Pohľad na tretí krok Číny v pilotovanej kozmonautike

29. apríla sa z rampy LS-101 kozmodrómu WSLC na ostrove Hainan vzniesla raketa CZ-5B. Ale tentokrát to nebol obyčajný štart, ba naopak, bol v mnohých ohľadoch výnimočný. Týmto štartom sa začala séria jedenástich misií, na konci ktorých by mala byť hotová čínska orbitálna stanica Tiangong. Jedná sa o štarty troch hlavných modulov (Tianhe, Mengtian, Wentian) pomocou rakety CZ-5B, štyroch zásobovacích lodí Tianzou-2 až 5 pomocou rakety CZ-7 a štyroch pilotovaných lodí Shenzhou-12 až 15 pomocou rakety CZ-2F.

Základný modul stanice Tianhe sa oddelil od prvého stupňa rakety po 494 sekundách letu a fotovoltaické panely sa rozvinuli cca hodinu po štarte. Modul Tianhe upravil svoju dráhu na eliptickú, ktorej parametre sú 360 x 385 km so sklonom 41,5°. Celý systém misií je nastavený tak, že každá z nich ma určené časové okno a dostane zelenú až pri dosiahnutí míľniku predchádzajúcej misie.

Základný modul Tianhe

Základný modul Tianhe CSS
Zdroj: https://pbs.twimg.com

Na prvý pohľad je jadrový modul Tianhe evolúciou predchádzajúcich orbitálnych laboratórii Tiangong-1 a 2. Ale je to evolúcia len na prvý pohľad a oplatí sa na ňu pozrieť bližšie. Modul Tianhe je srdce novej orbitálnej stanice a má na dĺžku 16,4 m, jeho max. priemer je 4,2 m, v užšej časti to je 2,8 m a jeho hmotnosť je 22,5 tony. Má schopnosť stretávania, dokovania, presunu rôznych bremien a je navrhnutý na dlhodobý pobyt troch astronautov a uskutočňovanie EVA. Pri štandartnej prevádzke sa budú posádky striedať v polročných intervaloch a v období rotácie sa bude na palube nachádzať až 6 astronautov. Na stanicu je možné priviezť ďalších 10 ton vybavenia a experimentov. Kabína je rozdelená na pracovný priestor, spací priestor, sanitárne zariadenia, časť určenú na lekárske vyšetrenia, cvičebnú časť a časť určenú na konzumáciu stravy. Zjednodušene povedané, širšia časť je pracovná a užšia je oddychová. Modul je vybavený spacími kójami pre každého člena posádky, bežeckými pásmi, statickými byciklami a vzhľadom k tomu, že na stanici panuje mikrogravitácia, taktiež cvičebnými gumami generujúcimi odpor. Pre porovnanie – obytný priestor je 110 m³ (celá stanica) oproti orbitálnemu laboratóriu Tiangong-1,2 (15 m³) a pilotovanej kozmickej lodi Shenzhou (7 m³). Treba si ale uvedomiť, že sa nejedná o jednoduché zväčšenie modulu Tiangong 2. Jeho navrhnutá životnosť je 15 rokov a oproti predchádzajúcej generácii na ňom pribudol multidokovací uzol, ktorý je nevyhnutný pre ďalšiu výstavbu.

