Polskie Forum Astronautyczne
Artykuły o tematyce astronautycznej => Artykuły astronautyczne => Wątek zaczęty przez: Orionid w Sierpień 12, 2018, 15:35
-
Federacja na trudnej drodze w kosmos
BY JAN SZTURC ON 11 SIERPNIA 2018
(https://kosmonauta.net/wp-content/uploads/2018/08/PTK_NP.jpg)
Rys. 7. Dwie makiety statku PTK NP (2015). Roskosmos chętnie je pokazywał na wystawach. Credits: Roskosmos.
Od lat słyszymy zapowiedzi Roskosmosu, że wkrótce na orbicie wokółziemskiej, a także w okolicy Księżyca, pojawi się nowy rosyjski załogowy statek kosmiczny Federacja. Ma on być nowoczesny i zaawansowany technicznie na miarę amerykańskiego Oriona. Jednak jego droga w kosmos jest bardzo wyboista.
Przed Federacją
(https://kosmonauta.net/wp-content/uploads/2018/08/Sojuz-768x509.jpg)
Rys. 1.Najdłużej w historii używany załogowy statek kosmiczny Sojuz. Na zdjęciu jedna z nowszych wersji TMA-M (2006). Credits: NASA.
Już od dawna wiadomo, że wysłużona rodzina radzieckich, a potem rosyjskich załogowych statków Sojuz, jest przestarzała. Sojuz został zaprojektowany w latach 60. ubiegłego stulecia z przeznaczeniem do lotów na Księżyc, do których jednak z powodu nieprzezwyciężonych problemów z rakietą nośną, znaną obecnie pod nazwą N1, nigdy nie doszło. Zatem już kilka lat po dziewiczym, tragicznie zakończonym locie Sojuza 1 w 1967 r., w którym zginął astronauta Władimir Komarow, Sojuz zaczął pełnić wyłącznie rolę taksówki dostarczającej kolejne załogi kolejnych stacji orbitalnych Salut, Mir, a potem Międzynarodowej Stacji Kosmicznej ISS. Bardzo różne przyczyny złożyło się na ten stan trwający do dziś, a co więcej: Sojuz stał się taksówką kosmiczną, z której usług, nawiasem mówiąc: drogich, od kilkunastu lat korzysta również NASA (rys. 1).
W Związku Radzieckim też od dawna myślano o nowym statku załogowym dostosowanym do nowej koncepcji rozwoju astronautyki. Jeszcze z przełomu lat 60. i 70. wywodziła się konstrukcja statku znanego pod kodowa nazwą TKS (транспортный корабль снабжения), który kilkakrotnie był w kosmosie w latach 70. i 80., ale nigdy z załogą. Była to stosunkowo zaawansowana konstrukcja, w skład której wchodził duży moduł orbitalny, który sam mógł tworzyć małą stację orbitalną (rys. 2).
(https://kosmonauta.net/wp-content/uploads/2018/08/TKS-768x520.jpg)
Rys. 2. Model statku TKS. Po lewej duży moduł orbitalny, następnie stożkowy moduł załogowy, a na końcu po prawej nietypowo umiejscowiony, wąski i wydłużony moduł narzędziowy zespolony z systemem LES (launch escape system) – wszystkie inne statki załogowe mają moduły narzędziowe umieszczone za kapsułą z załogą.
Miał on stanowić wraz z wojskowymi stacjami Ałmaz, ukrywanymi pod nazwą Salut (z siedmiu Salutów trzy tak naprawdę były Ałmazami), element dużego i bardzo kosztownego programu wojskowego. Program okazał się jednak nazbyt kłopotliwy technicznie i kosztowny, a rozwój techniki w latach 70. i 80. spowodował, że program Ałmaz stał się przestarzały zanim na dobre się rozwinął – „gwiezdne wojny” wówczas prowadziło się już inaczej niż załogą stacji wyposażoną w tradycyjną armatę do niszczenia satelitów przeciwnika.
