Apollo napobszervatóriumAz Apollo napobszervatórium a Skylab űrállomás egyik egységekéntLeírásFeladatA Skylab űrállomás repülésén ember irányította napmegfigyelésekSzemélyzet 1 fő: parancsnok vagy pilóta MéretekMagasság4,4 mÁtmérő 3,4 mNapelemek fesztávolsága 29,9 mTérfogat 19,8 m³TömegekTeljes 11 781 kgMűködési adatok Tervezett üzemidő 180 nap Az ATM vázlatos rajzaApollo napobszervatórium (NASA)
Az Apollo napobszervatórium (hivatalos angol nevén: Apollo Telescope Mount, vagy rövidítve ATM) a NASA Skylab-programjában alkalmazott egyik fő űrhajóegység volt, amellyel az amerikai űrügynökség először tudott a légkörön kívülről közvetlen napmegfigyeléseket végezni emberi irányítással, hosszabb ideig. A Skylab program a NASA Holdra szállások utáni programja volt, technikailag abból nőtte ki magát és egyben ekkor fordult az ügynökség figyelme az alacsony Föld körüli pályáról történő földmegfigyelések felé, de az ilyen elven épült űrállomást sokkal több funkcióval láttak el, ezek egyike volt a csillagászati megfigyelések témaköre.
Az ATM egy, az űrhajósok által manuálisan működtetett megfigyelőállás volt, amelyet a Nap megfigyelésére optimalizáltak és összesen 8 különböző műszerrel szereltek fel, amelyekkel 2 és 7000 Å (angström) közötti hullámhosszokon, azaz a lágy röntgensugárzás, az ultraibolya és a látható fény tartományában lehetett megfigyeléseket végezni. A napobszervatórium a Skylab önálló, mégis integráns részegysége volt, például az ATM napelemtábláin keletkező elektromos energiát maga az űrállomás is használta.
A napobszervatórium építése egy önálló projekt volt a Skylab-programon belül. Az egész űrállomás-építés abból az alapötletből nőtt ki,hogy az Apollo-program számára fejlesztett eszközöket továbbfejlesztve, kvázi learatva a műszaki fejlesztések hasznát, más célú űreszközöket és programokat lehessen indítani a már meglévő technikai alapokon. Ezen lehetőségek felkutatását végezte az Apollo Application Program és ezen belül volt egy tanulmány egy naptávcső létrehozatala. A projektért a Marshall Űrközpont lett a felelős, amely az Apollo holdkomp technikai alapjain megtervezte és le is gyártotta az űreszközt.
A naptávcsövekkel 1973-1974-ben összesen három repülés személyzete dolgozott, óriási megfigyelési anyagot gyűjtve a Nap jelenségeiről, a napkitörésekről, a flerekről, a napfoltciklus alakulásáról. Egy speciális megfigyelés volt 1973 karácsonyán egy azidőtájt frissen felfedezett üstökös, a Kohoutek-üstökös megfigyelése is. Az űreszköz pályafutásának végét a Skylab űrállomás természetes lefékeződése és visszasüllyedése a légkörbe jelentette és így – együtt az űrállomással – 1979. július 11-én belépett a Föld légkörébe és a sűrűbb rétegekbe érve megsemmisült, elégett, apróbb roncsdarabjai pedig Nyugat-Ausztráliában zuhantak le.
Története
Az ATM története összefonódik az Apollo Application Program történetével, lényegében az űreszköz a program egyik végterméke. Amikor az Apollo-program előrehaladtával világossá vált, hogy a Holdra szállásokat követően a NASA-nak tovább kell valamerre lépni, nem mellesleg meg kéne őriznie a holdprogramon dolgozó kb. ember munkahelyét, akkor a felszabaduló szellemi kapacitások számára beindították az Apollo Applicationt, amelynek az lett a feladata, hogy a holdprogram során eszközölt szellemi befektetések, fejlesztések nyomán létrejött eszközrendszert felhasználva, vagy újrahasznosítva olyan módokat találjanak, amelyekkel ezeket az eszközöket minél hatékonyabban lehet tovább felhasználni más és más űrprogramokban. A legtöbb ötlet – folyamatosan működő holdbázis, holdi teherűrhajó, hosszú távú holdexpedíciók, holdtávcső – még a Hold meghódításához kötődtek és azt gondolták tovább, tudományos haszon kinyerése céljából. Ám az eszközök hasznosításának másik iránya az űrállomás építés volt, előbb egy ún. nedves munkaterem (wet workshop) koncepción alapuló űrállomás (ahol az űreszköz testét a hordozórakéta egyik fokozata adta volna és a kiürült üzemanyag és hajtóanyag tartályokból alakult volna ki egy űrállomás belső tere), majd az ezt váltó száraz munkaterem (dry workshop) formájában. Illetve az ehhez az alapötlethét kapcsolódó kiegészítő, periferiális űreszközök jelentettek egy témát. Ez utóbbiak egyike volt egy a légkör fölé vitt obszervatórium ötlete.
