A Szojuz űrhajó bemutatása (1.)

Az első űrhajókkal (akár a Vosztok, akár a Mercury esetét nézzük) szemben nem voltak túl nagy elvárások: vigyék fel az űrhajóst Föld körüli pályára, és lehetőleg élve hozzák is vissza. Kényelem, megfelelő munkakörülmények, ne adj isten ergonómia nem szerepelt az igénylistán. Paradox módon a második generációnak nevezhető, az első űrhajókból származtatott Voszhod és Gemini sem igazán mutatott ezen túl. A Voszhod három embernek nagyon szűk volt, de két embernek sem kényelmes hosszabb ideig. A Gemini, ha lehet, még ennél is rosszabb volt, hiszen ott a két űrhajós maximum űrséta esetén hagyhatta el a katapultülését, amúgy indulástól érkezésig jobbára egy helyben ültek (visszautalnék a Gemini-7 majdnem 14 napos útjára, el lehet képzelni...).

Thomas P. Stafford a Gemini-9A űrhajóban – láthatóan nem egy táncterem...

Alapvető űrhajóépítési egyszeregy, hogy lehetőleg minimális tömegre kell törekedni, hiszen szó szerint minden kilogramm számít. Viszont ahhoz, hogy az űrhajósok számára megfelelő élet- és munkateret biztosítsanak, valami módon mégis nagyobb teret kellene létrehozni. Mivel nagyobb hordozórakéta nem volt reális belátható időn belül, ezért az R-7 rakétacsaláddal szándékoztak több elemből álló, az űrben összedokkoló mini-űrállomásszerű megoldással továbblépni. Ezt a Szever (5K) űrhajóval kívánták megvalósítani, amelynél először is a kerek visszatérő modul helyett egy lekerekített csonkakúp alakra tértek át, vagyis a légkörbe érve az áramlás miatt ennek a keskenyebbik fele fog a haladási iránnyal szemben elhelyezkedni, így stabilizálni lehet az útját, és a Vosztok / Voszhod legénysége által átélt "centrifuga élményt" mellőzve lehet visszatérni.

A Szever már emlékeztet a Szojuzra, az áramellátást napelemekkel oldották volna meg, de csak két modulból állt még

A Szever viszont egyszerűen túl nagy és nehéz volt, viszont a megfelelő méretű beltér ára ez volt. Erre a 7K tervnél (a későbbi Szojuz) egy ügyes trükköt vetettek be. A Vosztok / Voszhod (és a Szever) két modulból állt, az űrhajóst szállító visszatérő modulból és a műszaki modulból, amely az energiaellátást, manőverezést, kommunikációt és a bizonyos szintig a létfenntartást biztosítja. A Szojuz esetén egy harmadik modult is bevetettek, egy orbitális modult. Ez a modul plusz munka- és életteret biztosít, de mielőtt az űrhajó visszatérne a Földre, leválasztja a műszaki modullal együtt, így a visszatérő modul (amelyet hővédő pajzzsal kell ellátni, és a leszálláshoz ejtőernyővel kell lelassítani) a lehető legkisebb és legkönnyebb lehet – vagyis a Szever visszatérő moduljához képest kétharmad méretű volt csak, és jóval könnyebb. A margóra meg kell jegyezni, hogy a 7K első inkarnációja valójában négy modulból állt, a műszaki modul mögött egy gyűrű alakú rendszerben az automatikus dokkoláshoz szükséges rendszerek lettek volna elhelyezve, amelyet a 7K / 9K / 11K összecsatlakozás után leválasztottak volna. Ezt később a műszaki modulban helyezték el.

A General Electric D-2 jelölésű Apollo terve, az orbitális (zöld), visszatérő (kék) és műszaki (piros) modulfelépítéssel – végül James Webb NASA vezető figyelmen kívül hagyta a megbízott cégek javaslatait, és a NASA Langley űrközpont munkatársainak tervét választotta...

