Rymdskepp
Del av serie om |
en |
---|
rymdfärdshistoria |
Ansökningar |
Rymdskepp |
Rymduppskjutning |
Typer av rymdfärder |
Lista över rymdorganisationer |
Rymdfärdsportal |
En rymdfarkost är ett fordon eller en maskin utformad för att flyga i yttre rymden . En typ av konstgjord satellit , rymdskepp används för en mängd olika ändamål, inklusive kommunikation , jordobservation , meteorologi , navigering , rymdkolonisering , planetarisk utforskning och transport av människor och last . Alla rymdfarkoster utom enstegs-till-omloppsfarkoster kan inte ta sig in i rymden på egen hand och kräver en bärraket (bärraket).
På en sub-orbital rymdfärd går ett rymdfarkost in i rymden och återvänder sedan till ytan utan att ha fått tillräckligt med energi eller hastighet för att göra en hel jordomloppsbana . För omloppsflygningar går rymdfarkoster in i slutna banor runt jorden eller runt andra himlakroppar . Rymdfarkoster som används för mänskliga rymdfärder bär bara människor ombord som besättning eller passagerare från start eller omloppsbana ( rymdstationer ), medan de som används för robotiska rymduppdrag fungerar antingen autonomt eller telerobotiskt . Robotrymdfarkoster som används för att stödja vetenskaplig forskning är rymdsonder . Robotrymdfarkoster som förblir i omloppsbana runt en planetkropp är konstgjorda satelliter . Hittills är endast en handfull interstellära sonder , såsom Pioneer 10 och 11 , Voyager 1 och 2 , och New Horizons , på banor som lämnar solsystemet .
Orbitala rymdfarkoster kan vara återvinningsbara eller inte. De flesta är det inte. Återvinningsbara rymdskepp kan delas upp genom en metod för återinträde till jorden i icke-vingade rymdkapslar och bevingade rymdplan . Återvinningsbara rymdfarkoster kan vara återanvändbara (kan skjutas upp igen eller flera gånger, som SpaceX Dragon och rymdfärjans orbiters ) eller förbrukningsbara (som Soyuz ). På senare år har fler rymdorganisationer tenderat mot återanvändbara rymdfarkoster.
Mänskligheten har uppnått rymdfärd, men bara ett fåtal nationer har tekniken för orbitala uppskjutningar : Ryssland ( RSA eller "Roscosmos"), USA ( NASA ), medlemsländerna i Europeiska rymdorganisationen (ESA), Japan ( JAXA ) , Kina ( CNSA ), Indien ( ISRO ), Taiwan National Chung-Shan Institute of Science and Technology , Taiwan National Space Organisation (NSPO) , Israel ( ISA ), Iran ( ISA ) och Nordkorea ( NADA ). Dessutom har flera privata företag utvecklat eller utvecklar tekniken för orbitala uppskjutningar oberoende av statliga myndigheter. De mest framträdande exemplen på sådana företag är SpaceX och Blue Origin .
Historia
En tysk V-2 blev den första rymdfarkosten när den nådde en höjd av 189 km i juni 1944 i Peenemünde , Tyskland. Sputnik 1 var den första konstgjorda satelliten . Den lanserades i en elliptisk låg omloppsbana (LEO) av Sovjetunionen den 4 oktober 1957. Uppskjutningen inledde ny politisk, militär, teknisk och vetenskaplig utveckling; medan Sputnik-uppskjutningen var en enda händelse, markerade den starten på rymdåldern . Bortsett från dess värde som en teknisk först, hjälpte Sputnik 1 också till att identifiera det övre atmosfäriska lagrets densitet, genom att mäta satellitens omloppsförändringar. Den gav också data om radiosignalsfördelning i jonosfären . Trycksatt kväve i satellitens falska kropp gav den första möjligheten för meteoroidetektering . Sputnik 1 lanserades under det internationella geofysiska året från plats nr 1/5 , vid den 5:e Tyuratam -serien, i Kazakiska SSR (nu vid Baikonur Cosmodrome ). Satelliten färdades i 29 000 kilometer i timmen (18 000 mph), det tog 96,2 minuter att slutföra en omloppsbana och sände ut radiosignaler på 20,005 och 40,002 MHz
Medan Sputnik 1 var den första rymdfarkosten som kretsade runt jorden, hade andra konstgjorda föremål tidigare nått en höjd av 100 km, vilket är den höjd som krävs av den internationella organisationen Fédération Aéronautique Internationale för att räknas som en rymdfärd. Denna höjd kallas Kármánlinjen . I synnerhet på 1940-talet fanns det flera testuppskjutningar av V-2-raketen , av vilka några nådde höjder långt över 100 km.