Całkowicie odrębną konstrukcją był wahadłowiec Buran, który przynajmniej pod względem wyglądu był bardzo podobny do amerykańskich wahadłowców (rys. 3). Poleciał tylko raz w kosmos w 1988 r., ale bez załogi. Wkrótce program zaczynał być wygaszany finansowo, aż w 1993 r., już po rozpadzie Związku Radzieckiego, został zamknięty.
(https://kosmonauta.net/wp-content/uploads/2018/08/Buran-768x405.jpg)
Rys. 3. Jedyny egzemplarz wahadłowca Buran, który odbył misję w kosmosie, chociaż bez załogi (1989). Zewnętrznie bardzo podobny do amerykańskich Space Shuttle, które przez 30 lat dominowały w astronautyce. Cridits: United States Department of Defense.
Warto zaznaczyć, że wszystkie powyższe programy, które nie doszły do etapu praktycznej realizacji, w okresie radzieckim były ściśle tajne i do opinii publicznej nie dochodziły żadne wieści o ich realizacji na żadnym etapie.
Już w epoce postradzieckiej pojawiła się koncepcja statku Kliper. Była to rzeczywiście nowoczesna konstrukcja. Statek miał kształt kapsuły, ale wyposażonej w elementy nośne w postaci niewielkich skrzydeł, dzięki czemu mógł lądować poziomo na lotnisku (rys. 4). Miała to być konstrukcja wielokrotnego użytku. Rosja obserwowała kończący się w ogniu krytyki po dwóch katastrofach amerykański program promów kosmicznych, gdy z drugiej strony nie było jeszcze wiadomo jak i kiedy NASA będzie w stanie wysłać ludzi w kosmos. Roskosmos chciał wykorzystać tę trudną sytuację dla konkurencji i opracował szybko koncepcję nowatorskiego statku, która przedstawił w 2004 r.. Był to pomysł z góry obliczony na pozyskanie finansowania z innych krajów, przede wszystkim z europejskiej agencji kosmicznej ESA, ale także innych krajów, takich jak Ukraina. Włączenie się tych krajów do programu umożliwiłoby im w niedługim czasie dostęp do kosmosu dla ich astronautów. Jednak w 2005 r. ESA pomimo zainteresowania, odmówiła udziału w tym programie jako zdecydowanie zbyt ambitnym, co zadecydowało o jego zamknięciu zanim naprawdę się rozpoczął.
(https://kosmonauta.net/wp-content/uploads/2018/08/Kliper-768x387.jpg)
Rys. 4. Model statku Kliper – nowatorskiej kapsuły z własną siłą nośną umożliwiającą poziome lądowanie. Brak zainteresowania ze strony Europy spowodował, że nie rozpoczęto realizacji tego projektu.
Jednak ESA nadal była zainteresowana współpracą z Rosją nad nowym, ale prostszym statkiem załogowym, który potocznie nazywano Euro-Sojuzem, a formalnie ACTS (Advanced Crew Transportation System) lub CSTS (Crew Space Transportation System) (rys. 5). Jednak już w 2008 r., gdy ESA przystąpiła do prac nad statkiem cargo ATV na potrzeby ISS, później zaś została włączona w prace nad modułem narzędziowym dla amerykańskiego Oriona. W tej sytuacji Europejska Agencja Kosmiczna wycofała się ze współpracy z Rosją.
(https://kosmonauta.net/wp-content/uploads/2018/08/CSTS.png)
Rys. 5. Grafika statku ACTS/CSTS, czyli europejskiego Sojuza. Stanowił on adaptację koncepcji klasycznego Sojuza (wydzielenia kapsuły powrotnej z modułu załogowego) do nowych oczekiwań.
W ciągu lat, które upłynęły od pierwszego załogowego lotu Sojuza w 1967 r., prezentowano jeszcze inne, nieraz innowacyjne koncepcje nowego statku załogowego, takie jak Zaria czy MAKS. Były one jednak zarzucane na bardzo wczesnych etapach i nie odegrały żadnej roli w rosyjskiej astronautyce.