Pohľad z modulu Tianhe na kozmickú loď SZ-12

Pohľad z modulu Tianhe na kozmickú loď SZ-12
Zdroj: https://spacenews.com

Aby vesmírna stanica dosiahla stanovenú životnosť, musí odolať nepriaznivým vplyvom na obežnej dráhe. Tieto vplyvy predstavuje striedanie teplôt, atomárny kyslík, vákuum, kozmické žiarenie, mikrogravitácia a ohrozenie mikrometeoritmi, čoho dôsledky sú korózia, náhodné a únavové poškodenia. Náhodné poškodenie môže nastať nárazom mikrometeoritov, respektíve kozmického smetia. Únavové poškodenie vyplýva z dlhodobého a cyklického pôsobenia zmien tlaku, teploty, presunu hmôt a môže nastať v miestach koncentrácie napätí. Korózia môže nastať vplyvom atomárneho kyslíka (vonkajšia príčina), alebo zmien teploty a vlhkosti prostredia v hermetizovanej časti kabíny (vnútorná príčina). Pri návrhu sa robila optimalizácia z pohľadu výberu materiálov, konštrukčných riešení, konfigurácie a následne prebiehali skúšky jednotlivých komponentov až po funkčné celky. K dispozícii je taktiež monitorovací systém sledujúci v reálnom čase množstvo relevantných parametrov a v prípade potreby vydá varovanie pozemnému stredisku a posádke.

Laserovým a radarovým dokovacím systémom je vybavený základný modul ako aj kozmické a zásobovacie lode. Na ňom sú predné, zadné a radiálne dokovacie rozhrania vybavené tromi sadami cieľových terminálov stretávacieho a dokovacieho laseru, ktoré slúžia ako majáky. Môžu odrážať svetelné signály laseru vo viacerých smeroch a spolupracovať na dokončení merania letových parametrov, ako sú napr. vzdialenosti a uhly, čím sa následne zabezpečí vzájomne presné stretnutie a zadokovanie.

Fotovoltaické panely modulu Tianhe

Fotovoltaické panely modulu Tianhe
Zdroj: https://pbs.twimg.com

Nevyhnutnou súčasťou sú dve krídla fotovoltaických panelov, pričom ich plocha je 134 m². Dĺžka jedného krídla po rozložení je 12 m, čo značí výrobu 9 kW elektrickej energie na prevádzku a ich energetická účinnosť dosahuje viac ako 30 percent. Jedná sa o typ roletových panelov, čo umožnilo zmenšiť hrúbku v zloženom stave na 1/15 oproti klasickým panelom. Plné rozloženie na obežnej dráhe sa dosahuje pomocou 6 aktívnych a 12 pasívnych mechanizmov. Jedná sa o fotovoltaické panely na základe arzenidu gália, čo umožnilo, že sú ľahké a ultratenké. Hrúbka jednej dosky je menšia ako 1 mm a hmotnosť na plochu je polovičná oproti klasickej alternatíve, pričom kapacita výroby elektrickej energie sa zdvojnásobí.

Servisná časť má priemer 4,2 m, dĺžku 2,1 m a jeho nádrže pojmú 1,8 tony pohonných látok, ktoré je možné dopĺňať pomocou zásobovacích lodí Tianzhou. V servisnej časti je umiestnených viac ako 70 funkčných jednotiek, resp. celkov návzajom prepojených pomocou potrubí a káblov, ktoré sa starajú o to, aby všetky sledované parametre boli v predpísaných limitoch. Toto bolo o to ťažšie, že logistický prechod pre astronautov zaberá 1/3 miesta.

Robotické rameno CSS pri pohľade zo základného modulu

Robotické rameno CSS pri pohľade zo základného modulu
Zdroj: https://www.leonarddavid.com

Jedným z kľúčových zariadení je robotické rameno dĺžky 10,2 m, ktoré sa skladá z dvoch častí, siedmych kĺbov a dvoch koncových zachytávacích mechanizmov. Ďalej je vybavené viacerými kamerami, je schopné premiestniť teleso o hmotnosti až 25 ton a je navrhnuté tak, aby pomáhalo astronautom pri montáži, údržbe a opravách. Po dokončení bude k dispozícii aj menšie rameno o dĺžke 5 m a jeho inštalácia je naplánovaná na rok 2022 spolu s laboratórnym modulom.

Hra svetla na module Tianhe

Hra svetla na module Tianhe
Zdroj: https://pbs.twimg.com

Návrh bol v plnej miere navrhnutý digitálne, čo umožnilo zrýchliť postup stavby a eliminovať chyby. Za zmienku taktiež stojí, že v celej kabíne je pokrytie WiFi signálom a všetky fyziologické parametre astronautov sa sťahujú v reálnom čase. Modul Tianhe je vybavený komunikačným zariadením umožňujúcim obojsmerný videohovor s pozemným strediskom, čo umožní komunikáciu a vyhľadávanie informácii ako v pozemských podmienkach.

