Det bemannede sovjetiske måneprogrammet, 8. del
Av Erik Tronstad
|
Artikkel publisert i Nytt om Romfart, 16. årgang, nummer 59, juli-september 1986, sidene 76-80, 90, 91 av Norsk Astronautisk Forening/www.romfart.no.
|
Skriv ut
Tips bekjent
|
Romskipene - Sojuz
Sojuz-romskipet er Sovjetunionens andre generasjons bemannede romfartøy. Da det dukket opp i 1967, var det mange som mente at det ville spille en viktig rolle i det bemannede sovjetiske måneprogrammet. Men dersom Sojuz opprinnelig var utviklet for ferder til Månen, burde dette gjenspeiles i konstruksjonen av framdriftssystemet. Dette systemet burde ha kapasitet til å bremse opp romskipet slik at det kunne gå inn i månebane, foreta en del manøvrer der og vende tilbake til Jorden når ekspedisjonen var slutt.
Selve Sojuz-romskipet er delt opp i tre seksjoner:
- Den fremre bane- eller arbeidsseksjonen, en kuleformet seksjon uten varmeskjold hvor det meste av arbeidet er blitt utført på frittflyvende Sojuz-ferder (hvor man ikke har koblet seg til Saljut-romstasjonen).
- Oppskytings- eller tilbakevendingsseksjonen hvor kosmonautene oppholder seg under oppskyting og landing.
- Serviceseksjonen som er delt i to deler: én del som står under trykk og hvor det er plassert stillingskontrollsensorer, varmereguleringssystem, telemetriutstyr og system for energiforsyning; og én del som ikke står under trykk og hvor framdriftssystemet befinner seg.
Hittil har sovjeterne brukt tre versjoner av Sojuz-romskipet: Sojuz 1-9 hvor det måtte foretas spaserturer i rommet for å komme fra et romskip til et annet; Sojuz 10-40 hvor mannskap kunne overføres mellom romskip via en tunnel; og Sojuz T (se artikkelen Sojuz T - en sterkt forbedret Sojuz i Nytt om Romfart nummer 34, 1980, sidene 41, 54).
Det er også en betydelig forskjell på serviceseksjonene til de to første Sojuz-versjonene. På den første versjonen ble drivstoffet lagret i fem tanker: fire kuleformede og én smultringformet tank rundt motorene. Til drivstoff ble det brukt usymmetrisk dimetylhydrazin (UDMH) og en form for salpetersyre (IRFNA), som er sterkt etsende. Dette er den samme kombinasjonen som ble brukt i det amerikanske Agena-trinnet.
De tyngste Sojuz-romskipene var de som var den aktive partneren i sammenkoblingsoperasjoner, som for eksempel Sojuz 4 som veide 6625 kg. UDMH og IRFNA har en spesifikk impuls i vakuum på cirka 290 sekunder (den spesifikke impulsen kan defineres som den tiden en rakettmotor trenger på å forbrenne ett kilogram drivstoff når den har en skyvkraft på 9,8 N (1 kp)). Disse Sojuz-romskipene hadde derfor kapasitet til hastighetsendringer på totalt 1,97 km/s, langt mer enn det som kreves for en ferd i jordbane.
Dersom disse romfartøyene var konstruert for måneekspedisjoner, ville kravene til hastighetsendringer sannsynligvis ha vært omtrent som for Apollo 11. Dette betyr en hastighetsendring på 892,1 m/s for å komme inn i månebane, 48,0 m/s for å gjøre banen sirkulær og diverse banemanøvrer, og 999,4 m/s for å komme ut av månebane og på vei til Jorden. Totalt blir dette 1939,5 m/s. Det totale kravet på 1,94 km/s stemmer altfor godt med Sojuz' kapasitet på 1,97 km/s til at det kan være en tilfeldighet. Disse første Sojuz-romskipene var derfor i stand til å foreta en ferd til månebane og tilbake til Jorden!
