Wat nu voor het internationale ruimtestation?

Anonim

Wat nu voor het internationale ruimtestation?

AircraftFeature

David Szondy

30 september 2011

6 afbeeldingen

Het internationale ruimtestation, met Soyuz-TMA-capsules zichtbaar (Afbeelding: NASA)

Het is een uitdagende tijd voor het International Space Station (ISS). Het enige duurste engineeringproject in de geschiedenis van de mensheid en een van de meest complexe machines ooit samengevoegd, de toekomst van het ISS blijft onzeker na het einde van het Space Shuttle-programma en de aarding van de Sojoez-vloot in Rusland na een ongeval laatst maand. Terwijl de recentelijk aangekondigde hervatting van bemande Soyuz-vluchten betekent dat het gevaar van het evacueren van het station en het stilvallen van de mottenballen ... niet is geëindigd.

Tegenwoordig lijkt de buitenruimte op een schiettent en de ongecontroleerde re-entry van de Amerikaanse Upper Atmosphere Research Satellite (UARS) op 24 september, gevolgd door de naderende duik van de ter ziele gegane Duitse 2, 4-tons ruimtetelescoop Röntgensatellit (ROSAT) - verwacht in oktober - laat zien dat ruimteschroot een gevaar is voor zowel de mensen op de grond als voor satellieten in een baan om de aarde. Met een gewicht van meer dan 200 keer meer dan ROSAT is het ISS als Thor's hamer vergeleken met een veer, en het houden van het station operationeel en onder volledige controle is de topveiligheidsprioriteit van NASA en de andere ISS-partnerruimtebureaus. Dit is een belangrijke reden waarom mottenballen op het station moet worden vermeden en waarom noodplanning zo belangrijk is. Onbemand, het gevaar dat het ISS verandert in een ongecontroleerde raket neemt enorm toe.

De veilige terugkeer van drie astronauten van het ISS op 16 september 2011 zorgde ervoor dat de wereld een zucht van opluchting slaakte. Toen NASA-astronaut Ron Garan en de Russische kosmonauten Andrei Borisenko en Alexander Samokutyayev uit hun Soyuz TMA-21-capsule op de steppen van Kazachstan stapten, leek het alsof de toekomst van het ISS was verzekerd. De Russen hadden de crash van augustus van een onbemande Progress-vrachtraket op weg naar het ISS onderzocht en hadden aangekondigd dat de oorzaak was vastgesteld en dat de bemande vluchten van het Sojoez-ruimtevaartuig naar het station in november zouden worden hervat. De crash heeft echter al een aanzienlijke impact gehad op het schema van het station en de mogelijkheid dat het station wordt geëvacueerd, blijft een gevaar voor de toekomst van het programma.

Het resultaat van een partnerschap van 15 landen, het International Space Station, kost meer dan US $ 100 miljard, een gewicht van 990.000 pond (450.000 kg), met een oppervlak ter grootte van een voetbalveld en met het volume van een 747 Jumbo Jet. Dit complexe technische wonder is ook ontworpen voor het hosten van een menselijke bemanning, die een extreem hoge standaard van prestaties en betrouwbaarheid oplegt binnen zeer nauwe technische grenzen, en het is ontworpen om te worden geassembleerd en onderhouden door die bemanning.

Dit betekent dat het ISS een zo hoge veiligheidsmarge vereist dat er niets is om het te vergelijken met buiten een kernreactor. Het betekent ook dat er veel mogelijkheden zijn voor Murphy 's Law om zijn lelijke kop op te steken, en maakt het station erg afhankelijk van de bemanning die er voor zorgt.