Pri cirkulácii vzduchu v kabíne bolo potrebné pristúpiť na kompromis. Ak by prúdenie vzduchu pokleslo pod určitú hranicu, prestalo by plniť svoju funkciu, no na druhej strane ak by prekročilo určitú úroveň, mohlo by dôjsť k zdravotným komplikáciam astronautov. Po mnohých testoch sa dospelo k dvojrýchlostnému modelu – v pracovnej časti je rýchlosť prúdenia vzduchu 0,08 m/s a v spánkovej časti 0,05 m/s. Veľmi zložitým problémom bolo aj zníženie hlučnosti, ale nakoniec sa podarilo dosiahnuť zníženie hluku v pracovnej časti zo 71 dB na 58 dB a v spánkovej časti z 58 dB na 49 dB. Je možnosť diaľkovo ovládať zariadenia stanice pomocou tabletu, či už sa jedná o chladničky, mikrovlnné rúry a dávkovače vody, čo je ďalší detail, ktorý astronautom spríjemní pobyt. Na palube sa bude fungovať podľa pekingského času. Za 24 hodín sa vystrieda 16 východov a západov Slnka, pričom systém osvetlenia kabíny je navrhnutý v dvoch režimoch. Použité materiály sú nehorľavé.

Spacia kója v základnom module

Spacia kója v základnom module
Zdroj: https://pbs.twimg.com

Budú sa plne využívať technológie navrhnuté pre navigačný systém Beidou a komunikačný systém Tianlian. Na celej stanici je prenos dát realizovaný pomocou WiFi. Tento systém umožní používanie bezdrôtových slúchadiel, čo značí zvýšenie pohodlia. Ohľadom presunu a pracovania s nákladom je použitý logistický systém používaný na Zemi veľkými prepravcami, pomocou ktorého je možné identifikovať informácie o produkte a jeho polohe. V praxi sa naskenuje QR kód, čím sa súčasne robí inventúra.

Aby sa dosiahla projektovaná životnosť najmenej 15 rokov prevádzky na obežnej dráhe, pohonný systém je doteraz najkomplexnejší zo všetkých čínskych kozmických lodí a je kompletne zálohovaný. Jeho úlohou je zabezpečiť dodávku pohonných hmôt do motorov podľa potreby. Veľkou inováciou oproti tankovaniu na orbitálnom laboratóriu TG-2  zo zásobovacej lode TZ-1 je jeho plná automatizácia bez potreby vonkajšieho zásahu, čím sa mohlo realizovať úplne autonómne. Tento systém pozostáva zo 4 hlavných a 22 korekčných motorov na hypergolické palivo, ale navyše je ešte vybavený aj 4 Hallovými iontovými motormi HET-80, ktoré budú použité na neutralizáciu poklesu stanice spôsobeného odporom zvyškov atmosféry, respektíve inými vplyvmi. Ťah každého z nich je 80 mN, pričom sú umiestnené po dvojiciach a pri testovaní skúšaný motor pracoval kumulatívne 8240 hodín v rôznych režimoch prevádzky. Tým pádom sa šetrí palivo hlavného pohonného systému a aj tento pohonný systém ako taký. Je to prvýkrát, keď sa tento typ pohonu použil v pilotovanej kozmonautike.

Rack určený na materiálové experimenty

Rack určený na materiálové experimenty
Zdroj: https://i.imgur.com

Neoddeliteľnou súčasťou sú aj typizované rámy (tzv. racky) na rôzne experimenty, ktoré sa rozlišujú podľa požiadaviek na ne kladených. Pri materiálových pokusoch je možné skúmať kryštalizáciu, tuhnutie, vitrifikáciu a ďalšie vlastnosti rôznych skúmaných vzoriek. Prostredie mikrogravitácie umožňuje spoznať zákonitosti týchto procesov a zistiť kľúčové podmienky pre výrobný proces týchto pokročilých materiálov.

