Pokud vše půjde podle plánu, ohnivý drak rozzáří oblohu nad Atlantikem, než se snad 8. března ochladí vodou. Kapsle SpaceX Dragon 2 má obrovský význam pro vesmírné lety, protože se právě stala prvním komerčním vozidlem, které automaticky zakotví u Mezinárodní vesmírné stanice (ISS) a jeho cílem je dopravit tam astronauty za několik měsíců. Nyní čelí jedné z nejnebezpečnějších částí své mise – bezpečnému návratu na Zemi.
ISS a nyní ukotvená kapsle Dragon 2 v současné době obíhají rychlostí 27,600 400 km za hodinu, asi XNUMX km nad povrchem Země. Aby objekt na oběžné dráze mohl bezpečně přistát, což je zjevně zvláště důležité, pokud má přepravovat astronauty, je třeba tuto obrovskou rychlost snížit přibližně na nulu, jakmile dosáhne zemského povrchu.
Tato změna rychlosti bude pocházet ze směsi střelby raket, tření, odporu vzduchu, padáků a nakonec vody. Rozhodujícím aspektem, jak toho dosáhnout, je vypočítat, pod jakým úhlem přivést objekt atmosférou. Rychlost jakéhokoli objektu na oběžné dráze je součinem dvou složek, z nichž jedna se pohybuje směrem ke středu Země a druhá ve směru její oběžné dráhy. Takže když kosmická loď znovu vstoupí do atmosféry, její pohyb bude kombinací těchto.
Prvním krokem, jak dostat Dragon 2 domů, je zpomalit orbitální rychlost kosmické lodi. Toho bude dosaženo odpalováním raket proti směru letu, strmším úhlem pohybu (viz obrázek níže), dokud se neponoří do hustších oblastí atmosféry. Potřebná změna rychlosti je ve skutečnosti velmi malá – stačí zpomalit zhruba o 60 sekundy rychlosti stanice. O zbytek se pak postará zemská atmosféra.
Ale záleží na úhlu vstupu do atmosféry. Pokud je příliš strmá, kapsle zaznamená nadměrné zpomalení. Pokud je příliš mělká, nebude dostatečná brzdná síla, aby loď dostatečně zpomalila pro přistání. Je dokonce možné skončit přeskočením kosmické lodi podél atmosféry, jako když sbíráte kámen na rybníku. Proto musí kosmická loď cestovat v úzkém rozsahu možných úhlů nazývaných „vstupní koridor“.
Obrovská rizika
Jak kapsle prochází atmosférou, bude si prorážet cestu stále hustším vzduchem. To způsobuje tření kolem vnějšku kosmické lodi a její zahřívání. V zásadě jde o přeměnu energie z kinetické (pohyb) na tepelnou (teplo). Vysoké rychlosti návratu také vytvářejí rázovou vlnu před kosmickou lodí, která ohřívá vzduch na tisíce stupňů. Je to podobné, jako když se vzduch ohřívá v pumpičce jízdního kola, když je stlačen. Vytvořené teplo může být vyšší než bod tání kovů v kůži kosmické lodi, takže musí být přítomen dobrý tepelný izolátor, který jej ochrání.
Kosmická loď Dragon používá systém tepelné ochrany na bázi uhlíku – vrstvu ablačního materiálu, který shoří a chrání kosmickou loď. Důležitost tepelného stínění byla zdůrazněna během incidentu raketoplánu Columbia, při kterém byla při startu poškozena deska, což vedlo k rozpadu raketoplánu při návratu a zabití členů posádky.
Generované teplo bude také záviset na vstupním úhlu. Pokud je úhel příliš strmý, teplo generované rázovou vlnou a třením v přední části kosmické lodi překryje stínění, což potenciálně způsobí, že se kosmická loď rozpadne nebo exploduje. Nicméně, pokud vše půjde dobře, očekává se, že pokročilé materiály tepelného stínění použité na Dragonu 2 vydrží stovky atmosférických návratů.
Rychlé zpomalení také generuje silnou g-sílu. To jsou síly, které cítíte, že působí na vaše tělo při zrychlení, například na horské dráze. Jedno g je ekvivalentem zemské gravitace. Při standardním přistání Sojuzu zažijí astronauti až asi 6 g. Při jednom z nejextrémnějších přistání Sojuzu v roce 2008 zaznamenali astronauti více než 8 g, což mělo za následek potíže s dýcháním a kompresi páteře pro posádku.
Lidské tělo má omezenou toleranci vůči g-sílám – většina lidí omdlí při trvalém zrychlení 7g. Vzhledem k tomu, že Dragon 2 je navržen jako první komerční kosmická loď pro cestující, musí být zpomalovací síly a tolerance tepla při tomto testu prokazatelně v bezpečných mezích.