Uansett hvilke planer Sovjetunionen hadde for bemannet utforskning av Månen, ble de inntil videre lagt på hylla på grunn av Apollos suksess. Uten behovet for manøvrer som krevde hastighetsendringer på totalt 1,94 km/s, skar man ned på drivstoffmengden som ble tatt med om bord i Sojuz. Dette gjorde man ved å fjerne den smultringformede drivstofftanken og bruke noe annerledes drivstoff i de fire kuleformede drivstofftankene. Drivstoffene som nå ble brukt, var salpetersyre og hydrazin, som har en spesifikk impuls på 310 sekunder i vakuum og en tetthet på 1,28 g/cm3. Den totale massen av drivstoffet er derfor ikke mer enn 1325 kg. Om vi antar at vektbesparelsen av drivstoffet ble brukt til å øke nyttelasten, slik at totalvekten forblir uendret, blir den nye manøvreringskapasiteten 0,685 km/s.
De første pressemeldingene om Sojuz 3 sa at romskipet kunne nå opp til en høyde på 1300 km. Hastighetsendringene som trengs for å heve banen fra 200 km x 250 km til 250 km x 1300 km og senke den igjen, er 0,294 km/s hver vei. For å bremse opp Sojuz 3 og få den til å vende tilbake til Jorden igjen, ble motoren kjørt i 145 sekunder, noe som resulterte i en hastighetsendring på 0,096 km/s. Den totale hastighetsendringen for en ferd til 1300 km høyde blir derfor på 0,684 km/s. Det synes derfor som om tallet 1300 km som ble oppgitt i 1968, gjaldt de Sojuz-versjonene som først dukket opp i 1971, en taktikk som skjulte formålet med den første Sojuz-versjonen.
Romskipene - Sond
Som tidligere nevnt var de tre første romfartøyene i Sond-programmet planetariske romsonder, og jeg skal derfor ikke beskjeftige meg med disse her, men bare den konstruksjonen som ble brukt på Sond 4, 5, 6, 7 og 8.
Sond-romskipet var egentlig en spesiell versjon av Sojuz hvor baneseksjonen var fjernet slik at det bare hadde to seksjoner: én tilbakevendingsseksjon og én serviceseksjon, og disse var omtrent identiske med de tilsvarende seksjonene på den første versjonen av Sojuz-romskipet. På Sond-romskipene var det dessuten montert en parabolsk (direktiv) antenne som var nødvendig å ha for å opprettholde god kommunikasjon med romskipet når det var ute ved Månen.
Massen til Sond-romskipene er blitt oppgitt til knapt 6 tonn, det vil si vel 0,5 tonn lettere enn den første Sojuz-versjonen. Grunnen er at den versjonen av Proton-bæreraketten som ble brukt, bare kunne sende cirka 6 tonn med nyttelast inn i en overføringsbane mot Månen. Sond-romskipene hadde derfor ikke den smultringformede drivstofftanken som den første Sojuz-versjonen hadde, og kunne følgelig ikke ta med så mye drivstoff som denne Sojuz-versjonen. Derfor kunne Sond-romskipene bare utføre hastighetsendringer på rundt 0,625 km/s, noe som ikke er nok til å kunne gå inn i månebane og senere forlate denne for å dra tilbake til Jorden.
På de ubemannede Sond-ferdene som Sovjetunionen sendte av gårde, var flytiden fra Jorden til Månen omtrent 3,5 døgn, noe som tyder på at de brukte motorene om bord i Sond til å øke farten og korte ned flytiden til Månen med om lag 1 døgn.
En bemannet ferd rundt Månen med Sond slik sovjeterne tydeligvis hadde planer om helt fram til Apollo 8, ville ha foregått med bare én kosmonaut om bord, ganske enkelt fordi det bare kunne bringes med forsyninger til å holde liv i én person i den uken en slik ferd ville ha vart.
Blant vestlige observatører snakkes det om en «tung» Sond-versjon, med den smultringformede drivstofftanken og en total masse på cirka 7500 kg. Det er denne Sond-versjonen man mener ville ha blitt brukt i det bemannede sovjetiske månelandingsprogrammet.