Teoreticky v ideálnom prípade by mala byť orbitálna stanica v stave nulovej mikrogravitácie. Keďže reálne na ňu pôsobia aj negravitačné sily ako je tlak slnečného žiarenia, atmosférický odpor, gravitačný gradient (vonkajšie vplyvy), vibrácie od pohybujúcich sa častí vybavenia stanice, presuny astronautov, dokovanie kozmických lodí (vnútorné vplyvy), skutočná úroveň mikrogravitácie nie je nulová. Jej úroveň je v prípade niektorých experimentov už nedostačujúca a aby sa tieto mohli uskutočniť, musia byť umiestnené do špeciálne navrhnutých boxov. Pasívne tlmenie spočíva v uchytení racku pomocou tlmiacich závesov na skelet stanice, čím je možné dosiahnuť lepšiu úroveň mikrogravitácie o 2 až 3 rády voči telu stanice. Pre niektoré experimenty je to však stále nedostačujúce a v týchto prípadoch sa používa box obsahujúci platformu, ktorá funguje na princípe magnetickej levitácie, čo značí, že fyzicky nie je v kontakte s vonkajšími stenami. Prenos energie sa uskutočňuje pomocou bezdrôtového prenosu a prenos informácii pomocou WiFi. Táto platforma je schopná autonómnej korekcie v šiestich stupňoch voľnosti a dokáže zvýšiť úroveň mikrogravitácie o 2 až 3 rády voči racku, v ktorom je umiestnená, pričom celý systém je navrhnutý tak, aby sa dosiahla úroveň mikrogravitácie až 10-12 g. Táto úroveň je už dostatočná aj pre náročné experimenty základného výskumu, napr. výskum E-B (Einstein-Boseho) kondezátu a overenie princípu ekvivalencie.

Rack určený na základný výskum

Rack určený na základný výskum
Zdroj: https://i.imgur.com

Keďže od štartu modulu čínskej orbitálnej stanice Tianhe už uplynul nejaký čas, môžme porovnať plány v čase štartu, so skutočnosťou.

Zásobovacia loď Tianzhou-2.
Jej štart sa uskutočnil 29.5.2021 pomocou rakety CZ-7 z kozmodrómu WSLC a s modulom Tianhe sa spojila v automatickom režime 8 hodín po štarte, pričom v hermetizovanej časti priviezla 4,69 t nákladu (napr. skafandre na EVA) a 1,95 t paliva. Po odlete kozmickej lode SZ-12, sa táto zásobovacia loď presunula na uvoľnený port, aby sa následne na zadný stykovací uzol mohla pripojiť zásobovacia loď TZ-3.

Posádka SZ-12: N. Haisheng, L. Boming, T. Hongbo

Posádka SZ-12: N. Haisheng, L. Boming, T. Hongbo
Zdroj: https://pbs.twimg.com

Kozmická loď Shenzhou-12.
Štart pilotovanej lode sa uskutočnil 17.6.2021 pomocou rakety CZ-2F z kozmodrómu JSLC a so svojím cieľom sa spojila v autonómnom režime 6,5 hodiny po štarte. Posádku tvorili astronauti Nie Haisheng (56 rokov, veliteľ, veterán letov SZ-6, SZ-10), Liu Boming (54 rokov, veterán letu SZ-7) a Tang Hongbo (45 rokov, nováčik). Jednalo sa o prvých návštevníkov CSS a taktiež sa jednalo o prvé použitie rýchleho profilu letu s posádkou. Ich úlohou bolo oživovanie a kontrola systémov, čo obnášalo testovanie výkonu robotického ramena, inštaláciu mraziacich boxov na biologické vzorky, montáž centrifúgy, aktivovanie boxu s platformou na princípe magnetickej levitácie, testovanie subsystému na odstraňovanie nebezpečných stopových prvkov. V neposlednom rade sa uskutočnilo 14 lekárskych experimentov.

