Svemirski letovi

Lansiranje rakete Proton sa servisnim modulom Zvezda Međunarodne svemirske stanice (12. jul 2000. godine).

Međunarodna svemirska stanica.

Orbiter Diskaveri u NZO.

Rover na površini Marsa.

Svemirski letovi predstavljaju boravak, putovanja ili prevoz u ili kroz svemir. Prelaz između planete Zemlje i svemira određen je Karmanovom linijom, ili zamišljenom visinom (oko 100 km) koju je Međunarodna vazduhoplovna federacija (FAI) (engl. Fédération Aéronautique Internationale, FAI) prihvatila kao granicu koja se obično koristi za definisanje razgraničenja između Zemljine atmosfere i svemira. Iznad ove linije može se govoriti o boravku ili letu u svemir.

Svemirski letovi mogu biti sa ili bez ljudske posade. Primer svemirskih letova sa ljudskom posadom su ruski Sojuz program, i američki Spejs šatl program, kao i Međunarodna svemirska stanica. Primeri svemirskih letova bez ljudske posade su komunikacioni sateliti. Njima se upravlja telerobotičkom kontrolim ili su u potpunosti autonomne.

Svemirski letovi se koriste u cilju istraživanja svemira i u komercijalne aktivnosti poput svemirskog turizma i za telekomunikacije. Koriste se i u nekomercijalne svrhe poput nadgledanja svemira ili nadglanja i praćenja aktivnosti na Zemlji.

Razvojem svemirskih letelica bavi se astronautika. Svemirski letovi počinju lansiranjem rakete, koja omogućava počeno odvajanje i prevazilaženje sile gravitacije kojim se svemirska letelica odvaja od površine Zemlje. Kada dođe u svemir, kretanje svemirske letelice proučava astrodinamika.

Istorija

Prvi realističan predlog svemirskog putovanja dao je Konstantin Ciolkovski. Njegov čuveni rad, Istraživanje kosmičkog prostora reaktivnim uređajem (rus. Issledovanie mirovыh prostranstv reaktivnыmi priborami), objavljen 1903. godine, bio je veoma uticajan izvan Rusije.

Svemirski letovi postali su mogući sa inženjerske tačke gledišta kada je Robert Godard 1919. godine objavio rad „Metoda postizanja ekstreminh visina“ (engl. A Method of Reaching Extreme Altitudes), u kojem je rešio problem energije primenom de Lavalove mlaznice korišćenjem tečnog goriva kojima su omogućena interplanetarna putovanja. Takođe je u svojoj laboratoriji dokazao da rakete mogu da rade u vakuumu svemira, što je tada bila velika misterija. Ovaj rad je bio veoma uticajan na Hermana Oberta i Vernera fon Brauna, koji su kasnije bili ključni igrači u svemirskim letovima.

Prva raketa koja je dosegla svemir na visini od 189 kilometara je bila nemačka V-2 raketa, tokom testiranja u junu 1944. godine. Prvi Sputnjik je Sovjetski Savez lansirao 4. oktobra 1957. godine, čime je poslat prvi veštački satelit u orbitu Zemlje. Prvi svemirski let sa ljudskom posadom je bio Vostok, 12. aprila 1961. godine, a prvi kosmonaut je bio Jurij Gagarin. Glavne arhitekte sovjetskog programa su bili Sergej Koroljov i Kerim Kerimov.

Pogon raketnim motorom je još uvek standardno prisutan, za dostavljanje tereta u orbitu, mada se već više decenija razvijaju alternativni kombinovani racionalniji sistemi, koji bi mogli da uskoro zamene postojeće. U njih spadaju kombinacije raketnog pogona sa nadzvučno nabojnomlaznim motorom. Ovaj drugi, letelicu pogoni u prostoru velikih visina u atmosveri, do hipersoničnih brzina (oko M = 5). Raketni pogon se koristi za početno ubrzavanje i za let izvan atmosvere do ulaska u orbitu. Jedna od letelica sa takvim pogonom je Skylon. Njen prvi let je planiran za 2019. godinu.

Robert H. Godard

Verner fon Braun

Faze

Lansiranje

Lansiranje misije Apolo 11.

Svaki let u svemir započinje lansiranjem rakete (rakete-nosača) iz svemirske luke (kosmodroma). U sklopu svakog većeg kosmodroma obično se nalazi više kompleksa za lansiranje i lansirnih rampi sa kojih rakete poleću iz uspravnog položaja. Pored ovih instalacija, većina njih poseduje i duge piste za poletanje i sletanje teretnih aviona kojima se transportuju komponente svemirskih letelica, a ponekad i cele letelice, planetarne sonde ili komercijalni sateliti. Ove piste koriste i avioni koji prevoze kosmonaute pred letove u svemir. U nekolicini slučajeva koristile su se i za sletanje letelica pri povratku iz svemira, kao što je to slučaj kod američkog spejs-šatla i sovjetskog programa Buran. Kosmodromi se obično nalaze daleko od naseljenih oblasti zbog buke, koja pri poletanju rakete dostiže preko 200 dB i može da prouzrokuje ozbiljnu štetu, ali pre svega iz bezbedosnih razloga. Ponekad (zavisno od rakete, u 0–5% slučajeva) moguće je da dođe do kvara na raketi tokom uzletanja i da ona skrene sa kursa. Tada se šalje komanda za samouništenje, nakon koje raketa eksplodira, a veliki delovi konstrukcije rakete padaju na zemlju i mogu da nanesu veliku štetu. Lansiranja interkontinentalnih balističkih raketa (ICBM) sprovode se iz posebnih instalacija, najčešće vojnih baza koje poseduju silose ili iz velikih nuklearnih podmornica.

Poletanje rakete je obično vremenski ograničeno takozvanim „prozorima za lansiranje“, koji iznose od 0 sekundi (trenutni) do par sati ili čak više nedelja u slučaju lansiranja istraživačkih sondi ka planetama. Dužina prozora za lansiranje zavisi od pozicije ciljanih nebeskih tela ili orbita u odnosu na mesto lansiranja. Najveći uticaj na dužinu tog prozora obično ima sama rotacija Zemlje oko svoje ose. Nakon lansiranja, letelice ili sateliti obično ulaze u orbitu koja je locirana na površi koja zaklapa određeni ugao u odnosu na osu rotacije Zemlje, i taj ugao je u većini slučajeva fiksan, mada ima i letelica koje menjaju inklinaciju orbite (npr. špijunski sateliti).

Lansirna rampa je fiksna struktura koja obezbeđuje sve neophodne uslove za lansiranje raketa. Osnovni delovi ovih konstrukcija su lansirni toranj i rov za kanalisanje izduvnih gasova rakete. Lansirni toranj obezbeđuje stabilnost rakete koja je za njega pričvršćena sve do nekoliko sekundi pred uzletanje, ali se kroz njega takođe sprovode creva kojim se doprema gorivo do rezervoara rakete, kablovi za napajanje baterija letelice dok je unutar zaštitnog omotača rakete, a na njima su često i kamere preko kojih inženjeri mogu da prate da li sve protiče po planu. Visina lansirnog tornja i njegovi gabariti zavise od rakete koju opslužuje, i kreće se od par desetina metara za manje rakete do preko 110 metara za najveće, poput raketa Saturn V (SAD) i N–1 (SSSR). Rov za kanalisanje izduvnih gasova u stvari ima glavni zadatak da što brže odvede akustičnu energiju i vibracije koje pri poletanju stvaraju raketni motori. Pojedini rovovi se u trenutku uzletanja pune velikim količinama vode koja dodatno prigušuje akustičnu energiju. U neposrednoj blizini lansirne rampe nalazi se oprema pomoću koje se raketa podiže u vertikalan položaj, pumpe i rezervoari za skladištenje raketnog goriva, a ponegde i visoki vodotornjevi za akumulaciju velike količine vode koja se za samo par sekundi pod velikim pritiskom upumpa u rov ispod rakete koja uzleće sa lansirne rampe.

Dosezanje svemira

Najčešće korišćena definicija granice od koje počinje svemir jeste Karmanova linija – 100 kilometara iznad površine Zemlje. Pređenja radi, putnički avioni lete na visinama od 10–13 km, vojni lovački avioni oko 20 km, a špijunski avioni poput Lokid SR-71 oko 26 km. Američka letelica na raketni pogon X-15 je tokom eksperimentalnih letova 1960-ih dostizala nadmorsku visinu i do 107 kilometara, na samoj ivici svemira, i pritom se kretala brzinom od oko 7.200 km/h. Tokom tih eksperimentalnih letova prikupljeni su podaci koji su kasnije korišćeni prilikom izrade kapsula za letove u svemir sa ljudskom posadom. Visinski i brzinski rekordi koje je ova letelica postavila još nisu odboreni.

