RDINAMIKA 7 AZ RHAJ INDTSA S PLYRA LLTSA

ŰRDINAMIKA — 7 AZ ŰRHAJÓ INDÍTÁSA ÉS PÁLYÁRA ÁLLÍTÁSA, MANŐVEREK A FÖLD KÖRÜL, A FÖLD HATÁSSZFÉRÁJÁNAK AZ ELHAGYÁSA

A SZOJUZ RAKÉTA

AZ ŰRREPÜLÉS FELTÉTELEI Az űrrepüléshez tehát szökséges egy nagy tolóerejű rakétakomplexum. Ennek tolóereje legalább 20, de általában 40 -60%-kal meghaladja a starttömeget. Induláskor ez a tolóerő gyorsítja a komplexumot és a megengedett határon túli lengést a segédrakéták automatikus működtetésével akadályozzák meg. Később, amikor már a pályasíkra állás történik, a rakéta stabilizálását a centrifugális erő is segíti. Így jut a hasznos teher a gyorsítás eredményeként a pálya apogeumába, majd a sebesség és a beállítási szög hibaértékeinek megfelelő pályára áll.

A SZOJUZ RAKÉTA ADATAI Starttömeg súlyereje: 3 041 000 N, (kb. 310 tonna); Tolóerő: kb. 4 905 000 N (4, 905 MN); A tolóerő/súlyerő viszonya: 1, 613: 1 -hez; Ennek megfelelően a starttól a pályára állásig mintegy 9, 5 perc telik el. A Saturn V rakétánál ez a művelet kb. 11, 5 percet vesz igénybe (itt a tolóerő/súlyerő aránya kb. 1, 21: 1). A Szojuz rakétakomplexum három fokozatból áll: az első és második fokozat együtt dolgozik, majd az első 45 km-en leválik, a második a pályára állás előtt válik le, közel körpálya-sebességet hoz létre. A harmadik gyorsít, létrehozza az első kozmikus sebességet, majd a megközelítést, végül a leválasztás után a visszatérési manővereket biztosítja.

INDULÁS ÉS PÁLYÁRA ÁLLÁS Az űrkomplexumot tehát nem „kilövik”, hanem indítják és pályára állítják. A „kilövés”, mint fogalom azt jelentené, hogy a komplexum a másodperc töredéke alatt megsemmisülne. Az induláshoz a komplexumnak meghatározott feltételeknek kell megfelelnie. A tolóerő/tömeg viszony biztosítsa a sűrű légrétegen való minél gyorsabb átjutást, majd a további emelkedést és az űrobjektum meghatározott magasságon való pályára állítását. A startot követően a rakéta állandóan imbolyog, amit a segédhajtóművek állítanak helyre.

INDULÁS ÉS PÁLYÁRA ÁLLÁS Az emelkedés szakaszán a rakétára ható erők a következőképpen alakulnak:

A PÁLYÁRA ÁLLÁS Szkennelő berendezés A Föld középpontjának az iránya A fedélzeti rendszer automatikusan meghatározza a helyi függőlegest, majd ugyancsak automatikusan, minimális hibával (3 -5’), beállítja 90°-ra a függőlegeshez az űrhajó hossztengelyét.

FÖLD KÖRÜLI PÁLYÁK

A FÖLD KÖRÜLI PÁLYÁK A Föld körüli pályák megnevezése: 1— egyenlítői pálya, 2 — sarki pálya , 3 — direkt pálya, 4 — retrográd pálya

INDULÁS ÉS PÁLYÁRA ÁLLÁS Az emelkedés szakaszán a rakéta stabilitása az alábbi módszerek segítségével biztosítható:

INDULÁS ÉS PÁLYÁRA ÁLLÁS A következő feltételek a pályára állásnál jelentkeznek. Itt ugyanis: —fel kell gyorsítani az űrhajót a körpályasebességre. — meg kell határozni a helyi függőlegest, s ahhoz kell a hossztengelyt nagy pontossággal 90°-ra beállítani. Ezt automatika végzi. ; Az elsőnél a hiba 3 -5 m/s , a másodiknál 3 -5’ (fokperc) lehet. A beállítást automata végzi, a sebességet a hajtómű kikapcsolásának időpontja határozza meg. Ha a pályára állási magasság nagy, (200 -250 km fölötti), akkor a sebességnél és beállítási szögnél is a hiba nagyobb lehet. (Kubászov-Farkas esete)

STARTTÓL A PÁLYÁRA ÁLLÁSIG A startnál a tolóerő/tömeg hányadosa 1, 2– 1, 6; A rakéta első fokozatát 45– 50 km-en választják le; A második fokozat leválasztási magassága általában 170 -200 km, s innen a harmadik fokozat gyorsítja fel az űrobjektumot az első kozmikus sebességre, s ez a fokozat biztosítja a szükséges manővereket is. A starttól a pályára állásig az űrhajósokra ható gyorsulás értéke 9, 81 és 45 m/s 2 közötti lehet, s ennek megfelelően a terhelési többes 1 és 4, 5 g között változhat, ami már a végén az űrhajósokra jelentős terhelést jelent.