Typer av rymdfarkoster
Bemannad rymdfarkost
Från och med 2016 har endast tre nationer flugit rymdfarkoster med besättning: Sovjetunionen/Ryssland, USA och Kina. Den första bemannade rymdfarkosten var Vostok 1 , som förde den sovjetiska kosmonauten Yuri Gagarin ut i rymden 1961 och fullbordade en hel bana runt jorden. Det fanns fem andra besättningsuppdrag som använde en Vostok-rymdfarkost . Den andra bemannade rymdfarkosten fick namnet Freedom 7 och den utförde en sub-orbital rymdfärd 1961 med den amerikanska astronauten Alan Shepard till en höjd av drygt 187 kilometer (116 mi). Det fanns fem andra besättningsuppdrag med Mercury-rymdskepp .
Andra rymdfarkoster med sovjetisk besättning inkluderar Voskhod , Soyuz , som flögs obemannad som Zond/L1 , L3 , TKS och rymdstationerna Salyut och Mir . Andra rymdfarkoster med amerikansk besättning inkluderar rymdfarkosten Gemini , rymdfarkosten Apollo inklusive Apollo Lunar Module , rymdstationen Skylab , rymdfärjan med fristående europeiska Spacelab och privata rymdstationsmoduler för amerikanska Spacehab , och SpaceX Crew Dragon-konfigurationen av deras Dragon 2 . Det amerikanska företaget Boeing utvecklade och flög också en egen rymdfarkost, CST-100 , vanligen kallad Starliner , men en besättningsflygning har ännu inte inträffat. Kina utvecklade, men flög inte Shuguang , och använder för närvarande Shenzhou (dess första besättningsuppdrag var 2003).
Med undantag för rymdfärjan var alla de återvinningsbara bemannade orbitala rymdfarkosterna rymdkapslar .
Den internationella rymdstationen , bemannad sedan november 2000, är ett joint venture mellan Ryssland, USA, Kanada och flera andra länder.
Rymdflygplan
Rymdplan är rymdfarkoster som är byggda i form av och fungerar som flygplan . Det första exemplet på ett sådant var det nordamerikanska rymdplanet X-15, som genomförde två besättningsflygningar som nådde en höjd av över 100 km på 1960-talet. Denna första återanvändbara rymdfarkost lanserades i en suborbital bana den 19 juli 1963.
Den första delvis återanvändbara orbitala rymdfarkosten, en bevingad icke-kapsel, rymdfärjan , lanserades av USA på 20-årsdagen av Yuri Gagarins flygning, den 12 april 1981. Under skytteltiden byggdes sex orbiters, alla varav har flugit i atmosfären och fem av dem har flugit i rymden. Enterprise användes endast för inflygnings- och landningstester, uppskjutning från baksidan av en Boeing 747 SCA och glidning till deadstick-landningar vid Edwards AFB, Kalifornien . Den första rymdfärjan som flög ut i rymden var Columbia , följt av Challenger , Discovery , Atlantis och Endeavour . Endeavour byggdes för att ersätta Challenger när den förlorades i januari 1986. Columbia bröt upp under återinträdet i februari 2003.
Den första automatiska delvis återanvändbara rymdfarkosten var skytteln i Buran -klassen, som sjösattes av Sovjetunionen den 15 november 1988, även om den bara gjorde en flygning och denna var obemannad. Detta rymdplan var designat för en besättning och liknade starkt den amerikanska rymdfärjan, även om dess drop-off boosters använde flytande drivmedel och dess huvudmotorer var placerade vid basen av vad som skulle vara den externa tanken i den amerikanska skytteln. Brist på finansiering, komplicerad av upplösningen av Sovjetunionen , förhindrade ytterligare flyg från Buran. Rymdfärjan modifierades därefter för att möjliggöra autonomt återinträde vid behov.
