Kozmická loď

z Wikipédie, slobodnej encyklopédie

Nepilotovaná vesmírna loď Progress

Kozmická loď alebo tiež vesmírna loď je dopravný prostriedok určený na cestovanie vo vesmíre, t.j. mimo zemskej atmosféry alebo v jej horných vrstvách. Kozmické lode zahŕňajú pilotované lode, ako aj automatické nepilotované zariadenia. Častejšie sa však o kozmickej lodi hovorí v súvislosti s telesami s ľudskou posádkou. Termín kozmická loď sa niekedy používa aj na označenie umelej družice, ktorá spĺňa podobné kritériá.

Súčasné kozmické lode sú schopné štartovať len pomocou nosnej rakety. S výnimkou lunárneho modulu vesmírnej lode Apollo sú tieto lode schopné odštartovať len z odpaľovacej rampy. Všetky súčasné kozmické lode využívajú na pohon raketový pohon, pracuje sa však aj na vývoji lodí na solárny alebo iontový pohon.

Obsah

1 Systémy kozmickej lode
2 Sovietske kozmické lode
3 Americké kozmické lode
4 Európske kozmické lode
5 Prehľad pilotovaných orbitálnych kozmických lodí

[upraviť] Systémy kozmickej lode

Kozmická loď musí byť schopná odolávať kozmickému prostrediu, čo zahŕňa odolnosť voči okolitému nulovému tlaku, extrémnym výkyvom teplôt a voči škodlivému kozmickému žiareniu. Musí byť tiež schopná navigácie, udržiavania orientácie, stabilizácie, musí byť schopná komunikácie, musí byť sebestačná v dodávke elektrickej energie a v prípad,e že ide o pilotovanú kozmickú loď, nesmú na jej palube chýbať systémy podpory života.

[upraviť] Navigačné systémy

Umožňujú stanovenie okamžitej polohy v priestore a rýchlosti kozmickej lode. Navigačnými systémami sú vybavené nielen kozmické lode, ale aj pozemské stanice. Poloha kozmického telesa sa určuje buď jeho zameraním (optickým či rádiovým) alebo môže byť stanovená zameriavaním rádiových alebo optických navigačných prístrojov na vhodne zvolené kozmické objekty (Zem, Slnko, planéty, hviezdy,...). Medzi súčasné navigačné prostriedky patria inerciálne plošiny, ktoré zahŕňajú:

gyroskopy
akcelerometre
zameriavacie ďalekohľady
sextanty
optické sledovače
fotografické sledovače
laserové lokátory
rádiolokátory
rádiomajáky

Veliteľský a servisný modul kozmickej lode Apollo na obežnej dráhe okolo Mesiaca

[upraviť] Stabilizačné a orientačné systémy

Udržiavajú, prípadne menia orientáciu kozmickej lode. Uskutočňuje sa to pomocou čidiel orientačných systémov, ktorými môžu byť infračervené detektory horizontu, magnetometre a iontové detektory. Najväčšiu presnosť dosahujú infračervené detektory horizontu. Riadiace systémy (v súčasnosti väčšinou počítače) vyhodnocujú údaje získané z čidiel a porovnívajú ich s údajmi uloženými v pamäti. Pokiaľ je odchýlka väčšia ako povolený limit, aktivuje výkonné prvky a zároveň oznámi túto skutočnosť riadiacemu stredisku alebo posádke lode. Systémy stabilizácie sa rozdeľujú na

pasívne - využívajú iba vonkajšie sily. Patrí sem stabilizácia rotáciou, gravitačná stabilizácia, magnetická stabilizácia, aerodynamická stabilizácia a stabilizácia tlakom slnečného žiarenia
aktívne - využívajú na riadenie orientácie energetické systémy kozmickej lode. Sú to reaktívne systémy, zotrvačníkové systémy a magnetické systémy.

[upraviť] Systémy dodávky elektrickej energie

Každá kozmická loď potrebuje stálu dodávku elektrickej energie, ktorú si môže vyrábať sama, alebo ju získavať z batérií. Systém dodávky elektrického prúdu pozostáva z troch základných častí: zdroja, regulačného zariadenia a rozvodu. Zdroje elektrického prúdu delíme podľa spôsobu získavania energie na

chemické - patria sem suché chemické články (na krátkodobé lety, dnes už nepoužívané), akumulátory, nikelkadmiové batérie, a strebrokadmiové batérie. Posledné dva typy môžu byť dopĺňané solárnymi článkami. Pre veľké prúdové výkony napríklad v raketoplánoch, sa používajú palivové články. Najčastejšie sú vodíkovokyslíkové články, v ktorých prebieha opak elektrolýzy. Vodík a kyslík sa v nich zlučuje za vzniku elektrického prúdu. Ako užitočný odpad vzniká tiež voda.
slnečné - najrozšírenejší zdroj energie hlavne pri dlhšie trvajúcich letoch predstavujú fotovaltické (slnečné) články. Prvá pilotovaná loď, ktorá ich použila, bol ruský Sojuz. Tieto články premieňajú slnečné svetlo na elektrickú energiu. Pri prelete zemským tieňom (prípadne tieňom iného kozmického telesa) sa elektrická energia dočasne získava z akumulátorov.
nukleárne - patria sem rádioizotopové batérie a nukleárne reaktory. V súčasnosti sa používajú len u nepilotovaných telies, ktoré skúmajú slnečnú sústavu v takých vzdialenostiach od Slnka, že by energia vyrábaná solárnymi panelmi už bola nedostačujúca. Tepelná energia, ktorá vzniká pri rádioaktívnom rozpade prvkov ohrieva termočlánky, ktoré produkujú elektrický prúd.

