eRomfart 2020-031 Norsk Astronautisk Forening, 13.05.2020
Dette er en nyhetsartikkel som opprinnelig ble sendt på epost til medlemmer av Norsk Astronautisk Forening. Dersom du ikke er medlem, men ønsker å motta disse epostene og nyte godt av våre øvrige tilbud, kan du melde deg inn via vårt elektroniske innmeldingsskjema.
Lang Marsj 5B-rakettrinn falt ned
Av Øyvind Guldbrandsen
Et omtrent 30 meter langt og rundt 20 tonn massivt rakettrinn fra en kinesisk Lang Marsj 5B-rakett (CZ-5B) falt ukontrollert tilbake til Jorden 11. mai klokken 17:34 norsk tid. Mindre enn 15 minutter tidligere hadde trinnet passert rett over New York, og mindre enn ti minutter før det igjen over Los Angeles. Så langt man vet falt restene av trinnet ned i Atlanterhavet vest for Afrika, uten å gjøre skade.
Raketten var blitt brukt til å skyte opp en testversjon av det som later til å være en ny generasjon bemannet, kinesisk romfartøy.
Ikke siden 1991 har en kunstig gjenstand av tilsvarende, eller større masse falt ukontrollert tilbake til jorden fra kretsløp. Da ser man bort fra romfergen Columbia på 106 tonn, som på slutten av den fatale STS-107-ferden i 2003 ble styrt kontrollert inn i atmosfæren over USA, men hvor den etter kort tid gikk i oppløsning som følge av en skade på varmeskjoldet. I 1991 var det den sovjetiske romstasjonen Saljut 7/Kosmos 1686, med en samlet masse på nær 40 tonn som falt ned, delvis over Argentina.
Lang Marsj 5B-raketten ble skutt opp 5. mai med en ubemannet prototype av Kinas neste generasjon bemannede romfartøy som nyttelast. Mens trinnet kretset ukontrollert i bane rundt Jorden foretok selve romfartøyet en vellykket testferd, som ble avsluttet med en fallskjermlanding i Indre Mongolia 8. mai.
Brukte satellitter, rakettrinn og tilsvarende faller ned stadig vekk, ettersom de bremses opp av de øvre, uhyre tynne delene av Jordens atmosfære og gradvis får redusert banehøyde, før de til slutt kommer ned i tykkere lag av atmosfæren og brenner opp som meteorer. Men det er altså sjelden at en så stor og massiv gjenstand som det her var snakk om kommer tilbake uten at man har noen lunde styring på hvor den havner. Selv om Jorden er stor og det er svært liten fare for at fallende romskrap skal gjøre skade, sørger de fleste romorganisasjoner for at større satellitter og romfartøy man ikke har til hensikt å lande i god behold, så langt man har mulighet til det blir styrt ned til et destruktivt møte med atmosfæren over et øde område, vanligvis det sydlige Stillehavet. Rester som eventuelt ikke brenner opp i atmosfæren har da minimal sjanse for å treffe bebodde områder.
Ved oppskytinger av større bæreraketter sørger man gjerne for at det siste store trinnet kobles fra senest rett før raketten med nyttelasten går inn i kretsløp, selv om det aktuelle trinnet rent teknisk gjerne kunne blitt med helt inn i bane. Dermed har man god kontroll på hvor restene av trinnet vil falle ned, vanligvis det også over et øde område til havs (i Russland ofte til lands), f. eks et kvart eller halvt omløp etter oppskytingen. Et mindre øvre trinn, eller en liten rakettmotor på selve nyttelasten, sørger for den siste lille dytten opp i lav jordbane, eventuelt en større dytt opp til en høyere bane.
LANG MARSJ 5B
Oppskytingen 5. mai var den første av den kinesiske bæreraketten Lang Marsj 5B, og startet fra den forholdsvis nye Wenchang-oppskytingsbasen på den store øya Hainan, som ligger rett sør for resten av Kina. Raketten er en variant av Lang Marsj 5, som tidligere har vært skutt opp tre ganger (én mislykket), men kan knapt kalles en videreutvikling av denne. Største forskjellen er at 5B ikke har et øvre trinn som sender nyttelasten opp i en høy bane. Lang Marsj 5B er i stedet beregnet på å skyte større nyttelaster direkte inn i lav jordbane, det vil si uten at disse vil trenge noen ekstra dytt på slutten. Lang Marsj 5B er tenkt å være sentral i det kinesiske bemannede romprogrammet de kommende årene, og skal skyte opp både neste generasjon bemannede romfartøy og moduler til Kinas neste romstasjon.