Vooruitgang vracht rakettencrisis

Het neerstorten van de Progress-vrachtraket was een grote crisis. Zowel het Sojoez-ruimtevaartuig als de Vooruitgang delen hetzelfde Soyuz-lanceervoertuig, en de fout in de derde fase die de crash veroorzaakte, zou voor beide hetzelfde zijn geweest. Hoewel de oorzaak uiteindelijk werd geïdentificeerd als een drukverlies in een turbopomp, heeft de crash het ISS al drie ton aan voorraden gekost en het onderzoek heeft al geleid tot het krabben van de Soyuz-lancering op 22 september die drie nieuwe bemanningsleden naar het station om degenen die terugkeerden te vervangen. Dit betekent dat het ISS slechts de helft van de bemanning heeft die nodig is voor volledige werking. Daarnaast is het vrachtschip van de particuliere sector

SpaceX Dragon, dat momenteel wordt gepland om aan te meren met het station in december zou kunnen worden geconfronteerd

vertragingen en er zijn recentelijk tegenstrijdige rapporten geweest over de vraag of het mag worden ingelegd wanneer de test uiteindelijk wordt uitgevoerd.

Dan is er de kwestie van de Sojoez zelf. Het hervatten van vluchten naar het ISS is meer dan een kwestie van een nieuwe bemanning sturen. Een onbemande Sojoez-capsule moet eerst worden getest en dat betekent meer kosten en vertragingen. Dit veroorzaakt een aantal problemen omdat de resterende drie bemanningsleden op het station tegen een aantal zeer harde deadlines zijn. De winter komt eraan en het aantal uren daglicht dat beschikbaar is in het landingsgebied van Kazachstan is beperkt, wat heel ernstig is als het gaat om het organiseren van hersteloperaties in het steppeterrein. Dit wordt nog verergerd door de baan van het station, waardoor alleen landingen in Kazachstan tussen bepaalde datums mogelijk zijn. Dit is de reden waarom drie van de bemanning op 16 september moesten terugkeren. Enige tijd later, en ze zouden tot 27 oktober op het station vastzitten. Ook heeft de Sojoez-capsule die nu met het ISS is aangemeerd een levensduur van slechts 200 dagen, die op 24 december verloopt.

Afgezien van de problemen voor de bemanning betekent slechts drie mannen aan boord dat wetenschappelijke experimenten de tweede plaats innemen om het station te besturen. Hoewel veel experimenten automatisch kunnen worden uitgevoerd of via grondbediening, zal het primaire doel van het station, afgezien van de constructie, worden beperkt. Dit is precies hetzelfde probleem waarmee het ISS-programma in 2003 te kampen had na de ramp in Columbia, toen de Amerikaanse shuttle-vloot aan de grond werd gezet en er niet voldoende Sojoez-vaartuigen beschikbaar waren bij het Russische ruimtevaartagentschap met beperkte middelen om de speling op te vangen.

Natuurlijk is de hervatting van Soyuz-vluchten dit jaar slechts een tijdelijke oplossing. Zelfs als de vooruitgang ten goede is gegrondvest, zijn er ten minste twee andere vrachtboten van de European Space Agency (ESA) en de Amerikaanse particuliere industrie beschikbaar om het station te onderhouden, en er zijn nog ten minste drie particuliere vrachtschepen in ontwikkeling. Het echte probleem is dat er geen bemanning in staat is om de Sojoez te vervangen, en dat zal niet voor een paar jaar zijn. Zowel het European Space Agency-vrachtschip als de privé Dragon-capsule zijn in ontwikkeling als bemande versies en beide zijn verder dan hun concurrenten, maar dat heeft op dit moment geen nut voor het ISS. Totdat er een alternatief voor Soyuz beschikbaar komt, is het ISS afhankelijk van een verouderd systeem voor het vervoer van bemanningen, ontworpen in de jaren zestig en nu bewezen van onbekende betrouwbaarheid te zijn. Dat soort eieren-in-één-mand-situatie maakt ingenieurs en beleidsmakers erg nerveus.

Een onbemand ISS?

Maar wat zou er gebeuren als de testvlucht niet lukte en het ISS in november geëvacueerd moet worden? Met welke problemen zou het station geconfronteerd worden en wat zou er gedaan kunnen worden om ze te voorkomen?

Een ding dat zeker zou gebeuren, is dat de vertrekkende bemanning maatregelen zou nemen om de risico's voor het geëvacueerde station te minimaliseren. Schuifdeuren zouden worden afgesloten, leidingen worden gesloten, systemen die niet nodig zijn voor de basiswerking van het station zouden worden afgesloten, stroomonderbrekers worden geopend, enzovoort. Het idee zou zijn om de kans te verkleinen dat er iets mis gaat en om de verschillende delen van het station van elkaar af te sluiten, zodat als er iets fout zou gaan, de schade zou worden beperkt tot een zo klein mogelijk gebied.

