Decade Is Out: Personal Reflections on the Apollo Program," Dover Publications 2012, p. 354.
- ↑ «IBM Archives: IBM and the Gemini Program».
- ↑ C. A. Leist and J. C. Condell, "Gemini Programming Manual", 1966
Enllaços externs
- About Capsules
- SpaceX Building Reusable Crew Capsule
- Gemini 11 Space Capsule [1] archivat en Wayback Machine.
- Este artícul conté una traducció derivada de «Cápsula espacial» de Wikipedia en castellà publicada baix la Llicència de documentació lliure de GNU i la Llicència Creative Commons Reconeiximent-CompartirIgual 4.0 Internacional.