Lang Marsj 5B-raketten forlater oppskytingsrampen på Hainan 5. mai (China Aerospace Science and Technology Corp.)
I juli skal en Lang Marsj 5 skyte opp Kinas første selvstendige Mars-sonde, nå kalt Tianwen 1. Denne skal bestå både av et banefartøy, en lander og en liten rover. Oppskytingen var en stund litt i det uvisse fordi den andre Lang Marsj 5-oppskytingen, som fant sted i 2017, var mislykket, og man ønsket å gjøre minst én vellykket oppskyting før Mars-sonden ble sendt av gårde. Dette fikk man til i desember 2019.
To mislykkede kinesiske oppskytinger med andre bæreraketter bare denne våren gir likevel en indikasjon på at kineserne fortsatt har noe jobb å gjøre med påliteligheten til rakettene sine. Den første av disse fant sted 16. mars, med en Lang Marsj 7A-rakett. Som Lang Marsj 5 er Lang Marsj 7 en ganske ny rakettfamilie, og benytter mye teknologi felles med Lang Marsj 5-rakettene. Den andre svikten skjedde 9. april, med en Lang Marsj 3B. Denne typen har vært benyttet siden 1996, og har en ganske brukbar statistikk.
Lang Marsj 5B den kraftigste bæreraketten Kina hittil har utviklet. Nyttelastkapasiteten på over 20 tonn til lav bane er sammenlignbar med f.eks Europas Ariane 5, Russlands Proton og USAs Delta IV Heavy. Lang Marsj 5B består av et kjernetrinn med flytende hydrogen og oksygen til drivstoff, med fire påspente trinn med parafin og flytende oksygen. Det var dette kjernetrinnet som ble med opp i bane.
Kinesisk oversikt over Lang Marsj-bærerakettene og antall oppskytinger Kina har gjennomført hvert år. Praktisk talt alle kinesiske bæreraketter får betegnelser i Lang Marsj-serien (CZ – Chang Zheng), men det finnes også andre. Senest 11. mai ble en Kuaizhou-1A rakett benyttet til å skyte to små satellitter i Xingyun-serien opp i lav bane. Kuaizhou 1-rakettene er militære DF-21-raketter med fast drivstoff, tilført to ekstra øvre trinn, ett med flytende drivstoff. Lang Marsj 9 og raketten til venstre for denne på oversikten befinner seg kun på planleggingsstadiet.
Til nå har kineserne i all hovedsak sverget til bæreraketter med hypergolsk drivstoff, det vil si at brennstoffet og oksidasjonsmiddelet selvantenner ved kontakt, noe som forenkler rakettmotorene. Til forskjell fra kryogenisk, det vil si superkaldt drivstoff, som flytende hydrogen og oksygen, kan hypergolsk drivstoff vanligvis oppbevares i romtemperatur, og er således relativt lett å lagre i lang tid. Men hypergolsk drivstoff, vanligvis dinitrogentetraoksid og en variant av hydrazin, er miljøskadelig og meget giftig før det har forbrent, og må behandles med stor forsiktighet.
NYTT BEMANNET ROMFARTØY
Nyttelasten på CZ-5B-oppskytingen 5. mai er av kineserne blitt referert til som Xinyidai Zairen Feichuan - Shiyan Chuan, som visstnok betyr «Neste Generasjon Bemannede Romskip – Testfartøy». Noe enklere, offisielt navn er ikke kommet ennå. Fartøyet skal være delvis gjenbrukbart og kunne brukes inntil 10 ganger. Blant det som vil byttes ut mellom ferdene er varmeskjoldet, som skal lages i flere varianter, tilpasset hastigheten romfartøyet skal komme tilbake til atmosfæren med.
Kineserne oppgir at fartøyet skal kunne ha plass til inntil syv romfarere. Men med de dimensjonene som er oppgitt kommer disse til å få det trangt. Som Apollo består fartøyet består av to hoveddeler: En kjegleformet kommandoseksjon, eller tilbakevendingskapsel, og en sylinderformet serviceseksjon. Diameteren på begge er 3,3 m, lengden henholdsvis 3 m og 5,8 m og den samlede massen 21 tonn med drivstoff. En versjon som bare skal brukes i lav bane vil ha masse på 14 tonn.