Maar wat zijn de potentiële problemen? De officiële NASA-regel is dat er niet veel van zal zijn. Het station zou vanaf de grond kunnen worden bediend gedurende meerdere jaren - houding raketten zouden kunnen worden bijgetankt door onbemande vaartuigen en redundante onderdelen zouden kunnen worden geïnstalleerd om te verzekeren tegen uitval van apparatuur. Zonder een bemanning zou de atmosfeer binnen het ISS kunnen worden gereduceerd tot nul vochtigheid, die het station zouden beschermen tegen condensatie en corrosie. Er zou uiteraard een grote impact zijn op experimenten, sommige zullen doorgaan met automatisch en andere, vooral biologische experimenten, worden in de wacht gezet.

Er zijn echter anderen die een dergelijke optimistische kijk op de situatie niet nemen. In een interview met Florida Today zei Mike Suffredini, NASA Space Station-programmamanager, dat het risico om het station te verliezen binnen zes maanden na evacuatie 1 op 10 was en daarna is de kans op 50/50. "Het is geen triviaal iets, " zei de heer Suffredni. "Als je kijkt naar waarschijnlijkheidsrisicobeoordelingen, zijn sommige cijfers niet onbetekenend. Er is een groter risico om ISS te verliezen wanneer het onbemand is dan wanneer het bemand zou zijn."

Hij zei verder dat een falen van het systeem invloed kan hebben op de bediening van de standen, wat het vermogen van het station om radiosignalen van grondbediening te ontvangen zou verminderen.

Dr Leroy Chiao, voormalig ISS bemanningslid, is het daarmee eens. Toen hij op National Public Radio zei, zei Dr. Chiao dat het grootste gevaar is als het station begint te tuimelen. Dit zou voorkomen dat astronauten terugkeren naar het station en het onmogelijk maken om de baan van het station aan te passen. Elke dag verliest het ISS 500 voet (150 m) van hoogte als gevolg van slepen veroorzaakt door wat er nog resteert van de atmosfeer van de aarde op zijn baanhoogte. Onder normale omstandigheden kan een Progress-vaartuig met het station worden gekoppeld en de stuwraketten gebruiken om het station in een hogere baan te duwen. Er kunnen ook stappen worden ondernomen om de weerstand van het station te verminderen door de zonnepanelen te bevruchten, net zoals een zeilschip de zeilen rift wanneer de wind te hard waait. Als het koppelen echter niet mogelijk is, zal de baan uiteindelijk vervallen en zal het station een ongecontroleerde re-entry maken met het impactpunt, want niemand weet waar.

Een ander probleem dat de lege ISS zou kunnen worden geconfronteerd, zou een verlies van temperatuurregeling zijn. Op elk gegeven moment staat de helft van het ISS in direct zonlicht en de andere in de schaduw. De zonzijde wordt verwarmd tot 250 graden F (121 C), terwijl de schaduwzijde naar minus 250 graden F (-157 C) duikt. Het is ook omgeven door een vacuüm, waardoor het ISS de grootste thermosfles ter wereld is. Mocht het koelsysteem falen terwijl de astronauten weg zijn, dan zouden de binnentemperaturen snel kunnen stijgen, waardoor het station veel moeilijker te herbergen is en de systemen meer onder druk komen te staan.

Een stroomstoring is een ander gevaar. Het station vertrouwt op zonnepanelenbanken om de elektriciteit te laten draaien op al zijn systemen, inclusief de gyroscopen die voorkomen dat het gaat tuimelen. Als iets dat energiesysteem overvalt of ernstig degradeert, zal het station hetzelfde gevaar lopen onstabiel te worden als in 2004 toen gyroscoopfouten een reeks ruimtereizen vereisten om reparaties uit te voeren.