Itt egy picit meg kell állni, hogy a Szojuz nagysága előtt leboruljunk, tudniillik megérdemli. A Szojuzt azzal, hogy három modulos megoldásra váltott, roppant rugalmasan lehetett a legkülönfélébb feladatokra használni (Föld körüli utak, holdutazás, Föld körüli űrállomás kiszolgálása) – ugyanakkor ehhez képest a szerkezeti tömege minimális lehet. Az Apollo űrhajó parancsnoki modulja három (igaz szkafanderben lévő) űrhajósnak nyújtott 6,2 köbméter életteret, és 5,5 tonnát nyomott – eközben a Szojuz űrhajó ugye ~6,5 tonna volt, cirka 6,5 köbméter életteret nyújtott összesen, de ez egy komplett űrhajó volt, amely saját energiaforrással, hajtóművel, sőt, az orbitális modul lévén saját zsilipkamrával is rendelkezett! Noha csúnya vargabetűknek köszönhetően a Szojuz a mai napig használatban van, sőt, a másik jelenleg is használatban lévő embert szállítani képes űrhajó, a SzenCsou is alapvetően a Szojuz másolata, de ez azért mindenképpen tiszteletre méltó eredmény. A margóra pedig felírhatjuk, hogy anno a megbízott cégek által asztalra tett Apollo elemzések egyike, a General Electric D-2 megoldásaiban emlékeztet a Szojuzra, tehát a túlparton is voltak olyanok, akik ugyan arra jutottak, mint a szovjetek. Ezek után kicsit nehéz megérteni, hogy a NASA miért ragaszkodik az Apollo-féle megoldáshoz a 2000-es évek után, ha egyszer már egyértelműen kiderült, hogy kevésbé hatékony...

A 7K, más néven a Szojuz-A, az orbitális modult merevítőrudak tartják még a helyén

A már korábban említett 7K / 9K / 11K "vonat" szükségessé tette az űrbéli dokkolást, mégpedig a szovjet gondolkodásmódnak megfelelően automatikusan. Ennek tesztelésére (és a szovjet emberes űrprogram folyamatosságát fenntartandó) egy Föld körüli pályára szánt Szojuz variánson is elkezdtek dolgozni – ez lett a 7K-OK, de elnevezés terén maradt csak Szojuz. Ezen a variánson mutatjuk be az űrhajó felépítését, amely már több mint fél évszázada szolgálja az emberes űrutazást.

A Szojuz 7K-OK három fő modulja

Előlről indulva az orbitális vagy lakómodul az első egysége az űrhajónak. Alapvető célja az, hogy a legénység számára plusz munka- és életteret nyújtson, ahogy fent lehet látni, először hengeres kialakítással számoltak, de a végleges változatnál egy csaknem teljesen gömb alakra tértek át, azért csaknem, mert a két (egyébként magnézium-ötvözetből készült) félgömb közé egy cirka 30 centiméteres hengeres elemet építettek be. A modul így 2,2 méter átmérőjű, de hozzávetőleg 2,6 méter hosszú (plusz az orrára szerelt dokkoló szerkezet, amivel akár 3,5 méteresre is "nőhetett"), a beltere összesen 6,4 köbméteres, ám ezek egy részét különféle tárolók, rendszerek foglalják el, így az űrhajósoknak 4 köbméternyi teret hagynak. Az egység külső felén voltak a dokkoláshoz szükséges rádióantennák és radaros távolságmérők, illetve a kommunikációs antennák. A 7K-OK esetében nem volt dokkolórendszer része a zsilipajtó, alapvetően a Holdutazásnál alkalmazni szánt összekapcsolódás és űrsétával való átszállás volt a céljuk.

A beltérben egy toalett, a létfenntartó rendszer egyes elemei, plusz kommunikációs rendszer, illetve a dokkoláshoz szükséges rendszerek lettek elhelyezve, a modul alján pedig a visszatérő modulhoz kapcsoló, mindkét oldalról zárható zsilipajtóval látták el. Az első változatoknál az egyetlen másik ajtó egy 640 mm-es zárható ajtó volt az orbitális modul alsó részén, ezen keresztül szálltak be az űrhajósok indítás előtt, illetve űrséta alkalmával itt tudták elhagyni az űrhajót. A létfenntartáshoz kapcsolódó elemek közé tartozott az űrhajósok által kilélegzett szén-dioxidot (CO2) megkötő, kálium-szuperoxidra (KO2) és lítium-hidroxidra (LiOH) épülő ágyak alkalmazása.

A végleges 7K-OK orbitális modul belső kialakítása, amit 1964-ben jóváhagytak,
a "konyhaszekrény" és a "dívány" elnevezés adta magát a belteret uraló elemekre

A korai Szojuzok esetében a dokkolókapcsok az orbitális modul orrán voltak elhelyezve, de a két űrhajó között űrsétával lehetett csak átszállni (ez volt a terv egyébként a holdutazásnál is, vagyis a Szojuz és az LK Holdkomp között űrsétával szállhatott át az űrhajós). Ehhez az orbitális modult zsilipként lehetett használni, lezárva a visszatérő modul felé vezető ajtót, így a visszatérő modulban a túlnyomás megmaradt. A ma is ismert, zsilipajtóval párosított dokkolórendszert csak később, a Szojuz-10 útjára fejlesztették ki. A modulból két kis kerek ablakon keresztül lehet kitekinteni, az egyik az ajtóval szemben, a másik pedig az ajtó felett van.