(https://kosmonauta.net/wp-content/uploads/2018/08/federacja_tab_1.png)
Tabela 1. Radzieckie i rosyjskie załogowe statki kosmiczne
Federacja
Po zakończonych na wstępnym etapie pracach nad wspólnym projektem z ESA, Rosja od 2009 r. kontynuowała sama prace nad jego rozwojem. Przyszły statek początkowo nazywano kodowo PPTS (перспективная пилотируемая транспортная система), a potem PTK NP (пилотируемый транспортный корабль нового поколения). Był to okres, gdy Amerykanie byli już na stosunkowo zaawansowanym etapie prac nad nową konstrukcją: kapsułą Orion. W odróżnieniu od statków Dragon i Starliner firm odpowiednio SpaceX i Boeing, nad którymi prace także były finansowane przez NASA, Orion ma być dostosowany do lotów w odległy kosmos (określa się ten zasięg jako beyond earth orbit, BEO), co pociąga za sobą większą autonomię statku, większą redundancję systemów, a także efektywniejsze zabezpieczenia przez promieniowaniem. Podobne założenia i podobną konstrukcję klasycznej stożkowej kapsuły znanej jeszcze z programu Apollo, choć nieco większej, zastosowali też Rosjanie w projektowanym nowym statku (rys. 6). Można dodać, że podobną architekturę statku przeznaczonego do lotów BEO prawdopodobnie zastosują także Chiny.
(https://kosmonauta.net/wp-content/uploads/2018/08/federacja_2015_a-201x300.gif)
Rys. 6. Schematyczny przedstawienie Federacji z 2015 r. Widać wyraźne podobieństwo do amerykańskiego Oriona: u góry moduł załogowy w postaci ściętego stożka, poniżej moduł narzędziowy w kształcie węższego walca. Credits: PacoArnau.
Rakietą nośną dla PTK NP miała być projektowania wówczas rodzina rakiet Ruś-M, której modele miały mieć bardzo szeroki wachlarz udźwigów. Miała ją budować firma Progress, która szczyci się, że to w niej budowano słynne największe radzieckie rakiety: Wostok, Sojuz, N1 czy Energia. Jednak w tym samym czasie równie znane zakłady branży kosmicznej im. Chruniczewa, gdzie do dziś produkowane są Protony, prowadziły zaawansowane już prace and rodziną rakiet Angara, również modułową. Rozwijanie dwóch systemów rakietowych o zbliżonych parametrach nie miało uzasadnienia ekonomicznego ani technicznego, zatem w 2011 r. władze rosyjskie zdecydowały się anulować program Ruś-M. Zatem pozostała już tylko Angara i w 2013 r. zakłady im. Chruniczewa otrzymały kontrakt na budowę tych rakiet.
W 2015 r. rosyjskie władze ogłosiły ogólnokrajowy konkurs na nazwę dla następcy Sojuza, w którym komisja konkursowa przyjęła obecną nazwę „Federacja” (pomimo że największą liczbę głosów zdobył „Gagarin”). Konkurs zorganizowano z wielkim nadęciem medialnym sugerując, że premiera nowego statku w kosmosie jest bliska, a Rosja wraca do pierwszej ligi rynku astronautycznego. Władze Rosji chętnie podkreślały, że Amerykanie obecnie pozbawieni są możliwości samodzielnego wysyłania ludzi w kosmos i bez pomocy Rosji stacja ISS musiałaby zostać opuszczona.
Angara w wersji A5, przeznaczonej dla wówczas jeszcze dla PTK NP, po raz pierwszy wystartowała w 2014 r. Do dziś jest to jedyny start tej rakiety. Konstrukcja okazała się bardzo droga, co w sytuacji pogłębiającego się kryzysu finansowego, związanego m.in. z sankcjami nałożonymi na Rosję po aneksji w 2014 r. ukraińskiego Krymu, spowodowało duże spowolnienie prac nad jej dalszym rozwojem. Zaczęto poszukiwać nowego, tańszego nosiciela dla PTK NP / Federacji, co spowodowało kolejną woltę w programie i w 2017 r. podjęto decyzję o wycofaniu się z koncepcji używania Angary. Był to okres najbardziej drastycznych w cięć budżetowych w rosyjskim programie kosmicznym.
