Soyuz (nave espacial)

Diagrama mostrando os três elementos da nave espacial Soyuz TMA.

Uma nave espacial Soyuz consiste em três partes (da frente para trás):

• Um módulo orbital esferoidal, que proporciona acomodação à tripulação durante a sua missão;
• Um pequeno módulo de reentrada aerodinâmica, que devolve a tripulação à Terra;
• Um módulo de serviço cilíndrico com painéis solares acoplados, que contém os instrumentos e os motores.

Os módulos orbitais e de serviço são de utilização única e são destruídos quando reentram na atmosfera. Embora isto possa parecer um desperdício, reduz a quantidade de blindagem térmica necessária para a reentrada, poupando massa em comparação com os desenhos que contêm todo o espaço vital e suporte de vida numa única cápsula. Isto permite o lançamento de foguetes mais pequenos ou pode ser utilizado para aumentar o espaço habitável disponível para a tripulação (6,2 m3 (220 cu ft) na Apollo CM vs 7,5 m3 (260 cu ft) na Soyuz) no orçamento de massa. As partes orbitais e de reentrada são espaço habitável, com o módulo de serviço contendo o combustível, motores principais e instrumentação. A Soyuz não é reutilizável; é dispensável. Uma nova nave espacial Soyuz deve ser feita para cada missão.

Soyuz pode transportar até três tripulantes e fornecer suporte de vida durante cerca de 30 dias-pessoa. O sistema de suporte de vida fornece uma atmosfera de nitrogénio/oxigénio ao nível do mar, com pressões parciais. A atmosfera é regenerada através de cilindros de superóxido de potássio (KO2), que absorvem a maior parte do dióxido de carbono (CO2) e água produzidos pela tripulação e regeneram o oxigénio, e cilindros de hidróxido de lítio (LiOH) que absorvem os restos de CO2.

O veículo é protegido durante o lançamento por uma carenagem de carga útil, que é eliminada juntamente com o SAS a 2 1⁄2 minutos do lançamento. Tem um sistema de ancoragem automática. O navio pode ser operado automaticamente, ou por um piloto independentemente do controlo em terra.

Sistema de fuga de lançamentoEdit

A nave espacial Vostok utilizou um assento ejector para salvar o cosmonauta em caso de falha de lançamento a baixa altitude, bem como durante a reentrada, no entanto, provavelmente teria sido ineficaz nos primeiros 20 segundos após a descolagem, quando a altitude seria demasiado baixa para o pára-quedas ser lançado. Inspirado pelo LES Mercúrio, os desenhadores soviéticos começaram a trabalhar num sistema semelhante em 1962. Isto incluiu o desenvolvimento de um complexo sistema de detecção para monitorizar vários parâmetros do veículo de lançamento e desencadear um aborto caso ocorresse uma avaria do propulsor. Com base em dados de lançamentos R-7 ao longo dos anos, os engenheiros desenvolveram uma lista dos modos de falha mais prováveis para o veículo e podiam reduzir as condições de abortamento à separação prematura de um booster com correia, baixo impulso do motor, perda de pressão da câmara de combustão, ou perda de orientação do booster. O Sistema de Abortamento de Veículos Espaciais (SAS; Russo: Система Аварийного Спасения, romanizado: Sistema Avarijnogo Spaseniya) também podia ser activado manualmente a partir do solo, mas ao contrário das naves espaciais americanas, não havia maneira de os cosmonautas o activarem eles próprios.

Desde que se verificou ser quase impossível separar toda a cobertura de carga útil do módulo de serviço Soyuz de forma limpa, foi tomada a decisão de ter a cobertura dividida entre o módulo de serviço e o módulo de descida durante um aborto. Foram adicionados quatro estabilizadores dobráveis para melhorar a estabilidade aerodinâmica durante a subida. Dois testes do SAS foram realizados em 1966-1967.

A concepção básica do SAS permaneceu quase inalterada em 50 anos de utilização e todos os lançamentos Soyuz transportam-no. A única modificação foi em 1972, quando a carenagem aerodinâmica sobre os bicos do motor SAS foi removida por razões de poupança de peso, uma vez que a nave espacial Soyuz 7K-T redesenhada transportava equipamento de suporte de vida extra. A balsa de reabastecimento não desenhada Progress tem uma torre de fuga fictícia e remove as barbatanas estabilizadoras da cobertura da carga útil. Houve três lançamentos falhados de um veículo Soyuz tripulado, Soyuz 18a em 1975, Soyuz T-10a em 1983 e Soyuz MS-10 em Outubro de 2018. A falha de 1975 foi abortada após o jettison da torre de fuga. Em 1983, o SAS da Soyuz T-10a resgatou com sucesso os cosmonautas de um incêndio e explosão do veículo de lançamento. Mais recentemente, em 2018, o sub-sistema SAS na cobertura de carga útil do Soyuz MS-10 resgatou com sucesso os cosmonautas de uma falha de foguete 2 minutos e 45 segundos após a descolagem após a torre de fuga já ter sido abandonada.

