Nave espacial - Spacecraft

Mais de 100 naves espaciais Soyuz com tripulação soviética e russa ( versão TMA mostrada) voaram desde 1967 e agora apóiam a Estação Espacial Internacional .
O primeiro lançamento da Columbia na missão
O ônibus espacial dos EUA voou 135 vezes de 1981 a 2011, apoiando o Spacelab, o Mir , o Telescópio Espacial Hubble e a ISS. ( O lançamento inaugural do Columbia , que tinha um tanque externo branco, mostrado)

Uma nave espacial é um veículo ou máquina projetada para voar no espaço sideral . Um tipo de satélite artificial , as espaçonaves são usadas para uma variedade de propósitos, incluindo comunicações , observação da Terra , meteorologia , navegação , colonização espacial , exploração planetária e transporte de humanos e carga . Todas as espaçonaves, exceto veículos de estágio único para órbita , não podem entrar no espaço por conta própria e requerem um veículo de lançamento (foguete portador).

Em um vôo espacial suborbital , um veículo espacial entra no espaço e então retorna à superfície, sem ter ganho energia ou velocidade suficiente para fazer uma órbita completa da Terra. Para voos espaciais orbitais , as espaçonaves entram em órbitas fechadas ao redor da Terra ou em torno de outros corpos celestes . As naves espaciais usadas para voos espaciais humanos transportam pessoas a bordo como tripulantes ou passageiros, desde o início ou em órbita ( estações espaciais ) apenas, enquanto aquelas usadas para missões espaciais robóticas operam de forma autônoma ou telerobótica . As espaçonaves robóticas usadas para apoiar a pesquisa científica são sondas espaciais . As espaçonaves robóticas que permanecem em órbita ao redor de um corpo planetário são satélites artificiais . Até o momento, apenas um punhado de sondas interestelares , como Pioneer 10 e 11 , Voyager 1 e 2 e New Horizons , estão em trajetórias que deixam o Sistema Solar .

A espaçonave orbital pode ser recuperada ou não. A maioria não. As naves espaciais recuperáveis ​​podem ser subdivididas pelo método de reentrada na Terra em cápsulas espaciais não aladas e aviões espaciais alados . As naves espaciais recuperáveis ​​podem ser reutilizáveis (podem ser lançadas novamente ou várias vezes, como o SpaceX Dragon e os orbitadores do Ônibus Espacial ) ou dispensáveis ​​(como o Soyuz ). Nos últimos anos, temos visto mais agências espaciais tendendo a espaçonaves reutilizáveis.

A humanidade alcançou o vôo espacial, mas apenas algumas nações têm a tecnologia para lançamentos orbitais : Rússia ( RSA ou "Roscosmos"), Estados Unidos ( NASA ), Estados membros da Agência Espacial Européia (ESA), Japão ( JAXA ), China ( CNSA ), Índia ( ISRO ), Taiwan ( Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Chung-Shan , Organização Espacial Nacional de Taiwan (NSPO) , Israel ( ISA ), Irã ( ISA ) e Coreia do Norte ( NADA ). Além disso, várias empresas privadas têm desenvolvido ou estão desenvolvendo a tecnologia para lançamentos orbitais, independentemente de agências governamentais. os exemplos mais proeminentes de tais empresas são SpaceX e Blue Origin .