Enligt Vision for Space Exploration pensionerades rymdfärjan 2011, främst på grund av sin höga ålder och höga programkostnad som nådde över en miljard dollar per flygning. Skyttelns roll som transport av människor ska ersättas av SpaceX : s SpaceX Dragon 2 och Boeings CST-100 Starliner . Dragon 2:s första besättningsflyg inträffade den 30 maj 2020. Skyttelns tunga lasttransportroll ska ersättas av förbrukningsraketer som Space Launch System och ULA :s Vulcan -raket, såväl som kommersiella bärraketer.
Scaled Composites ' SpaceShipOne var ett återanvändbart suborbitalt rymdplan som transporterade piloterna Mike Melvill och Brian Binnie på på varandra följande flygningar 2004 för att vinna Ansari X - priset . The Spaceship Company kommer att bygga sin efterträdare SpaceShipTwo . En flotta av SpaceShipTwos som drivs av Virgin Galactic var planerad att påbörja återanvändbara privata rymdflygningar med betalande passagerare 2014, men försenades efter kraschen av VSS Enterprise .
Obemannad rymdfarkost
Obemannade rymdfarkoster är rymdfarkoster utan människor ombord. Obemannade rymdfarkoster kan ha olika nivåer av autonomi från mänsklig insats; de kan vara fjärrstyrda , fjärrstyrda eller till och med autonoma , vilket innebär att de har en förprogrammerad lista över operationer, som de kommer att utföra om inte annat anges.
Många rymduppdrag är mer lämpade för telerobotar snarare än besättningsdrift , på grund av lägre kostnader och lägre riskfaktorer. Dessutom är vissa planetariska destinationer som Venus eller Jupiters närhet för fientliga för mänsklig överlevnad. Yttre planeter som Saturnus , Uranus och Neptunus är för långt borta för att nås med nuvarande rymdfärdsteknologi, så telerobotiska sonder är det enda sättet att utforska dem. Telerobotics tillåter också utforskning av regioner som är känsliga för kontaminering av jordens mikroorganismer eftersom rymdfarkoster kan steriliseras. Människor kan inte steriliseras på samma sätt som ett rymdskepp, eftersom de samexisterar med många mikroorganismer, och dessa mikroorganismer är också svåra att innehålla i ett rymdskepp eller rymddräkt. Flera rymdsonder skickades för att studera månen, planeterna, solen, flera små solsystemkroppar (kometer och asteroider).
Specialklass av obemannade rymdfarkoster är rymdteleskop , ett teleskop i yttre rymden som används för att observera astronomiska objekt. De första operativa teleskopen var American Orbiting Astronomical Observatory , OAO-2 som lanserades 1968, och det sovjetiska ultravioletta teleskopet Orion 1 ombord på rymdstationen Salyut 1 1971. Rymdteleskop undviker filtrering och distorsion ( scintillation ) av elektromagnetisk strålning som de observerar, och undvika ljusföroreningar som markbaserade observatorier stöter på. De mest kända exemplen är rymdteleskopet Hubble och rymdteleskopet James Webb .
Lastrymdfarkoster är designade för att transportera last , möjligen för att stödja rymdstationernas drift genom att transportera mat, drivmedel och andra förnödenheter. Automatiserade lastfarkoster har använts sedan 1978 och har betjänat Salyut 6 , Salyut 7 , Mir , den internationella rymdstationen och Tiangong rymdstation.