Abychom otestovali tuto bezpečnost pro nové astronauty, má start Dragon 2 odvážného pasažéra. Ripley je figurína, která sedí na jednom ze sedadel posádky a bude sbírat data, jako je vnitřní teplota, tlak a zaznamenané g-síly. To nakonec určí, zda je návrat bezpečný pro lidi.
Touchdown
Jakmile zpomalení v důsledku tření dostatečně zpomalí kosmickou loď, zbývající rychlost se sníží pomocí kombinace padáků a splashdown v Atlantiku. Až bude Dragon 2 připraven k obsazení, bude postup obnovy pravděpodobně podobný jako u amerických misí v 1960. a 70. letech. Kapsle bude plavat v oceánu a astronauti jsou poté vyzvednuti lodí nebo vrtulníkem. Historicky se tato čekací doba pro posádku pohybovala mezi 30 a 90 minutami.
Dřívější návrhy Dragonu 2 zahrnovaly řízené přistání, které zahrnovalo zpomalení pomocí raket, podobné nedávným přistáním pomocných raket Falcon. Ale to je dražší a může to být nebezpečnější.
Zatímco měkčí přistání ve vodě má své výhody, alternativou je návrat na souš. To je přístup, který zvolil Boeing CST-100 Starliner, který bude používat kombinaci padáků a airbagů ke snížení své přistávací rychlosti. Starliner má na příští měsíc naplánovaný první testovací let na ISS, rovněž bez posádky.
Stejně jako Starliner se i kapsle Sojuz (které jezdí od konce 1960. let) vracejí na pevninu. Používají však malé brzdící rakety v poslední možné vteřině, aby zmírnily přistání, a jsou dosud nejúspěšnější kosmickou lodí s dlouhou životností.
Přistání a zotavení Dragonu 2 bude představovat zásadní milník v komerčních vesmírných letech. Pokud bude úspěšná, bude to poprvé, co soukromá společnost vynese na oběžnou dráhu kosmickou loď s hodnocením pro lidi, připojí se k ISS a bezpečně ji vrátí na Zemi. Pokud uspěje, podnikne v červenci druhou testovací cestu s astronauty NASA na palubě. Takový úspěch doufejme výrazně zlepší naše vyhlídky na další průzkum lidského vesmíru.
Přečtěte si další příběh
Pouhých 39 hodin poté, co SpaceX vrátila čtyři soukromé astronauty na Zemi, je další start posádky NASA pro NASA naplánován na středu z Floridy, přičemž planetární geolog, lékař a bývalí američtí a italští stíhací piloti míří na Mezinárodní vesmírnou stanici.
Čtyři astronauti přidělení k misi Crew-4 NASA museli čekat několik dní navíc, než zahájili svůj let na stanici. SpaceX a NASA zpozdily start letu Crew-4, aby počkaly na odlet další kapsle posádky ze stanice, návrat, který samotný byl posunut o týden zpět kvůli omezením v plánování a obavám z počasí.
Kapsle Dragon Endeavour společnosti SpaceX se však v neděli konečně odpojila od stanice, čímž se uvolnil dokovací port potřebný pro přílet mise Crew-4. Dragon Endeavour a jeho čtyřčlenná posádka využili přestávky v silném větru a ve 1:06 se bezpečně vrhli dolů u pobřeží Georgie. EDT (1706 GMT) pondělí, končí první zcela soukromá, nevládní mise na Mezinárodní vesmírnou stanici.
17denní let pro společnost Axiom Space, společnost sídlící v Houstonu, byl první plně komerční misí svého druhu, která navštívila výzkumný komplex na oběžné dráze. Je to průkopník budoucích soukromých letů posádky na stanici a nakonec by mohl vést k vývoji soukromě vlastněné základny na nízké oběžné dráze Země.
Splashdown uvolnil cestu pro start mise Crew-4 na kosmické lodi Dragon Freedom společnosti SpaceX – nové kapsli ve flotile společnosti – z podložky 39A v Kennedyho vesmírném středisku NASA ve středu ve 3:52 EDT (0752 GMT). Raketa Falcon 9 poháněná třikrát létajícím opakovaně použitelným posilovačem prvního stupně vyšle na oběžnou dráhu kapsli Dragon.
Velitel Kjell Lindgren, veterán z jedné předchozí expedice na vesmírné stanici, vede čtyřčlennou posádku čekající na středeční start. Připojí se k němu pilot Bob Hines a specialistka na mise Jessica Watkinsová, dva první piloti ze sboru astronautů NASA. Posádku doplňuje astronautka Evropské vesmírné agentury Samantha Cristoforettiová, rodačka z Itálie, která v letech 200 a 2014 strávila na oběžné dráze téměř 2015 dní.
