Soyuz 5'in yörünge bölmesinde Aleksey Yeliseyev ile Yevgeni Hrunov uzay giysilerini giydi, bölmenin havası boşaltıldı ve iki kozmonot aracın dışına çıktı. Tutunma raylarına yapışarak az önce kenetlendikleri Soyuz 4'e geçtiler. Geçiş 37 dakika sürdü. Yanlarında, Soyuz 4'ün pilotu Vladimir Şatalov fırlatıldıktan sonra basılmış gazeteler vardı; transferin gerçekten yapıldığının kanıtı onlardı.1 İki araç mekanik ve elektrik bağlantısı kurmuştu, ama Sovyet kenetlenme düzeneğinde içeriden geçilecek bir tünel henüz yoktu.
İki ay sonra Apollo 9'da Amerikalı astronotlar ay modülüne içeriden geçti. Grumman'ın 1969 tarihli el kitabına göre ay modülünün kenetlenme tüneli 32 inç, yani 81 santimetre çapındaydı.2 Bugün Uluslararası Uzay İstasyonu'na yanaşan Crew Dragon'ın ve Starliner'ın kullandığı geçidin çapı 80 santimetre.
- Kenetlenme kapısının ölçüsünü tek bir uluslararası belge belirliyor ve o belgenin yazılma sebeplerinden biri kurtarma görevleri.
- Kapıyı 1,6 kat genişletmek, onu iten hava basıncı kuvvetini üç kattan fazla artırıyor.
- İstasyonda buzdolabı boyunda rafların geçtiği geniş kapılar zaten var, ama oraya hiçbir araç kendi başına yanaşamıyor.
- NASA mühendisleri 80 santimetrelik kapıyı dört denekle su altında denedi ve en kısa boylu denek ona en düşük puanı verdi.
Ölçüyü tek bir belge belirliyor
Kenetlenme kapısının boyu bir şirketin tercihiyle belirlenmiyor. Uluslararası Kenetlenme Sistemi Standardı (IDSS), Uluslararası Uzay İstasyonu ortaklarının birlikte geliştirdiği ve ilk kez 2010'da kabul edilen bir arayüz belgesi. Belge amacını giriş cümlesinde söylüyor: farklı ülkelerin araçları ortak görev yapabilsin ve gerektiğinde mürettebat kurtarma görevi mümkün olsun.3 Bir istasyonda mahsur kalan ekibi başka bir ülkenin kapsülünün alabilmesi için iki halkanın milimetresine kadar birbirine oturması gerekiyor. Ölçüyü değiştiren araç, standarda uyan bütün limanlarla bağını koparmış olur.
2011 tarihli metin geçidi iki aşamada tanımlıyordu. Kenetlenme sırasında en az 685 milimetre, araçlar sıkıca bağlandıktan sonra 800 milimetre. Aradaki fark, yaklaşan aracı yakalayıp hizaya getiren kılavuz kanatçıklardan geliyor; bağlantı tamamlanınca bu kanatçıklar katlanıyor ya da sökülüyor.4 Standart Temmuz 2022'de F revizyonuna ulaştı. Ay yörüngesine kurulacak Gateway istasyonu, Orion kapsülü ve Ay iniş aracı için yeni hükümler eklendi, kenetlenme geometrisi ise korundu.3
Her santimetre basınç olarak geri dönüyor
Kapının bir yanında deniz seviyesindeki hava basıncı, öbür yanında boşluk var. Bir atmosferlik basınç her metrekareye yaklaşık 101 kilonewton kuvvet uygular. 80 santimetre çaplı bir açıklığın yüzeyi yarım metrekare eder ve onu dışarı doğru iten kuvvet 51 kilonewton civarındadır. Bu, 5 tonluk bir yükün ağırlığına denk. Açıklığı 127 santimetrelik bir kareye çıkardığında yüzey 1,6 metrekareye, kuvvet de 163 kilonewtona çıkıyor. Kapı 1,6 kat genişlerken onu zorlayan kuvvet 3,2 katına çıkıyor. Bu hesap bizim; köşelerin yuvarlatılmasını ve contanın açıklığın dışında kalan payını hesaba katmıyor.