História

O primeiro satélite artificial, Sputnik 1 , lançado pela União Soviética

Uma V-2 alemã tornou - se a primeira espaçonave quando atingiu uma altitude de 189 km em junho de 1944 em Peenemünde , Alemanha. O Sputnik 1 foi o primeiro satélite artificial . Foi lançado em uma órbita terrestre baixa elíptica (LEO) pela União Soviética em 4 de outubro de 1957. O lançamento deu início a novos desenvolvimentos políticos, militares, tecnológicos e científicos; embora o lançamento do Sputnik tenha sido um único evento, ele marcou o início da Era Espacial . Além do valor como inovação tecnológica, o Sputnik 1 também ajudou a identificar a densidade da camada atmosférica superior , por meio da medição das mudanças orbitais do satélite. Também forneceu dados sobre a distribuição de sinais de rádio na ionosfera . O nitrogênio pressurizado no corpo falso do satélite forneceu a primeira oportunidade para a detecção de meteoróides . O Sputnik 1 foi lançado durante o Ano Geofísico Internacional do Site No.1 / 5 , no 5º intervalo de Tyuratam , na SSR do Cazaquistão (agora no Cosmódromo de Baikonur ). O satélite viajou a 29.000 quilômetros por hora (18.000 mph), levando 96,2 minutos para completar uma órbita, e emitiu sinais de rádio a 20,005 e 40,002  MHz

Enquanto o Sputnik 1 foi a primeira espaçonave a orbitar a Terra, outros objetos feitos pelo homem já haviam alcançado uma altitude de 100 km, que é a altura exigida pela organização internacional Fédération Aéronautique Internationale para contar como um vôo espacial. Essa altitude é chamada de linha Kármán . Em particular, na década de 1940, houve vários lançamentos de teste do foguete V-2 , alguns dos quais alcançaram altitudes bem acima de 100 km.

Tipos de espaçonaves

Nave espacial tripulada

Módulo de comando da Apollo 17 em órbita lunar

Em 2016, apenas três nações pilotaram espaçonaves com tripulação: URSS / Rússia, EUA e China. A primeira espaçonave com tripulação foi a Vostok 1 , que transportou o cosmonauta soviético Yuri Gagarin para o espaço em 1961 e completou a órbita terrestre. Houve cinco outras missões tripuladas que usaram uma espaçonave Vostok . A segunda espaçonave tripulada foi chamada de Freedom 7 , e realizou um vôo espacial suborbital em 1961 levando o astronauta americano Alan Shepard a uma altitude de pouco mais de 187 quilômetros (116 milhas). Houve cinco outras missões tripuladas usando a espaçonave Mercury .

Outras naves espaciais com tripulação soviética incluem a Voskhod , Soyuz , voada como Zond / L1 , L3 , TKS e as estações espaciais com tripulação Salyut e Mir . Outras espaçonaves americanas com tripulação incluem a espaçonave Gemini , a espaçonave Apollo incluindo o Módulo Lunar Apollo , a estação espacial Skylab , o Ônibus Espacial com Spacelab Europeu não destacado e estações-módulos espaciais particulares do US Spacehab e a configuração do Dragon 2 da Tripulação SpaceX . A empresa norte-americana Boeing também desenvolveu e pilotou uma espaçonave própria, a CST-100 , comumente conhecida como Starliner , mas um vôo com tripulação ainda está para ocorrer. A China desenvolveu, mas não voou , o Shuguang e atualmente está usando o Shenzhou (sua primeira missão tripulada foi em 2003).

Com exceção do ônibus espacial, todas as naves orbitais tripuladas recuperáveis ​​eram cápsulas espaciais .

A Estação Espacial Internacional , com tripulação desde novembro de 2000, é uma joint venture entre Rússia, Estados Unidos, Canadá e vários outros países.

Aviões espaciais

Aterragem do orbitador Columbia

Aviões espaciais são espaçonaves construídos na forma e funcionam como aviões . O primeiro exemplo foi o avião espacial norte-americano X-15 , que na década de 1960 realizou dois voos tripulados que atingiram uma altitude de mais de 100 km. A primeira espaçonave reutilizável, a X-15 , foi lançada do ar em uma trajetória suborbital em 19 de julho de 1963.

A primeira espaçonave orbital parcialmente reutilizável, uma não-cápsula alada, o Ônibus Espacial , foi lançada pelos EUA no 20º aniversário do vôo de Yuri Gagarin , em 12 de abril de 1981. Durante a era do ônibus espacial, seis orbitadores foram construídos, todos dos quais voaram na atmosfera e cinco dos quais voaram no espaço. A Enterprise foi usada apenas para testes de aproximação e pouso, lançando da parte de trás de um Boeing 747 SCA e planando para pousos mortos em Edwards AFB, Califórnia . O primeiro ônibus espacial a voar para o espaço foi o Columbia , seguido pelo Challenger , Discovery , Atlantis e Endeavour . O Endeavour foi construído para substituir o Challenger quando foi perdido em janeiro de 1986. O Columbia se separou durante a reentrada em fevereiro de 2003.

