Astronautyka

Startująca rakieta Space Launch System w ramach misji Artemis 1, z platformy LC-39B w Centrum Kosmicznym Johna F. Kennedy’ego, 16 listopada 2022 roku

Astronautyka (lub kosmonautyka) – praktyka wysyłania statków kosmicznych oraz sztucznych satelitów poza atmosferę ziemską w przestrzeń kosmiczną, celem jej eksploracji. Wykonywanie lotów kosmicznych jest jednym głównych zastosowań astronautyki.

Termin astronautyka (pierwotnie astronautique w języku francuskim) został ukuty w latach dwudziestych XX wieku przez J.-H. Rosny'ego, dziekana Akademii Goncourtów, w analogii do aeronautyki. W 1930 roku Robert Esnault-Pelterie opublikował pierwszą książkę na temat astronautyki.

Termin kosmonautyka (oryginalnie cosmonautique w języku francuskim) został wprowadzony w latach trzydziestych XX wieku przez Ary'ego Sternfelda w jego książce Initiation à la Cosmonautique (pol. Wprowadzenie do kosmonautyki).

Podobnie jak w przypadku aeronautyki, ograniczenia związane z masą, temperaturami i siłami zewnętrznymi wymagają, aby systemy działające w przestrzeni kosmicznej przetrwały ekstremalne warunki takie jak wystawienie na działanie próżni, bombardowanie promieniowaniem kosmicznym oraz promieniowaniem pochodzącym z pasa Van Allena. Produkowane rakiety nośne muszą wytrzymywać ekstremalne siły, podczas gdy ładunki użyteczne zazwyczaj doświadczają ogromnych zmian temperaturowych w bardzo krótkich okresach czasu.

Wyprawy na Księżyc

Lądownik Apollo 11 - 1969

Pierwsze loty w przestrzeń kosmiczną i na Srebrny Glob były przedmiotem wyścigu kosmicznego USA i ZSRR.

Od 1959 roku wysłano w stronę Księżyca kilkadziesiąt sond automatycznych. Pierwsze miały robić jego zdjęcia - czy to przelatując obok niego, czy też przed rozbiciem się o jego powierzchnię. W październiku 1959 roku radziecka sonda Łuna 3 przekazała na Ziemię pierwsze obrazy niewidocznej strony Księżyca. Potem lądujące na jego powierzchni sondy dostarczyły dokładniejszych informacji o tym globie. Później miesiącami badały go i fotografowały satelity.

W latach 1969–1972 podjęto, w ramach programu Apollo, siedem wypraw, w tym sześć (oprócz Apollo 13) udanych. W ich wyniku wylądowało na Księżycu dwunastu ludzi. Pierwsi stanęli na jego powierzchni 21 lipca 1969 roku Neil Armstrong i Edwin Aldrin, którzy dotarli tam statkiem Apollo z lądownikiem Eagle (Orzeł) podczas misji Apollo 11. Astronauci, którzy byli na Księżycu, zrobili tysiące jego zdjęć, rozmieścili tam przyrządy naukowe, dokonali wielu pomiarów i przywieźli na Ziemię około 400 kg próbek skał księżycowych.

Misje międzyplanetarne

Łazik Sojourner bada skład skał na Marsie - 1997

Sonda Cassini przelatuje przez szczelinę między pierścieniami Saturna - wizja artysty - 2004

Sonda Stardust przelatuje obok komety Wild 2 - wizja artystyczna - 2004

W ciągu niespełna trzydziestu lat sondy kosmiczne przeleciały obok wszystkich planet Układu Słonecznego. Wprowadzono statki kosmiczne na orbity wokół Merkurego, Wenus, Marsa, Jowisza i Saturna. Na powierzchni Wenus i Marsa wylądowały sondy, a na Jowisza opadł specjalnie do tego przygotowany próbnik. Od 1976 roku dwie amerykańskie sondy z serii Viking przez wiele lat badały i fotografowały Marsa. Analizy chemiczne gruntu nie wykryły żadnego śladu życia. Dzięki wystrzelonym w 1977 roku dwóm amerykańskim sondom z serii Voyager poznano wiele informacji o planetach gazowych Układu Słonecznego oraz o ich pierścieniach i księżycach. Wprowadzone na orbitę okołowenusjańską sondy sporządziły za pomocą radarów szczegółowe mapy powierzchni tej planety. W 1997 roku na powierzchni Marsa umieszczono łazik Sojourner, pierwszy udany pojazd na tej planecie. W 2021 roku na powierzchni Marsa umieszczono dron Ingenuity, pierwszą maszynę zdolną unieść się, wykonać lot i wylądować.

Cztery sondy kosmiczne wylądowały na ciałach nie będących planetami. Były to Huygens, który w 2005 roku wylądował na księżycu Saturna Tytanie, NEAR Shoemaker, który w 2001 roku z powodzeniem lądował na planetoidzie Eros, oraz japoński próbnik Hayabusa, który w 2005 roku wylądował na planetoidzie Itokawa w celu pobrania próbek z jej powierzchni, z którymi następnie powrócił na Ziemię. W roku 2014 lądownik sondy Rosetty Philae wylądował na komecie 67P/Czuriumow-Gierasimienko.

