W skrócie
- NASA wprowadza tradycyjną nawigację astronomiczną jako system awaryjny dla przyszłych misji załogowych na Księżyc i Marsa w przypadku całkowitej awarii elektroniki.
- Astronauci przechodzą specjalistyczne szkolenia z obsługi sekstantu i metod obserwacji gwiazd, aby w razie potrzeby móc "na oko" wyznaczyć kurs powrotny na Ziemię.
- Współczesne statki, takie jak Orion, korzystają z zaawansowanych systemów optycznych, jednak wiedza o geometrii i dawnych przyrządach stanowi zabezpieczenie dla załogi.
- Więcej podobnych informacji znajdziesz na stronie głównej serwisu, otwiera się w nowym oknie
Nawigacja kosmiczna wraca do XVIII-wiecznych korzeni
Choć misje kosmiczne naszpikowane są najnowocześniejszymi technologiami za miliardy dolarów, systemy cyfrowe mogą zawieść. Co wtedy? Okazuje się, że w przypadku awarii elektroniki astronautów zmierzających na Marsa lub Księżyc może uratować tradycyjna nawigacja astronomiczna z XVIII wieku. Agencja NASA przygotowuje się na takie scenariusze, sięgając po instrument wykorzystywany niegdyś przez żeglarzy. To właśnie sekstant jest ostatnią deską ratunku dla załogowych misji zarówno w najbliższym sąsiedztwie Ziemi, jak i w głębokiej przestrzeni kosmicznej.
Zasada działania sekstantu opiera się na pomiarze kątów między ciałami niebieskimi, takimi jak gwiazdy i planety, co pozwala dokładnie określić pozycję statku. Stara technika może okazać się pomocna w dalszych wyprawach, jako że wraz z oddalaniem się od Ziemi tradycyjne systemy łączności i sygnały satelitarne stają się coraz mniej niezawodne. "Im dalej wylatujemy, tym mniej możemy polegać na technologii nawigacyjnej opartej na Ziemi" - wyjaśnia Greg Holt, menedżer systemu nawigacji (Navigation System Lead) w statku Orion, dla BBC.
Narzędzia sprzed wieków nie są jednak zupełną nowością w historii NASA. Już w latach 60. XX w. agencja adaptowała techniki obserwacji gwiazd do lotów kosmicznych. Przyrządów ręcznych używano m.in. podczas misji Gemini XII w 1966 r. po awarii radaru, a podczas feralnego lotu Apollo 13 w 1970 r. obserwacja powierzchni Ziemi pomogła załodze bezpiecznie wrócić na planetę.
Testy ręcznych narzędzi na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej potwierdziły ich skuteczność w warunkach mikrograwitacji. W 2018 r. astronauci Serena Auñón-Chancellor i Alexander Gerst sprawdzili czarny sekstant dostosowany do wymogów kosmicznych. Urządzenie otrzymało zaokrąglone krawędzie zapobiegające uszkodzeniom i rzepy do mocowania na ścianie.
Astronauci NASA uczą się technik nawigacji "na oko"
Nowoczesny statek Orion wykorzystuje zaawansowany system optyczny jako podstawowe zabezpieczenie nawigacyjne. Aparat zamontowany na kadłubie wykonuje zdjęcia gwiazd i planet, automatycznie mierząc kąty między nimi i obliczając korekty kursu. Urządzenie było uruchamiane około raz dziennie podczas misji Artemis, co pozwalało zweryfikować jego sprawność i porównać wyniki z danymi ze stacji naziemnych.
Mimo że ręczny sekstant stanowi pewną opcję zapasową, nie jest on stale spakowany na pokładzie Oriona ze względu na rygorystyczne limity masy. "Każdy gram masy ma znaczenie podczas lotów w kosmos" - zaznacza Greg Holt. Podczas przygotowań przed startem misji Artemis II ręczny sekstant był trzymany w gotowości, by trafić na pokład w razie awarii cyfrowych kamer.
W przypadku wystąpienia awarii po starcie załoga polega na przeszkoleniu z technik obserwacji gołym okiem. Jednym z takich rozwiązań "na oko" jest precyzyjne mierzenie czasu, w którym konkretne gwiazdy chowają się za krawędzią Ziemi lub Księżyca. Metoda ta dostarcza przybliżonych danych o pozycji statku bez użycia jakiejkolwiek elektroniki.
Inżynierowie budujący nowoczesne systemy cyfrowe są zobowiązani do praktycznej nauki obsługi tradycyjnego sprzętu. Taka praktyka ułatwia zrozumienie geometrii i matematycznych fundamentów działania układów optycznych. "Sprawdzam, czy wszyscy wychodzą i ćwiczą z sekstantem, aby zrozumieli podstawy" - tłumaczy ekspert systemów nawigacji.
Zobacz również:
Gwiezdni żeglarze wypatrują znanych od wieków konstelacji
Astronauci to dosłownie gwiezdni żeglarze. Słowo "astronauta" składa się z greckich słów astron (gwiazda) i nautes (żeglarz). Na tym nie kończy się ich związek. Znane konstelacje gwiazd, które pomagały dawnym żeglarzom obrać właściwy kurs, pozostają tak samo czytelne dla astronautów w przestrzeni kosmicznej. Stabilność pozycji odległych gwiazd sprawia, że stanowią one uniwersalny punkt odniesienia niezależnie od miejsca przebywania w układzie. Podczas planowanych misji załogowych na Marsa kluczową rolę w określaniu położenia mogą odgrywać również obiekty takie jak asteroidy.
W praktyce nawigacyjnej astronauta otrzymuje informację, w którym miejscu między znanymi gwiazdami powinna znajdować się dana planetoida. Po jej zlokalizowaniu wykonuje pomiary i porównuje je z przewidywaniami komputera. Ewentualne odchylenia od trajektorii są korygowane manualnie przez załogę na podstawie prostej geometrii.
Przenoszenie technologii z minionych wieków w przyszłość pokazuje ciągłość ludzkiej wiedzy inżynieryjnej. Zarówno proste przyrządy drewniane, jak i nowoczesne kamery cyfrowe korzystają z tych samych zależności kątowych. "Wszystkie te techniki są ze sobą wzajemnie powiązane, począwszy od najwcześniejszych form obserwacji gwiazd ze statków" - kwituje ekspert z NASA.