Snabbaste rymdskepp
- Parker Solar Probe (uppskattade 343 000 km/h eller 213 000 mph vid första solpasset, kommer att nå 700 000 km/h eller 430 000 mph vid slutlig perihelion)
- Helios I och II solsonder (252 792 km/h eller 157 078 mph)
Längst bort från solen
- Voyager 1 vid 156,13 AU från april 2022, färdas utåt med cirka 3,58 AU/a (61 100 km/h; 38 000 mph)
- Pioneer 10 vid 122,48 AU i december 2018, färdas utåt med cirka 2,52 AU/a (43 000 km/h; 26 700 mph)
- Voyager 2 vid 122,82 AU från och med januari 2020, färdas utåt med cirka 3,24 AU/a (55 300 km/h; 34 400 mph)
- Pioneer 11 vid 101,17 AU i december 2018, färdas utåt med cirka 2,37 AU/a (40 400 km/h; 25 100 mph)
Delsystem
Ett rymdfarkosts astrionicsystem består av olika delsystem, beroende på uppdragsprofilen. Rymdfarkosternas delsystem omfattar rymdfarkostens buss och kan inkludera attitydbestämning och styrning (som ibland kallas ADAC, ADC eller ACS), vägledning, navigering och kontroll (GNC eller GN&C), kommunikation (komma), kommando- och datahantering (CDH eller C&DH), effekt (EPS), termisk kontroll (TCS), framdrivning och strukturer. Fäst till bussen är vanligtvis nyttolaster .
- Livsuppehållande
- Rymdfarkoster avsedda för mänsklig rymdfärd måste också innehålla ett livuppehållande system för besättningen.
- Attitydkontroll
- En rymdfarkost behöver ett attitydkontrollundersystem för att vara korrekt orienterad i rymden och svara på externa vridmoment och krafter korrekt. Delsystemet för attitydkontroll består av sensorer och ställdon , tillsammans med styralgoritmer. Undersystemet för attitydkontroll tillåter korrekt pekning för det vetenskapliga målet, solen pekar för kraft till solpanelerna och jorden pekar för kommunikation.
- GNC
- Guidance hänvisar till beräkningen av de kommandon (vanligtvis gjorda av CDH-delsystemet) som behövs för att styra rymdfarkosten där den önskas. Navigation innebär att bestämma en rymdfarkosts orbitalelement eller position. Kontroll innebär att justera rymdfarkostens bana för att möta uppdragets krav.
- Kommando- och datahantering
- C&DH-delsystemet tar emot kommandon från kommunikationsundersystemet, utför validering och avkodning av kommandona och distribuerar kommandona till lämpliga rymdfarkostundersystem och komponenter. CDH tar också emot hushållsdata och vetenskapliga data från de andra rymdfarkosternas delsystem och komponenter, och paketerar data för lagring på en datainspelare eller överföring till marken via kommunikationsundersystemet. Andra funktioner hos CDH inkluderar att underhålla rymdfarkostens klocka och övervakning av hälsotillståndet.
- Kommunikation
- Rymdfarkoster, både robotar och bemannade , använder olika kommunikationssystem för kommunikation med markstationer samt för kommunikation mellan rymdfarkoster i rymden. Tekniker som används inkluderar RF och optisk kommunikation. Vissa rymdfarkosters nyttolaster är dessutom uttryckligen avsedda för mark-markkommunikation med hjälp av elektroniska mottagare/återsändarteknologier .
- Power
- Rymdfarkoster behöver ett undersystem för elgenerering och distribution för att driva de olika undersystemen för rymdfarkoster. För rymdfarkoster nära solen används solpaneler ofta för att generera elektrisk kraft . Rymdfarkoster designade för att fungera på mer avlägsna platser, till exempel Jupiter , kan använda en radioisotop termoelektrisk generator (RTG) för att generera elektrisk kraft. Elektrisk kraft skickas genom kraftkonditioneringsutrustning innan den passerar genom en kraftdistributionsenhet över en elektrisk buss till andra rymdskeppskomponenter. Batterier är vanligtvis anslutna till bussen via en batteriladdningsregulator, och batterierna används för att ge elektrisk kraft under perioder då primärström inte är tillgänglig, till exempel när ett rymdskepp i låg omloppsbana om jorden överskyms av jorden .
