KOSMONAUTIKA

Dragan Lazarević

Rekordi kosmičkog veterana

Preko pola veka „sojuza“

Od početka kosmičkog doba, različiti tipovi kosmičkih brodova su konstruisani prema programima koje je trebalo da obave; ali, ako bi se postavilo pitanje: koji bi tip kosmičkog broda mogao da bude tipičan predstavnik letelica koje su trasirale put u kosmos i  potpuno odgovarale svojoj osnovnoj nameni, odgovor bi svakako bio: sovjetsko-ruski „sojuz“.

Loptaste kapsule „vostoka“ i „vashoda“ su bile namenjene za pionirske letove a izrazito konične forme američkih kapsula „merkjuri“ i „džemini“ su bile prvo praktično proveravanje tehnike  SAD u kosmosu. Oba oblika nisu omogućavala kontrolisani ulazak u atmosferu već samo balističku putanju, pri čemu su kosmonauti trpeli opterećenje i do 10 ge. Potom se planovi za buduće misije kosmičkih sila razilaze, u SAD se određuje kao glavni cilj let na Mesec i razvija kosmički brod „apolo“ sa modulima za obavljanje spuštanja i povratak astronauta na Zemlju a u SSSR se pristupa opreznije; prvo sledi razvoj kosmičkog broda za orbitalne letove oko Zemlje sa sistemom spajanja sa drugim kosmičkim letelicama sa mogućnošću da se pošalje i ka Mesecu, mada je glavni cilj bio slanje kosmonauta na orbitalnu stanicu.
U SSSR je, u ostvarenju navedenog prioriteta posle završetka programa „Vostok“, počelo projektovanje i konstruisanje kosmičkog broda „sojuz“ u skladu sa mogućnostima nošenja u Zemljinu orbitu modifikovane rakete nosača R-7 sa većim 3. stepenom (takođe nazvane „sojuz raketa nosač“).

Odlike kosmičkog broda „sojuz“ 

Pri projektovanju kosmičkog broda polazi se od njegovog jedinog dela koji se vraća na Zemlju - kosmičke kapsule. U njoj su smeštena sedišta kosmonauta koja treba da im omoguće da izdrže veliko ge opterećenje usled ubrzanja rakete nosača pri postizanju prve kosmičke brzine i visine orbite - i još veće opterećenje prilikom ulaska u atmosferu i aerodinamičkog kočenja, što podrazumeva vrlo čvrstu noseću strukturu. Pri tome je kapsula izložena temperaturi do 3000ºC i obložena je isparavajućim termo-izolacionim štitom koji sprečava da toplota ošteti njenu strukturu i uđe u unutrašnjost. U njoj se nalaze i sistemi za održavanje unutrašnje atmosfere u pogledu pritiska, sastava i temperature, što ulazi u njenu ukupnu masu.
Kosmički brod „sojuz“ je konstruisan  u birou Sergeja Koroljeva, na osnovu koncepcije da kapsula bude velika onoliko koliko je dovoljno za smeštaj kosmonauta pri poletanju i povratku a da ostali sitemi i prostor za boravak budu u drugim odsecima - modulima.
„Sojuz“ se sastoji, osim kapsule (oznaka SA - spuštajući aparat) koja je u srednjem delu, od zadnjeg dela (PAO - priborni agregatski odsek) i prednjeg dela (BO - boravišni odsek) sa sistemom za spajanje. Ukupna dužina kosmičkog broda je 7,1m, sa 6,5-7,2 t mase, u zavisnosti od varijante. Unutar BO i kapsule je atmosfera standardnog odnosa O2-N2 pod pritiskom koji iznosi 1 bar.