Rakete-nosači su trenutno jedina praktična sredstva za dostizanje svemira. Konvencionalni mlazni motori koje danas koristi većina aviona ne mogu se koristiti za let u svemir, jer ne mogu raditi bez dotoka velike količine kiseonika koji je neophodan za sagorevanje goriva. Raketni motori sagorevaju gorivo velikom brzinom i time proizvode potisak koji obezbeđuje dovoljnu promenu brzine (ΔV) za dostizanje orbite. Pogonski sistemi, zavisno od oblasti kojoj su namenjeni, mogu biti:

• Potrošni lansirni sistemi

Nort Ameriken X-15

• Jednostepeni lansirni sistemi za direktno lansiranje u orbitu
• Jednostepeni lansirni sistemi za lansiranje do „Nebeske kuke“ (engl. Skyhook)

Kod raketa koje prevoze ljudsku posadu ugrađuju se dodatni raketni sistemi koji u slučaju nužde tokom poletanja odvajaju posadu od ostatka rakete, nakon čega se kapsula sa kosmonautima bezbedno prizemljuje. Ovi raketni sistemi proizvode veliki potisak, jer je potrebno da u deliću sekunde odvoje kapsulu koja teži više tona daleko od rakete. Na primer, ovakav raketni sistem koji je razvijen za budući američki svemirski brod Orion ima veći potisak od rakete Atlas 109-D kojom je Džon Glen 1962. godine lasniran u svemir.

Alternativni koncepti dosezanja svemira

Umetničko viđenje svemirskog elevatora (NASA).

Od kada su letovi u svemir prestali da budu samo tema naučnofantastičnih filmova i knjiga, odnosno od kada je počelo ozbiljno da se radi na raketama u prvoj polovini 20. veka, predložen je veliki broj načina za dosezanje svemira bez upotrebe raketa-nosača. U te načine se ubraja ideja o upotrebi svemirskog elevatora (lifta) i rotovatora, koji bi bili napravljeni od novih materijala mnogo čvršćih od bilo kog danas dostupnog. Jedan koncept orbitalnog konopca (ili lanca) koji je moguće izgraditi koristeći danas dostupne materijale i tehnologiju poznat je pod nazivom nerotirajuća nebeska kuka (engl. Non-rotating Skyhook). Elektromagnetski lanseri poput lansirnih petlji su takođe ostvarivi korišćenjem današnjih tehnologija. U ostale ideje spadaju letelice/svemirski avioni potpomognuti raketama (poput koncepta engl. Reaction Engines Skylon), svemirski avioni pogonjeni nabojnomlaznim motorima ili pogonskim sistemom baziranim na kombinovanom ciklusu (engl. Rocket-based combined cycle). Lansiranje tereta koji je manje osetljiv na velika ubrzanja (velike g sile) mogao bi da se obavlja ispaljivanjem iz velikih haubica, koje bi morale da budu daleko veće od najvećih haubica korišćenih tokom ratova.

Napuštanje orbite

Servisni/komandni modul projekta Apolo u orbiti oko Meseca.

Da bi se neki objekat lansirao ka Mesecu ili drugim planetama nije neophodno da on prvo uđe u orbitu oko Zemlje. Mnoge ruske svemirske letelice uspevale su da postignu veoma veliku orbitalnu visinu bez ulaska u kružnu orbitu. NASA je prvobitno razmatrala da kapsulu Apolo lansira putanjom koja vodi pravo na Mesec, ali je kasnije ipak usvojena drugačija strategija – kapsula je prvo lansirana u privremenu nisku orbitu oko Zemlje, takozvanu parking orbitu, a zatim je ponovo paljen motor trećeg stepena rakete Saturn V nakon čega je letelica bila na trajektoriji ka Mesecu. Odluka da se letelica prvo stavi u parking orbitu značila je da će se potrošiti veća količina goriva jer je perigej ove orbite morao biti dovoljno veliki da letelica ne uđe ponovo u atmosferu. S druge strane, u slučaju lansiranja u direktnu trajektoriju ka Mesecu, motor trećeg stepena rakete se pali samo jednom i po njegovom gašenju ovaj stepen rakete se odbacuje a letelica nastavlja ka svom odredištu.

Međutim, i pored toga što se trošilo više raketnog goriva, korišćenje parking orbite je u mnogome uprostilo planiranje misija projekta Apolo, naročito u nekoliko ključnih detalja. Značajno su produženi prozori za lansiranje, pa je tako lansiranje moglo uspešno da se sprovede čak i ako dođe do nekih sitnih tehničkih problema tokom odbrojavanja (odbrojavanje se zaustavljalo dok se problem ne reši, nakon čega bi se nastavilo). U slučaju lansiranja u direktnu trajektoriju ka Mesecu postojao bi samo jedan i to trenutni prozor za lansiranje svakog dana. Parking orbita je predstavljala čvrstu osnovu kontrolorima misije, tokom tih par sati mogli su da provere stanje posade i integritet komandnog i lunarnog modula nakon velikih naprezanja tokom lansiranja, kako bi bili sigurni da svi sistemi rade ispravno pred odlazak na Mesec. Da je tokom tih provera otkriven bilo kakav kvar, posada je mogla brzo da se vrati na Zemlju ili da koriguje svoju orbitu i ostane duže u Niskoj Zemljinoj orbiti. Ulaskom u parking orbitu su se mogle izabrati one translunarne trajektorije kojima su se izbegavale oblasti sa najgušćom radijacijom u Van Alenovim pojasima.

Misije projekta Apolo minimizovale su gubitak performansi koji se javljao ulaskom u parking orbitu time što je orbitalna visina tokom te orbite bila izuzetno niska. Na primer, tokom misije Apolo 15 visina parking orbite bila je izuzetno mala, čak i po standardima projekta Apolo – 171x169 km. Na ovim visinama i dalje se mogao primetiti mali uticaj otpora vazduha koji je tokom dužeg vremenskog perioda mogao da uspori letelicu i smanji joj orbitalnu visinu. Međutim, inženjeri su ovaj problem delimično rešili tako što su poslali komandu da se neprekidno ispušta mala količina vodonika iz rezervoara trećeg stepena rakete Saturn V. Ovo je ublažilo uticaj atmosferskog otpora, iako je letelica provodila samo nekoliko sati u tim uslovima pa je taj uticaj mogao da se toleriše.

Sovjetska sonda Luna 1, lansirana 1959. godine, je prvi objekat napravljen ljudskom rukom koji je dostigao brzinu oslobađanja sa Zemlje.

Robotizovane misije ne moraju da poseduju mogućnost prekida tokom lansiranja i nije neophodno da izbegnu oblasti sa većom radijacijom. Pored toga, današnje rakete-nosači su daleko naprednije od onih iz druge polovine 20. veka (koje su se često kvarile i bile nepouzdane), i skoro uvek ispoštuju trenutne prozore za lansiranje. Ovim se postiže da istraživake sonde ka Mesecu ili drugim planetama budu lansirane u direktne trajektorije ka svom odredištu, čime se maksimizuju performanse rakete i može se lansirati sonda veće mase. Pri lansiranju pojedinih sondi dolazi do kratkog gašenja raketnog motora i u tom periodu se letelica kreće po inerciji (bez pogona), ali se pre ulaska u parking orbitu motor ponovo pali i sonda dostiže brzinu oslobađanja koja je neophodna za napuštanje gravitacionog polja Zemlje.

Treba napomenuti da brzina oslobađanja (druga kosmička brzina) nekog nebeskog tela opada sa porastom nadmorske visine iznad površine tog tela. Međutim, efikasnost letelice je bolja ukoliko motori sagorevaju svoje gorivo što bliže površini nebeskog tela (za više detalja pogledati članak Obertov efekat i referencu). Ovo je još jedan način da se objasni gubitak performansi ukoliko letelica prvo ulazi u bezbednu parking orbitu, a onda nastavlja ka svom cilju.

