Povratak vasionskog broda »Planetoljota« na zemlju

Kada je SSSR lansirao u orbitu Zemlje prvi u istoriji veštački satelit, nauka je zauzela jedno od najnepristupačnijih tvrđava nepoznatog.

Nova, još veća pobeda čoveka u nauci, jeste postizanje druge kosmičke brzine, koja je omogućila letilici da savlada Zemljinu težu, dostigne Mesec i ode u orbitu Sunca.
Lansiranje veštačkih tela u vasionu u tim godinama postalo je veoma privlačno. Jedna za drugom odlazile su iza predela atmosfere ogromne vasionske laboratorije koje se nisu vraćale, jer su pri povratku i približavanju Zemlji sagorevale u gušćim slojevima atmosfere.

»Nebeska tela« lansirana u razređenu sredinu predvorja vasione ne mogu se beskonačno zadržati na prvobitnoj orbiti jer se zbog otpora, apogej² orbite »nebeskog tela« spušta sve niže.

Letilica, lansirana sa Zemlje, mora se vratiti ponovo na nju da bi naučnici došli do stvarnih - autentičnih - podataka na osnovu kojih bi se po rešenju problema spuštanja letilice iz vasione na Zemlju, mogao planirati i let čoveka u vasionski prostor.

Do 20. avgusta 1960. godine, svetska nauka nije raspolagala primerom letilice vraćene iz vasione na Zemlju. Međutim, toga dana je ceo svet bio prijatno iznenađen uspešnim povratkom iz vasione na Zemlju drugog vasionskog broda sa živim bićima i rastinjem.

Koje je glavne naučno-tehničke probleme morao čovek rešiti pri povratku sa kružne orbite vasionskog broda sa živim bićima?

Pre svega, bilo je potrebno postepeno smanjiti brzinu broda od kosmičke do atmosferske sletne brzine. No, da vidimo šta se događa pri tom smanjenju brzine? Šta biva sa grandioznom energijom kretanja, koja je proporcionalna masi tela pomnožena sa kvadratom brzine? Da bismo dobili jasniju predstavu o veličini te energije, poslužićemo se poznatom formulom iz fizike i uporediti razliku energije aviona i vasionskog broda. Iz te formule dobićemo da vasionski brod koji leti brzinom 8 km/sek ima kinetičku energiju 256 puta veću od aviona te iste mase, koji leti brzinom 0,5 km/sek.

Pri kočenju, energija ne može iščeznuti niti se pretvoriti u ništa. Kinetička energija se pri kočenju tela pretvara u toplotu.

Pri kočenju, u vazdušnoj sredini ispred tela se od sabijenog vazduha obrazuje toplotni jastuk. Usled sabijanja molekuli gasa razbijaju se na atome, koji, sa svoje strane, gube elektrone (joniziraju se). Ova smesa ogolelih jezgra atoma, jona i elektrona, zove se plazma. Plazma ima temperaturu, koja se meri većim brojem desetina hiljada stepeni i zrači veoma jako oslepljujuće svetlo.

Evo kako izgleda ulazak u atmosferu poslednjeg stepena projektila zemlja-zemlja velikog dometa, koji je lansiran pri vedroj noći. Nakon jedne minute po prestanku rada motora, projektil se više nije video. No, kada se na izlaznom delu putanje leta, na oko 60-80 km visine, pojavio u početku se video kao zvezda treće veličine, koja je letela velikom brzinom. Jačina njenog svetla rasla je svake sekunde. Posle 24 sekundi, svetlo je postalo veoma intenzivno, tako da se na projektilu videlo i moglo čitati kao po danu.

Kada je konus (deo) ovog projektila izvađen iz plićaka mora u koje je pao, videlo se da je bio zagrejan do neobično visokih temperatura, koje praktično nije bilo moguće izmeriti. Ta temperatura postignuta je kod projektila, koji je leteo brzinom manjom od 5 km/sek.

Ako je veća brzina leta i gustina okolnog vazduha, veća je i temperatura tela koje se koči.

Pri maloj gustini vazduha vasionsko telo nailazi na slab otpor gasova, te se ne zagreva. No, sa približavanjem površini Zemlje, gustina atmosfere se neprekidno povećava, tako da je na visini oko 160 km duži let tela sa kosmičkom brzinom po kružnoj orbiti nemoguć.

Ovde stupaju u dejstvo neumoljivi zakoni kočenja pri čemu se energija kretanja pretvara u toplotu. Ako je potrebno smanjiti visinu, mora se, pre svega, smanjiti brzina leta. Zbog toga, svakoj visini u atmosferi odgovara dozvoljeni dijapazon brzina kretanja. Ako bismo želeli da napravimo grafikon, na kojem bi po vertikalnoj osi predstavili odstojanje od Zemlje, a po horizontalnoj osi brzinu leta, onda bi se veličine dozvoljenih režima leta kretale »uskim koridorom« od početka koordinata u oblasti velikih visina i brzina. Sa ovim se koridorom mora računati i pri rešenju problema uspešnog dolaska na sletanje vasionskog broda. Kojim se načinom može smanjiti brzina kosmičkog tela pre nego što ono ude u niže slojeve atmosfere i time smanjiti njeno zagrevanje?

U svetskoj naučnoj literaturi, teoretski su razmotreni različiti načini kočenja Zemljinih veštačkih satelita. Računa se da je najefikasniji način upotrebom raketa za kočenje. Pri ovom načinu kočenja letilica stabilizovana na orbiti uključuje jednu za drugom nekoliko raketa, čija je potisna snaga usmerena ne napred, u smeru leta, već unazad. Usled toga, brzina leta satelita se smanjuje i on se, pod uticajem Zemljine teže, lagano, pod nekim uglom prema horizontu, približava Zemlji.