“Skutečně jsme ve zlaté éře vesmírného průzkumu,” řekl administrátor NASA Bill Nelson. “Viděli jsme první soukromou misi astronautů, která se úspěšně vrátila, nyní 39hodinový obrat a vypustíme Crew-4.”
Pokud start odstartuje ve středu brzy, mají astronauti Crew-4 zakotvit v modulu Harmony na vesmírné stanici ve 8:15. Středa EDT (čtvrtek 0015 GMT).
Inženýři SpaceX a NASA zkontrolovali data z mise Axiom a povolili start mise Crew-4 během kontroly připravenosti ke startu začátkem úterý.
„Celkově to byl velmi čistý let, opravdu bez větších problémů,“ řekl Steve Stich, programový manažer komerční posádky NASA. „Tým prošel všechna data a měl možnost si vše prohlédnout. Podívali se na systém tepelné ochrany.”
Stich řekl, že padáky na kosmické lodi Dragon Endeavour si v pondělí vedly dobře, bez známek opožděného nafouknutí kteréhokoli ze čtyř hlavních skluzů, což je jev pozorovaný při několika předchozích letech Dragonu.
Mise Crew-4 bude sedmým startem astronautů společnosti SpaceX a čtvrtým operačním rotujícím letem posádky na vesmírnou stanici v rámci mnohamiliardové smlouvy s NASA. Vesmírná agentura v únoru oznámila, že udělila společnosti SpaceX tři další lety s posádkou na kosmické lodi Dragon, což je prodloužení smlouvy v hodnotě téměř 900 milionů dolarů pokrývající mise Crew-7, Crew-8 a Crew-9.
NASA má podobnou smlouvu s Boeingem na šest operačních misí posádky na kosmické lodi Starliner, která je stále ve své testovací fázi a dosud s astronauty nelétala.
Stich řekl, že poslední naložení nákladu do kosmické lodi Dragon Freedom bylo dokončeno v rámci přípravy na středeční start. Záchranné týmy SpaceX, americké vojenské záchranné síly a pobřežní stráž jsou připraveny misi podpořit, řekl.
V Kennedyho vesmírném středisku je 90% šance na přijatelné počasí pro start ve středu ráno a nízké až střední riziko špatných podmínek podél výstupového koridoru Falconu 9 směřujícího na severovýchod přes Atlantský oceán. SpaceX monitoruje podmínky na nižší úrovni, aby zajistila, že počasí a stavy moře budou bezpečné pro dopadení kosmické lodi Dragon v případě přerušení letu způsobeného poruchou rakety.
Jakmile kosmická loď Dragon dopraví svou posádku na vesmírnou stanici, Lindgren, Hines, Cristoforetti a Watkins obdrží instruktáž od čtyř astronautů, které na stanici nahrazují.
Letový plán požaduje předání nejméně pěti dnů mezi novými astronauty Crew-4 a odcházejícími astronauty Crew-3, kteří mají předběžně odletět ze stanice kolem 4. května, přičemž se zaměří na splashdown u pobřeží Floridy kolem 5. května. dokončují svou téměř šestiměsíční misi.
Velitel Raja Chari, pilot Tom Marshburn a specialisté na misi Matthias Maurer a Kayla Barron zahájili misi Crew-3 loni v listopadu. Pojedou na kosmické lodi Dragon Endurance společnosti SpaceX zpět na Zemi a astronauty Crew-4 nechají na stanici se třemi ruskými kolegy z kosmonautů.
Lindgren a jeho posádka poletí na první misi čtvrté – a pravděpodobně poslední – vesmírné lodi Dragon hodnocené lidmi od SpaceX. Posádka minulý měsíc oznámila, že nová kapsle bude pojmenována „Svoboda“.
“Chceme oslavit to, co považujeme za základní lidské právo, a také oslavit to, čeho je nespoutaný lidský duch schopen,” řekl Lindgren na předletové tiskové konferenci. “A je to také jen odraz toho, jak daleko jsme se dostali.”
Jméno také ctí Freedom 7, kapsli, která vynesla astronauta Alana Sheparda do suborbitálního prostoru na první americké misi pro lidský vesmír v květnu 1961.
“Vidět první spuštění Freedom 7 a vidět, kde jsme dnes, je opravdu pozoruhodná věc,” řekl Lindgren. “Takže jsme chtěli oslavit svobodu pro novou generaci vesmírných letců.”
Nová kosmická loď Dragon Freedom vypadá jako další tři kapsle ve flotile opakovaně použitelných vozidel SpaceX. Přichází však s některými vylepšeními, včetně vylepšení systému hlasové komunikace.