Egy a légkör felett észlelni képes csillagászati megfigyelőhely egy sor új lehetőséget ígért a csillagászoknak ezért az ötletből vázlatterv, majd fokozatosan fejlesztési program lett. Az első elképzelés szerint egy kibocsátható egységbe szerelték volna a berendezéseket, amely egységet aztán az Apollo parancsnoki és műszaki egység műszaki egységébe építettel volna és onnan lett volna kiengedhető (némileg hasonlóan a holdexpedíciók második felében a műszaki egységekben alkalmazott SIM rekeszekhez). Később a terv átalakult és más műszaki alapokra került, egy átalakított Apollo holdkomp lett a platform. A holdkomp felszálló fokozatába szerelték a megfigyelő eszközöket, az irányító berendezéseket és az adatrögzítő rendszert, míg a leszálló fokozatba került a naptávcső és az energiaellátáshoz szükséges napelemtábla rendszer. A holdkomphoz hasonló önálló űrhajó újabb felhasználási módot is szült: a naptávcső önálló űrhajóként startolt volna és a világűrben kapcsolódott volna össze egy Apollo űrhajóval (majd a megfigyelés program végén az űrhajósok egy űrsétával hozták volna be az Apollo-ba az észlelési adatokat tartalmazó kazettákat és váltak volna le az ezután sorsára hagyott űreszközről). Újabb fejlődési fokként következett, amikor a tervek abba az irányba fordultak, hogy az ATM ne egy Apollo CSM-mel, hanem a Skylab űrállomással kapcsolódjon össze, ekkor még a wet workshop koncepció alapján kialakult űrállomással. A tervek addig finomodtak, hogy végül már csak az űrállomás és az ATM maradt egyetlen megvalósítható fejlesztési irányként a AAP portfóliójában.
Azzal párhuzamosan, hogy megszületett a döntés a holdrepülések megkurtításáról és hogy ezzel felszabadul Saturn V rakéta is, teret nyert egy új koncepció, a száraz munkaterem. Eszerint az utolsó rakétafokozat üresen startol és a belsejében eleve itt a Földön ki lehet alakítani az űrállomás leendő belső tereit. Ezzel párhuzamosan az is nyilvánvalóvá vált, hogy a Saturn V eredeti felhasználása szerint a holdkomp helye is szabadon áll a rakéta tetején, így az ATM-et nem kell önálló űrhajóként indítani, hanem már eleve a rakétafokozatból kialakított űrállomással együtt, ahhoz hozzáépítve indulhat az űrbe (a számítások szerint a Saturn V óriásrakéta első két fokozatának bőven meg is volt a megfelelő tolóereje, hogy a két, elvileg különálló eszközt egyszerre alacsony Föld körüli pályára vigye). A végső kialakításban az ATM összehajtogatva és az S-IVB alkotta Skylab hossztengelyében startolt a rakéta áramvonalazó orrburkolata alatt, majd Föld körüli pályára állva automatikusan egy rugós szerkezet segítségével az űrállomás hossztengelyével merőleges állásba állt, illetve szintén automatikusan kihajtogatódtak a szélmalomszerű napelemtáblák is. Ez a megoldás később az űrállomás megmentésének kulcsa lett: mivel a startbaleset miatt a fő napelemtáblák egyike leszakadt, a másik nem nyílt ki, ezért csak úgy tudott áram termelődni a belső berendezésekhez, hogy az ATM napelemrendszere sértetlen maradt és tökéletesen működőképes maradt. Kialakítása
A napobszervatórium két fő komponensből állt össze. A két komponens két, egymásba csúsztatott, koncentrikus henger volt. A külső henger volt az ún. tartókeret amely nyolcszögletű alapon állt, 3,4 méter átmérőjű és 4,4 méter magas volt. A tartókeretet alulról és felülről is két alaplemez zárta le, a felső végén az alaplemezen nyílások voltak, hogy az obszervatórium műszerei „kilássanak” az űrbe.