AZ EMELKEDÉSI SZAKASZ Az emelkedési szakaszon, a biztonság szempontjából a fő feladat: — a lengés normán belül tartása (a segédhajtóművek működésének eredményeként emelkedés közben a folyamatosan imbolygó rakétamozgást helyreállítják (bajkonúri emlék). — az emelkedés második szakaszában ez a veszély csökken, majd megszűnik, mert egyre nagyobb szerephez jut a centrifugális erő, amely a komplexum mozgását stabilizálja. — a megközelítés szakaszában már nem ez, hanem a megközelítési sebesség betartása a fő feladat.

A MEGKÖZELÍTÉS FOLYAMATA — 8500 m — — 1102 m — — 755 m — — 398 m — — 268 m — — 242 m — — 206 m — — 167 m — — 143 m — — 100 m — — 86 m — — 67 m — — 47 m — — 34 m — — 20 m — — 15 m — 11, 5 m/s; 4, 06 m/s, 2, 99 m/s, 1, 75 m/s, 1, 23 m/s, 1, 15 m/s, 1, 00 m/s, 0, 87 m/s, 0, 80 m/s, 0, 56 m/s, 0, 49 m/s, 0, 42 m/s, 0, 55 m/s, 0, 49 m/s 0, 40 m/s, 0, 31 m/s.

A SZOJUZ RAKÉTA RD– 107

DZSANYIBEKOV ÉS MAGYARI A SZOJUZ-36 -OS ELŐTT

ŰROBJEKTUMOK IRÁNYÍTÁSA ŰRHAJÓ (ŰRÁLLOMÁS) IRÁNYÍTÁSA IRÁNYÍTÁS A TÖMEGKÖZÉPPONTHOZ VISZONYÍTVA TÁJOLÁS STABILIZÁLÁS A TÖMEGKÖZÉPPONT IRÁNYÍTÁSA NAVIGÁCIÓ RÁVEZETÉS

KISFILMEK KISFILM A STARTRÓL ÉS A PÁLYÁRA ÁLLÁSRÓL, VALAMINT A MANŐVEREZÉSRŐL ÉS A TÁJOLÁSRÓL (Végleges űrdin. , Videoklip) TIVB-39… Szojuz_szasz… How_to… Endevour’s…

A SZOJUT-36 PÁLYÁRAÁLLÁSA Sajátos, ritka helyzet alakult ki, mert a tkp. -ni apoge-um nem magasabban volt a perigeumnál, hanem ala-csonyabban: Hp = 240 km; Ha = 198 km. Így, az át-lagos magasság H = 219 km volt. Ezen a magassá-gon az első kozmikus sebesség értéke: 7777 m/s-20 m/s = 7757 m/s lehetett a pályáraállási sebesség.

JELENTÉS AZ IRÁNYÍTÓKÖZPONTBÓL (máj. 19 -én) 1980. máj. 27 -én: V km/s Szaljut– 6: Hmax. = (368, 46 km) 360, 48 km, 7, 691097 Hmin. = (348, 73 km) 340, 85 km, 7, 702381 t = (91, 49 perc) 91, 36 perc, 91 min 21, 6 s i = 51, 6 fok. Szojuz– 36: Hmax. = Hmin. = t = i = 319, 06 km, 263, 07 km, 90, 08 perc, 51, 6 fok. Az űrállomás magasságának a csökkenése egy fordulat alatt kb. 20 -30 m, egy nap alatt Mintegy 320– 480 m, és egy hónap alatt a 9, 6– 14, 4 km vagy több is lehet. Íz első három kör alatt, egy ford. alatt 690 km-rel kerültek közelebb az űrállomáshoz, majd kisebb lett a megköz. seb.