Astronauti také oznámili přídavek, který by ocenil každý na dlouhé cestě.
“Nyní máme v této kosmické lodi USB nabíjecí porty,” řekl Lindgren. “Tohle je něco, co jde na nízkou oběžnou dráhu Země a dostane nás na vesmírnou stanici, a mluvím o portech USB.”
Nabíjecí porty umožní astronautům dobít energii na jejich tabletech, které obsahují referenční materiály pro let až k vesmírné stanici.
“Jsou to maličkosti. Dále kávovar,“ vtipkoval Lindgren.
“Ačkoliv bez wifi!” odsekl Hines.
Posádka získá přístup k internetu po příletu na vesmírnou stanici. Komunikace na palubě kosmické lodi Dragon prochází řízením mise SpaceX v Hawthorne v Kalifornii.
Lindgren, 49 let a otec tří dětí, se narodil na Tchaj-wanu a vyrůstal v Anglii a ve Spojených státech, poté navštěvoval US Air Force Academy, kde byl členem školního parašutistického týmu. Později získal lékařský titul a stal se letovým chirurgem NASA, než byl v roce 2009 vybrán do sboru astronautů NASA.
Po dokončení své první vesmírné mise, dlouhodobé expedice, která trvala 141 dní, byl Lindgren přidělen jako záloha astronautům NASA Dougu Hurleymu a Bobu Behnkenovi na prvním zkušebním letu SpaceX Dragon, který měl vynést lidi na oběžnou dráhu.
Hines je 47letý podplukovník amerického letectva, který se připravuje na svůj první start do vesmíru. Narodil se v Severní Karolíně a vyrostl v Pensylvánii, poté sloužil jako stíhací pilot F-15E a vystudoval Air Force Test Pilot School. Hines pokračoval v pilotování F-15 jako zkušební pilot a nasazen v zámoří na podporu operací speciálních sil a zároveň pracoval jako zkušební pilot pro Federal Aviation Administration.
NASA najala Hines jako výzkumného pilota se sídlem v Houstonu v roce 2012 a agentura ho vybrala, aby se stal astronautem v roce 2017.
Watkins se také připojil ke sboru astronautů NASA v roce 2017. 33letá vědkyně se stane první černoškou, která bude žít a pracovat na vesmírné stanici pro dlouhodobou misi.
“Myslím, že je to určitě důležitý milník jak pro naši agenturu, tak pro zemi,” řekl Watkins. “Myslím, že je to opravdu jen pocta odkazu černošských astronautů, které se objevily dříve, stejně jako vzrušující budoucnosti před námi.”
Narodila se v Marylandu a za své rodné město považuje Lafayette v Coloradu. Získala doktorát z geologie na UCLA, poté se připojila k vědeckému týmu pracujícímu na misi Curiosity Mars rover NASA, podílela se na návrhu systému pro vozítko Perseverance a misi Mars Sample Return.
Watkins byl jedním z 18 astronautů jmenovaných NASA v roce 2020 pro potenciální budoucí úkoly k misím na Měsíc v rámci lunárního programu agentury Artemis. Řekla, že její práce na stanici, kromě jiných úkolů, pomůže vyvinout technologii a robotiku pro program Artemis, spolu s experimenty v oblasti radiační ochrany a lidského zdraví a biologického výzkumu, což jsou všechny oblasti zaměřené na umožnění delších a vzdálenějších misí do vesmíru.
“Jak se NASA otáčí k Měsíci a Marsu, tím otočným bodem je vesmírná stanice,” řekl Hines. “Takže veškerá tato technologie míří na vesmírnou stanici, kde ji vyvíjíme a zdokonalujeme, než ji otočíme a pošleme na Měsíc a nakonec na Mars.”
Cristoforetti, 44, strávila ve vesmíru více času – téměř 200 dní – než kterýkoli z jejích členů posádky. Stejně jako Lindgren odstartovala na první vesmírnou misi na palubě ruské rakety a kosmické lodi Sojuz.
Cristoforetti se narodil v Miláně v Itálii a získal magisterský titul v oboru strojírenství na Technické univerzitě v Mnichově. Než ji ESA vybrala do své třídy astronautů v roce 2009, byla stíhací pilotkou italského letectva.
Astronauti budou během svého pobytu na vesmírné stanici provádět výstupy do vesmíru a provádět experimenty. Cristoforetti může mít šanci zamířit mimo stanici v ruském skafandru, aby pomohl aktivovat evropské robotické rameno.
Mise Crew-4 má skončit v polovině září opětovným vstupem a splashdown u pobřeží Floridy. Mise Crew-5 NASA je připravena ke startu na vesmírnou stanici na začátku září.
Email autorovi.
Sledujte Stephena Clarka na Twitteru: @StephenClark1.