W 1985 roku sonda ICE jako pierwsza dokonała bliskiego przelotu obok komety. W 2005 roku impaktor z sondy Deep Impact celowo uderzył w jądro komety Tempel 1, umożliwiając rejestrację przebiegu zderzenia przez główną część sondy. W 2006 roku sonda Stardust dostarczyła na Ziemię próbki pyłu pobrane z komy komety Wild 2.

Pierwsze zbliżenie

Planeta	Rok zbliżenia	Sonda	Państwo
Wenus	1962	Mariner 2	USA
Mars	1965	Mariner 4	USA
Jowisz	1973	Pioneer 10	USA
Merkury	1974	Mariner 10	USA
Saturn	1979	Pioneer 11	USA
Uran	1986	Voyager 2	USA
Neptun	1989	Voyager 2	USA
(134340) Pluton	2015	New Horizons	USA

Pierwsze wejście na orbitę

Planeta	Rok zbliżenia	Sonda	Państwo
Mars	1971	Mariner 9	USA
Wenus	1975	Wenera 9 i 10	ZSRR
Jowisz	1995	Galileo	USA
Saturn	2004	Cassini-Huygens	USA i ESA
Merkury	2011	MESSENGER	USA
Westa	2011	Dawn	USA
Ceres	2015	Dawn	USA

Pierwsze lądowanie

Planeta	Rok zbliżenia	Sonda	Państwo
Wenus	1967	Wenera 4	ZSRR
Mars	1971	Mars 3	ZSRR
Saturn → Tytan	2005	Huygens	USA i ESA

Największe agencje kosmiczne

• NASA: (National Aeronautics and Space Administration)
• ESA: (European Space Agency)
• Roskosmos: (Russian Federal Space Agency)
• JAXA: (Japan Aerospace Exploration Agency)

Wpływ na technologię

Podczas przygotowania lotów kosmicznych powstały tysiące wynalazków. Około 1400 spośród nich ma zastosowanie wykraczające poza astronautykę. Są to m.in.:

• dializator krwi,
• tomograf komputerowy,
• lepsze obuwie sportowe, sprężyste wkładki do butów. Miał takie Neil Armstrong na Księżycu. Miękko absorbowały energię, z jaką dotykał gruntu, a potem sprężyście ją oddawały, pomagając w wybiciu się stopy. Trafiły do butów sportowych.
• wyroby przystosowane do długotrwałego przechowywania żywności. Posiłki liofilizowane wymyślone dla astronautów. Potrawę szybko się zamraża, a potem powoli suszy. Dzięki temu zachowuje 98 procent odżywczych składników, tylko jedną piątą masy. Wystarczy dodać wody i podgrzać. Korzystają z nich podróżnicy, alpiniści i żołnierze.
• nowe materiały izolacyjne (m.in. kombinezony strażackie),
• innowacyjne produkty umożliwiające oczyszczanie wody (m.in. dializator). Znane przed lotami w kosmos, ale te wynaleziono dla stacji orbitalnej Skylab – z aktywnym węglem z domieszką bakteriobójczego srebra. Okazały się idealne w domowych i turystycznych zastosowaniach.
• narzędzia zasilane akumulatorami (np. wiertarki i wkrętarki bezprzewodowe, odkurzacze),
• czujniki trujących gazów (w tym dymu). Skonstruowane dla stacji kosmicznej Skylab – pierwsze czujniki z regulacją progu alarmu, dzięki czemu nie włączają się bez potrzeby.
• „oddychające materiały”, np. Gore-Tex,
• narzędzia do cyfrowej obróbki fotografii,
• opony zimowe. Do ich produkcji wykorzystano materiał mocniejszy niż stal i odporny na niskie temperatury. Z tego materiału NASA wykonywała spadochrony do marsjańskich lądowników.
• materiały kompozytowe w wytrzymalszych klockach hamulcowych,
• łączność satelitarna,
• GPS,
• zdjęcia cyfrowe,
• lepiej przyczepne rzepy,
• zupki błyskawiczne,
• ostrza z twardszą warstwą węglową,
• metalizowana folia,
• łożyska bezsmarowe,
• lidar (LADAR).
• wykrywacz piorunów, dla golfistów, żeglarzy, pilotów – rejestruje odległe błyski i ostrzega przed zbliżającą się burzą z błyskawicami.

Linki zewnętrzne

• Portal naukowy - kosmonauta.net
• AstroNautilus - polskojęzyczny, popularnonaukowy magazyn astronautyczny
• Polskie forum astronautyczne
• astro4u.net - dział astronautyki na polskim forum astronomicznym. astro4u.net. [zarchiwizowane z tego adresu (2010-07-16)].
• Grupa dyskusyjna pl.sci.kosmos
• Encyclopedia Astronautica (ang.)