AZ ELSŐ MAGYAR ŰRHAJÓS ÁTÚSZIK AZ ŰRÁLLOMÁSRA

FÉMOLVASZTÁS ELŐKÉSZÍTÉSE A SZALJUT– 6 ŰRÁLLOMÁSOM

FELKÉSZÜLÉS A VISSZATÉRÉSRE

A VISSZATÉRŐ EGYSÉG ÚJRA A FÖLDÖN

A FÁRADT, DE BOLDOG ŰRHAJÓSOK ISMÉT AZ ÉDES ANYAFÖLDÖN

AZ ŰRHAJÓSOK BUDAPESTEN

A FÖLD KÖRÜLI KERINGÉS ADATAI Magasságcsökkenés egy kör megtétele esetén (km), ha a magaslégköri viszonyok átlagosak: 480 km 400 km 340 km 320 km 190 km 160 km 0, 016 m 0, 032 m 1, 145 m 1, 55 m 7. 6 m 53, 1 m A pályán maradás időtartama (nap): 200 km 250 km 300 km 350 km 400 km 500 km 0, 4 (9, 6 óra) 4 20 65 160 1010

ELLIPSZISPÁLYA-ADATOK(nap) HP (km) 200 230 260 400 500 9 25 53 410 Apogeummagasság (km) 700 1000 1300 1600 18 37 58 82 52 102 165 237 116 238 370 535 1120 2630 4450 6600 200 km-en a pályán maradás időtartama 0, 4 nap, ha az apogeum 500 km, az időtartama 9 napra növekszik.

MANŐVEREK A FÖLD KÖRÜL A Föld körüli manőverek három fajtáját ismerjük: — gyorsítás, magasságnyerés céljából alkalmazzuk; — fékezés, a magasság csökkentése érdekében végezzük; — oldalirányú manőver, a pályasík megváltoztatása céljából alkalmazzuk. Az első két manővernél figyelembe kell venni, hogy a sebességváltozás magasságváltozással jár. A pályasík-változtatás pedig igen sok hajtóanyagot igényel.

A PÁLYASÍK MEGVÁLTOZTATÁSA A repülési pályasík változtatása a világűrben kizárólag az oldalirányú impulzus alkalmazásával lehetséges.

OLDALIRÁNYÚ MANŐVER Miért nem célszerű az oldalirányú manőver? — tételezzük fel, hogy egy meghatározott magasságon a körpálya hossza 42 000 km (~ H = 300 km); — Ebben az esetben 1°-nak a km-ben számított értéke 42 000/360 = 117 km. A pályára álló űrobjektum hajtóművének tolóerő/tömegviszonyszáma kb. 1: 1 -3 lehet. Ebben az esetben 1° helyesbítéshez mintegy 39 -117 s-ig kell a hajtóművet működtetni. A fogyasztás kb. 30– 60 kg/s, így az eddigieknél 1170 --3510 kg-mal több hajtóanyagot kellene az űrhajón rendelkezésre álljon. Ez növelné a starttömeget. (Kb. 1, 17 --3, 5 tonna lenne a többletteher) (33— 50 t st. t. )

A KUBÁSZOV–FARKAS PÁROS MANŐVEREI

A SZOJUZ– 36 MANŐVEREI Az űrhajó pályára állás időpontjában az űrállomás már több ezer km-rel előbbre volt. A három kör, amelyet kb. 218 km átlagos magasságú pályán végeztek, azt jelentette, hogy nagyobb sebességgel haladtak, mint az űrállomás, így kb. 900 km-rel kerültek közelebb. Az első magassági manővert követően, kisebb megközelítési sebességgel, de huzamosabb időtartammal, ismét közelebb került egymáshoz a két űrobjektum, s a második magassági manővert követően az előírt megközelítési távolságon belül volt az űrhajó, s megkezdhette a közelítést.

TALÁLKOZÁS A VILÁGŰGŰRBEN A világűrben való találkozás mozzanatai, miután az űrhajó az űrállomás magasságához közeli magasságra emelkedett: – az űrállomás felderíti az űrhajót; – az űrhajó automatikus berendezése befogja az űrállomást; – az automata vezérlőberendezés megkezdi a megközelítést, miközben a sebességet fokozatosan csökkenti, és felemelkedik az űrállomás magasságára. Az utolsó métereket már egy magasságon teszik meg az űrobjektumok, majd összekapcsolódnak.

MEGKÖZELÍTÉS ÉS ÖSSZEKAPCSOLÁS Amikor az űrhajó az űrállomás mögött megfelelő távolságon tartózkodik, az automatika átveszi az irányítást és szabályozza a megközelítési sebességet. Ezek a megközelítési sebességértékek, a Szojuz– 36 -os esetében az alábbiak voltak: 8500 m – 11, 5 m/s, 67 m – 0, 42 m/s, 1102 m – 4, 06 m/s, 34 m – 0, 49 m/s, 206 m – 1, 00 m/s, 20 m – 0, 40 m/s, 100 m – 0, 56 m/s, 15 m – 0, 31 m/s.