Det nye romfartøyets tilbakevendingskapsel/mannskapskabin og serviceseksjon under klargjøring (Xinhua)
21 tonn er nesten tre ganger så mye som massen til Shenzhou, Kinas nåværende, eller utgående generasjon bemannede romfartøy. Fra 2003 til 2016 gjennomførte Kina seks bemannede romferder med Shenzhou-fartøy, som er basert på Russlands Sojuz. Tre av ferdene gikk til den ene eller andre av Kinas Tiangong-romstasjoner. Ingen av disse to befinner seg lenger i bane.
Etter oppskytingen av det nye romfartøyet ble serviceseksjonens rakettmotor benyttet til å gradvis øke apogeum (punktet i banen lengst fra Jorden) opp til 8000 km, som er rundt 20 ganger høyere enn Den internasjonale romstasjonen ISS kretser. Da romfartøyet ble sendt tilbake til Jorden møtte det atmosfæren med en fart av 9 km/s. Ferden hadde således likhetstrekk med NASAs testferd av et Orion-fartøy i 2014 og ser ut til å bekrefte kinesernes langsiktige intensjon om å benytte romfartøyet til bemannede måneferder. Det er dog tvilsomt om dette vil skje før på 2030-tallet.
Kapselen landet under tre fallskjermer på land. Støtet ble dempet av kollisjonsputer, i stedet for av bremsemotorer, som var metoden Shenzhou benyttet, lånt fra Sojuz.
Mens Shenzhou benyttet én fallskjerm for å komme trygt ned, benytter det nye, større fartøyet tre. (China Aerospace Science and Technology Corp.)
Manøvreringsevnen til serviceseksjonen viser at romfartøyet utmerket godt kunne kunne besørget den siste dytten opp i kretsløp selv, i stedet for å etterlate det store kjernetrinnet der. Men muligens ville kineserne teste sistnevnte metode før de fra antakelig neste år begynner å skyte opp modulene til sin kommende, store romstasjon, som formodentlig ikke vil ha særlig grad av manøvreringsevne.
Tilbakevendingskapselen fra det nye romfartøyet etter landingen i Indre Mongolia 8. mai. Fotografen har sørget for at det ikke skal være tvil om nasjonaliteten på romfartøyet. Det avrundede dekselet på toppen av kapselen kan vippes til side og avdekke en mekanisme for å koble seg til romstasjoner, ikke ulik patenten SpaceX benytter på sine Crew Dragon-fartøy. (Xinhua)
Det betyr at vi kan vente oss flere episoder i årene som kommer hvor større trinn blir etterlatt uten kontroll i bane rundt jorden. Det vil nok ikke bekymre kinesiske myndigheter nevneverdig. Om de ikke har kontroll på rakettrinnene, har de besto bedre kontroll på den innenlandske pressen, som neppe vil gå amok med kritikk. Kineserne er jo ellers kjent for å ha ganske få skrupler med å slippe brukte, nedre rakettrinn ned i egne landsbyer. En atskillig mer risikabel øvelse enn å la dem tumle rundt i bane, hvorfra lite mer enn deler av rakettmotorene vil overleve ned til jordoverflaten.
Kapselen benytter kollisjonsputer i stedet for bremseraketter for å dempe støtet mot bakken. (Xinhua)
At Kina velger sine egne regler fikk vi et annet eksempel på i 2007, da de presterte å sprenge en av satellittene sine til småbiter i en antisatellittest. Nå er ikke kineserne alene om å ha begått tilsvarende handlinger, men denne testen ble gjennomført lenge etter at romskrap var blitt et hett tema, og etterlot hundrevis av romskrapfragmenter i tildels så høye baner at mange vil forbli der i generasjoner.
På samme Lang Marsj 5B-oppskyting var det også med et eksperimentelt romfartøy med oppblåsbart varmeskjold, beregnet på å bringe last fra rommet tilbake til Jorden. Testen var imidlertid mislykket fordi noe sviktet da romfartøyet vendte tilbake til atmosfæren. CMSA (China Manned Space Agency) sier de undersøker saken, uten å utdype noe særlig mer. (China Aerospace Science and Industry Corporation)
SKYLAB
Den mest massive kunstige gjenstanden som på noen måte har vendt tilbake til Jorden fra kretsløp er den sovjetiske/russiske romstasjonen Mir, som hadde en masse på 130 tonn da den ble dirigert ned til et destruktivt møte med jordatmosfæren over Stillehavet i 2001.