Napätie dodávané do elektrického rozvodu lode musí byť v predpísaných medziach. To majú zabezpečiť regulačné a riadiace obvody. Zabezpečenie proti preťaženiu (napríklad pri skrate) väčšinou zaobstarávajú automatické poistky.

[upraviť] Komunikačné systémy

Zabezpečujú komunikáciu lode s riadiacimi centrami na Zemi a komunikáciu s ostatnými telesami. Najčastejšie sa jedná o rádiové komunikačné zariadenia pracujúce v najrôznejších rádiových pásmach. Experimentálne sa využíva aj optický prenos.

[upraviť] Telemetrické systémy

Namerané údaje z kozmických telies musia byť prenášané do pozemných staníc, či už okamžite po nameraní, alebo neskôr (z palubnej pamäte). Z každého čidla dostáva telemetrický systém informáciu vo forme elektrického signálu. Telemetrický systém musí mať viacero kanálov, ktoré je treba od seba oddeliť, aby sa informácie vzájomne nepremiešali. Delenie kanálov môže byť:

frekvenčné - každá informácia má vyčlenený jeden generátor pomocného kmitočtu, ktorý je meraným signálom modulovaný buď amplitúdovo alebo frekvenčne
časové - signál nie je prenášaný neustále, ale v určitých časových intervaloch, čo zaisťuje zariadenie nazývané komutátor.
pamäťové - telemetrický systém je vybavený pamäťou a umožňuje vyslanie signálu na Zem neskôr

Raketoplán pri pohľade z Medzinárodnej vesmírnej stanice

[upraviť] Systémy tepelnej regulácie

Medziplanetárna hmota je taká riedka, že jej hustota sa približuje k vákuu. Vákuum je takmer dokonalý tepelný izolátor. Z tohto dôvodu dochádza na pevnom telese osvetlenom Slnkom k rýchlemu stúpaniu teploty, neosvetlené telesá sú zase silne podchladené. Taktiež prístroje samotnej kozmickej lode vydávajú teplo. Aby sa predišlo poškodeniu prístrojov a aby bolo možné prežitie ľudskej posádky na palube kozmickej lode, musí mať loď systémy, ktoré zabezpečujú reguláciu tepla. Systémy regulácie tepla môžu byť

pasívne - využívajú vhodné konštrukčné materiály, ktoré odrážajú alebo vyžarujú nadmerné teplo do okolitého priestoru. Na podchladených miestach býva umiestnené buď vyhrievacie zariadenie, alebo rádioizotopový zdroj tepla.
pneumatické - teplotu reguluje prúd vzduchu.
hydraulické - reguláciu tepla zabezpečuje kvapalina ochladzovaná v radiátoroch na zatienenej strane lode, alebo vo výparníkoch. Tento systém používajú predovšetkým pilotované kozmické lode.

[upraviť] Systémy zabezpečenia životných podmienok

Životné podmienky na palube pilotovaných kozmických lodí zabezpečuje klimatizácia, systém regulácie tlaku a kontrola chemického zloženia atmosféry. Často sa medzi zabezpečenie životných podmienok počíta aj zásobovanie posádky pitnou vodou, potravinami a odstraňovanie exkrementov. Tieto systémy môžu býť navrhnuté ako otvorené, nerecyklujúce žiadnu zložku, ako polouzavreté, ktoré sú dnes najčastejšie používané a ktoré čiastočne zabezpečujú napríklad kolobeh vody v systéme, a celkom uzavreté systémy, ktoré budú celkom nezávislé na vonkajších dodávkach surovín (v súčasnej dobe nerealizovateľné).

Klimatizačné systémy - udržujú v kozmickej lodi nielen potrebnú teplotu, ale aj primeranú vlhkosť vzduchu. Ich činnosť je úzko spätá s činnosťou systémov tepelnej regulácie.
Systémy regulácie tlaku - - atmosféricky tlak v starších lodiach bol nižší ako normálny pozemský tlak, čo si vyžadovalo zvýšené množstvo kyslíka vo vzduchu. V súčasnosti je zloženie atmosféry kozmických lodí podobné zemskej atmosfére s tlakom okolo 100 kPa. V dôsledku rôznych netesností v konštrukcii lode vzduch neustále pomaly uniká do okolitého prostredia, preto musí byť dopĺňaný zo zásob. Zásobné plyny (kyslík a dusík) sú skladované buď v tlakových nádobách pod tlakom 10 až 20 MPa, alebo skvapalnené v Dewarových nádobách.
Systémy kontroly chemického zloženia atmosféry - Astronauti neustále vydychujú približne rovnaké množstvá vodnej pary a oxidu uhličitého, čím sa chemické zloženie vzduchu neustále mení. Oxid uhličitý je vo veľkých množstvách škodlivý, preto musí byť chemicky odstraňovaný. Na jeho odstránenie sa najčastejšie používa hydroxid lítny a obsah oxidu uhličitého vo vzduchu sa najčastejšie kontroluje na základe absorbcie infračerveného žiarenia. Vodná para sa odstraňuje vo výmenníku tepla, kde sa po ochladení vzduchu skondenzuje vo forme kvapiek. Tie sa potom odsávajú.