A MEGKÖZELÍTÉS VESZÉLYE A megközelítés befejező szakaszában a megközelítési sebesség tehát 0, 30 m/s alatt kell legyen, s általában 0, 15 m/s körüli értéknél történik meg a találkozás. Ez a követelmény azzal kapcsolatos, hogy az űrhajó a súlytalanság állapotában van ugyan, de tömege (kb. 6 tonna) megmarad és még ez a kis sebesség is e tömegnek nagy erőt kölcsönöz. Ez történt pl. a Mír űrállomással, amikor egy teherűrhajó irányítórendszere meghibásodott, a csatlakozás nem sikerült. A v = 15 cm/s sebességű űrhajó összetört egy napelemtáblát. A táblacserét Dzsannyibekov végezte el.

ÖSSZEKAPCSOLÁS UTÁN Miután a két objektum összekapcsolása megtörtént, a személyzet ellenőrizte a hermetikus zárást. Ez úgy történik, hogy az űrállomáson és az űrhajóban is ellenőrzik a nyomást. Ha a nyomás nem csökken, mindkét oldalon kinyitják a zsilipajtókat, s szabaddá válik az út az űrhajósok előtt, s átúszhatnak az űrállomásra. A zsilipajtó kinyitása sem egyszerű feladat. Ezt bizonyítja Farkas Bertalanék esete is, amikor az ajtó kinyitása — mivel az kicsit beszorult —, csak hosszas próbálkozás után sikerült. (némi találékonyságra volt szükség).

MANŐVER A FÖLD KÖRÜL

MANŐVER KÖRPÁLYÁRÓL ELLIPSZIS PÁLYÁRA

MANŐVER BELSŐ ELLIPSZISRŐL KÜLSŐ ELLIPSZISRE

A PÁLYASÍK MEGVÁLTOZTATÁSA MANŐVER UTÁNI PÁLYA MANŐVER ELŐTTI PÁLYA

A KERINGÉSI IDŐ FIZKAI HÁTTERE Adott egy Föld körül keringő űrobjektum, ismert a Ha és Hp adatokkal. Kiszámítandó a keringési idő. Az azonos keringési idejű körpályának a sugara (a = r):

A KERINGÉSI IDŐ KÉPLETE vagy A keringési idő meghatározására a fenti képletek használata a legcélszerűbb, de ezekhez is meg kell határozni az a értékét, amely a Föld sugara + az apogeum és a perigeum-magasság összegének a fele. Tehát a két magasságérték összegét, osztani kell kettővel.

A MECHANIKAI ENERGIA A kinetikai és a potenciális energia képletei: Ez alapján felírhatjuk a teljes mechanikai energia képletét az alábbi formában:

A SEBESSÉG BÁRMELY r TÁVOLSÁGON A γM nem más, mint az adott égitest gravitációs mutatója, s ezt K-val jelöljük. A Föld gravitációs mutatója: KF = 398600 km 3/s 2; a Napé: KN = 1, 32718 · 1011 km 3/s 2; a Holdé KH = 4903 km 3/s 2.

TÁVOLODÁSI SEBESSÉG A FÖLD HATÁSSZFÉRÁJÁNAK A HATÁRÁN

A GEOSACIONÁRIUS PÁLYA MEGHATÁROZÁSA A feladat megtalálni azt a távolságot a Föld középpontjától, illetve felszínétől, melyen a pályára állított űrobjektum szögsebessége megegyezik a Föld forgásának szögsebességével, azaz látszólag egy pont felett áll. Ekkor az űrobjektum szögsebessége: A fenti egyenletben v az r magassághoz tartozó körpályasebesség.

A GEOSTACIONÁRIUS PÁLYA MEGHATÁROZÁSA Ebben az esetben pedig felírhatjuk a körmozgás vizsgálata során megállapított összefüggést: Majd pedig behelyettesítve:

A GEOSTACIONÁRIUS PÁLYA MEGHATÁROZÁSA Másik oldalról viszont tudjuk, hogy a Föld forgási periódusideje 23 óra 56 perc és 4, 1 másodperc, vagyis: Ebből pedig kifejezhetjük azt a sugarat (tömegközéppontok távolságát), amelyen ez a feltétel teljesül:

A GEOSTACIONÁRIUS PÁLYA MEGHATÁROZÁSA Helyettesítsünk be az imént kapott egyenletbe: Ez tehát a geostacionárius pálya Föld középpontjától mért sugara. A felszíntől mért magassága 6371 km-rel kevesebb, vagyis: H = 42164, 157 km – 6378 km = 35793, 157 km.