- Termisk kontroll
- Rymdfarkoster måste konstrueras för att motstå transit genom jordens atmosfär och rymdmiljön . De måste fungera i ett vakuum med temperaturer som potentiellt sträcker sig över hundratals grader Celsius såväl som (om föremål för återinträde) i närvaro av plasma. Materialkraven är sådana att antingen hög smälttemperatur, lågdensitetsmaterial som beryllium och förstärkt kol-kol eller (möjligen på grund av de lägre tjocklekskraven trots sin höga densitet) volfram eller ablativa kol-kol-kompositer används. Beroende på uppdragets profil kan rymdfarkoster också behöva arbeta på ytan av en annan planetkropp. Det termiska styrsystemet kan vara passivt, beroende på valet av material med specifika strålningsegenskaper. Aktiv termisk styrning använder sig av elektriska värmare och vissa ställdon, såsom jalusier, för att styra temperaturintervall för utrustning inom specifika intervall.
- Framdrivning av rymdfarkoster
- Rymdfarkoster kan ha ett framdrivningsundersystem eller inte , beroende på om uppdragsprofilen kräver framdrivning eller inte. Rymdfarkosten Swift är ett exempel på en rymdfarkost som inte har ett framdrivningsundersystem. Vanligtvis innehåller dock LEO-rymdfarkoster ett framdrivningsundersystem för höjdjusteringar (sminkningsmanövrar) och lutningsjusteringsmanövrar . Ett framdrivningssystem behövs också för rymdfarkoster som utför momentum management-manövrar. Komponenter i ett konventionellt framdrivningsdelsystem inkluderar bränsle, tankage, ventiler, rör och propeller . Det termiska styrsystemet samverkar med framdrivningsdelsystemet genom att övervaka temperaturen på dessa komponenter och genom att förvärma tankar och propeller som förberedelse för en rymdfarkostsmanöver.
- Strukturer
- Rymdfarkoster måste vara konstruerade för att motstå uppskjutningsbelastningar från bärraketen och måste ha en fästpunkt för alla andra delsystem. Beroende på uppdragets profil kan det strukturella delsystemet behöva motstå belastningar som tillförs genom att komma in i atmosfären av en annan planetkropp och landa på ytan av en annan planetkropp.
- Nyttolast
- Nyttolasten beror på rymdfarkostens uppdrag och betraktas vanligtvis som den del av rymdfarkosten "som betalar räkningarna". Typiska nyttolaster kan inkludera vetenskapliga instrument ( kameror , teleskop eller partikeldetektorer , till exempel), last eller en mänsklig besättning .
- Marksegment
- Marksegmentet , även om det inte tekniskt sett är en del av rymdfarkosten, är avgörande för driften av rymdfarkosten . Typiska komponenter i ett marksegment som används under normala operationer inkluderar en uppdragsoperationsanläggning där flygoperationsteamet utför operationerna av rymdfarkosten, en databehandlings- och lagringsanläggning, markstationer för att utsända signaler till och ta emot signaler från rymdfarkosten, och en röst- och datakommunikationsnätverk för att ansluta alla uppdragselement.
- Uppskjutningsfordon Uppskjutningsfarkosten
- driver rymdfarkosten från jordens yta, genom atmosfären och in i en omloppsbana , varvid den exakta omloppsbanan beror på uppdragets konfiguration. Lanseringsfarkosten kan vara förbrukningsbar eller återanvändbar .
Se även
- Astrionics
- Kommersiell astronaut
- Flygande tefat
- Lista över bemannade rymdfarkoster
- Lista över fiktiva rymdskepp
- NewSpace
- Rymdfarkostdesign
- Utforskning av rymden
- Rymduppskjutning
- Rymdskepp i science fiction
- Rymddräkt
- Rymdfärdsrekord
- Rymdskepp
- Tidslinje för utforskning av solsystemet
- USA:s rymdutforskningshistorik på amerikanska frimärken
Citat
Källor
- Riddare, Will (23 januari 2006). "Rymdskeppshud 'läker' sig själv" . Ny vetenskapsman . Hämtad 11 februari 2008 .
- Wertz, James; Larson, Wiley J. (1999). Space Mission Analysis and Design (3:e upplagan). Torrance, Kalifornien: Mikrokosmos. ISBN 978-1-881883-10-4 .
externa länkar
- NASA: Space Science Spacecraft Missions Arkiverade 2005-11-08 vid Wayback Machine
- NSSDC Master Catalog Spacecraft Query Form
- Tidig historia av rymdfarkoster
- Grunderna i rymdfärdshandledning från JPL/Caltech
- International Spaceflight Museum