Predloženi planovi za buduće međuplanetarne letove sa ljudskom posadom većinom uključuju sastavljanje svemirskog broda u NZO iz više delova koji će biti lansirani odvojenim raketama (poput Međunarodne svemirske stanice). Nakon završetka izgradnje poslednjim lansiranjem bi pristigla posada broda, koji bi zatim palio svoju pogonsku jedinicu i napuštao Zemlju. U ovakve predloge spadaju projekat Orion agencije NASA i tandem Kliper/Parom koji je predložila Rusija. Kalifornijska kompanija Spejs eks trenutno radi na razvoju projekta čiji je radni naziv Transporter za kolonizaciju Marsa (MCT, engl. Mars Colonial Transporter). U pitanju je raketa-nosač prečnika 10 metara, koja će proizvoditi potisak između 62–190 MN, i koja će moći da dostavi 100 tona korisnog tereta na površinu Marsa ili da jednim lasniranjem preveze i do 100 ljudi do površine crvene planete. Realizacija ovog projekta planirana je za sredinu 2020ih.

U sledećoj tabeli su prikazane vrednosti druge i treće kosmičke brzine za važnija nebeska tela u našem Sunčevom sistemu:

Nebesko telo	Sunce	Merkur	Venera	Zemlja	Mesec	Mars	Jupiter	Ganimed	Saturn	Uran	Neptun	Pluton
V2 (km/s)	617,5	4,3	10,3	11,2	2,4	5	59,6	2,7	35,6	21,3	23,8	1,2
V3 (km/s)	—	67,7	49,5	42,1	—	34,1	18,5	—	13,6	9,6	7,7	—

Iz tabele se može videti da druga kosmička brzina najviše zavisi od jačine gravitacionog polja nebeskog tela (odnosno od njegove mase) – najveća je za Sunce a najmanja za Pluton, dok treća kosmička brzina najviše zavisi od udaljenosti nebeskog tela od Sunca – najveća je za planetu Merkur dok je najmanja za Neptun, koja je najudaljenija od Sunca.

Astrodinamika

Astrodinamika, poznatija pod nazivom orbitalna mehanika, bavi se proučavanjem trajektorija svemirskih letelica, posebno uticajem gravitacionih polja planeta i pogonskih sistema na njihovo kretanje kroz svemir. Astrodinamika omogućuje da letelica stigne na svoje odredište u pravo vreme bez preterane upotrebe goriva. Zavisno od ciljeva misije, nekim sondama je neophodan orbitalni manevarski sistem kako bi održavale ili menjale orbitu oko nebeskog tela.

Za održavanje i korekciju orbite mogu se pored raketnih motora i reakcionih pogona koristiti i druga rešenja – solarna jedra, magnetna jedra, magnetni sistemi sa mehurovima plazme (engl. plasma-bubble magnetic systems), kao i efekat gravitacione praćke koji se uspešno koristi već više decenija.

Povratak u atmosferu

Evolucija optimalnog oblika kapsule za povratak u atmosferu.

Letelice koje se nalaze u orbiti poseduju veliku kinetičku energiju. Ta kinetička energija se mora „odbaciti“ da bi letelica bezbedno sletela na površinu nebeskog tela, a da pritom ne sagori pri povratku kroz atmosferu. Proces oslobađanja tipično iziskuje posebne metode zaštite od aerodinamičkog zagrevanja. Teoriju za povratak letelice kroz atmosferu razvio je Henri Dž. Alen. Na osnovu ove teorije, letelice koje se vraćaju u atmosferu treba da budu „tupog“ oblika. Tup oblik znači da će se manje od 1% kinetičke energije preneti na letelicu preko toplotne energije, dok će većina te energije biti rasuta u atmosferu.

Sletanje

Merkjuri, Džemini i Apolo kapsule sa astronautima su sletale u okean. Ove kapsule su bile konstruisane tako da padaju relativno malom brzinom pred sletanje na vodu. Ruske kapsule Sojuz pored padobrana koriste male rakete za prizemljenje, jer se kapsula tipično prizemljuje na kopno. U slučaju da dođe do nekog kvara i kapsula skrene s kursa, Apolo je mogao da se prizemlji i na kopno, uz manja oštećenja, ali bi posada sigurno preživela.

Sletanje kapsule Sojuz TMA-17.

Isto važi i za sletanje kapsule Sojuz na vodu – kapsula je vodonepropusna i opremljena je posebnim odelima koja kosmonauti obuku i u njima mogu preživeti više sati i u najhladnijim vodama okeana. Orbiter spejs-šatla i ruski Buran su bili konstruisani tako da imaju oblik nalik avionu, pa su se po ulasku u atmosferu ponašali kao jedrilice i sletali na duge piste pri brzinama dvostruko većim od komercijalnih aviona. U ovakvim letelicama posada je imala daleko udobniju vožnju pri povratku na Zemlju, jer su se javljale manje g sile. Od svemirskih letelica koje su u razvoju većina ima oblik kapsule (Dragon, Orion, PPTS, CST-100), dok samo jedan ima oblik aviona – Drim čejser (engl. Dream chaser). Zanimljivo je da su skoro sve kapsule u razvoju veće od ranijih kapsula Apolo i Sojuz, i imaju različite načine prizemljenja – Orion koristi padobrane za sletanje na vodu, Dragon i PPTS imaju rakete za meko sletanje na kopno, dok CST-100 koristi padobrane ali se prizemljuje na tlo uz korišćenje vazdušnih jastuka.

Hvatanje kanistera sa filmom letelicom Ferčajld C-119.

S druge strane, Drim čejser je mnogo manjih gabarita od šatla i Burana, i konstruisan je samo za prevoz posade do MSS, uz manju količinu tereta. Oblik kapsule bolje podnosi velika naprezanja i temperature koje se javljaju pri povratku sa Meseca ili drugih planeta, pa su sve vodeće svemirske agencije odlučile da buduće svemirske letelice imaju taj oblik.

Nakon sletanja

Odmah po uspešnom prizemljenju letelica, njena posada i teret koji prevozi mogu se pokupiti. U pojedinim slučajevima letelice su „hvatane“ i pre sletanja, dok su još padale kroz atmosferu uz pomoć podobrana, avionima koji su bili opremljeni posebno konstruisanim kukama kojima su kačili padobrane. Ova tehnika hvatanja letelica u vazduhu korišćena je pri skupljanju kanistera sa filmovima američkih špijunskih satelita Korona.

Tipovi

Svemirski letovi sa ljudskom posadom

Orbitalni letovi sa ljudskom posadom
Naziv	Prvi let	Broj lansiranja
Vostok	1961.	6
Merkjuri	1962.	4
Voshod	1964.	2
Džemini	1965.	10
Sojuz	1967.	127
Apolo/Skajlab	1968.	15
Spejs-šatl	1981.	135
Šenzu	2003.	5

Svemirski letovi sa ljudskom posadom podrazumevaju putovanje u svemir letelica koje prevoze ljude. Kada letelica ima ljudsku posadu moguće je njom upravljati direktno, dok robotizovanim istraživačkim sondama ljudi upravljaju sa Zemlje slanjem instrukcija putem radio-talasa ili sonde poseduju u svojoj memoriji set instrukcija koje automatski izvrašavaju.

Ljudi su konstinuirano u svemiru već više od 13 godina na Međunardnoj svemirskoj stanici koja se nalazi u niskoj Zemljinoj orbiti. Prvi let u svemir sa ljudskom posadom lansirao je Sovjetski Savez 12. aprila 1961. godine, a u kapsuli Vostok-1 je sedeo kosmonaut Jurij Gagarin – prvi čovek u svemiru. On je napravio jednu punu orbitu oko Zemlje i nakon toga se bezbedno vratio kroz atmosferu i prizemljio se. Sjedinjene Američke Države pratile su ovaj podvig lansiranjem astronauta Alana Šeparda u suborbitalnu putanju 5. maja 1961. godine, letelicom Fridom 7, koja je bila deo projekta Merkjuri. Prvi orbitalni let u svemir SAD su sprovele 20. februara 1962. godine, kada je Džon Glen lansiran letelicom Frendšip 7.

Valentina Tereškova postala je prva žena u svemiru kada je poletela letelicom Vostok-6, 16. juna 1963. godine. Prva Amerikanka u svemiru je Seli Rajd, koja je poletela spejs-šatlom 1983. godine. Prvi čovek koji je izašao u otvoreni svemir („šetao svemirom“) je Aleksej Leonov, 8. marta 1965. godine, dok je prva žena koja je šetala svemirom Ruskinja Svetlana Savickaja, 25. jula 1984. godine.

Kina je treća zemlja koja je sprovela let u svemir sa ljudskom posadom. Tajkonaut Jang Livej lansiran je u svemir 15. oktobra 2003. godine letelicom Šenzu 5. Prva Kineskinja u svemiru je Liu Jang koja je poletela u junu 2012. godine letelicom Šenzu 9.