A belteret alapvetően két nagyobb elem uralja, a nagyobbik a "szervant" (~tálalószekrény), a másik pedig "divan" (dívány) nevet kapta a használóitól. Előbbiben helyezték el a legénység számára az étel- és vízkészletet, itt kapnak helyet a különféle tudományos kísérletek eszközök, valamint az extra kommunikációs rendszer és a hulladéktárolók. A másikat, nevének megfelelően egyrészt ülő / pihenő helyként lehet használni, illetve alatta tárolórekeszeket helyeztek el további készleteknek. Az űrsétához használatos űrruhát szintén ebben a modulban helyezték el.

Egy 7K-OK orbitális modul, "női" dokkolókapoccsal és külső hőszigetelő borítás nélkül

A beltérben kapaszkodókat helyeztek el, a fal felső részén videokamera és egy levegőmozgatásért felelős ventilátor is helyet kapott. A modul energia- és hőháztartását a műszaki modultól kívül elvezetett vezetéken keresztül oldották meg. Az orbitális modul (mivel nem kell elviselnie a visszatéréskor fellépő erőket) könnyű szerkezetű (cirka 1100 kilogramm a teljes modul), vékony falú, a hőszigetelését (ahogy a visszatérő modulét is) egy külső, puha takaróréteg biztosítja.

Egy 7K-OK Szojuz, jól látható a zöld hővédő takaróréteg

A második eleme a Szojuznak a visszatérő modul, nevéből fakadóan csak ez tér vissza egyben a világűrből, így ezt kellett a legmasszívabbra megépíteni és hővédelemmel ellátni, ezért a méreteit (és tömegét) amennyire lehet igyekeztek minimalizálni. A lekerekített csonkakúp alakú modul 2,2 méter átmérőjű, 2,1 méter hosszú és cirka 2,9 tonnát nyom. A masszív modul beltere nem egészen 4 köbméter, ám ennek jó részét a beltérbe "betüremkedő" ejtőernyő-tárolók (fő és tartalék) határozzák meg, illetve a székek alatti kiszolgáló rendszerek, a személyzet számára így hozzávetőleg csak 2,5 köbméter marad. Az ejtőernyők egy kisebb stabilizáló, illetve egy főernyőből állnak, és ahogy említettem, a biztonság kedvéért két teljes szettet építettek be. Az űrhajó alján elégő (ablatív) hővédő pajzs található, a leszállás utolsó fázisában ezt leoldják, és alatta négy (később hat) kis méretű, szilárd hajtóanyagú fékező rakétát helyeztek el – ezek közvetlenül a földet érés előtt indulnak be, a lehetőségekhez képest minimalizálva a becsapódás sebességét.

Egy már erősen viseletes 7K-OK Szojuz visszatérő kapszulájának beltere, a fent két oldalt látható betüremkedés a fő és tartalék ernyők tárolói

A személyzet három fő lehet, akik a 7K-OK esetében a Voszhodhoz hasonlóan szkafander nélkül (tömegcsökkentés miatt) foglalnak egymás mellett helyet, a térkihasználás miatt, és hogy munka közben lehetőleg kevésbé zavarják egymást, a három ülés "W" alakban van elhelyezve, vagyis a két szélső "kifelé dől". Így noha az űrhajósok lábai közel vannak egymáshoz, vállmagasságban a lehető legmesszebb vannak. A kezelőszervek a középső ülés előtt koncentrálódtak, tehát a középső ülésben ülő űrhajós a "pilóta", illetve sokszor az űrhajó parancsnoka is.

A később szerencsétlenül járt Szojuz-11 személyzete pózol kiképzés közben egy szimulátorban,
jól látható a kezelőpanel és a a visszatérő modul általános elrendezése