A fő részegység a belső henger, az ún. doboz volt, amely a kereten belül helyezkedett el, átmérője 2,1 méter volt, hossza pedig 3 méter. Ebben a dobozban helyezkedett el az összes napmegfigyelő berendezés, érzékelő. A dobozt és a tartókeretet két csuklós felfüggesztésű (gimbal) gyűrűvel kötötték egymáshoz, így a gyűrűknek köszönhetően a doboz a műszerekkel a hossztengely mentén forgatható volt. A műszerdoboz belsejében egy az alsó alaplemeztől a felsőig futó kereszt alakú elválasztófal futott végig, négy negyedkörcikkre osztva a henger belsejét. A nyolc eszköz mindegyike ágyúcsőszerűen lett kialakítva és ezeket az ágyúcsöveket egymáshoz rögzítették, csokorszerűen. Az egész napobszervatórium legfontosabb működési paramétere volt, hogy megfelelő stabilitást nyújtson a műszereknek és berendezéseknek, amelyek a megfigyelt objektuma, vagy éppen annak bizonyos részére néztek, ezért nagyon pontosan kellett „célozni” és „célon tartani”. A célzás pontosságának tűrése 2,5 szögmásodperc volt legyező és 5 szögmásodperc bólintó irányú mozgás esetén. Habár ezt a pontosságot már-már túlontúl precíznek gondolták a tervezők, a valósában még ezt is sikerült felülmúlni. A célzás során érdekes módon a legnagyobb kihívást a legénység űrállomáson belüli mozgása jelentette. A célpontokhoz igazítás első lépése magának a Skylabnek a stabilizálásával indult, amelyet egy kettős giroszkóp rendszerrel végeztek. Ám a pörgettyűs iránybeállítás még nem volt kellően precíz. Ennek megoldására egy napra tájolt irányító rendszer (Solar Pointing Control System – PCS) kellett. Ez a rendszer tized szögmásodperc pontossággal érzékelte a Nap középpontját és ha eltérést érzékelt tőle, jelet küldött a csuklós felfüggesztésű gyűrűket mozgató nyomatékmotoroknak, hogy mozdítsák irányba a szerkezetet. A forgatás finomhangolásához kvarc ékeket használtak. Amikor az űrhajósok akarták új megfigyelési irányba vezérelni a távcsöveket, joystick segítségével forgatták más irányba a szerkezetet, ilyenkor digitális érzékelők fordították a joystick parancsot szögmásodperces pontossággal.
A tervezés során fellépett egy komoly hibaforrás, a megfigyelésekhez a hő okozta elmozdulások ellen is védeni kellett a szerkezetet, amellyel a nagy érzékenységű, ultra felbontású optikai eszközök stabilitását kellett biztosítani. Az már a tervezési fázisban is nyilvánvaló volt, hogy bármiféle passzív hűtés sem elég hatékony. Ez vezetett el egy aktív, folyadékos hűtési rendszer alkalmazásához az ATM műszerdobozánál. A hűtőrendszer egy egykörös keringető rendszerből állt, amelyet végigvezettek a műszerdoboz belső felületein. A rendszerben metanol és víz keveréke keringett és vitte a hőcserélőkbe a felesleges hőt, amelyek a doboz külső oldalán voltak és közvetlenül az űrbe néztek. Ezzel a berendezéssel 10 °C körül lehetett tartani a fal hőmérsékletét.
Az obszervatórium viszonylag önálló harmadik részegysége volt a szélmalomhoz hasonlatos napelemtábla rendszer. A tartókeret felső harmadában négy, egyenként 12,8 méter hosszú és 3,05 méter széles napelemtáblát rögzítettek, a nyolcszög minden második oldalára, szemben egymással. Ezzel a teljes ATM fesztávolsága 29 méterre rúgott, míg kinézetében olyan volt, mint egy szélmalom. A napelemszárnyak fémszerkezetre rögzített szilícium napelemekből álltak, amelyek 1,1 kW villamos energiát szolgáltattak.
Műszerei
Összesen nyolc fő napmegfigyelő műszer kapott helyet az ATM-en. Ezeket kombinálva a megfigyelések 2 és 7000 7000 Å (angström) között tudták érzékelni a Nap jelenségeit (amely a lágy röntgen tartománytól az ultraibolyán át a látható spektrumig fogták át a megfigyelési tartományt. kettő röntgen távcső egy extrém ultraibolya spektroheliográf ultraibolya spektroheliométer ultraibolya spektrográf látható fénybeli koronagráf kettő hidrogén-alfa távcső
Ugyanezek a műszerek típus, megjelölés (és nem funkció) szerint: Röntgen műszerek: S-054 S-056 S-020 (röntgen és ultraibolya műszerek) Ultraibolya műszerek S-082A (Extrém ultraibolya spektroheliográf) S-082B (Ultraibolya spektroheliométer) S-055 (ultraibolya spektrográf) Hidrogén-alfa és koronagráf H-alpha no. 1 H-alpha no. 2 S-052 (a koronagráf) Egy további műszer, az S149 az egyik napelemtáblára volt szerelve
Működtetése, irányítása