Zemlje Evropske unije i Japan su takođe imale planove za let ljudi u svemir, alu su nakon više godina razvoja svemirskih letelica odustale od ovih projekata. Prvi kineski svemirski brod, nazvan Šuguang, takođe nije do kraja razvijen zbog tehnloških prepreka.

Čuveni „mali korak za čoveka, ali veliki za čovečanstvo“.

Najudaljenija destinacija koju je posetila svemirska misija sa ljudskom posadom za sada je Mesec. Jedine misije koje su uspešno odvele ljude na Mesec sprovela je agencija NASA tokom projekta Apolo. Prva takva misija bila je Apolo 8, ali je tokom nje letelica samo ušla u orbitu oko Meseca i nije sletela na površinu. Prvo sletanje se dogodilo tokom misije Apolo 11, 20. jula 1969. godine, kada su astronauti Nil Armstrong i Baz Oldrin postali prvi ljudi koji su kročili na površinu Meseca. Misiju Apolo 11 pratilo je još pet uspešnih sletanja, do Apola 17, sa izuzetkom misije Apolo 13. Sveukupno 12 ljudi je šetalo po površini Meseca, i oni su za sada jedini predstavnici ljudske rase koji su kročili na drugo nebesko telo. SSSR je otkazao program za slanje ljudi na Mesec 1974. godine kada je Valentin Gluško postavljen za direktora NPO Energija, i tada je pokrenut razvoj svemirskih stanica za boravak ljudi u NZO.

Rus Valerij Poljakov drži rekord po vremenu provedenom u svemiru tokom jedne misije. On je poleteo 8. januara 1994. godine, a vratio se na Zemlju tek 22. marta 1995. godine – u svemiru je proveo 437 dana 17 sati 58 minuta i 16 sekundi. Po ukupnom vremenu provedenom u svemiru rekorder je takođe Rus Sergej Krikaljov. On je tokom šet letova ukupno akumulirao 803 dana 9 časova i 42 minuta u svemiru. Najduži period kontinualnog boravka ljudi u svemiru je preko 13 godina na Međunarodnoj svemirskoj stanici, i ta brojka se svakog dana uvećava. Prethodni rekord iznosio je skoro 10 godina (3.634 dana) koji je postavljen na svemirskoj stanici Mir, od 5. septembra 1989. do 28. avgusta 1999. godine.

Počevši od 1961. godine samo dve države su razvile sredstva za lansiranje kosmonauta u svemir – SSSR (kasnije Rusija) i SAD. Državljani drugih država su takođe leteli u svemir letelicama koje su posedovale ove dve supersile. Prvi od njih bio je Vladimir Remek, Čeh, koji je poleteo sovjetskom letelicom 2. marta 1978. godine. Po podacima sa kraja 2010. godine, državljani iz 38 različitih država leteli su u svemir na sovjetskim, američkim, ruskim i kineskim letelicama.

Suborbitalni svemirski letovi

Suborbitalni letovi sa ljudskom posadom
Naziv	Prvi let	Broj letova
Merkjuri	1961.	2
X-15	1962.	2
Sojuz 18a, Sojuz T-10-1	1975.	2
SpaceShipOne	2004.	3

Kod suborbitalnog leta u svemir letelica odlazi u svemir, a zatim se vraća u atmosferu prateći (uglavnom) balističku trajektoriju. Ovo se uglavnom dešava zbog nedostatka specifične orbitalne energije, i u tom slučaju suborbitlani let traje samo nekoliko minuta, ali je takođe moguće da objekat koji poseduje dovoljno specifične energije za ulazak u orbitu bude lansiran putanjom koja će se ponovo presecati sa Zemljinom atmosferom, ponekad i nekoliko sati nakon lansiranja. Primer je sonda Pionir 1 agencije NASA koja je trebalo da bude prva letelica koja će stići do Meseca. Kvar tokom lansiranja uzrokovao je da letelica prati suborbitalnu trajektoriju do visine od 113.854 km iznad površine Zemlje, a zatim se vratila u atmosferu i izgorela 43 sata nakon poletanja.

Trajektorije slične ovoj koriste se prilikom probnih letova svemirskih letelica za transport ljudi. Letelica se lansira raketom u balističku trajektoriju tako da postigne veliku nadmorsku visinu, a pri povratku i ulasku u atmosferu, usled velikog ubrzanja, dostigne brzine približne onim koje letelica dostiže pri povratku sa Meseca ili iz dubokog svemira. Ovi testovi su veoma bitni jer se tokom njih ispituje konstrukcija letelice, način na koji podnosi velika naprezanja, funkcionisanje svih sistema za obezbeđivanje optimalnih uslova unutar letelice, kao i integritet toplotnog štita koji mora podneti temperature od preko 2.500°C pri povratku u atmosferu.

Jedan ovakav let bio je sproveden krajem 2014. godine – agencija NASA testirala je svoj novi svemirski brod Orion. Zbog velike mase Oriona izabrana je trenutno najmoćnija raketa u arsenalu raketa-nosača, a to je Delta IV Hevi. Orion je opremljen stotinama senzora koji su beležili razne parametre tokom poletanja, u svemiru i pri povratku u atmosferu, sve do sletanja u vode Pacifika, nekoliko stotina kilometara zapadno od obala Kalifornije. Tokom ovog leta kapsula je dostigla orbitalnu visinu od 5.800 km, a pri povratku brzina kapsule iznosila je oko 30.000 km/h (oko 30 maha), dok je toplotni štit morao da izdrži temperaturu od preko 2.200 °C.

Najčešće se za granicu svemira uzima Karmanova linija, 100 kilometara iznad površine mora. U javnosti je manje poznato da povećanje potencijalne energije potrebno da se pređe Karmanova linija iznosi samo oko 3% orbitalne energije (potencijalne+kinetičke energije) neophodne za dostizanje najniže moguće orbite oko Zemlje (kružne orbite neposredno iznad Karmanove linije). Prostije rečeno, daleko je lakše dosegnuti svemir nego ostati u svemiru.

Civilni tim za istraživanje svemira (engl. Civilian Space eXploration Team) je 17. maja 2004. godine lansirao GoFast raketu u suborbitalnu putanju i time su načinili prvi komercijalni svemirski let. Kasnije iste godine, 21. juna, letelica SpaceShipOne upotrebljena je za prvi svemirski let sa ljudskom posadom koji je privatno finansiran (novac je obezbedio Ričard Brenson).

Suborbitalni letovi od tačke do tačke

Suborbitalni svemirski letovi od tačke do tačke (engl. point-to-point) su kategorija svemirskih letova prilikom kojih letelica koristi suborbitalnu putanju za prevoz putnika ili robe između dve veoma udaljene tačke na Zemlji. Upotrebom ove vrste transporta bi se let od Londona do Sidneja, popularna Kengurska ruta, sa sadašnjih preko 20 sati skratio na svega dva sata. Trenutno nijedna kompanija ili državna agencija nema u ponudi ovu vrstu letova. Međutim Virgin Galactic ima planove da razvije letelicu SpaceShipThree, koja će u doglednoj budućnosti moći da pruži ovakve usluge.

Suborbitlni svemirski letovi koji prevaljuju interkontinentalne udaljenosti iziskuju da letelica razvije brzinu koja je samo malo manja od orbitalne brzine neophodne za ulazak u nisku Zemljinu orbitu. Ukoliko se za dostizanje ove brzine koristi raketa, veličina rakete u odnosu na letelicu je slična kao kod interkontinentalne balističke rakete. Svaki interkontinentalni svemirski let mora rešiti probleme zagrevanja pri povratku u atmosferu, koji su približni onima koji se susreću pri povratku letelica u atmosferu iz orbite.

Orbitalni svemirski letovi

Replika Sputnjika 1 u muzeju.

Orbitalni svemirski letovi (ili samo orbitalni letovi) su svemirski letovi tokom kojih se neka letelica lansira u takvu trajektoriju da će ostati u svemiru tokom makar jedne orbite oko nekog nebeskog tela. Da bi se postigao orbitalni let oko Zemlje, letelica se mora kretati trajektorijom koja ima orbitalni perigej (nadmorsku visinu u najnižoj tački orbitalne putanje) iznad 100 km, što je u većini zemalja prihvaćeno kao granica svemira. Da bi se ostalo u orbiti na ovoj visini potrebno je da letelica postigne brzinu od približno 7,8 km/s. Orbitalna brzina je manja za više orbite, ali je potrebna veća promena brzine (ΔV) kako bi se one dosegle.

Izraz orbitalni svemirski letovi uglavnom se koristi kako bi se napravila razlika između orbitalnih i suborbitalnih letova. Prilikom suborbitalnih letova letelica u apogeju dostiže svemir, ali joj je perigej mali, tako da ne ulazi u orbitu.