Vreemd genoeg is dat een van de problemen die feitelijk is afgenomen nu het ISS bijna klaar is. Het station beschikt over een aantal robots met telelecommunicatie en de robot van De Canadian Space Agency, Dextre, heeft onlangs een reparatiewerkzaamheden uitgevoerd aan de buitenkant van het station, waar een defecte stroomonderbrekingsbox werd vervangen terwijl deze onder de grond werd bediend door het hoofdkantoor van CSA in Saint -Hubert, Quebec. De bemanning van het ISS was hiervan niet op de hoogte, omdat ze op dat moment sliepen. Het is een beetje troost om te weten dat als het station geëvacueerd is en enkele eenvoudige reparaties (zoals het vervangen van een componentpakket) nodig zijn, het antwoord van het station op R2D2 beschikbaar zal zijn.

Sommige problemen vallen echter buiten het bereik van robots. Een drukverlies in een van de modules kan gevolgen hebben die variëren van moeilijk tot catastrofaal, afhankelijk van waar en hoe het luchtverlies optreedt. Een langzame luchtlekkage uit een van de modules zou de terugkeer naar het station op zijn minst belemmeren. Aan de andere kant kan een geblazen zegel of een staking door een meteoor of een beetje ruimtepuin dat een modulehuid doorprikt, een plotselinge explosie van ontsnappende lucht veroorzaken, die als een raket zou kunnen werken en ervoor zou zorgen dat het station in een fatale dreun zou gaan.

Boven alles van deze mogelijkheden in termen van ernst is die van vuur. De terreur van submariners en vliegtuigpersoneel, de dreiging van vuur in de beslotenheid van een ruimtevaartuig, heeft NASA en andere ruimteagentschappen achtervolgd sinds de fatale lanceerplatforms die de bemanning van Apollo 1 tijdens een grondtest in 1967 doodden. Sinds die ramp, NASA heeft krachtige maatregelen genomen om branden in de ruimte te voorkomen (de bemanning van het eerste ruimtestation NASA, Skylab, klaagde dat de vlamvertragers in hun washandjes ze waardeloos maakten), maar het gevaar is niet weggenomen. Tenzij de atmosfeer in het ISS werd vervangen door koolstofdioxide of stikstof, wat onwaarschijnlijk is, zou het gevaar van brand na evacuatie blijven bestaan. Aan de positieve kant betekent het hebben van geen bemanning dat er geen levens op het spel staan. Aan de andere kant, zonder een bemanning, wordt het detecteren en bestrijden van branden veel moeilijker en neemt de kans toe dat ten minste één module wordt vernield.

Als de Sojoez-test succesvol is en de bemande vluchten worden hervat, neemt de dreiging van evacuatie voor het ISS af, maar dat hangt nog steeds erg af van dat zeer grote woord "if. " Vertrouwen op Sojoez betekent dat zelfs als de normale veerdienst hervat wordt, evacuatie blijft een zeer reële mogelijkheid. Dit geldt vooral in die ruimte die nog steeds veel onbekenden en verrassingen bevat. Toen de laatste ploeg Skylab verliet op 8 februari 1974, dacht NASA dat het eerste ruimtestation van Amerika tot halverwege de jaren tachtig veilig in een baan zou blijven en er plannen werden opgesteld voor de nieuwe Space Shuttle om het terug te eisen. Echter, onvoorziene massale zonne-activiteit verhoogde de atmosferische luchtweerstand en Skylab dook in 1979 naar de aarde met fragmenten die crashten in Australië, echter zonder verwondingen of materiële schade te veroorzaken. Dat drama werd deze maand in miniatuur afgespeeld toen de Amerikaanse satelliet van de bovenste satelliet satelliet crashte op aarde en het kan weer gebeuren als vindingrijkheid en geluk falen bij de ISS-partners.

De Sojoez-TMA-capsule gedokt met het internationale ruimtestation ISS (Image: NASA)

Het Progress-vrachtruimtevaartuig (Afbeelding: NASA)

Het internationale ruimtestation, met Soyuz-TMA-capsules zichtbaar (Afbeelding: NASA)

Het internationale ruimtestation (afbeelding: NASA)

Terugkeer van drie bemanningsleden van het ISS naar de landingszone in Kazachstan, 16 september 2011 (Afbeelding: NASA)

Soyuz lanceert voertuig op pad (afbeelding: NASA)