A primeira espaçonave automática parcialmente reutilizável foi o ônibus espacial da classe Buran , lançado pela URSS em 15 de novembro de 1988, embora tenha feito apenas um vôo e este não foi desenroscado. Este avião espacial foi projetado para uma tripulação e se parecia muito com o ônibus espacial dos EUA, embora seus propulsores de drop-off usassem propelentes líquidos e seus motores principais estivessem localizados na base do que seria o tanque externo do ônibus espacial americano. A falta de financiamento, complicada pela dissolução da URSS , impediu quaisquer novos voos de Buran. O ônibus espacial foi posteriormente modificado para permitir a reentrada autônoma em caso de necessidade.

De acordo com a Visão para Exploração Espacial , o Ônibus Espacial foi aposentado em 2011 principalmente devido à sua idade avançada e ao alto custo do programa, atingindo mais de um bilhão de dólares por voo. Papel transporte humano da Shuttle é para ser substituído por SpaceX 's SpaceX Dragon 2 e Boeing da CST-100 . O primeiro vôo tripulado do Dragon 2 ocorreu em 30 de maio de 2020. A função de transporte de carga pesada do Shuttle deve ser substituída por foguetes descartáveis ​​como o Space Launch System e o foguete ULA Vulcan , bem como os veículos comerciais de lançamento.

A SpaceShipOne da Scaled Composites era um avião espacial suborbital reutilizável que transportou os pilotos Mike Melvill e Brian Binnie em voos consecutivos em 2004 para ganhar o Ansari X Prize . A Spaceship Company construirá sua sucessora, a SpaceShipTwo . Uma frota de SpaceShipTwos operada pela Virgin Galactic foi planejada para começar um vôo espacial privado reutilizável transportando passageiros pagantes em 2014, mas foi adiada após a queda da VSS Enterprise .

Espaçonave desenroscada

Diagrama da trajetória da Mariner 10 além do planeta Vênus

Semi-tripulado - tripulado como estações espaciais ou parte de estações espaciais

Satélites em órbita terrestre

Sondas lunares

  • Clementine - missão da Marinha dos EUA, orbitada pela Lua, detectou hidrogênio nos pólos
  • Kaguya JPN - orbitador lunar
  • Luna 1 - primeiro sobrevôo lunar
  • Lua 2 - primeiro impacto lunar
  • Luna 3 - primeiras imagens do outro lado lunar
  • Lua 9 - primeiro pouso suave na Lua
  • Luna 10 - primeiro orbitador lunar
  • Luna 16 - primeira recuperação de amostra lunar não aparafusada
  • Lunar Orbiter - série de muito sucesso de espaçonaves de mapeamento lunar
  • Lunar Prospector - detecção confirmada de hidrogênio nos pólos lunares
  • Lunar Reconnaissance Orbiter - Identifica locais de pouso seguros e localiza recursos lunares
  • Lunokhod - rovers lunares soviéticos
  • SMART-1 ESA - Impacto Lunar
  • Surveyor - primeiro soft lander dos EUA
  • Chang'e 1 - primeira missão lunar da China
  • Chang'e 2 - segunda missão lunar da China
  • Chang'e 3 - primeiro pouso suave da China na Lua
  • Chang'e 4 - primeiro pouso suave no outro lado da Lua
  • Chang'e 5 - a primeira sonda lunar da China que completou uma missão de retorno de amostra
  • Chandrayaan 1 - primeira missão lunar indiana
  • Chandrayaan 2 - segunda missão lunar indiana

Sondas planetárias

Concepção artística da espaçonave Phoenix ao pousar em Marte
Concepção artística da Cassini – Huygens ao entrar na órbita de Saturno