O yükü kenetlenme halkası taşıyor. IDSS, araçlar bağlandıktan sonra 12 kancanın her birinin 31 ile 44 kilonewton arasında bir ön yükle kilitlenmesini ve iç içe iki contanın 97.150 newtonluk bir kuvvetle sıkıştırılmasını şart koşuyor.3 NASA'nın bu standarda göre ürettiği kenetlenme sisteminin izin verilen en yüksek kütlesi 341 kilogram.5 Halkanın çapı büyüdükçe kanca da conta da gövde de büyüyor ve aradaki her kilogram, kapsülün taşıyabileceği yükten düşüyor.
Halkanın bir işi daha var. Standart, yaklaşan aracın saniyede 5 ila 10 santimetre hızla temas edeceğini varsayıyor; yumuşak yakalama halkası bu çarpmayı sönümleyip iki aracı hizaya getiriyor.3 Crew Dragon'da bütün bu düzenek kapsülün tepesinde, fırlatma sırasında açılır bir burun kapağının altında duruyor.
Geniş kapı istasyonda zaten var
İstasyonun Amerikan, Avrupa ve Japon modülleri birbirine başka bir düzenekle bağlı: Ortak Yanaştırma Mekanizması (CBM). Kapağı köşeleri yuvarlatılmış, yaklaşık 127 santimetrelik bir kare.6 Halkanın 1,8 metrelik çapı, büyük yükler kapıdan köşegen boyunca geçebilsin diye seçildi.7 İstasyonun standart deney rafları bu kapıdan giriyor. Bir raf iki metre boyunda ve 105 santimetre eninde; boşken 104 kilogram geliyor, içine 700 kilograma kadar alet konabiliyor.8
Ancak bu kapıya hiçbir araç kendi başına yanaşamıyor. Gelen araç istasyonun yakınında sabit durur, istasyonun robot kolu onu yakalayıp halkanın üstüne oturtur ve 16 motorlu cıvata iki halkayı birbirine sıkar.6 Temas hızı neredeyse sıfır olduğu için ayrı bir sönümleyiciye gerek kalmıyor. Bunun karşılığında robot kol, kolu kullanan mürettebat ve yer kontrolünün eşliği gerekiyor.
SpaceX'in ilk Dragon kargo aracı istasyona bu yolla yanaştırılıyordu.9 Aralık 2020'de uçmaya başlayan ikinci kuşak Cargo Dragon ise 80 santimetrelik standart kapıyla kendi başına kenetleniyor.10 Robot kola ihtiyaç kalmadı, ama 105 santimetre enindeki raf bu kapıdan geçmiyor.
NASA'nın kendi deneyi
80 santimetrenin insan için de dar olduğunu NASA'nın kendi mühendisleri ölçtü. 2018 yazında Marshall Uzay Uçuş Merkezi'nin insan faktörleri ekibi beş kapı biçimini ahşap ve PVC maketlerle kurdu: Orion kapsülündeki 32 inçlik daire, 42 inçlik bir daire, istasyondaki 127 santimetrelik kare, aynı karenin 45 derece döndürülmüşü ve 157'ye 127 santimetrelik bir dikdörtgen. Denekler boy dağılımının iki ucundan seçildi. En kısası 149 santimetrelik bir kadın, en uzunu 194 santimetrelik bir erkekti. Dört kişi kapılardan karada adım atarak, Alabama'daki 7 metre derinliğindeki astronot eğitim havuzunda da yüzerek geçti ve her geçişten sonra beş soruluk bir anket doldurdu.11
Ağırlıksızlığa en yakın ortam olan havuzda 81 santimetrelik daire toplam puanın yüzde 68'ini aldı. 107 santimetrelik dairede puan yüzde 97'ye çıktı. Karada fark daha da büyüktü: tek kapılı düzende 81 santimetrelik daire yüzde 40'ta kaldı ve her düzende en düşük notu en kısa boylu denek verdi. Yazarlar 127 santimetrelik kareden sonra büyümenin puana bir şey katmadığını, NASA açısından küçük kapının genel olarak daha verimli olduğunu da not etti.