Kosmos 379, 382, 398 og 434
I perioden fra november 1970 til august 1971 ble det i Kosmos-programmet skutt opp fire satellitter som kan ha vært prøver av utstyr som skulle brukes på en bemannet sovjetisk månelandingsekspedisjon. Kosmos 379 ble skutt opp den 24. november 1970, Kosmos 382 den 2. desember 1970, Kosmos 398 den 26. februar 1971 og sluttelig Kosmos 434 den 12. august 1971. Ut fra de manøvrene som ble foretatt av disse satellittene, har man i Vesten delt dem i to grupper. Den ene gruppen består av Kosmos 379, 398 og 434, mens den andre gruppen bare består av Kosmos 382.
Det ser ut til å være stor enighet blant vestlige observatører om at disse fire Kosmos-satellittene har sammenheng med et bemannet sovjetisk måneprogram. Iallfall er det flere observatører som mener det er en sammenheng, enn det er som mener det ikke er en sammenheng. Imidlertid er det en del uenighet om nøyaktig hvilken rolle disse satellittene spilte i et slikt program. Enda verre er det at man ikke engang er helt enige om de faktiske forhold for disse satellittene, idet det er en del uenighet om hvilke manøvrer de foretok i jordbane.
Manøvrene til de tre satellittene Kosmos 379, 398 og 434 fulgte alle det samme fundamentale mønster. Satellittene ble først sendt inn i baner med en inklinasjon på 51,6° og minste og største avstand fra Jorden på 190 km og 250 km. Bærerakettene som ble brukt var av samme type som de som den gangen ble brukt i det bemannede Sojuz-programmet. Siste trinn hadde en diameter på 2,6 m og en lengde på 7,5 m. Satellittenes diametre var derfor høyst 3 m.
Innen 5 døgn etter oppskyting ble satellittene skilt fra bærerakettens siste trinn. Deretter manøvrerte de seg inn i baner på 188 km x 1250 km uten nevneverdig endring i inklinasjon. (Dette er gjennomsnittsverdier for baneparametrene for de tre satellittene. Mer fullstendige verdier er oppgitt i egen tabell.) I denne banen ble en del av satellitten, kalt en «plattform» av Royal Aircraft Establishment (RAE) i England som observerte satellittenes manøvrer, skilt fra hovedfartøyet og gjorde ingen flere baneendringer. Hastighetsenddringen som måtte til for å bringe satellitten ut av den opprinnelige banen og inn i den andre, var cirka 0,25 km/s.
Det er blitt foreslått at den såkalte plattformen i virkeligheten var nedstigningstrinnet på et sovjetisk månelandingsfartøy. Den resterende delen må følgelig ha vært oppstigningstrinnet. Denne hypotesen bekreftes av det faktum at innen 11 døgn etter den første baneendringen, manøvrerte satellitten (eller «oppstigningstrinnet» om man vil) seg opp i en høyere bane med største og minste avstand fra Jorden på henholdsvis 188 km og 12 200 km. For å utføre denne baneendringen var det nødvendig med en hastighetsendring på omtrent 1,5 km/s. Etter at denne baneendringen var fullført, ble ingen flere banemanøvrer foretatt.
Vestlige sporingsstasjoner skal ha plukket opp flere radiosignaler fra Kosmos 379 som simulerte menneskelige stemmer. Dette er ytterligere en indikator på at i hvert fall denne satellitten hadde sammenheng med et eller annet bemannet prosjekt.
Svensken Sven Grahn har beregnet at hastighetsendringene for de tre potensielle nedstigningstrinnene var henholdsvis 265 m/s, 254 m/s og 283 m/s. Siden disse hastighetsendringene ikke er store nok til å kunne foreta en nedstigning fra månebane til måneoverflaten, tyder dette på at drivstofftankene på disse prøveversjonene ikke var fulle med drivstoff ved starten. Oppstigningstrinnene gjennomgikk imidlertid store nok hastighetsendringer til å simulere en oppstigning fra måneoverflaten, men det er mulig at disse prøveutgavene ikke hadde full nyttelast. Grahn mener de gjennomgikk hastighetsendringer på henholdsvis 1,532 km/s, 1,309 km/s og 1,345 km/s.