Prva letelica koja je postigla orbitalni let bio je Sputnjik 1, lansiran 4. oktobra 1957. godine od strane Sovjetskog Saveza. Prva letelica sa ljudskom posadom koja je ušla u orbitu oko Zemlje bio je Vostok 1, lansiran 12. aprila 1961. godine sa kosmonautom Jurijem Gagarinom.

Međuplanetarni letovi

Sonda Orbitalni istraživač Marsa.

Rover Kjuriositi.

Sonda Kasini-Hajgens.

Međuplanetarni letovi su letovi između planeta ili drugih nebeskih tela koja se nalaze unutar jednog planetarnog sistema. U praksi se ovaj izraz najčešće koristi za putovanje između planeta u okviru našeg Sunčevog sistema.

Svemirske sonde, kojima se daljinski upravlja slanjem instrukcija preko radio–veze, obišle su sve planete Sunčevog sistema, od Merkura do Neptuna. Uz to, sonda Novi horizonti je trenutno na putu ka patuljastoj planeti Pluton, dok se sonda Zora (engl. Dawn) nakon izučavanja Veste, uputila ka najvećem nebeskom telu u glavnom asteroidnom pojasu – Cereri. Najudaljenija svemirska sonda upućena na istraživačku misiju ka planetama je Vojadžer 1, i ona je 25. avgusta 2012. godine napustila Sunčev sistem, dok su sonde Vojadžer 2, Pionir 10 i 11 takođe na putu da ga napuste. Sonda Novi horizonti je lansirana većom početnom brzinom sa Zemlje, ali, za razliku od sondi Vojadžer, nije imala nijedan gravitacioni manevar (bliski susret sa planetama) koji bi joj saopštio dodatno ubrzanje, tako da nikada neće moći da ih prestigne.

Orbiteri (sonde koje uđu u nisku orbitu oko nekog nebeskog tela kako bi ga detaljno izučile) i lenderi (sonde koje slete na površinu nebeskog tela) generalno prikupljaju veću količinu podataka boljeg kvaliteta od sondi koje samo prolete pored nekog nebeskog tela. Svemirske sonde su poslate u orbitu oko svih pet planeta koje su bile poznate antičkom svetu: oko Marsa (Mariner 9, 1971. godine) , zatim Venere (Venera-9, 1975. godine; mada su sletanja na površinu ove planete i postavljanje balona u njenu atmosferu izvršena i ranije), Jupitera (Galileo, 1995. godine), Saturna (Kasini-Hajgens, 2004. godine), i skorije oko Merkura (MESSENGER, 2011. godine). Sve ove sonde vratile su veliku količinu podataka o posećenim nebeskim telima i o njihovim prirodnim satelitima.

Misija NEAR Šumejker je 2000. godine ušla u orbitu oko asteroida 433 Eros, a nakon završene primarne misije izučavanja iz orbite, sonda je čak uspela i da sleti na površinu ovog asteroida, iako ona za taj manevar nije bila konstruisana. Japanska sonda sa jonskim pogonom Hajabusa je 2005. godine takođe ušla u orbitu oko asteroida 25143 Itokava, nakon čega je na kratko sletela na njegovu površinu i prikupila uzorke prašine koju je zatim uspešno vratila na Zemlju. Još jedna ambiciozna misija sa jonskim pogonom je Zora agencije NASA. Ona je provela 14 meseci u orbiti oko Veste, prikupljajući podatke o njenim površinskim odlikama i unutrašnjoj strukturi. Nakon završetka tog segmenta misije, sonda je ponovo upalila svoj motor i uputila se ka Cereri, koju će izučiti na isti način. Ovim će sonda Zora postati prva svemirska letelica koja je tokom jedne misije posetila i detaljno iz orbite izučila dva različita nebeska tela.

Lenderi, kojima se instrukcije šalju radio–vezom sa Zemlje, su sleteli na više nebeskih tela. Viking, Patfajner, Roveri za istraživanje Marsa i Kjuriositi sleteli su na površinu Marsa. Nekoliko sondi programa Venera i Vega sletele su na negostoljubivu površinu Venere. Sonda Hajgens uspešno je sletela na površinu Saturnovog meseca Titana.

Do danas nijedna letelica sa ljudskom posadom nije lansirana ka nekoj od planeta Sunčevog sistema. Projekat Apolo agencije NASA uspešno je prevezao 12 ljudi na površinu Meseca, i bezbedno ih vratio na Zemlju. Istu nameru je imao i SSSR, ali je taj projekat prekinut nakon što su SAD prve stigle na Mesec. NASA je 1970ih aktivno razvijala planove za slanje ljudi ka Veneri koristeći tehnologije razvijene za let na Mesec, ali se od tog projekta odustalo zbog drastičnog smanjenja budžeta za letove u svemir po okončanju svemirske trke. Misija bi imala sličnu konfiguraciju kao Apolo 8.

Trenutno nekoliko zemalja ima planove da pošalje letelice sa ljudskom posadom u duboki svemir (izvan NZO). SAD planiraju da pošalju astronaute do asteroida tokom 2020ih, a zatim i ka Marsu tokom 2030ih. Rusija planira slanje kosmonauta na Mesec tokom 2020ih i ka Marsu pre 2040ih, a slične planove ima i Kina. Postoje i neki privatno finansirani projekti koji uključuju slanje ljudi na Mars i osnivanje ljudske kolonije na ovoj planeti – Mars One (2020ih) i MCT (2020ih–2030ih).

Međuzvezdano putovanje

Međuzvezdano putovanje je putovanje letelica sa ili bez ljudske posade između zvezda. Međuzvezdana putovanja su konceptualno daleko teža od međuplanetarnih letova: udaljenost između planeta unutar Sunčevog sistema se najčešće izražava u astronomskim jedinicama (AJ; Sunce – Zemlja = 1 AJ; Zemlja – Neptun = 29 AJ), dok udaljenost između zvezda iznosi više stotina hiljada, ili čak više miliona AJ, i obično se izražava u svetlosnim godinama. Ovo znači da bi se za putovanje od jedne do druge zvezde zahtevalo razvijanje veoma velike brzine (makar nekoliko procenata brzine svetlosti) i trajalo veoma dug vremenski period (više godina ili čak milenijuma, zavisno od brzine letelice). Metodi pogona današnjih svemirskih letelica ni približno ne mogu razviti ovakve brzine.

Umetničko viđenje putovanja svemirskog broda kroz crvotočinu.

Od pet svemirskih sondi koje se nalaze na trajektoriji koja ih vodi izvan Sunčevog sistema, sonda Vojadžer 1 je najbrža i najudaljenija. Ova sonda trenutno je udaljena preko 127 AJ od Zemlje i prelazi 3,6 AJ godišlje. Radi poređenja, Proksima Kentauri, zvezda najbliža Zemlji posle Sunca, udaljena je 267.000 AJ. Sondi Vojadžer 1 će biti potrebno 74.000 godina da pokrije ovo ogromno rastojanje. Uključivanje drugačijih metoda pogona, poput nuklearnog pulsnog pogona, u konstrukciju budućih letelica verovatno će omogućiti da se do drugih zvezda stigne značajno brže.

Veliki broj različitih koncepata se pojavio u literaturi, počevši sa pisanjima pionira aeronautike – Konstantina Ciolkovskog, Robert Eno–Peltrija i Roberta Hačinsa Godarda. Za međuzvezdana putovanja, bilo da su sa ili bez ljudske posade, nije potreban bilo kakav značajan proboj na polju fizike, ali je potrebno uhvatiti se u koštac sa velikim izazovima vezanim za razvoj novih pogonskih tehnologija i potrebno je obezbediti značajna finansijska ulaganja. NASA, FKA, ESA i druge svemirske agencije rade na istraživanjima u ovim oblastima već više decenija, i akumulirale su veliki broj teoretskih rešenja za date probleme.

Jedna od mogućnosti kojom bi međuzvezdano putovanje ljudi bilo moguće je da se iskoristi vremenska dilatacija. Ljudi unutar letelice koja se kreće veoma velikom brzinom bi mogli da odputuju dalje u budućnost, a da pritom veoma malo ostare. Ovo je moguće jer pri kretanju velikom brzinom (bliskoj brzini svetlosti) vreme unutar letelice protiče sporije nego u okolnom prostoru. Međutim, postizanje tako velike brzine i dalje iziskuje razvoj nekog novog, daleko naprednijeg pogona letelice.