Orbitalni odsek je približno loptastog oblika, dužine 2,65m i širine 2,3m, mase do 1,45t. Na prednjem delu je uređaj za spajanje sa orbitalnom stanicom; zadnjim delom je spojen sa kapsulom ali su zadnja vrata deo kapsule. Ukupna zapremina je 6,5 m3, od toga kosmonauti raspolažu sa 5 m3. Može da posluži i kao izlazna komora. Na bočna izlazna vrata kosmonauti mogu da izađu a da ne ispuste vazduh iz kapsule; ta vrata služe i za ulazak posade pre poletanja. U BO modulu su i sistemi za održavanje temperature, uklanjanje vodene pare, ćelije za uklanjanje CO2 i oslobađanje kiseonika sa kalijum-hiperoksidom i sa LiOH, zalihe hrane i vode, sanitarni uređaji za obavljanje fizioloških potreba, elektronski sistemi za navođenje pri spajenju i dr.
Kapsula tj. SA odsek je složenog oblika. Prednji deo je zaobljen da bi se nastavio u deo omotača kupe, a zadnji deo je kalota male zakrivljenosti. Takav oblik omogućava glisiranja pri ulasku u atmosferu i određeno upravljanje kapsulom a smanjuje opterećenje. Dimenzije SA su 2,2x2,2m a masa je 2,6-3t.
Unutrašnja zapremina je 4m3, pri čemu 2-3 kosmonauta raspolažu sa 2,9m3 prostora. Sa spoljne strane je preklopni periskop jer BO zaklanja pogled na orbitalnu stanicu pri spajanju. Sistemi za održavanje atmosfere u kapsuli su predviđeni za vreme poletanja i sletanja. Kapsula ima sopstveni manevarski sistem od 8 motora
malog potiska na vodonik-peroksid za upravljanje pri ulasku u atmosferu i tokom planiranja.
Zadnji odsek (PAO) je cilindar sa kupastim završetkom, dužine 2,3m, širine 2,7m na najširem delu i mase 2,7-2,9 t. Na njemu su krila solarnih panela raspona 10 m, snage oko 500W. Sastoji se od dela pod pritiskom u kome su sistemi temperaturne kontrole, radijator, elektroenergetski sistem i elektronika, radiotelemetrija i komunikacije. Pogonski sistem se sastoji od glavnog raketnog motora, potiska 3,9 kN uz koji su dve komore pomoćnog motora, ukupnog potiska 3,8 kN. Četiri motora za održavanje visine orbite imaju potisak po 107 N; snabdevaju se gorivom UDMH i oksidatorom N2O4 iz četiri rezervoara. Na prelaznom delu ka kapsuli i na zadnjem delu PAO je manevarski sistem od ukupno 18 malih motora pojedinačnog potiska po 14,7N; spojen je sa kapsulom sistemom spona, koji se razaraju eksplozivom pri odvajanju odseka.

Na vrhu štita...

Pri poletanju „sojuz“ je u aerodinamičkom štitu na čijem je vrhu raketni toranj, tj.sistem za spasavanje - SAS koji se odbacuje 2,5 min po lansiranju. Posle odvajanja od trećeg stepena, sa dva paljenja glavnog motora, „sojuz“ ulazi u putanju orbitalne stanice a spajanje se može obaviti automatski, ručnim upravljanjem ili telekomandom iz kontrolnog centra. Po okončanju misije i odvajanju od orbitalne stanice, glavni motor retroreaktivnim kočenjem smanjuje brzinu i „sojuz“ kreće ka atmosferi. Odbacuje PAO i BO odsek i kapsula ulazi u atmosferu brzinom od oko 8 km/s. Kočenje počinje na oko120 km visine i traje oko 8 min. Brzina se smanjuje na 226 m/s, a na visini 8,8 km dva mala pilot padobrana izvlače kočeći padobran površine 24m2, koji smanjuje brzinu na oko 68 m/s da bi se, otvaranjem glavnog padobrana površine 968 m2, brzina konačno smanjila na 7,2 m/s. Jednu sekundu pre udara o tlo, paljenje 6 raketnih motora na čvrsto gorivo u zadnjem delu kapsule smanjuje brzinu na 1,5m/s, kojom ona udara o tlo, što amortizeri na ležajevima kosmonauta ublažavaju. Time je misija „sojuza“ okončana. Do sada su se kapsule i svi sistemi u njima koristili samo jednokratno.