Okrem iného absolvovali dve EVA a je  treba podotknúť, že sa jednalo o druhú a tretiu vychádzku čínskych astronautov do voľného kozmu, pričom ich dĺžka bola cez 6 hodín. Historicky prvá kozmická vychádzka (SZ-7) trvala 22 minút. Pri súčasnej misii sa EVA najprv zúčastnil Liu Boming a Tang Hongbo, v druhom prípade to bol Nie Haisheng a Liu Boming. Bola použitá druhá generácia skafandrov Feitian určených na výstupy do kozmu, ktoré sú schopné samostatného fungovania v dĺžke 8 hodín.

Návratový modul SZ-12 pristál 17.9.2021 v oblasti vnútorného Mongolska po 92 dňoch a 4 hodinách, čím takmer trojnásobne prekonal dovtedajší čínsky rekord v dĺžke 33 dní. Po odpojení kozmickej lode uskutočnila posádka manéver umožňujúci jej pripojenie na nadirový uzol multidokovacej časti a nasledovala simulácia pripojenia až do min. vzdialenosti 19 m.

Zásobovacia loď Tianzhou-3.

Jej štart sa uskutočnil 20.9.2021 pomocou rakety CZ-7 z kozmodrómu WSLC a na zadný port jadrového modulu sa pripojila v automatickom režime necelých 7 hodín po štarte. Na jej palube je cca 6 t zásob, ktoré pozostávajú hlavne z čerstvých zásob a experimentov, respektíve vybavenia.

Astronauti Z. Zhigang a W. Yaping (žlté pruhy) pri EVA

Astronauti Z. Zhigang a W. Yaping (žlté pruhy) pri EVA
Zdroj: https://www.leonarddavid.com

Kozmická loď Shenzhou-13.
Zatiaľ posledný štart pilotovanej lode sa uskutočnil 15.10.2021 pomocou rakety CZ-2F z kozmodrómu JSLC a na nadirový uzol budovanej CSS zadokovala 6,5 hodín po štarte. V súčasnosti sú orbitálne parametre zostavy 379 x 385 km so sklonom 41,5°. Posádku tvoria astronauti Zhai Zhigang (55 rokov, veliteľ, veterán letu SZ-7), Wang Yaping (41 rokov, veteránka letu SZ-10) a Ye Guangfu (41 rokov, nováčik).

Posádka kozmickej lode SZ-13: Z. Zhigang, W. Yaping, Y. Guangfu

Posádka kozmickej lode SZ-13: Z. Zhigang, W. Yaping, Y. Guangfu
Zdroj: https://pbs.twimg.com

Jedným z hlavných bodov programu bolo inštalovanie adaptéra na robotické rameno, čím sa umožní spojenie s jeho menšou verziou umiestnenou na laboratórnom module, ktorý bude vynesený neskôr v budúcnosti. Plánuje sa presun zásobovacej lode TZ-2 pomocou robotického ramena ako simulácia manipulácie s laboratórnymi modulmi. Ďalej sú naplánované dva alebo tri výstupy do voľného kozmu a realizácia množstva experimentov zameraných na medicínu a fyziku. Momentálne sa už uskutočnil jeden výstup do voľného kozmu, zúčastnili sa ho astronauti Zhai Zhigang a Wang Yaping. Týmto sa Wang Yaping stala prvou čínskou astronautkou, ktorá absolvovala EVA, pričom mala skafander, krorý jej bol špeciálne prispôsobený.