Međugalaktičko putovanje

Međugalaktičko putovanje je putovanje svemirom između galaksija. Zbog ogromnih udaljenosti između naše galaksije, Mlečnog puta, i čak i njoj najbliže galaksije – stotine hiljada ili čak milioni svetlosni godina – bilo kakvo međugalaktičko putovanje bilo bi daleko zahtevnije sa tehnološke tačke gledišta čak i od međuzvezdanog putovanja. Udaljenosti između galaksija su u proseku milion puta veće od udaljenosti između zvezda. Tehnologija potrebna za putovanje između galaksija je trenutno daleko van domašaja čovečanstva, i u domenu je spekulacija, hipoteza i naučne fantastike.

Međutim, naučno gledano, prepreke za putovanje između galaksija ne postoje. Zapravo, trenutno postoji nekoliko mogućih metoda za ostvarivanje ovakvog putovanja koje su, makar teoretski, izvodljive. Do danas se veoma mali broj ljudi ozbiljno pozabavio mogućnostima putovanja između galaksija i rešavanjem tog problema.

Svemirske letelice i lansirni sistemi

Lunarni modul na površini Meseca.

Svemirska letelica je letelica, vozilo ili mašina konstruisana za let u ili kroz svemir. Svemirske letelice se koriste u razne svrhe, među kojima su komunikacija, nadgledanje Zemlje, meteorologija, navigacija, istraživanje drugih planeta, astronomija i prevoz ljudi i tereta kroz svemir.

Tokom suborbitalnog leta u svemir, svemirske letelice odlaze u svemir i odmah se vraćaju na površinu Zemlje, a da pritom nisu ušle u orbitu. Pri orbitalnom letu svemirske letelice ulaze u zatvorenu orbitalnu putanju oko Zemlje ili nekog drugog nebeskog tela. Svemirske letelice namenjene za transport ljudi prevoze ljudsku posadu od lansiranja sa Zemlje do orbite ili samo u orbiti (u slučaju svemirskih stanica), dok robotizovane svemirske letelice misiju odrađuju autonomno ili su daljinski upravljane sa Zemlje putem radio–veze. Robotske svemirske letelice kojima se vrši naučno istraživanje u svemiru nazivaju se svemirske sonde. Robotske svemirske letelice koje ostanu u orbiti oko nekog nebeskog tela nazivaju se veštački sateliti ili orbiteri. Za sada je lansirano samo nekoliko međuzvezdanih sondi – Pionir 10 i 11, Vojadžer 1 i 2, i skorije Novi horizonti, i ove sonde se nalaze na trajektoriji koja će ih odvesti van Sunčevog sistema.

Orbitalne svemirske letelice se nakon leta mogu pokupiti ili ne. Po načinu na koji se vraćaju u atmosferu mogu se podeliti na svemirske kapsule i svemirske avione (koji izgledom podsećaju na obične avione). Primer kapsule je ruski Sojuz, ili američki Apolo, dok su primer svemirskog aviona spejs-šatl i Buran.

Trenutna tehnologija omogućuje čovečanstvu da leti u svemir, ali samo 24 zemlje sveta poseduju tehnologiju za letove u duboki svemir: Rusija (FKA, Ruske svemirske snage), Sjedinjene Američke Države (NASA, ARV i nekoliko privatnih kompanija koje se bave svemirskim letovima), zemlje članice ESA (njih 20), Kina (KNSA), Japan (JAXA) i Indija (ISIO).

Kao prva prava svemirska letelica ponekad se navodi Lunarni modul projekta Apolo, jer je on bio namenski konstruisan za prevoz i boravak ljudi u svemiru, i bio je karakterističan po svom neaerodinamičkom obliku (jer se nikada nije kretao kroz atmosferu).

Pogon svemirskih letelica

Test jonskog pogona agencije NASA.

Pod pogonom svemirskih letelica se podrazumeva bilo koji metod za ubrzavanje svemirskih letelica ili veštačkih satelita. Vremenom je razvijen veliki broj različitih metoda pogona. Svaki od tih metoda ima svoje prednosti i mane, i konstantno se radi na razvoju novih, boljih i efikasnijih metoda pogona. Međutim, većina današnjih svemirskih letelica je pogonjena izbacivanjem gasova sa zadnjeg dela letelice veoma velikom brzinom kroz de Lavalovu mlaznicu. Ovaj tip motora naziva se raketni motor.

Sve svemirske letelice koje su trenutno u upotrebi koriste hemijske raketne motore (više različitih tečnih goriva ili čvrsto gorivo) za lansiranje, mada neke koriste mlazne motore kao prvi stepen poletanja rakete (Pegaz ili SpaceShipOne/SpaceShipTwo). Većina veštačkih satelita opremljena je prostim, pouzdanim hemijskim reakcionim pogonima (najčešće sa jednom vrstom pogonskog goriva), ili Resistojet raketama za održavanje orbitalne visine, dok neki koriste momentne (inercione) točkove za održavanje orijentacije u svemiru. Veštački sateliti razvijeni u bivšem Sovjetskom Savezu pre više decenija koristili su električni pogon, dok su u skorije vreme i sateliti konstruisani na zapadu opremljeni ovom tehnologijom za održavanje orbitalne visine ili za njeno povećanje. Međuplanetarne istraživačke sonde većinom koriste hemijske raketne motore, mada su neke misije iskoristile jonski pogon i pogon na prinipu Halovog efekta (dve vrste električnog pogona), koji su se pokazali kao veoma korisni i daleko efikasniji prilikom misija koje traju više godina i moraju da prevale velika međuplanetarna rastojanja.

Potrošni lansirni sistemi

Potrošni lansirni sistem je sistem koji koristi potrošnu raketu-nosač za lansiranje tereta u svemir. Rakete–nosači koje se koriste u potrošnim lansirnim sistemima konstruisane su tako da se koriste samo za jedno lansiranje (pa otuda naziv „potrošni“, jer se „potroše“ nakon samo jednog lansiranja), i komponente ovih raketa se ne skupljaju po lansiranju kako bi se ponovo koristile. Raketa se obično sastoji iz više segmenata (stepeni), svaki od njih ima zaseban pogonski raketni motor, rezervoare sa gorivom i avioniku, i oni se jedan po jedan odbacuju prilikom uzletanja dok raketa postiže sve veću brzinu i nadmorsku visinu. Potrošne rakete–nosači se konstrukciono razlikuju od višekratnih lansirnih sistema, kod kojih se deo rakete ili cela raketa nakon lansiranja skupljaju, restauriraju i ponovo koriste u narednim lansiranjima. Na prvi pogled se čini da se ovakvim višekratnim korišćenjem komponenti raketa obara cena lansiranja, ali to ne mora uvek biti istina. U praksi, na primer, cena jednog lansiranja spejs-šatla (koji je bio delom višekratno korišćen sistem) bila je 3–5 puta veća od potrošnih raketa poput Atlas V i Delta IV.

Mnoge potrošne orbitalne rakete–nosači su derivativi balističkih raketa iz 1950ih. Smatra se da to nije baš najsrećnije rešenje jer prilikom razvoja tih balistikih raketa u prvom planu nije bila cena lansiranja. Najbolji primer za ovo je raketa Titan IV, penzionisana 2005. godine, koja je imala najvišu cenu lansiranja po jedinici mase tereta od svih raketa-nosača ikada (skuplji je bio samo spejs-šatl, ali je on uvek leteo sa ljudskom posadom). S druge strane, lansirni sistem koji se višekratno koristi, poput spejs-šatla, zahteva robusniju konstrukciju letelice i sisteme za povratak u atmosferu i sletanje (krila, toplotni štit, točkovi i dr.) čime se umanjuje masa korisnog tereta koji se može dostaviti u orbitu. Dodatno, šatl je prevozio najčešće sedam članova posade, čija je masa, zajedno sa potrebnim namirnicama i sistemima održavanja uslova za život, dodatno umanjivala masu korisnog tereta.