Trnovit put do sigurnog kosmičkog broda

Tokom više od pet decenija korišćenja, kosmički brodovi tipa „sojuz“ su prolazili kroz najrazličitija iskušenja. Zbog malih tehničkih grešaka, bilo je fatalnih nesreća ali bilo je i velikih otkaza koji su se srećno završili. Posle svakog od tih slučajeva  primenjivana su sigurnija tehnička rešenja.
Prvi kosmički brod tipa „sojuz“ lansiran je bez posade 28. novembra 1966. pod nazivom „kosmos 133“. Iako nije ispunila očekivanja, kapsula je uspešno vraćena na Zemlju. Drugi let je bio uspešniji i obavljen je februara 1967. pod nazivom „kosmos 140“.
Usledio je prvi let 23. aprila 1967. pod oznakom „sojuz 1“ sa kosmonautom Vladimirom Komarovom. U toku misije bilo je problema sa sistemom upravljanja pa je ona prekinuta i atmosfersko kočenje je uspešno obavljeno, ali je došlo do otkaza glavnog padobrana i kapsula je udarila u tlo brzinom od oko 50 m/s pri čemu je kosmonaut Komarov poginuo.
Pri navedenoj brzini, svaki padobranac može da iskoči i otvori padobran (pod uslovom da uspe da otvori vrata na vrhu kapsule) ali Komarov nije imao sopstveni padobran.
Padobranski i drugi sistemi se usavršavaju i slede letovi bez posade koji su automatski obavili međusobno spajanje označeni kao „kosmos 186 i 188“, „kosmos 212“ i „kosmos 213“.
„Sojuz 2“ je, oktobra 1968, lansiran bez posade a „sojuzom 3“ je upravljao kosmonaut Georgij Beregovoj; ali, njihovo spajanje nije uspelo. Konačno se, januara 1969, „sojuz 4“ sa kosmonautom Šatalovim uspešno spojio sa „sojuzom 5“ iz kojeg su kosmonauti Jelisejev i Hrunov, u skafanderima, prešli u „sojuz 4“ i, posle razdvajanja, uspešno se spustili u toj kapsuli na Zemlju.
Boris Voljinov koji je ostao u „sojuzu 5“ (nije imao skafander) imao je vrlo ozbiljan problem pri povratku u atmosferu. Orbitalni BO odsek je uspešno odbacio, raketni motor je obavio smanjenje brzine i ulazak u atmosferu - ali je sistem za odbacivanje PAO odseka  otkazao. Kapsula je ušla u atmosferu prednjim delom, na kome su vrata za BO koja nisu bila projektovana da izdrže termička i mehanička opterećenja aerodinamičkog kočenja. Na sreću, iako ulubljena, vrata su izdržala sve do pucanja spona koje vezuju kapsulu i PAO odsek koji se konačno odvojio.
Potom se kapsula momentalno okrenula donjim delom (na kome je termoizolacioni sloj najdeblji) u smeru kretanja i aerokočenje je uspešno obavljeno. Mesto sletanja je promašeno i kapsula je, sa delimično spetljanim padobranom, sletela na Ural. Udar o tlo je bio toliko jak da je Voljinov izleteo iz sistema veza, udario o instrument tablu i izbio prednje zube. Izašao je iz kapsule i, po dubokom snegu, na temperaturi -39ºC, stigao do neke brvnare. Spasilački helikopter ga je pronašao i sve se završilo srećno - kosmonaut Boris Voljinov je 1976. ponovo leteo u kosmos u „sojuzu 21“ kada se spojio sa orbitalnom stanicom „saljut 5“.
Sličan problem, neuspešno odbacivanje PAO modula pri ulasku u atmosferu, odnosno ulazak prednjim delom kapsule, imali su „sojuz TMA-10“ i „sojuz TMA-11“. U tim slučajevima je odvajanje od PAO bilo delimično i spone su brže pukle a kapsule se pravilno usmerile i sletanja nisu bila toliko gruba.
„Sojuzi 6,7 i 8“ su obavili prvi let tri kosmička broda, oktobra 1969, kada se u kosmosu našlo 7 kosmonauta - ali nisu uspeli da se spoje.
„Sojuz 9“ je obavio 1970. let dug 18 dana sa ustaljenom praksom da kosmonauti ne nose skafandere. Usledio je, 1971, let „sojuza 10“  koji je prišao orbitalnoj stanici „saljut 1“, ali pokušaj čvrstog spajanja i ulaska posade u stanicu nije uspeo zbog oštećenja  sistema za pristajanje.

Šema delova sojuza
A> Orbitalni BO odsek 1.Mehanizam za pristajanje i spajanje 2. i 4. antene radara sistema za susretanje „kurs“ 3.Antena za TV prenos 5.Kamera 6.Vrata otvora za ulazak-izlazak B> Kapsula-SA odsek 7.Odeljak padobranskog sistema 8.Periskop 9.Prozor 11.Toplotno izolacioni štit	C> Priborno-agregatski odsek PAO 10. i 18.motori sistema za održavanje visine orbite 12. Senzori usmereni ka Zemlji 13. Senzori za Sunce 14.Spoj sa solarnim panelima 15.Termalni senzor 16.Antena sistema „Kurs“ 17.Glavni i pomoćni raketni motori 19.Antena radioveze 20.Rezervoaru za gorivo i oksidator 21.Rezervoari za kiseonik

Spajanje sa orbitalnom stanicom nije uspelo ni „sojuzima 15, 23 i 25“ zbog otkaza sistema za pristajanje. „Sojuz 33“, osim što aprila 1979. nije mogao da se spoji sa orbitalnom stanicom, imao je i otkaz glavnog motora pa se sa orbite vratio paljenjem pomoćnog motora. Posle ovih neuspeha, usledila su poboljšanja sistema za spajanje i taj uzrok je uklonjen. Ipak 1983. „sojuz T8“ nije ostvario spajanje zbog slomljene antene tako da je neuspelih spajanja bilo 6. Potom su spajanja sa orbitalanom stanicom uspešno obavljana.