Takto by mala CSS vyzerať po dokončení

Takto by mala CSS vyzerať po dokončení
Zdroj: https://assets.rbl.ms

Zdroje informácii:
https://spacenews.com/
https://spacenews.com/
https://spacenews.com/
https://spacenews.com/
https://spacenews.com/
https://spacenews.com/
https://spacenews.com/
https://spacenews.com/
https://spacenews.com/
https://spacenews.com/
https://spacenews.com/
https://spacenews.com/
https://spacenews.com/
https://spacenews.com/
https://www.space.com/
https://www.space.com/
https://www.space.com/
https://www.space.com/
https://www.space.com/
https://www.space.com/
https://www.space.com/
https://forum.kosmonautix.cz/
https://www.leonarddavid.com/

Zdroje obrázkov:
https://spacenews.com/wp-content/uploads/2021/04/LongMarch5B-Tianhe879x485.jpg
https://pbs.twimg.com/media/E0He-gmUcAAm6sQ?format=jpg&name=large
https://spacenews.com/wp-content/uploads/2021/06/sz-12-docking-tianhe-view-sun-879×485.jpg
https://www.leonarddavid.com/wp-content/uploads/2021/11/FDpcCU1XoAE1J5h.jpg

https://pbs.twimg.com/media/E_29IvgVkAMBS_8?format=jpg&name=900×900
https://pbs.twimg.com/media/E2mDLo9XIAIiKUR?format=jpg&name=medium
https://pbs.twimg.com/media/E-G2t9TXEAEx9c5?format=jpg&name=large
https://i.imgur.com/8F0cUU1.png
https://i.imgur.com/4QCuHue.png
https://pbs.twimg.com/media/E4C_gj9WYAY-Q6o?format=jpg&name=large
https://www.leonarddavid.com/wp-content/uploads/2021/11/china-station-cnsa-wallpaper-1.jpg

https://pbs.twimg.com/media/FBpzb1zXsAYyFHj?format=jpg&name=medium
https://assets.rbl.ms/27044977/origin.jpg

Print Friendly, PDF & Email
Kontaktujte autora článku - hlášení chyb a nepřesností, rady, či připomínky
Prosím čekejte...
Níže můžete zanechat svůj komentář.

14 komentářů ke článku “Pohľad na tretí krok Číny v pilotovanej kozmonautike”

  1. tonda napsal:

    Krása Libore,děkuji,líbilo se moc!

  2. Radim Pretsch napsal:

    To byla nálož! Výborné

  3. Kamil napsal:

    Mají to pěkně rozjeté a jsem rád, že i když nemusí prošlapávat cestu, tak se pokoušejí o novinky. Např. to použití iontových motorů.
    Překvapuje mě velikost těch nákladních lodí, každá za dva Progressy. Ještě by to chtělo nákladní loď, co umí přistát jako Cargo Dragon.
    A co dál po roce 2022 až budou moduly na místě? Už se rýsuje plán dalších misí? A co ta nová kosmická loď, kdy začne létat?

    • Libor Lukačovič napsal:

      Po dokončení bude nasledovať štandartná prevádzka, t.j. stanica bude trvalo obyvateľná s rotáciou posádok cca každého pol roka.
      V roku 2024 sa počíta s vypustením kozmického teleskopu (a lá HST). Nebude síce spojený so stanicou, ale jeho orbita mu umožní na ňu zadokovať kvôli jeho údržbe, resp. opravám.
      O novej kozmickej lodi nemám informácie a sám som zvedavý, ale verím, že sa máme na čo tešiť… 🙂

  4. PetrV napsal:

    Kamil patrně myslel tuto loď.

    https://en.m.wikipedia.org/wiki/Next-generation_crewed_spacecraft

    Dle mne je to otázka ceny. Pokud stačí na stanici menší loď, proč létat s velkou?
    To je i otázka u starship. Náplní NASA např HLS moon užitečným zatížením?

  5. mauron napsal:

    Tak ty iontové motory na udržení orbitální rychlosti znějí jako skvělé řešení. Nedočetl jsem se ale nic o gyroskopech na šetření paliva při orientaci v prostoru. Budou tam?

  6. Ondřej Šamárek napsal:

    Výborný článek, díky za něj, Libore.

Zanechte komentář

Chcete-li přidat komentář, musíte se přihlásit.