Neke od potrošnih raketa–nosača trenutno u upotrebi:

Atlas V

Sojuz

Arijana 5

Delta IV

Proton

HII-A

Dugi marš 3B

Falkon 9

Trenutno se većina satelita i drugih svemirskih letelica lansira potrošnim raketama. Smatra se da one imaju veoma mali rizik od neuspeha, potrebno je relativno malo vremena da se proizvedu i lansiraju i relativno su jeftine. Međutim, kompanija Spejs eks aktivno radi na izmenama svoje rakete Falkon 9, koja je već postigla veliki uspeh i kao potrošni sistem, kako bi se bar njen prvi stepen (koji sadrži devet Merlin raketnih motora i velike rezervoare za gorivo, pa samim tim i najviše košta pri izradi rakete) višekratno koristio. Cilj je da prvi stepen, po odvajanju od drugog stepena, ponovo upali motore i uz pomoć nožica (koje su savijene tokom lansiranja zbog aerodinamike) se prizemlji u vertikalnom položaju nedaleko od lansirne rampe sa koje je raketa poletela. Razmatra se i višekratno korišćenje drugog stepena rakete, ali pošto on odlazi visoko u orbitu, daleko je teže vratiti ga u atmosferu, jer su problemi isti kao pri povratku letelica sa ljudskom posadom, pa bi morali da se ugrade toplotni štitovi, što bi značajno uticalo na cenu i masu ovog stepena, a samim tim i na performanse rakete. Osnivač kompanije, Ilon Mask, nada se da će po usavršavanju ove tehnologije cena lansiranja rakete Falkon 9 opasti najmanje 50%, uz minimalan uticaj na njene performanse. Ukoliko se ovo postigne, cena lansiranja bi iznosila oko 20–30 miliona dolara, dok druge potrošne rakete sličnih performansi koštaju 2–6 puta više. Spejs eks planira da istom tehnologijom opermi i raketu Falkon Hevi, koja je trenutno u razvoju, i koja kao prvi stepen koristi tri prva stepena rakete Falkon 9. Ova raketa će, po svom poletanju koje je zakazano za 2016. Godinu, postati najmoćnija raketa u upotrebi u svetu, i moći će da dostavi u orbitu preko 50 tona tereta. Jedno njeno lansiranje koštaće oko 130 miliona dolara, i to bez upotrebe tehnologije povratka prvog stepena, što znači da će ta cena možda biti i duplo manja. Kao poređenje, spejs-šatl, koji je bio delom višekratna letelica, mogao je da dostavi u NZO oko 25 tona tereta, a jedno njegovo lansiranje koštalo je skoro milijardu dolara, što je skoro deset puta više od rakete Falkon Hevi.

Višekratni lansirni sistemi

Spejs-šatl i Buran.

Prva višekratna svemirska letelica, X-15, lansirana je iz vazduha (sa bombardera Boing B-52) u suborbitalnu trajektoriju 19. jula 1963. godine. Prva delom višekratna orbitalna letelica, spejs-šatl, lansirana je od strane SAD na dvadesetu godišnjicu Gagarinovog leta u svemir, 12. aprila 1981. godine. Tokom ere spejs-šatlova izgrađeno je ukupno šest orbitera, od kojih su svih šest leteli kroz atmosferu, dok je njih pet letelo u svemir. Orbiter Enterprajz korišćen je samo za ispitivanja prilaska i sletanja, poleteo bi na leđima modifikovanog Boinga 747, odvojio se od njega na određenoj visini, a zatim kao jedrilica sleteo na pistu VB Edvards u Kaliforniji. Prvi orbiter koji je poleteo u svemir bio je Kolumbija, a njega su pratili Čalendžer, Diskaveri, Atlantis i Endevor. Endevor je izgrađen kao zamena za Čalendžer, koji je izgubljen u nesreći 1986. Godine. Kolumbija se raspala pri povratku u atmosferu u februaru 2003. godine.

Prva automatizovana delom višekratna svemirska letelica bio je Buran (Snežna oluja), koju je 15. novembra 1988. godine lansirao SSSR. Nakon nekoliko orbita, Buran se vratio u atmosferu i prizemljio na pistu, a da pritom kontrolori sa Zemlje nisu slali nikakve komande letelici. Ovo je bio prvi i jedini let Burana. Ovaj svemirski avion bio je konstruisan da primi više članova posade i dosta je ličio na američki spejs-šatl, mada su pomoćni raketni motori bili pogonjeni tečnim gorivom i potrošni, a glavni motori su bili locirani na velikom rezervoaru koji je činio kičmu sistema (na američkom šatlu oni su se nalazili na orbiteru). Zbog sve manjeg budžeta, a kasnije i raspada Sovjetskog Saveza, obustavljeni su planovi za naredne letove Burana i zaustavljena izgradnja ostalih planiranih orbitera (Ptička i Bajkal).

Spejs-šatl je penzionisan 2011. godine uglavnom zbog zastarele tehnologije i visokih troškova lansiranja i održavanja (svako lansiranje na kraju je koštalo oko milijardu dolara). Zadatak prevoza ljudi će od šatla preuzeti kapsula Orion, koja je trenutno u fazi ispitivanja i trebalo bi da uđe u operativnu upotrebu pre 2020. godine. Lansiranje glomaznog i tereta velike mase sprovodiće se novom raketom koja će moći da dostavi preko 130 tona tereta u NZO, što je više od legendarne rakete Saturn V.

SpaceShipOne nakon uspešnog suborbitalnog leta (21. jun 2004. godine) i sletanje letelice Boing X-37 na pistu VB Vandenberg nakon 468 dana u orbiti (16. jun 2012. godine).

SpaceShipOne kompanije Scaled Composites bio je višekratni svemirski avion koji je pilotiran Majkom Melvilom i Brajanom Binijem u dva uzastopna leta 2004. godine osvojio Ansari X Prize takmičenje. Kompanija Spaceship Company izgradiće naslednika ove letelice SpaceShipTwo. Planirano je da cela flota SS2 letelica pod okriljem Virgin Galactic kompanije započne privatne svemirske letove koji će prevoziti svemirske turiste do svemira preko suborbitalne putanje. Putnici će biti u bestežinskom stanju nekoliko minuta, nakon čega će se letelica bezbedno prizemljiti na pistu svemirske luke u Novom Meksiku.

Američko ratno vazduhoplovstvo je 2010. godine prvi put raketom Atlas V lansiralo letelicu Boing X-37, koja izgledom podseća na spejs-šatl, ali je dalko manjih dimenzija. Ovo je prva letelica posle sovjetskog Burana koja je izvela autonomni let u svemir, s tim što je u orbiti ostala dosta duže – više od godinu dana.

Izazovi

Nesreće

Snimak nesreće spejs-šatla Čalendžer.

Sve rakete-nosači u sebi sadrže ogromnu količinu energije koja je potrebna da bi samo jedan manji deo rakete stigao u orbitu. Stoga postoji određeni rizik da se sva ova energija oslobodi prerano i iznenada, drugim rečima da dođe do eksplozije, sa ozbiljnim posledicama. Kada je raketa Delta II eksplodirala 13 sekundi po uzletanju sa lansirne rampe Svemirskog centra Kenedi na Floridi, 17. januara 1997. godine, prozori na radnjama udaljenim preko 16 km od mesta eksplozije su popucali od siline udarnog talasa. Inženjeri su proračunali da je raketa Saturn V u sebi imala dovoljno goriva da bi, u slučaju eksplozije nekoliko sekundi po uzletanju, bila oslobođena energija ekvivalentna eksploziji omanje atomske bombe.

Svemir je uglavnom predvidiva sredina, ali opet postoji rizik od iznenadnog gubitka pritiska ili kvara na nekom vitalnom delu opreme, koja može biti novorazvijena i nedovoljno dokazana u praksi.

U Holandiji je 2004. godine osnovana Međunarodna asocijacija za unapređenje sigurnosti u svemiru (engl. International Association for the Advancement of Space Safety) kako bi se unapredila međunarodna saradnja i razmena naučnih i tehničkih dostignuća vezanih za sigurnosne sisteme u svemiru.

Nulta gravitacija

Nulta gravitacija, ili bestežinsko stanje, je stanje u kojem gravitacija ili sila zemljine teže, nema nikakvih uticaja, ili čije se dejstvo ne oseća u organizmu živih bića ili na predmetima. Ovo stanje je najizraženije iza Karmanove linije u svemiru. Duže izlaganje organizma ovom okruženju s vremenom može izazvati poremećaje; sistema ravnoteže, metabolizma vode, povraćanje, gubitak mišićne snage, a po izlasku iz njegovog dejstva, i probleme sa stajanjem i hodom.

Kris Kasidi koristi kompaktni ultrazvuk kako bi snimio kičmu Luke Parmitana. Visina kosmonauta tokom boravka u orbiti poveća se i do 3%, a nakon povratka na Zemlju se vrati u normalu.

Zato se izučavanjem ovog stanja i merama zaštite pored agencija za svemirska istraživanja bavi i vazduhoplovnokosmička medicina.

Radioaktivnost

Kada kosmonauti napuste atmosferu, dolazi do sve izraženije opasnosti od uticaja radioaktivnosti iz Van Alenovih pojaseva zračenja, sunčeve svetlosti i kosmičkog zračenja.