Nevolja na nevolju

Najveća nesreća se dogodila 1971. Tročlana posada je uspešno lansirana (prema tada ustaljenoj praksi nisu nosili skafandere), obavila spajanje sa orbitalnom stanicom „saljut 1“ i provela na njoj 24 dana, obavljajući planirane eksperimente. Posle odvajanja od „saljuta 1“, prilikom ulaska kapsule „sojuza 11“ u atmosferu, došlo je do ispuštanja vazduha, tj. dekompresije kapsule, što je dovelo do pogibije Viktora Dobrovoljskog, Vladislava Volkova i Georgija Pacajeva. Kapsula se spustila automatski - ali sa beživotnim telima kosmonauta. Da su imali skafandere, preživeli bi.
Usledio je dvogodišnji prekid u letovima sa posadom, tokom kojeg su lansirani „sojuzi“ bez posade pod nazivom „kosmos 496 i 573“ sa izmenjenim sistemima. Što je važnije - konstruisan je laki skafander tzv.meke strukture tipa „sokol“ a kabina je adaptirana da lete samo dva kosmonauta.
Usledio je probni let „sojuza 12“ sa kosmonautima Vasilijem Lazarevim i Olegom Makarevim 1973, a potom još nekoliko bespilotnih „sojuza“ pod nazivom „kosmos“. Konačno je počelo i uspešno spajanje sa orbitalnom stanicom „saljut sojuza 14“  a potom i „saljut 4 sojuza 17“ i  pripreme za misiju „Sojuz-Apolo“. Misija spajanja „sojuza 19“ i „apola“ je uspešno protekla, jula 1975. Posle samostalne misije „sojuza 22“, oni se koriste samo  kao transportni sistem posada za orbitalne stanice.
Da nešto uvek može da pođe nepreviđenim tokom, pokazao je let „sojuza 18A“ (A je oznaka za prekid: abort) 5. aprila1975. Tokom lansiranja, motori trećeg stepena su proradili a da se brod nije odvojio od drugog stepena rakete nosača, što je dovelo do okreta i naglog povratka u atmosferu, pri čemu je kapsula bila izložena opterećenju od 21 ge. Kosmonauti Vasilij Lazarev i Oleg Makarov su bili povređeni. „Sojuz“ je uspešno odradio sve procedure sletanja i kapsula se spustila na planinsku oblast, čime je dokazano da može da izdrži i veća opterećenja od planiranih. Makarov je ponovo leteo u kosmos 1978. U „sojuzu 27“ spojio se sa „saljutom 6“ a vratio u kapsuli „sojuza 26“ i u „sojuzu T3 1980“ opet na „saljut 6“.
Tokom starta „sojuza 10“ (kasnije označen sa 10A) 1983, došlo je do požara na raketi nosaču. Komandom iz kontrolnog centra, raketni toranj za spasavanje je odvojio kapsulu 2 sekunde pre eksplozije rakete. Ona se spustila na padobranu bez posledica po kosmonaute Vladimira Titova i Genadija Strekalova, koji su kasnije obavili uspešne letove u  misijama „sojuza T“.

Problem sa raketom nosačem se pojavio ponovo 11. oktobra 2018, pri lansiranju „sojuza MS-10“ kada je izgledalo da takve nesreće pripadaju počecima kosmonautike. Dva minuta posle lansiranja, jedan od četiri bočna bustera nije mogao da se odvoji pa je sistem za spasavanje odvojio „sojuz“ od trećeg stepena na visini od oko 90 km a potom se kapsula sa Aleksejem Ovčininom i Nikom Hogom bezbedno spustila. „Sojuz“ je još jednom dokazao sigurnost a navedeni kosmonauti su obavili let na ISS sa „sojuzom MS-12“.