Módulo orbitalEdit

orbital da nave espacial Soyuz módulo

espaçonaves Soyuz módulo de descida

Módulo de Instrumentação/Propulsão da nave espacial Soyuz

A parte dianteira da nave espacial é o módulo orbital (russo: бытовой отсек, romanizado: bytovoi otsek), também conhecido como secção habitacional. Aloja todo o equipamento que não será necessário para a reentrada, tais como experiências, câmaras ou carga. O módulo contém também uma casa de banho, aviónica de acoplagem e equipamento de comunicações. O volume interno é de 6 m3 (210 cu ft), o espaço habitacional é de 5 m3 (180 cu ft). Nas últimas versões Soyuz (desde a Soyuz TM), foi introduzida uma pequena janela, proporcionando à tripulação uma vista para a frente.

Uma escotilha entre ela e o módulo de descida pode ser fechada de modo a isolá-la para actuar como uma câmara de ar se necessário, os membros da tripulação que saem pela sua porta lateral (perto do módulo de descida). Na plataforma de lançamento, a tripulação entra na nave espacial através desta porta. Esta separação também permite que o módulo orbital seja personalizado para a missão com menor risco para o módulo de descida crítica para a vida. A convenção de orientação num ambiente micro-g difere da do módulo de descida, uma vez que os tripulantes ficam de pé ou sentados com a cabeça à porta de atracagem. Também o salvamento da tripulação enquanto na plataforma de lançamento ou com o sistema SAS é complicado devido ao módulo orbital.

A separação do módulo orbital é crítica para uma aterragem segura; sem a separação do módulo orbital, não é possível à tripulação sobreviver à aterragem no módulo de descida. Isto acontece porque o módulo orbital interferiria com a correcta implantação dos pára-quedas do módulo de descida, e a massa extra excede a capacidade dos motores de pára-quedas e de travagem principais para proporcionar uma velocidade de aterragem suave e segura. Em vista disto, o módulo orbital foi separado antes da ignição do motor de retorno até ao final da década de 1980. Isto garantiu que o módulo de descida e o módulo orbital seriam separados antes de o módulo de descida ser colocado numa trajectória de reentrada. No entanto, após a problemática aterragem do Soyuz TM-5 em Setembro de 1988, este procedimento foi alterado e o módulo orbital é agora separado após a manobra de retorno. Esta alteração foi feita uma vez que a tripulação do TM-5 não pôde deorbitar durante 24 horas depois de ter abandonado o seu módulo orbital, que continha as suas instalações sanitárias e o colarinho de atracagem necessário para se fixar à Mir. O risco de não serem capazes de separar o módulo orbital é efectivamente considerado inferior ao risco de necessitarem das instalações nele existentes, incluindo a sanita, após um deorbit falhado.

Módulo de descidaEditar

Replica do Módulo de Entrada da nave espacial Soyuz no Euro Space Center na Bélgica

O módulo de descida (Russo: Спуска́емый Аппара́т, tr. Spuskáyemy Apparát), também conhecido como cápsula de reentrada, é utilizado para o lançamento e a viagem de regresso à Terra. Metade do módulo de descida é coberto por uma cobertura resistente ao calor para o proteger durante a reentrada; esta metade está virada para a frente durante a reentrada. É abrandada inicialmente pela atmosfera, depois por um pára-quedas de travagem, seguido pelo pára-quedas principal que abranda a embarcação para a aterragem. A um metro acima do solo, os motores de travagem de combustível sólido montados atrás do escudo térmico são disparados para dar uma aterragem suave. Um dos requisitos de concepção do módulo de descida era que este tivesse a maior eficiência volumétrica possível (volume interno dividido pela área do casco). A melhor forma para isto é uma esfera – como o módulo de descida da nave espacial pioneira Vostok utilizado – mas tal forma não pode proporcionar elevação, o que resulta numa reentrada puramente balística. As reentradas balísticas são difíceis para os ocupantes devido à alta desaceleração e não podem ser conduzidas para além da sua queimadura inicial de deorbit. É por isso que foi decidido ir com a forma de “farol” que a Soyuz utiliza – uma área frontal hemisférica unida por uma secção cónica mal angulada (sete graus) a um clássico escudo térmico de secção esférica. Esta forma permite gerar uma pequena quantidade de elevação, devido à distribuição desigual do peso. A alcunha foi pensada numa altura em que quase todos os faróis eram circulares. As pequenas dimensões do módulo de descida levaram a que apenas tivesse tripulações de dois homens após a morte da tripulação do Soyuz 11. A posterior nave espacial Soyuz T resolveu este problema. O volume interno da Soyuz SA é de 4 m3 (140 cu ft); 2,5 m3 (88 cu ft) é utilizável pela tripulação (espaço vivo).