Upotreba raketa za kočenje, koje teže nekoliko procenata od mase celog satelita, može obezbediti ne samo satelitov povratak na Zemlju, već i dovoljno tačno njegovo vođenje po putanji spuštanja.

Tačnost prizemljenja letilice zavisi od stepena uticaja raznih grešaka pri aktiviranju sistema raketa za kočenje na parametru njegove putanje pri ulazu u atmosferu. Na primer, greška u vremenu aktiviranja raketa za kočenje od svega 1 sekunde, izaziva otklanjanje letilice od tačke prizemljenja za oko 7,5 km. 

Smanjenje brzine vasionskog broda, naročito pri letu po niskoj orbiti, može se izvršiti pomoću naglog povećanja njegovog čeonog otpora. Poznato je da je vreme života vasionskog broda na orbiti u prvom približavanju, proporcionalno njegovom čeonom otporu. Pored toga, u određenom dijapazonu visine, položaj satelita na kružnoj orbiti može se odrediti sa dovoljnom tačnošću, prostim merenjem vremena njegovog kretanja po orbiti.

Kao najpogodniji način upravljivog povratka satelita na Zemlju smatra se primena serije pojedinačnih impulsa raketa za kočenje na celoj putanji spuštanja.

Slika 1 - Šema leta i sletanja »Planetoljota«
1-kočenje raketama; 2-putanja spuštanja; 3-rejon prizemljenja kabine »Planetoljota;4-katapultiranje kontejnera

Na koji način je izvršio sletanje drugi vasionski brod SSSR-a »Planetoljot«?

Izveden na kružnu orbitu pomoću veoma snažne rakete »Planetoljot« se odvojio od njenog poslednjeg stepena. U tom momentu uključen je sistem orijentacije. Uzdužna osa broda postavila se u pravcu leta, poprečna upravno na ravan orbite, a vertikalna prema lokalnoj vertikali terena.

Na prvim etapama kretanja broda bilo je važno utvrditi njegovu realnu brzinu leta i tačno odrediti stvarnu orbitu. Osmatranje broda vršeno je sa zemaljskih radarskih stanica.

Informacije o letu automatski su se prenosile u elektronski računski centar, gde su vršeni potrebni proračuni. Sa velikom operativnošću morao je funkcionisati taj veoma složeni naučni mehanizam, koji je upravljao celokupnim eksperimentom. Tokom rada dobijeni su verodostojni elementi orbite, što je omogućilo naučnicima da sastave tačnu prognozu kretanja broda i unapred proračunaju vreme davanja komande za njegovo spuštanje na Zemlju.

Tačnost svih ovih podataka imala je odlučujući značaj. Greška u određivanju brzine broda od jednog metra u sekundi, tj. svega od jednog stotog dela procenta, mogla bi dovesti do sletanja broda skoro 50 km od predviđene tačke. Do još većeg njegovog odstupanja moglo bi doći usled greške u određivanju ugla između smera brzine i površine Zemlje. Greška od jedne uglovne minute dovela bi do sletanja broda za skoro 60 km od predviđene tačke.

Upravljanje sa vasionskim brodom vršeno je iz koordinaciono-računskog centra, po predvidenom programu. Na 18-tom obrtaju broda, iz ovog centra je data komanda za njegovo spuštanje, sa proračunom prizemljenja u određenom rejonu. Na signal sa Zemlje uključen je sistem za kočenje i brzina broda se počela postepeno smanjivati. Pod uticajem Zemljine teže, brod je sišao sa kružne orbite. Obilazeći Zemlju, brod je sve više ulazio u atmosferu. Usled kočenja, preopterećenje u kabini u određenom momentu bilo je deset puta veće. Pošto je nastupilo trenje, zidovi broda počeli su se zagrevati. Ipak specijalna toplotna izolacija zaštitila je brod od sagorevanja.

Preletevši od početka kočenja 11.000 km, kosmički brod se pojavio u gustim slojevima atmosfere na visini 7.000 m. U tom momentu, po komandi barometarskog releja koji se nalazio u brodu, odbačen je sa broda otvor, a odmah posle toga i kontejner sa životinjama, koji je stigao na Zemlju brzinom od svega 6-8 m/sek. Međutim, čak nije bilo ni potrebno da se kontejner sa životinjama odbacuje, pošto je mala brzina broda, oko 10 m/sek, bila potpuno bezopasna za vasionske putnike. Ipak, ovo je učinjeno radi provere sistema prizemljenja.

Kabina broda i kontejner prizemljili su se svega 10 km od proračunate tačke, na terenu okruženim pašnjacima. Prvi svedoci ovog istorijskog događaja bili su kolhoznici koji su radili nedaleko od ovog mesta. Uskoro na mesto spuštanja broda doleteo je helikopter sa specijalistima i okno je otvoreno, Kroz njega su iskočili psi, Belka i Strelka, koji su za 24 časa izvršili let dužine više od 700.000 km, što približno iznosi dva puta više nego rastojanje od Zemlje do Meseca. Životinje su vrlo dobro podnele to putovanje i sletanje.

Sada, posle završetka grandioznog naučnog eksperimenta sa izvođenjem na kružnu orbitu i uspešnog vraćanja na Zemlju vasionskog broda »Planetoljot« sa životinjama, postalo je potpuno jasno da let čoveka po maršruti Zemlja-Kosmos-Zemlja nije tako daleko.

1) V. A. Parafenov, kandidat tehničkih nauka SSSR-a - Vozvrašćenie kosmičeskogo korablja na zemlju - Vestnik Vozdušnogo flota br. 11 od 1960. godine.
2) Najviša tačka na putanji leta nekog tela.