W tej sytuacji wspomniana firma Progress zaproponowała koncepcję rakiety Sojuz 5. Rakieta ta ma bardzo mało wspólnego z rodziną rakiet Sojuz i innymi rakietami wywodzącymi się z legendarnych „Siemiorek”, czyli „siódemek” R-7, równie legendarnego Korolowa. Tak naprawdę jest pochodną rosyjsko-ukraińskiej rakiety Zenit 2, który z powodów politycznych praktycznie nie jest już produkowany. Prawdopodobnie myląca nazwa rakiety zostanie zmieniona (mówi się o nazwach Sunkar i Feniks).
Koncepcja Sojuza 5 wiąże się z powrotem na kazachski kosmodrom Bajkonur (gdyż Angara miała startować z wciąż budowanego Wostocznego). Jednak problem z tą rakietą jest taki, że nawet po modernizacji jej konstrukcji będzie mogła umieścić Federację co najwyżej na LEO, zatem droga na BEO, dla której jest ona budowana, będzie przed nią zamknięta. Pełne możliwości Federacji będą mogły być wykorzystywane dopiero wówczas, gdy Rosja zbuduje zapowiadaną „super ciężką” rakietę nośną, o parametrach zbliżonych do amerykańskiej SLS. Przy trudnościach, jakie pojawiają się przy budowie tak ekstremalnie dużych rakiet, trudno mówić o jakichkolwiek konkretnych i realnych terminach.
(https://kosmonauta.net/wp-content/uploads/2018/08/federacja_tab_2.png)
Tabela 2. Parametry statku Federacja (dane z 2017 r.).
Obecnie pierwszy bezzałogowy lot Federacji planowany jest w 2022, a załogowy w 2024 r. z wykorzystaniem Sojuza 5. Będą to, jak napisano wcześniej, loty na LEO, najdalej do ISS, zastępując statki Sojuz dowożące tam rosyjskich astronautów i ich klientów. Przewiduje się, że na bazie Sojuza 5 dzięki jego modułowej konstrukcji będą mogły powstać cięższe wersje poprzez zastosowanie w jego pierwszym stopniu kilku głównych modułów. Wersja złożona z pięciu takich modułów o udźwigu 88 t na LEO ma pozwolić ok. 2028 r. na loty w okolice Księżyca, a więc do planowanej już międzynarodowej stacji wokółksiężycowej LOP-G. Prawdziwie super ciężką rakietą według najnowszych informacji prawdopodobnie będzie sześciomodułowa wersja o udźwigu ok. 105 t na LEO, która ma być gotowa ok. 2033 r.
Podsumowanie
Obserwując meandry rosyjskiego przemysłu kosmicznego, które tak wyraźnie widoczne są na przykładzie statku Federacja, nie można abstrahować od sytuacji w przemyśle astronautycznym Rosji, który znajduje się w bardzo trudnej finansowej oraz organizacyjnej sytuacji. Bardzo rozdrobniona gałąź przemysłu, na którą składa się kilkadziesiąt państwowych firm (wprawdzie największa z nich, RKK Energia – spadkobierczyni słynnego biura konstrukcyjnego Sergieja Korolowa, formalnie jest spółką akcyjną, ale z większościowym udziałem państwa) nie jest w stanie konkurować z NASA ani amerykańskimi firmami. Pomysłem wprowadzonym w 2017 r. była konsolidacja tego przemysłu w jedną korporację Roskosmos, w którą przekształcono dawną agencje kosmiczną wzorowaną na NASA.