„Sojuz“- zasad najsigurniji

Ukupno je lansirano 145 „sojuza“ sa posadama, računajući i poslednju u „sojuzu MS-16“. Tri lansiranja su bila neuspela zbog raznih otkaza rakete nosača, ali su posade spasene.
Dve misije na samom početku programa završile su se fatalno za posadu zbog grubih grešaka koje se ne mogu pripisati koncepciji kosmičkog broda „sojuz“ i koje se kasnije nisu ponovile tako da on za sada ostaje najpouzdaniji sistem lansiranja posada u Zemljinu orbitu. Pet kosmičkih letelica je lansirano sa oznakom „sojuz“ bez posade u Zemljinu orbitu a oko 20 pod oznakom „kosmos“.
Bespilotne letelice za snabdevanje orbitalnih stanica tipa „progres“ su takođe varijante „sojuza“ od koga su preuzeti odseci BO i PAO - ali je mesto kapsule odsek koji nosi raketno gorivo za održavanje visine i položaja stanica. Progres u BO odseku nosi oko 2,5 t tereta za potrebe posada i do sada ih je lansirano 165. Ukupno je u Zemljinu orbitu do sada lansirano oko 330 letelica na osnovu „sojuza“, što je apsolutni rekord korišćenja nekog sistema u kosmosu.
„Sojuz“ je trebalo da posluži kao komandno-servisni modul u obustavljenom  sovjetskom projektu leta na Mesec. U toku priprema za takvu misiju, lansirana je varijanta „sojuza“ bez odseka BO, raketom „proton“ pod nazivom „zond“. Od pet tih misija bez posade, četiri su uspešno obletele Mesec 1968-70. i vratile se u Zemljinu atmosferu drugom kosmičkom brzinom. Četiri eksperimentalna lansiranja 1969-1972. džinovskom raketom „N1“ nisu uspela zbog havarija tih raketa. Navodno su kapsule dva puta spasene.
Drugi tipovi kosmičkih brodova su bili veći i komplikovaniji od „sojuza“ ali je on ostao u upotrebi a oni su otišli u istoriju.
Misija spajanja „sojuza 19“ i „apola“ 1975. (pri kojoj su sovjetski kosmonauti prelazili u „apolo“ a američki astronauti u „sojuz“) je bila poslednji let u kosmos tipa letelice koja je obavila ulazak u orbitu oko Meseca i izlazak iz nje na putanju prema Zemlji. U misiji sa „sojuzom“ i u misijama na orbitalnu stanicu „skajlab“ servisni modul „apola“ nosio je oko 10 t goriva manje nego u misijama na Mesec - jer nije bio predviđen za misije u Zemljinu orbitu.
Tokom misija „sojuza“ na orbitalnu stanicu „saljut 7“, uz nju su bili spojeni i kosmički brodovi tipa TKS pod nazivom „kosmos 1443 i 1686“. Trostruko masivniji od „sojuza“, sa većom kapsulom, unutrašnjim prostorom od 50 m3 i velikom rezervom goriva, kosmički brodovi TKS nikada nisu poneli kosmonaute niti ih vratili na Zemlju jer je procenjeno da nisu dovoljno sigurni.
Pri misijama na orbitalne stanice „mir“ i „ISS“, „sojuz“ je bio uvek prisutan a kosmoplani „spejs šatl“ su se povremeno spajali sa stanicom ili donosili module. Preko deset puta masivniji od „sojuza“, „spejs šatl“ je, posle 37 letova na orbitalnu stanicu, povučen iz upotrebe jer je bio vrlo skup i rizičan (u dve nesreće poginulo je četrnaest astronauta).
Od 2011. „sojuz“ je jedini transportni sistem za slanje posada na „ISS“ i, u slučaju potrebe, može da posluži za hitnu evakuaciju posade na Zemlju (kao neka vrsta čamca za spasavanje). Koncepciju „sojuza“ je preuzela Kina jer je, na osnovu njega, izgradila svoj tip letelice „šen-žou“ koju će koristiti za slanje posada na sopstvenu orbitalnu stanicu.
Novi kosmički brodovi SAD „dragon 2“ i „starlajner“, koji uskoro treba da ponesu posade u Zemljinu orbitu, tek treba da dokažu da su efikasniji i ekonomičniji od proverenog „sojuza“. Rusija razvija novi kosmički brod za 4-6 članova posade nazvan „federacija“ (neće imati orbitalni BO odsek i ne liči na „sojuz“) koji treba da poleti 2024.  Sa obzirom da novi projekti obično kasne a potrebno je i neko vreme da se dokaže njihova pouzdanost i efikasnost, verovatno će „sojuz“ završiti i svoju šestu deceniju letova u kosmos.

Dragan Lazarević

Kompletni tekstove sa slikama i prilozima potražite u magazinu
"PLANETA" - štampano izdanje ili u ON LINE prodaji Elektronskog izdanja
"Novinarnica"