Det kan nå selvfølgelig innvendes at den totale hastighetsendringen som hver av disse tre satellittene gjennomgikk, var mye mindre enn det som er nødvendig for å lande på Månen, og så stige opp fra overflaten til månebane igjen. Dette krever en total hastighetsendring på 3,3 km/s. En så stor hastighetsendring for disse satellittene ville imidlertid ha brakt dem for langt bort fra Jorden. De kunne til og med ha unnsluppet Jordens gravitasjonsfelt. Grunnen til at så ikke skjedde, er sannsynligvis, hvis det virkelig var månelandingsfartøy, at de ikke hadde fulle drivstofftanker. Daværende Sojuz-bæreraketter kunne bare løfte 7 tonn opp i lav jordbane. Til sammenlikning var massen på det amerikanske månelandingsfartøyet uten drivstoff, omtrent 5 tonn. Dersom det sovjetiske månelandingsfartøyet ble fløyet uten omgivelseskontrollsystem og annet utstyr som ville vært nødvendig for et mannskap, og uten landingsføtter, kunne muligens den totale massen vært holdt under 7 tonn hvis drivstofftankene ikke var fulle.
Andre observatører, som amerikaneren Charles Vick, ser på baneendringene Kosmos 379 foretok som en klar demonstrasjon av de hastighetsendringene som er nødvendige for å gå inn i og komme ut av månebane. Manøvrene til Kosmos 398 og 434 liknet som nevnt meget på manøvrene til Kosmos 379. Vick mener derfor at disse satellittene prøvde en seksjon som skulle ha et formål tilsvarende Apollos serviceseksjon. Det var jo den store motoren i denne serviceseksjonen som ble brukt for å bremse ned Apollos kommando/serviceseksjon og månelandingsfartøyet for å få disse inn i månebane, og senere sende kommando/serviceseksjonen ut av månebane og inn i bane mot Jorden.
Amerikaneren David Woods er en av dem som har foretatt de mest omfattende analyser og beregninger angående sovjetiske planer for en bemannet månelanding. Han ser ikke bort fra at Kosmos 379, 398 og 434 representerer prøver av et månelandingsfartøy eller deler av dette. Imidlertid mener han det er mer sannsynlig at de representerer fulle utprøvninger med flere brennperioder for motorene av framdriftssystemet til den første Sojuz-versjonen. Som nevnt i avsnittet om Sojuz-romskipet, var den første Sojuz-versjonen i stand til å foreta en ferd til månebane og tilbake til Jorden. Woods mener de nevnte tre Kosmos-satellittene simulerte manøvrer tilsvarende de som på en måneferd må foretas i jordbane og månebane, samt den baneendringen som trengs for å bringe romskipet ut av månebane og inn i en bane mot Jorden.
Ifølge engelskmannen Geoffrey Perry var de to hastighetsendringene Kosmos 379 foretok, på henholdsvis 0,4 km/s og 1,4 km/s. Han ble senere klar over at den totale hastighetsendringen for Kosmos 379 var omtrent den samme som den totale hastighetsendringen som Apollo 11 gjennomgikk for først å gå inn i månebane, og senere gå ut av denne banen og inn i en bane tilbake til Jorden.
Fra disse forskjellige overslagene for størrelsen på hastighetsendringene til de tre satellittene Kosmos 379, 398 og 434, er det klart at vestlige observatører legger noe forskjellige antakelser til grunn for beregningene sine. Generelt ser det imidlertid ut til at man kan konkludere med at disse satellittene gjennomgikk hastighetsendringer som var store nok til å prøve fasene som består i å gå fra en bane Jorden-Månen, inn i månebane og senere ut av denne og tilbake mot Jorden, eller alternativt, å bevege seg fra månebane ned til måneoverflaten og tilbake opp i månebane.