Outro - espaço profundo

A nave espacial mais rápida

  • Parker Solar Probe (estimativa de 343.000 km / h ou 213.000 mph na primeira passagem do sol, atingirá 700.000 km / h ou 430.000 mph no periélio final)
  • Helios I e II Solar Probes (252.792 km / h ou 157.078 mph)

A nave espacial mais distante do Sol

  • Voyager 1 a 148,09 UA em janeiro de 2020, viajando para o exterior a cerca de 3,58 UA / a (61.100 km / h; 38.000 mph)
  • Pioneer 10 a 122,48 UA em dezembro de 2018, viajando para o exterior a cerca de 2,52 UA / a (43.000 km / h; 26.700 mph)
  • Voyager 2 a 122,82 UA em janeiro de 2020, viajando para o exterior a cerca de 3,24 UA / a (55.300 km / h; 34.400 mph)
  • Pioneer 11 a 101,17 UA em dezembro de 2018, viajando para o exterior a cerca de 2,37 UA / a (40.400 km / h; 25.100 mph)

Programas não financiados e cancelados

O primeiro voo de teste do Delta Clipper-Experimental Advanced ( DC-XA ), um sistema de lançamento de protótipo

Nave espacial tripulada

Aviões espaciais multiestágios

Nave espacial SSTO

Nave espacial em desenvolvimento

A nave espacial Orion da NASA para a missão Artemis 1 vista em Plum Brook em 1 de dezembro de 2019

Tripulado

Desenroscado

Subsistemas

Um sistema de nave espacial compreende vários subsistemas, dependendo do perfil da missão. Os subsistemas da espaçonave compreendem o " ônibus " da espaçonave e podem incluir determinação e controle de atitude (também chamados de ADAC, ADC ou ACS), orientação, navegação e controle (GNC ou GN&C), comunicações (comunicações), comando e manipulação de dados (CDH ou C&DH ), potência (EPS), controle térmico (TCS), propulsão e estruturas. Normalmente, estão presas ao ônibus cargas úteis .