Den mest massive som har falt tilnærmet ukontrollert tilbake er den amerikanske romstasjonen Skylab på 75 tonn, som media hauset opp til en internasjonal A-kjendis i ukene før den ramlet ned i 1979. «Tilnærmet» ukontrollert fordi NASA fortsatt hadde mulighet til å styre den avlange stasjonens stilling i rommet, og dermed til en viss grad påvirke hvor fort den ble bremset opp av atmosfæren de aller siste timene den befant seg i kretsløp.
På neste plass finner vi faktisk en gjenstand fra samme oppskyting, nemlig andretrinnet til Saturn V-raketten som ble brukt til å få Skylab opp i bane. Siden Skylab ikke hadde egne rakettmotorer, var raketten og oppskytingssekvensen blitt modifisert for å bringe stasjonen direkte inn i bane, altså tilsvarende det Lang Marsj 5B gjør. Etter oppskytingen fortsatte andretrinnet, betegnet S-II, å kretse rundt Jorden i nesten to år.
Det som falt ned i januar 1975 hadde en masse på 45 tonn, fem tonn mer enn tomvekten til S-II, selv om alle drivstoffrester forlengst var ventilert ut. Bakgrunnen er å finne i den ganske dramatiske oppskytingen. Bare et minutts tid etter at Saturn V-raketten med Skylab på toppen hadde forlatt oppskytingsrampen, ble det meste av stasjonens solskjerm/mikrometeorideskjold røsket av på grunn av luftmotstanden før det flagret ned i Atlanterhavet, i stedet for å bli foldet ut i rommet for å beskytte stasjonen. På veien skrapte det ned langs hele Saturn-raketten og skadet et eller annet viktig, slik at rakettens mellomtrinn etterpå ikke lot seg koble fra. Mellomtrinnet var en ring mellom Saturn-rakettens første- og andretrinn som normalt ble koblet fra et halvt minutt etter at førstetrinnet hadde brent ut og sagt takk for seg.
I stedet slepte andretrinnet med seg dette mellomtrinnet helt opp i bane. Noe som bare så vidt gikk bra. Ikke bare var mellomtrinnet utstyrt med blylodd for å bidra til å balansere raketten, som egentlig var konstruert for å sende Apollo-fartøy til Månen. Men siden andretrinnets fem J-2 motorer var helt omsluttet av mellomtrinnet fikk de det etterhvert ganske hett, og var bare sekunder fra å kollapse da de ble slått av.
Heldigvis hadde man marginene med seg, og Skylab ble brakt opp i riktig bane. Men nærmest som hevn for trøbbelet nyttelasten hadde skapt på vei opp, fyrte andretrinnet av en siste hilsen idet de skiltes. Trinnets bremsemotorer klarte å skade det ene av Skylabs to hovedsolcellepaneler, mens det andre ble blåst fullstendig av og forsvant.
Det var en overopphetet og lett maltraktert stasjon de første astronautene ankom tolv dager senere. Ti dager forsinket, siden de i stedet for å bli skutt opp til stasjonen dagen etter, som de stod forventningsfulle og klare til på Cape Canaveral, ble sendt på lynkurs i romstasjonførstehjelp i Houston.
Gjennom improvisasjon og iherdig innsats både på bakken og i rommet, slik NASA hadde briljert med da ting begynte å gå alvorlig galt under Apollo 13 tre år tidligere, lyktes man å berge Skylab-prosjektet. Ytterligere to besetninger fikk besøke stasjonen før den ble etterlatt til seg selv, mens NASA konsentrerte seg om å bygge romfergene.
Men Skylab var ikke helt glemt. NASA planla en stund å bringe et manøvreringstrinn opp med en av romfergene og montere på stasjonen, som da kunne blitt sendt opp til en høyere bane for mulig videre bruk, eller brakt kontrollert ned. Men romfergeprogrammet ble utsatt for forsinkelser, samtidig som økt solaktivitet gjorde at atmosfæren utvidet seg og bremset ned stasjonen raskere enn forventet. Til slutt raste den inn i atmosfæren og regnet ned over Australia og Det indiske hav, uten å treffe noen.
Den amerikanske romstasjonen Skylab.