Kosmos 382 var forskjellig fra de tre andre ferdene, ikke bare fordi denne satellitten hevet sitt perigeum istedenfor apogeum, men også fordi satellittens siste manøvrering inkluderte en betydelig endring av baneplanets inklinasjon. Hvis denne satellitten hadde omtrent samme masse som de andre tre, må den ha blitt skutt opp med en Proton-bærerakett. De andre tre ble som nevnt skutt opp med samme bærerakett som Sojuz-romskipene. Baneendringene Kosmos 382 gjennomgikk krevde atskillig mer drivstoff enn de Kosmos 379, 398 og 434 gjennomgikk. For å få med opp i bane så mye drivstoff som Kosmos 382 brukte, må sovjeterne derfor ha brukt Proton istedenfor den mindre bæreraketten de tre andre Kosmos-satellittene brukte.
Bare 2 døgn etter at Kosmos 379 var ferdig med sine manøvrer, ble Kosmos 382 skutt opp. Til å begynne med gikk den i en høy bane med en omløpstid på knapt 143 minutter hvor romfartøyet fremdeles var festet til bærerakettens øverste trinn. De tre satellittene i den første gruppen startet alle ut i lave baner med en omløpstid i underkant av 89 minutter. Det er alminnelig antatt at Kosmos 382s aller første bane lå lavere, men dette er ikke dokumentert. 3 døgn senere ble rakettmotoren i bærerakettens øverste trinn startet på nytt, og hele fartøyet manøvrert opp i en bane med en omløpstid på 159 minutter. Her ble to gjenstander skilt fra Kosmos 382, hvorav den ene var bærerakettens øverste trinn. 6 døgn etter oppskytingen startet en rakettmotor i selve satellitten og endret banens inklinasjon med 4,3°, samtidig som perigeum ble ytterligere hevet. Omløpstiden ble nå vel 171 minutter.
På hver ferd i Apollo-programmet ble bærerakettens øverste trinn, Saturn IVB, gjenoppstartet to ganger. I denne sammenheng er det interessant å merke seg at rakett-trinnet som var festet til Kosmos 382 ble gjenoppstartet minst én gang. Evnen til en slik gjenoppstarting er helt essensiell, og med Kosmos 382 viste sovjeterne for første gang at Protons øverste trinn har denne evnen.
Svensken Sven Grahn mener at den manøveren som Kosmos 382 foretok etter frakoblingen av Proton-trinnet, kan ha vært en prøve av en rakettmotor til en serviceseksjon analog til Apollos serviceseksjon.
Amerikaneren David Woods har en annen teori om Kosmos 382. For det første mener han at det ikke var Protons øverste trinn som ble gjenoppstartet og brukt i den første banemanøveren, og for det andre mener han at Kosmos 382 ikke var en prøve av en sovjetisk serviceseksjon, men av et månelandingsfartøy. Woods mener at Kosmos 382 i den første banen besto av en baneseksjon og månelandingsfartøy. Sistnevnte besto av et ned- og et oppstigningstrinn. Nedstigningstrinnet var ifølge Woods bygd rundt oppstigningstrinnets nedre del slik at sistnevntes rakettmotor befant seg mellom nedstigningstrinnets to rakettmotorer. I den første banen Kosmos 382 gikk i, var nedstigningstrinnet tomt for drivstoff.
Den første baneendringen skjedde, stadig slik Woods ser det, ved at oppstigningstrinnets motor ble brukt. Dermed kom Kosmos 382 opp i den banen hvor to gjenstander ble frakoblet. Han mener disse to var baneseksjonen og nedstigningstrinnet. Sluttelig ble oppstigningstrinnets motor brukt på ny for å bringe Kosmos 382 opp i den endelige banen.
Da Kosmos 434 i 1981 kom inn i atmosfæren og brant opp, kom sovjeterne med en uttalelse hvor de benektet at satellitten hadde hatt med en kjernereaktor om bord. De opplyste at nyttelasten hadde vært en «eksperimentell månekabin». Dette er kanskje det nærmeste vi noen gang vil komme til å forklare disse fire mystiske Kosmos-satellitene fra 1970-71.
|