Ukoliko se kosmonauti nalaze daleko od Zemlje, u dubokom svemiru, sunčeve baklje mogu zadati smrtonosnu dozu zračenja u roku od samo nekoliko minuta, i raste verovatnoća od pojave raka usled izlaganja kosmičkom zračenju na period od 10 godina ili duže.

Sistem održavanja uslova za život

Kod letova u svemir sa ljudskom posadom, sistem održavanja uslova za život je skup uređaja koji svojim radom omogućuju čoveku da preživi u negostoljubivim uslovima koji vladaju u svemiru. NASA i privatne kompanije koje se bave svemirskim letovima za opis ovih sistema pri misijama sa ljudskom posadom koriste skraćenicu ECLSS (engl. Environmental Control and Life Support System). Sistem održavanja uslova života obezbeđuje dotok vazduha, vodu i hranu za posadu. Pored toga, mora održavati odgovarajuću telesnu temperaturu kosmonauta, prihvatljih atmosferski pritisak na njihova tela i reguliše odlaganje ili reciklažu otpadnih materija iz organizma. Potrebno je obezbediti i zaštitu kosmonauta od opasnosti koje vladaju u svemirskom okruženju, poput radioaktivnosti ili mikro-meteorida. Komponenete ovih sistema spadaju u najbitnije delove svemirske letelice, i prilikom njihove konstrukcije se primenjuju najstroži sigurnosni standardi.

Vreme u svemiru

Aurora australis slikana sa MSS.

Pod vremenom u svemiru podrazumevaju se promenljivi uslovi koji vladaju u okolini Zemlje i dalje u dubokom svemiru. Razlikuje se od pojma vremena u atmosferi nekog nebeskog tela jer se bavi drugačijim fenomenima, u koje spadaju plazma, magnetsko polje, radioaktivnost i druge materije koje postoje u svemirskom okruženju. Većinom se ovi parametri izučavaju u okolini Zemlje, jer mogu imati uticaj na svakodnevni život ljudi ili na zdravlje i živote kosmonauta koji se nalaze u NZO, ali se u nekim slučajevima istražuju i uslovi unutar celog planetarnog sistema ili čak uslovi koji vladaju u međuzvezdanom prostoru. „Vreme u svemiru opisuje uslove u svemiru koji utiču na Zemlju i tehnologiju koju su ljudi razvili. Vremenski uslovi koji na nas utiču su posledica ponašanja Sunca, prirode Zemljinog magnetskog polja, i naše lokacije unutar Sunčevog sistema.“

Vreme u svemiru ima značajan uticaj na nekoliko oblasti vezanih za istraživanje svemira i boravak u njemu. Promenljive geomagnetske prilike mogu uzrokovati promene u gustini atmosfere i tako uticati na degradaciju orbite letelica koje se nalaze u NZO. Geomagnetske oluje, koje nastaju pri povećanoj aktivnosti na površini Sunca, potencijalna su opasnost po svemirske letelice, mogu „zaslepeti“ njihove senzore ili prouzrokovati kvarove na elektronskim sistemima. Razumevanje uslova koji vladaju u svemiru je takođe važno kod projektovanja štitova i sistema za održavanje optimalnih uslova unutar letelica za prevoz ljudi.

Umetničko viđenje uticaja vremena u svemiru na Zemlju.

Najveći uticaj na vreme u našem planetarnom sistemu ima Sunce. Samim tim tokom proteklih decenija je u svemir lansiran veliki broj istraživačkih sondi čiji je glavni zadatak bio opservacija naše zvezde. Svaka je istraživala različite aspekte uslova koji tamo vladaju. Sonde se takođe lansiraju u različite orbite, „ispred“ i „iza“ Zemlje, tako da se Sunce posmatra iz više uglova. Pojedini meteorološki sateliti koji se nalaze u orbiti oko Zemlje takođe poseduju senzore koji prate uslove u svemiru i aktivnosti Sunca. Ovako je vremenom stvorena mreža koja kontinualno prati vremenske uslove u svemiru.

Najveću pretnju predstavljaju povećana radioaktivnost, izbacivanja koronalne mase i sunčeve baklje. Bilo koji od ovih događaja može prouzrokovati oštećenja na satelitima i istraživačkim sondama. Zbog toga se prati aktivnost Sunca iz više uglova pa se u slučaju sunčeve baklje usmerene ka Marsu mogu na vreme poslati komande sondama u njegovoj orbiti da se isključe vitalni instrumenti. Isto važi i za sonde u orbiti oko ostalih planeta, mada efekat slabi sa udaljenošću od Sunca, pa su najugroženije terestričke planete. S druge strane, sondama ponekad preti opasnost od samih planeta, poput visoke radioaktivnosti oko Jupitera, pa sonde imaju posebne instrumente kojima izučavaju te parametre kako bi ih ljudi što bolje razumeli. Sonde Vojadžer su prve koje su iskusile kakvi vremenski uslovi vladaju u oblasti svemira gde počinje da slabi uticaj Sunca, i one će nastaviti da šalju informacije o tom međuzvezdanom prostoru sve dok im ne „presuši“ nuklearni izvor napajanja krajem 2020ih.

Uticaj na životnu sredinu

Kompjuterski generisana slika objekata u orbiti oko Zemlje (95% ovih objekata su krhotine ili sateliti van funkcije).

Rakete-nosači ne spadaju u velike zagađivače životne sredine. Međutim, neke rakete koriste goriva koja su toksična, dok većina njih koristi goriva koja nisu neutralna po pitanju ugljenika. Mnogi raketni motori na čvrsto gorivo sadrže hlor u obliku perhlorata ili nekih drugih hemikalija, i ovo može prouzrokovati stvaranje privremenih rupa u ozonskom omotaču prilikom poletanja. Pri povratku letelica u atmosferu takođe se stvaraju nitrati koji privremeno mogu uticati na ozonski omotač. Proces proizvodnje raznih metala, koji se koriste za konstrukciju svih raketa-nosača, ima veliki uticaj na okolinu.

Pored uticaja na atmosferu, svemirski letovi imaju i veliki uticaj na svemirsko okruženje u blizini Zemlje. Postoji mogućnost da određena orbita postane nepristupačna tokom više decenija ili čak vekova ukoliko dođe do eksponencijalnog porasta u broju sudara orbitalnih letelica ili satelita (Keslerov sindrom). Zbog toga se sve moderne svemirske letelice (komercijalni sateliti, naučne sonde, pa čak i gornji stepeni raketa) konstruišu tako da po završetku svoje misije sprovedu kontrolisan ulazak u atmosferu gde će izgoreti. Time se smanjuje rizik da letelica ostane bez goriva ili komunikacije sa kontrolom na Zemlji, i postane opasnost po druge satelite u orbiti ili po stanovništvo pri nekontrolisanom povratku u atmosferu.

Primena

Astronaut Kris Kasidi koristi kameru visoke rezolucije za fotografisanje Zemlje iz Kupole na MSS.

U trenutne i predložene primene svemirskih letova i letelica spadaju:

• Sateliti za nadgledanje Zemlje poput špijunskih satelita ili meteoroloških satelita
• Istraživanje svemira
• Komunikacioni sateliti
• Satelitska televizija
• Satelitska navigacija (GPS, GLONASS)
• Svemirski turizam
• Zaštita Zemlje od nebeskih tela koja predstavljaju potencijalnu opasnost po ljude (asteroida, kometa)
• Kolonizacija svemira
• Iskorišćenje rudnih bogatstava u svemiru (na Mesecu ili asteroidima)
• Traganje za drugim oblicima života

Rane svemirske letove su većinom finansirale države i državne agencije (i to one koje su imale veliku ekonomsku moć). Međutim, danas većinu lansiranja okupiraju sateliti za komunikaciju i televiziju čiju konstrukciju i upotrebu plaćaju privatne kompanije iz tog sektora, mada su većinu raketa-nosača ipak razvile državne agencije koje se bave svemirom.

Privatni svemirski letovi su sektor koji se veoma brzo razvija – to su svemirski letovi koji ne uključuju samo plaćanje tih usluga od strane kompanija ili bogatih pojedinaca, već i pružanje usluga lansiranja od strane privatnih komapnija koje se bave svemirskim letovima.

Povezano

Svemirski letovi na Wikimedijinoj ostavi

• Raketa-nosač
• Spisak šetnji svemirom u periodu 1965-1999. godina
• Spisak šetnji svemirom od 2000. godine

Vanjske veze

• Astronautics Corporation of America
• Osnove svemirskih letova

Svemirski letovi na Wikimedijinoj ostavi