V súčasnosti si všetky kozmické lode vozia so sebou potrebné zásoby potravín zo Zeme a takisto aj vody (aj keď využívať sa môže aj voda vytvorená priamo v kozmickej lodi vodíkovo-kyslíkovými článkami). Moč je odsávaný do odpadových nádrží, odkiaľ sa vypúšťa do voľného priestoru. Pevné exkrementy sú zachytávané do plastových sáčkov v kozmických záchodoch a väčšinou uložené do odpadových priestorov. V starších kozmických lodiach, kde toalety neboli v dispozícii a astornauti boli celý čas oblečení v ľahkých skafandroch sa exkrementy odsávali priamo zo skafandru.

[upraviť] Systémy tepelnej ochrany

Telesá vnikajúce do zemskej atmosféry veľkými rýchlosťami sa veľmi zahrievajú. Pilotované kozmické lode preto musia byť chránené pred účinkami aerodynamického odporu. Existujú tri možné druhy tepelnej ochrany:

Kapacitná - v súčasnosti nepoužívaná; tepelný štít pri tomto spôsobe ochrany je tvorený z materiálu, ktorý má veľkú tepelnú kapacitu a teda sa ťažko zahrieva.
Ablatívna - tepelný štít chrániaci loď je z materiálu, ktorý sa pri prelete atmosférou v procese ablácie postupne odparuje. Vďaka tomu teplo neprenikne až k lodi. Tento tepelný štít má mnohé výhody, ale jeho hlavnou nevýhodou je, že sa nedá znova použiť.
Radiatívna - použitá na kozmických raketoplánoch. Povrch kozmickej lode je pokrytý materiálmi, ktoré odrážajú alebo spätne vyžarujú teplo do okolitého priestoru. Tento typ ochrany je pri nutnej údržbe viackrát použiteľný.

[upraviť] Sovietske kozmické lode

Prvou kozmickou loďou bol sovietsky Vostok 1, ktorý v roku 1961 vyniesol na obežnú dráhu prvého kozmonauta, Jurija Gagarina. Potom nasledovali ďalšie lode typu Vostok, a neskôr kozmické lode Voschod a Sojuz, ktorý sa s istými obmenami používa dodnes.

Kozmické lode sa používajú aj na prepravu materiálu. Ruskou nákladnou kozmickou loďou používanou na dopravu materiálu na vesmírne stanice je kozmická loď Progress.

[upraviť] Americké kozmické lode

Prvou americkou kozmickou loďou bola loď Mercury, ktorá vyniesla na obežnú dráhu prvého Američana, Johna Glenna v roku 1962. Potom nasledovali kozmické lode Gemini a Apollo, ktoré v roku 1969 pristáli na Mesiaci s prvou ľudskou posádkou. Všetky tieto lode však mohli absolvovať len jediný let do vesmíru. V sedemdesiatich rokoch NASA pracovala na vývoji novej kozmickej lode, raketoplánu, ktorý je schopný s nutnou údržbou absolvovať až 50 letov.

[upraviť] Európske kozmické lode

Európska kozmická agentúra (ESA) vyvinula loď ATV (Automated Transfer Vehicle), ktorej úlohou je tiež zásobovanie Medzinárodnej vesmírnej stanice. ESA plánovala postaviť svoj vlastný malý pilotovaný raketoplán zvaný Hermes, v deväťdesiatych rokoch bol ale program zrušený.

[upraviť] Prehľad pilotovaných orbitálnych kozmických lodí

Nezahŕňa jediný ruský raketoplán Buran, ktorý bol síce plánovaný ako pilotovaná kozmická loď, ale absolvoval len jediný let v bezpilotnom režime.

Kozmická loď	Krajina	Dĺžka (m)	Maximálny priemer (m)	Vnútorný objem kabíny pre posádku (m²)	Maximálny počet členov posádky
Mercury	USA	3,51	1,89	1,7	1
Gemini	USA	5,67	3,05	2,55	2
Apollo	USA	11.03	3,9	6,17	3
Space Shuttle	USA	37,24	23,79	71,5	8
Vostok	ZSSR	4,40	2,43	2,8	1
Voschod	ZSSR	5	2,43	2,8	3
Sojuz	ZSSR/Rusko	6,98	2,72	7	3
Šen-čou	Čína	8,86	2,8	6	3