A panel az első Szojuz verziónál alapvetően egyszerű adatokat közölt – a leglényegesebb az alul elhelyezett Vzor kijelző, amely itt egy, a visszatérő modul oldalán (az űrhajósok "lába" felől) kibocsátott periszkóp képét mutatta. A kitolható periszkópra azért volt szükség, mert így tudták csak megoldani, hogy a kezelőszerveknél ülő űrhajós előrefelé láthasson. A műszerfal bal oldalán egy kis földgömböt helyeztek el, amely (először csak nappal) az űrhajó relatív helyzetét mutatta hozzávetőlegesen (ezt hamarosan egy csillagkövető szenzor segedelmével a Föld árnyékos oldalán is biztosítani tudták, noha az elején elég megbízhatatlanul), erre elsősorban akkor van szükség, ha kézzel kell a fékező manővert végrehajtani, így láthatják, hogy körülbelül mikor kell beindítani azt. Az űrhajó irányításához szükséges kezelőszervek két előre húzható tartón elhelyezett botkormány képében lettek beépítve, szintén a középső székből használhatóan. A modul rendelkezik nyolc apró pozicionáló hajtóművel, ezek dedikáltan a visszatéréskori korrekciókra vannak szánva, hidrogén-peroxid (egy komponensű) hajtóanyaggal. Az visszatérő modul csak egy kis akkumulátorral rendelkezik, amely a legalapvetőbb rendszereket cirka egy napig képes kiszolgálni.

A harmadik részegység a műszaki modul, ez a hengeres, 2,1 méter hosszú és 2,5 méter átmérőjű, mintegy 2,65 tonnás modul felel az energiaellátásért, a hőháztartásért, az űrbéli manőverezésért és a pozicionálásért. Amíg a korábbi szovjet űrhajóknál az energiaellátásért csak az akkumulátorok feleltek, a Szojuz végre napelemekre támaszkodhatott, amely hosszabb időtartamú utaknál jóval könnyebb tömeget tett lehetővé. A két napelemtábla 500 Watt elektromos energiát termel ideális körülmények között – ez nem sok, de a célnak tökéletesen megfelelt, és így a műszaki modulban lévő akkumulátorokat elég volt olyan kicsire tervezni, hogy egy (takarékosan két) napra elégséges energiát biztosítsanak az egész űrhajónak.

Egy Szojuz 7K-OK makett, látható a műszaki modul külső felén a radiátor (a "hurkák", amik valójában csővezetékek), a napelem, és hátul az Igla dokkolórendszer gyűrűje, valamint a hajtóműmodul

A hőháztartás biztosítására radiátorokat szereltek a műszaki modul külső felére, folyékony és gyúlékony hőközvetítő közeget használva arra, hogy a két másik modulból a felesleges hőt kisugározzák. Ebben a modulban lettek elhelyezve a Nap helyzetét megállapító fotocellák, amelyek a hajó helyzetét tudják ez alapján megállapítani. A modul végén, egy gyűrű alakú házban helyezték el az Igla dokkolórendszer számítógépét és rendszereit.

A KTDU-35 hajtóműkomplexum, középen a fő, mellette a két tartalék hajtóművel,
illetve a négy kormány-fúvókával, mögöttük pedig láthatóak a hajtóanyag-tartályok és a csőhálózat

A modul leglényegesebb eleme persze a KTDU-35 hajtómű, amit az OKB-2 (később KBHM, végül Iszajev-)tervezőcsoport alkotott meg. A KTDU-35 egy elég különleges hajtómű, egy fő- és két segéd-égőtere van, utóbbiak tartaléknak szolgálnak, ha a főhajtómű nem indulna be valamiért. Az üzemanyaga UDMH, az oxidálószer AK27I (73% HNO3 és 27% N2O4) – igen, miközben Koroljov a rakétáknál üldözte a toxikus és öngyulladó hajtóanyagokat, az űrhajónál ők sem tudtak jobb megoldást találni. Ez a hajtóanyagpáros viszonylag jól tárolható (nem szükséges mélyhűteni), miközben az, hogy a két anyag öngyulladásra képes együtt, szükségtelenné teszi a gyújtóberendezést – nem véletlen, hogy a legtöbb űrhajó (és nem csak az ember irányította) ilyen vagy ehhez hasonló párost használ a mai napig.

A KTDU-35 azonban relatíve szerény képességekkel bír, mindössze 4,09 kN (főhajtómű) + 4,03 kN (tartalék hajtóművek) tolóerővel rendelkezik, ami miatt a manőverek végrehajtásához hosszú ideig kell működtetni. A Szojuz delta-V (pályaváltoztatás képességének mértéke) értéke ~390 m/s, ez a Vosztok esetében 140-155 m/s volt, és nagyságrendileg kb. 120-150 m/s szükséges a fékezőmanőverhez, a többi felhasználható pályamódosításokra, űrrandevúra, dokkolásra. Az 1+2 hajtómű körül 4 db ferdén elhelyezett pozicionáló fúvókát helyeztek el, ezek szintén a főhajtómű üzemanyagával működtek.

A cikk még nem ért véget, kérlek, lapozz!