Suporte de vida
As naves espaciais destinadas a voos espaciais humanos também devem incluir um sistema de suporte de vida para a tripulação.
Propulsores do sistema de controle de reação na frente do ônibus espacial dos EUA
Controle de atitude
Uma nave espacial precisa de um subsistema de controle de atitude para ser orientado corretamente no espaço e responder adequadamente aos torques e forças externas . O subsistema de controle de atitude consiste em sensores e atuadores , juntamente com algoritmos de controle. O subsistema de controle de atitude permite apontar adequadamente para o objetivo da ciência, o sol apontando para energia para os painéis solares e a terra apontando para comunicações.
GNC
A orientação se refere ao cálculo dos comandos (geralmente feitos pelo subsistema CDH) necessários para dirigir a espaçonave para onde ela se deseja. Navegação significa determinar os elementos orbitais ou a posição de uma espaçonave . Controle significa ajustar o caminho da espaçonave para atender aos requisitos da missão.
Comando e tratamento de dados
O subsistema CDH recebe comandos do subsistema de comunicações, executa a validação e decodificação dos comandos e distribui os comandos para os subsistemas e componentes da espaçonave apropriados. O CDH também recebe dados de manutenção e dados científicos de outros subsistemas e componentes da espaçonave e empacota os dados para armazenamento em um gravador de dados ou transmissão para o solo por meio do subsistema de comunicações. Outras funções do CDH incluem a manutenção do relógio da espaçonave e o monitoramento do estado de saúde.
Comunicações
As naves espaciais, tanto robóticas quanto tripuladas , utilizam vários sistemas de comunicação para comunicação com estações terrestres, bem como para comunicação entre espaçonaves no espaço. As tecnologias utilizadas incluem RF e comunicação óptica . Além disso, algumas cargas úteis de espaçonaves são explicitamente para fins de comunicação solo-solo usando tecnologias eletrônicas de receptor / retransmissor .
Poder
As naves espaciais precisam de um subsistema de geração e distribuição de energia elétrica para alimentar os vários subsistemas das naves espaciais. Para espaçonaves próximas ao Sol , os painéis solares são freqüentemente usados ​​para gerar energia elétrica. Nave espacial projetada para operar em locais mais distantes, por exemplo Júpiter , pode empregar um gerador termoelétrico de radioisótopo (RTG) para gerar energia elétrica. A energia elétrica é enviada por meio de equipamentos de condicionamento de energia antes de passar por uma unidade de distribuição de energia em um barramento elétrico para outros componentes da espaçonave. As baterias são normalmente conectadas ao ônibus por meio de um regulador de carga da bateria e as baterias são usadas para fornecer energia elétrica durante os períodos em que a energia primária não está disponível, por exemplo, quando uma nave espacial em órbita baixa da Terra é eclipsada pela Terra.
Controle térmico
A nave espacial deve ser projetada para resistir ao trânsito através da atmosfera da Terra e do ambiente espacial . Eles devem operar no vácuo com temperaturas potencialmente variando entre centenas de graus Celsius , bem como (se sujeitos a reentrada) na presença de plasmas. Os requisitos de material são tais que tanto alta temperatura de fusão, materiais de baixa densidade como berílio e carbono-carbono reforçado ou (possivelmente devido aos requisitos de espessura mais baixos, apesar de sua alta densidade) tungstênio ou compostos ablativos de carbono-carbono são usados. Dependendo do perfil da missão, a espaçonave também pode precisar operar na superfície de outro corpo planetário. O subsistema de controle térmico pode ser passivo, dependendo da seleção de materiais com propriedades radiativas específicas. O controle térmico ativo faz uso de aquecedores elétricos e certos atuadores , como venezianas, para controlar as faixas de temperatura dos equipamentos dentro de faixas específicas.
Propulsão de nave espacial
A nave espacial pode ou não ter um subsistema de propulsão , dependendo se o perfil da missão exige ou não propulsão. A espaçonave Swift é um exemplo de espaçonave que não possui um subsistema de propulsão. Normalmente, porém, a espaçonave LEO inclui um subsistema de propulsão para ajustes de altitude (manobras de compensação de arrasto) e manobras de ajuste de inclinação . Um sistema de propulsão também é necessário para espaçonaves que realizam manobras de gerenciamento de momentum. Os componentes de um subsistema de propulsão convencional incluem combustível, tanque, válvulas, tubos e propulsores . O sistema de controle térmico faz interface com o subsistema de propulsão monitorando a temperatura desses componentes e pré-aquecendo tanques e propulsores em preparação para uma manobra de espaçonave.
Estruturas
A espaçonave deve ser projetada para suportar as cargas de lançamento transmitidas pelo veículo lançador e deve ter um ponto de fixação para todos os outros subsistemas. Dependendo do perfil da missão, o subsistema estrutural pode precisar suportar cargas transmitidas pela entrada na atmosfera de outro corpo planetário e aterrissando na superfície de outro corpo planetário.
Carga útil
A carga útil depende da missão da espaçonave e é normalmente considerada como a parte da espaçonave "que paga as contas". Cargas úteis típicas podem incluir instrumentos científicos ( câmeras , telescópios ou detectores de partículas , por exemplo), carga ou uma tripulação humana .
Segmento de solo
O segmento terrestre , embora não seja tecnicamente parte da espaçonave, é vital para a operação da espaçonave. Os componentes típicos de um segmento terrestre em uso durante as operações normais incluem uma instalação de operações de missão onde a equipe de operações de voo conduz as operações da espaçonave, uma instalação de processamento e armazenamento de dados, estações terrestres para irradiar e receber sinais da espaçonave e um rede de comunicações de voz e dados para conectar todos os elementos da missão.
Veículo de lançamento
O veículo de lançamento impulsiona a espaçonave da superfície da Terra, através da atmosfera , e em uma órbita , a órbita exata dependendo da configuração da missão. O veículo lançador pode ser descartável ou reutilizável .

Veja também

Referências

Notas

Citações

Bibliografia

links externos