Pozytywne skutki, o ile się pojawią, będzie można dostrzec dopiero za kilka lat. Uważa się jednak, że same zmiany organizacyjne bez w pierwszej kolejności ukrócenia powszechnej w Rosji korupcji w skali niewyobrażalnej na Zachodzie, obecnej także w przemyśle kosmicznym, na który kierowane są mimo wszystko duże pieniądze, nie przyniosą oczekiwanych rezultatów. Korupcja, czy wręcz kradzieże państwowych pieniędzy szczególnie były widoczne i nagłośnione przez media podczas budowy kosmodromu Wostocznyj, który praktycznie nie jest jeszcze używany.
Źródła: Federacja na trudnej drodze w kosmos – część I (https://kosmonauta.net/2018/08/federacja-na-trudnej-drodze-w-kosmos-czesc-i/#prettyPhoto)
Federacja na trudnej drodze w kosmos – część II (https://kosmonauta.net/2018/08/federacja-na-trudnej-drodze-w-kosmos-czesc-ii/)
-
Sojuz został zaprojektowany w latach 60. ubiegłego stulecia z przeznaczeniem do lotów na Księżyc, do których jednak z powodu nieprzezwyciężonych problemów z rakietą nośną, znaną obecnie pod nazwą N1, nigdy nie doszło. Zatem już kilka lat po dziewiczym, tragicznie zakończonym locie Sojuza 1 w 1967 r., w którym zginął astronauta Władimir Komarow, Sojuz zaczął pełnić wyłącznie rolę taksówki dostarczającej kolejne załogi kolejnych stacji orbitalnych Salut, Mir, a potem Międzynarodowej Stacji Kosmicznej ISS.
Zabrało nieco czasu zanim Sojuzy stały się wyłącznie niezawodną taksówką.
Poniżej pogrupowane loty Sojuzów wg cech szczególnych w okresie do 1977 roku.
W tym czasie wystartowało 26 statków Sojuz, w tym 2 bezzałogowe.
Później tylko w trzech przypadkach nie spełniły skutecznie swojej roli (Sojuz 33 (http://lk.astronautilus.pl/loty/s33.htm) , Sojuz T-8 (http://lk.astronautilus.pl/loty/st8.htm) , Sojuz T-10-1 (http://lk.astronautilus.pl/loty/st10-1.htm) ).
Dodać też można , że mimo używania ich od ponad pól wieku przechodziły liczne modernizacje ( wersje: Sojuz , Sojuz T , Sojuz TM , Sojuz TMA , Sojuz MS ).
Mimo problemów technicznych pojawiających się czasem , to obecnie pozostają nadal najczęściej używanym pojazdem kosmicznym o dużym poziomie niezawodności.
Loty z udanymi połączeniami ze stacjami orbitalnymi
1970 Sojuz 11 (http://lk.astronautilus.pl/loty/s11.htm) Salut-1 23d 18h 21m 43s
1974 Sojuz 14 (http://lk.astronautilus.pl/loty/s14.htm) Salut-3 15d 17h 30m 28s
1975 Sojuz 17 (http://lk.astronautilus.pl/loty/s17.htm) Salut-4 29d 13h 19m 45s
1975 Sojuz 18 (http://lk.astronautilus.pl/loty/s18.htm) Salut-4 62d 23h 20m 08s
1975 Sojuz 20 (https://en.wikipedia.org/wiki/Soyuz_20) Salut-4 90d 11h 46m bezzałogowy
1976 Sojuz 21 (http://lk.astronautilus.pl/loty/s21.htm) Salut-5 49d 06h 23m 32s
1977 Sojuz 24 (http://lk.astronautilus.pl/loty/s24.htm) Salut-5 17d 17h 25m 58s Lot był zaplanowany na 2 miesiące, został skrócony z powodu bliżej nieokreślonej awarii stacji.