Módulo de serviçoEdit

No verso do veículo está o módulo de serviço (russo: прибо́рно-агрега́тный отсе́к, tr. pribórno-agregátny otsék). Tem um recipiente pressurizado em forma de lata saliente (compartimento de instrumentação, pribórno-agregátny otsék) que contém sistemas para controlo de temperatura, alimentação eléctrica, radiocomunicações de longo alcance, rádio telemetria, e instrumentos para orientação e controlo. Uma parte não pressurizada do Módulo de Serviço (compartimento de propulsão, agregatniy otsek) contém o motor principal e um sistema de propulsão alimentado a líquido para manobrar em órbita e iniciar a descida de volta à Terra. O navio tem também um sistema de motores de baixa propulsão para orientação, ligados ao compartimento intermédio (perekhodnoi otsek). Fora do módulo de serviço estão os sensores para o sistema de orientação e a matriz solar, que é orientada para o Sol através da rotação da nave. Uma separação incompleta entre os módulos de serviço e de reentrada conduziu a situações de emergência durante o Soyuz 5, Soyuz TMA-10 e Soyuz TMA-11, o que levou a uma orientação de reentrada incorrecta (primeiro a escotilha de entrada da tripulação). A falha de vários parafusos explosivos não cortou a ligação entre os módulos de serviço e de reentrada nos dois últimos voos.

Procedimento de reentradaEdit

O Soyuz usa um método semelhante ao do módulo de comando e serviço Apollo dos Estados Unidos para se deoritar a si próprio. A nave espacial é virada para a frente e o motor principal é disparado para deorbitar no outro lado da Terra antes do seu local de aterragem planeado. Isto requer o menor propulsor para a reentrada; a nave espacial viaja numa órbita elíptica de transferência Hohmann para o ponto de interface de entrada onde o arrasto atmosférico a abranda o suficiente para cair da órbita.

A nave espacial Soyuzarly teria então os módulos de serviço e orbital separados simultaneamente do módulo de descida. Como estão ligados por tubagem e cabos eléctricos ao módulo de descida, isto ajudaria na sua separação e evitaria que o módulo de descida alterasse a sua orientação. Mais tarde, a nave espacial Soyuz destacou o módulo orbital antes de disparar o motor principal, o que poupou o propulsor. Desde a questão da aterragem da Soyuz TM-5, o módulo orbital é novamente destacado apenas após o disparo de reentrada, o que levou (mas não causou) situações de emergência da Soyuz TMA-10 e TMA-11. O módulo orbital não pode permanecer em órbita como uma adição a uma estação espacial, uma vez que a escotilha de ar entre os módulos orbital e de reentrada faz parte do módulo de reentrada, pelo que o módulo orbital despressuriza após a separação.

O disparo de reentrada é normalmente feito no lado “amanhecer” da Terra, para que a nave espacial possa ser vista por helicópteros de recuperação à medida que desce no crepúsculo da noite, iluminada pelo Sol quando está acima da sombra da Terra. A nave Soyuz foi concebida para descer em terra, normalmente algures nos desertos do Cazaquistão, na Ásia Central. Isto contrasta com as primeiras naves espaciais tripuladas pelos Estados Unidos, que salpicaram no oceano.

Sistemas de naves espaciaisEdit

diagrama Soyuz

Plano explodido da nave espacial Soyuz MS.

• Sistema de controlo térmico – Sistema Obespecheniya Teplovogo Rezhima, SOTR
• Sistema de suporte de vida – Kompleks Sistem Obespecheniya Zhiznedeyatelnosti, KSOZh
• Sistema de fornecimento de energia – Sistema Elektropitaniya, SEP
• Sistemas de comunicação e seguimento – Sistema de comunicação via rádio Rassvet (Dawn), sistema de medição a bordo (SBI), controlo de nave espacial Kvant-V, sistema de televisão Klyost-M, seguimento de rádio orbital (RKO)
• Sistema de controlo complexo a bordo – Sistema Upravleniya Bortovym Kompleksom, SUBK
• Sistema de propulsão combinado – Kompleksnaya Dvigatelnaya Ustanovka, KDU
• Chaika-3 sistema de controlo de movimento (SUD)
• Dispositivos ópticos/visuais (OVP) – VSK-4 (Vizir Spetsialniy Kosmicheskiy-4), dispositivo de visão nocturna (VNUK-K, Visir Nochnogo Upravleniya po Kursu), luz de acoplamento, mira do piloto (VP-1, Vizir Pilota-1), telémetro laser (LPR-1, Lazerniy Dalnomer-1)

li>Kurs rendezvous systemli> Sistema de acoplamento – Sistema Stykovki i Vnutrennego Perekhoda, SSVP

• Modo de controlo do teleoperador – Teleoperatorniy Rezhim Upravleniya, TORU
• Sistema de actuadores de entrada – Sistema Ispolnitelnikh Organov Spuska, SIO-S
• Kit de ajudas de aterragem – Kompleks Sredstv Prizemleniya, KSP
• Kit de sobrevivência portátil – Nosimiy Avariyniy Zapas, NAZ, contendo uma pistola de sobrevivência TP-82 Cosmonaut ou pistola Makarov

sistema de fuga de lançamento Soyuz – Sistema Avariynogo Spaseniya, SAS