Deneyi NASA'nın İleri Kavramlar Ofisi istemişti ve görev tanımında, standardı 32 inçten daha geniş bir kapıya taşımak için veri toplamak yazıyordu. Bugün iki ölçü yan yana kullanılıyor. Araçların kendi başına kenetlendiği kapı 80 santimetre, modüllerin robot kolla birleştirildiği kapı 127 santimetre. Ay programı için Temmuz 2022'de güncellenen IDSS'nin F revizyonu da kenetlenme halkasının geometrisini değiştirmedi.
Dipnotlar ve Kaynaklar
- A. Zak, "Cosmonauts transfer from Soyuz-5 to Soyuz-4", RussianSpaceWeb; Spacefacts, "Soyuz 4" görev raporu (16 Ocak 1969, 37 dakikalık dış geçiş, iç tünelin olmaması). russianspaceweb.com ↩
- Grumman Aircraft Engineering, Apollo Lunar Module News Reference, 1969, "Lunar Module" bölümü: kenetlenme tüneli 32 inç çapında ve 16 inç uzunluğunda, üst kapak yaklaşık 33 inç. apollojournals.org ↩
- NASA, International Docking System Standard (IDSS) Interface Definition Document, Revizyon F, 26 Temmuz 2022 (amaç ve kurtarma görevleri, 12 kanca ve ön yük, 97.150 N conta sıkıştırma kuvveti, 0,05-0,10 m/s temas hızı, cislunar güncellemeler). ntrs.nasa.gov ↩
- NASA, International Docking System Standard Interface Definition Document, 2011 baskısı, §3.2.1 "Transfer Passageway" (kenetlenmede 685 mm, bağlantıdan sonra 800 mm). law.resource.org ↩
- NASA, NASA Docking System (NDS) Users Guide, JSC-65795 ile birlikte, 2011 (NDS -301/-303 için 750 lb, yaklaşık 341 kg üst kütle sınırı). ntrs.nasa.gov ↩
- R. M. Foster, J. G. Cook, P. R. Smudde ve M. A. Henry, "Space Station Berthing Mechanisms, Attaching Large Structures On-Orbit that were Never Mated on the Ground", 37th Aerospace Mechanisms Symposium, 2004 (robot kolla yanaştırma, 16 motorlu cıvata, yaklaşık 127 cm kare kapı). esmats.eu ↩
- E. H. Davis, "Common Berthing Mechanism Core Design Description" (halka çapının büyük yüklerin köşegenine göre seçilmesi, 1,8 m çap). ehdavis.engineering ↩
- NASA Marshall Uzay Uçuş Merkezi, "Generic NASA Accommodations: International Standard Payload Rack" (104 kg raf, 700 kg yük kapasitesi) ve "International Standard Payload Rack volume" görseli, 2001 (dış ölçüler yaklaşık 201 × 105 × 86 cm). ↩
- NASA Johnson Uzay Merkezi, "It Takes Two to Tango: NASA's Preparations for the COTS Dragon and Cygnus Demonstration Missions", 2011 (robot kolla yakalama ve CBM ile yanaştırma). ntrs.nasa.gov ↩
- NASA, SpaceX CRS-21 görevi, Aralık 2020: ikinci kuşak Cargo Dragon'ın istasyona ilk otomatik kenetlenmesi. ↩
- T. Andrews, R. Stewart ve W. Deitzler, "NASA Marshall Space Flight Center Human Factors Engineering Analysis of Various Hatch Sizes", NASA MSFC, 2019. ntrs.nasa.gov ↩
Kapak fotoğrafı: NASA astronotu Andrew Morgan, 21 Ağustos 2019'daki uzay yürüyüşünde istasyonun ikinci ticari kenetlenme adaptörü IDA-3'ü takarken. Fotoğraf: NASA/Nick Hague, kamu malı, Wikimedia Commons.
kafa1milyon
Meraklı bir kafa. Bilimsel makaleleri, arşiv belgelerini ve saha notlarını okuyup gündelik dile çeviriyor; bilinmeyeni bilinmiyor diye yazmaktan çekinmiyor.