Brak planowanych połączeń ze stacjami orbitalnymi
1970 Sojuz 10 (http://lk.astronautilus.pl/loty/s10.htm) Salut 1 (Ze względu na awarię włazu statku Sojuz załodze nie udało się przedostać na pokład Saluta)
1974 Sojuz 15 (http://lk.astronautilus.pl/loty/s15.htm) Salut-3
1975 Sojuz 18-1 (http://lk.astronautilus.pl/loty/s18-1.htm) Salut-4, lot suborbitalny
1976 Sojuz 23 (http://lk.astronautilus.pl/loty/s23.htm) Salut-5
1977 Sojuz 25 (http://lk.astronautilus.pl/loty/s25.htm) Salut-6
Loty z udziałem większej ilości statków (lub planowane)
1967 Sojuz 1 (http://lk.astronautilus.pl/loty/s1.htm) Planowane połączenie z Sojuzem 2. W wyniku problemów technicznych Sojuza 1 zrezygnowano ze startu Sojuza 2
1968 Sojuz 2 (https://pl.wikipedia.org/wiki/Sojuz_2) bezzałogowy
1968 Sojuz 3 (http://lk.astronautilus.pl/loty/s3.htm) Celem lotu było połączenie z bezzałogowym statkiem Sojuz-2. Na 1. okrążeniu statek automatycznie zbliżył się do celu na odległość 200 m. Dalszym zbliżeniem sterował ręcznie kosmonauta, jednak do połączenia nie doszło. Później oceniono , że za niepowodzenie odpowiedzialny był kosmonauta.
1969 Sojuz 4 (http://lk.astronautilus.pl/loty/s4.htm) Zbliżenie dwóch statków i przejście 2 kosmonautów z Sojuza 5 do Sojuza 4
1969 Sojuz 5 (http://lk.astronautilus.pl/loty/s5.htm)
1969 Sojuz 6 (http://lk.astronautilus.pl/loty/s6.htm) Grupowy lot , w tym połączenie Sojuza-7 i Sojuza-8. Ze względu na awarię systemu zbliżania "Igła" statku Sojuz-8 połączenie nie zostało zrealizowane
1969 Sojuz 7 (http://lk.astronautilus.pl/loty/s7.htm)
1969 Sojuz 8 (http://lk.astronautilus.pl/loty/s8.htm)
1975 Sojuz 19 (http://lk.astronautilus.pl/loty/s19.htm) Połączenie z Apollo
Loty autonomiczne
1970 Sojuz 9 (http://lk.astronautilus.pl/loty/s9.htm) 17d 16h 58m 55s
1973 Sojuz 12 (http://lk.astronautilus.pl/loty/s12.htm) 1d 23h 15m 32s Test nowej modyfikacji statku transportowego w locie załogowym
1973 Sojuz 13 (http://lk.astronautilus.pl/loty/s13.htm) 7d 20h 55m 35s
1974 Sojuz 16 (http://lk.astronautilus.pl/loty/s16.htm) 5d 22h 23m 35s Test modyfikacji statku Sojuz do lotu ASTP
1976 Sojuz 22 (http://lk.astronautilus.pl/loty/s22.htm) 7d 21h 52m 17s
Ponadto Rosjanie w latach 60. i 70. XX stulecia przeprowadzili 40 startów (nie wszystkie były udane) bezzałogowych statków opartych na bazie Sojuza , w tym wokółksiężycowych pojazdów Zond, które mogły na pokład zabrać dwóch kosmonautach. Ostatecznie Księżyc okrążyły tylko zwierzęta.
Pierwszy start bezzałogowego statku Sojuz o oznaczeniu Kosmos 133 nastąpił 28 listopada 1966 roku. Posiadał on węzeł cumowniczy. Z powodu awarii systemu orientacji pojazd zaczął w sposób niekontrolowany wirować i zrezygnowano z wysłania drugiego pojazdu, który miał do niego zacumować.
https://en.wikipedia.org/wiki/List_of_Soyuz_missions
https://pl.wikipedia.org/wiki/Lista_start%C3%B3w_statk%C3%B3w_kosmicznych_typu_Sojuz
https://pl.wikipedia.org/wiki/Program_Sojuz
https://en.wikipedia.org/wiki/Zond_program