Projekt Gemini

Projekt Gemini

Emblem projekta Gemini
Država	Združene države Amerike
Organizacija	NASA
Namen	Orbitalni polet s posadko Vesoljski sprehod Srečanje in spajanje
Status	Zaključen
Zgodovina programa
Strošek	1,3 mrd $ (1967)
Trajanje	1961 - 1966
Prvi polet	Gemini 1 8. april 1964
Prvi polet s posadko	Gemini 3 23. marec 1965
Zadnji polet	Gemini 12 11. november 1966
Uspehi	10
Delni neuspehi	2
Izstrelišče(a)	Cape Canaveral
Podatki o vozilu
Vozilo(a) s posadko	Kapsula Gemini
Izstrelitveno(a) vozilo(a)	Titan II

Projekt Gemini je drugi vesoljski program ZDA, ki se je odvijal po projektu Mercury in sočasno z razvojem programa Apollo med leti 1961 in 1966. Projekt je dobil ime po latinskem poimenovanju ozvezdja Dvojčka, ki je prispodoba za dvočlansko posadko odprave.

Cilj projekta Gemini je bil razvoj metod za podporo programu Apollo, ki je bil program za človeško odpravo na Luno, kamor sodijo razvoj tehnik za srečanje in spajanje z drugim vesoljskim vozilom v orbiti, razvoj vesoljskega sprehoda in ustvarjanje pogojev za odprave s trajanjem do 14 dni. S tem je projekt dosegel in presegel napredek sovjetskega vesoljskega programa v zgodnjih letih vesoljske tekme, obenem pa je z razvojem podpornih tehnik omogočil osredotočenje programa Apollo na lunarne odprave.

Vse odprave projekta Gemini so bile izvedene iz izstrelišča na Cape Canaveralu, v njem pa so sodelovali astronavti iz projekta Mercury, kot tudi novi astronavti. Gemini je bil tudi prvi program, ki je bil voden iz takrat novega centra za nadzor vesoljskih poletov v Houstonu.

Vesoljsko vozilo Gemini

Vesoljsko vozilo programa Gemini je zasnovalo in izdelalo podjetje McDonnell, ki je izdelalo že vesoljsko kapsulo za projekt Mercury. Pri načrtovanju so veliko vlogo imeli astronavti, ki so v zasnovo vnesli svoje izkušnje iz letal. Celotno vozilo je imelo dolžino 5,61 m, širino 3 m in maso 3220 - 3790 kg. Zaradi zahtev samega projekta vesoljsko vozilo Gemini sestavljata dve glavni komponenti:

Vesoljska kapsula Gemini

Vesoljska kapsula Gemini (angl. Reentry Module) je v osnovi povečana kapsula iz projekta Mercury. Za razliko od kapsule Mercury so sistemi in oprema lažje dostopni in zasnovani modularno, kar je olajšalo popravila. Osnova kapsule je bila zgrajena iz titana, zunanji sloj iz krom-nikljeve zlitine René 41, notranji deli v kabini pa iz aluminija. Na spodnjem delu je bil nameščen ablacijski toplotni ščit na osnovi posebnih silikonov, ki je s kontroliranim odgorevanjem ščitil modul pred toploto ob vstopu v atmosfero.

Za razliko od vesoljske kapsule Mercury, kjer poti leta skozi atmosfero po koncu zaviranja ni bilo možno spremeniti, je imela zaradi postavitve opreme kapsula Gemini težišče izmaknjeno iz vzdolžne osi, kar je pod vplivom aerodinamičnih sil povzročilo nagib kapsule okoli prečne osi, ki je bil odvisen od trenutne hitrosti. S tem je nastala majhna sila vzgona, ki je omogočila spremembo hitrosti spuščanja skozi atmosfero in popravke smeri z načrtnim nagibanjem kapsule okoli vzdolžne osi. Na ta način je bilo možno podaljšati doseg do 800 km in spremeniti odklon od poti do 60 km levo ali desno.

Kapsula ima premer 2,24 m (v spodnjem delu), višino 3,44 m in je sestavljena iz več odsekov.

Vesoljsko vozilo Gemini v prerezu

Kabina za posadko

Kabina za dvočlansko posadko je v najširšem delu kapsule in ima prostornine 2,55 m³. Vozilo ni imelo reševalnega stolpa, temveč sta člana posadke sedela na katapultnih sedežih. Dostop do vsakega sedeža je bil možen skozi vrata za vsakega člana posadke posebej, vsaka vrata so imela tudi okno za opazovanje v smeri naprej. Okoli izbire reševalne metode je bilo veliko polemik. Zagovorniki katapultnih sedežev so trdili, da ukinitev ubežnega stolpa prinaša prihranke teže, in da hipergolično gorivo rakete Titan II ob morebitni eksploziji rakete ustvari dokaj majhno ognjeno kroglo. Nasprotniki pa so menili, da bi bilo po izstrelitvi zelo malo časa za varno reševanje s katapultnimi sedeži, razen tega bi imel vžig katapultnih sedežev v kabini, ki je bila napolnjena s čistim kisikom, verjetno usodne posledice za posadko.

Nadzorna plošča je bila v primerjavi s tisto v kapsuli Mercury precej razširjena. Dodan je bil umetni horizont, podoben tistemu v letalih, le da je kazal še položaj glede na navpično os vrtenja. Posadka je imela na voljo krmilno palico za rotacijo vozila okoli vseh treh osi in dodatno krmilno palico za krmiljenje translatornih (premih) premikov v vseh smereh, ki sta se kasneje v nekoliko spremenjeni obliki uporabljali tudi v programu Apollo.

• 
  Nadzorna plošča kapsule Gemini
• 
  Razpored opreme
• 
  Navigacijski računalnik

Za podporo operacijam srečevanja in spajanja v orbiti je modul v prednjem delu imel vgrajen radar. Za podporo vsem manevrom je kot prvo vesoljko vozilo imel vgrajen tudi IBM-ov digitalni računalnik z imenom Gemini Guidance computer. Slednji je služil kot podpora navigacijskemu računalniku v raketi nosilki med vzletom, za izračun orbitalnih manevrov in manevra srečevanja z drugim vozilom, ter vodenju vozila med vstopom v atmosfero. Njegova frekvenca je bila 7,134 kHz in je imel feritni pomnilnik s kapaciteto 4096 39-bitnih besed. Računalnik je lahko operacije premika podatkov, seštevanja in odštevanja izvedel v enem ciklu, za množenje je porabil 3 cikle, za deljenje pa 6 ciklov. Za komunikacijo med računalnikom in posadko je bila uporabljena številčna tipkovnica z dodanimi tipkami za vnos podatkov in elektromehanski prikazovalnik, ki je omogočal branje vrednosti. Temu je bil dodan tudi prikazovalnik hitrosti ΔV po vseh treh oseh, ki je posadki kazal, kolikšno spremembo hitrosti po posamezni osi je potrebno doseči za želeno spremembo parametrov orbite. Podatke je lahko posadka vnašala ročno, ali pa so bili poslani z zemlje po podatkovni zvezi. Računalnik je hkrati lahko izvajal le en program, ostali so bili naloženi na magnetnem traku in jih je bilo potrebno pred uporabo naložiti v računalnik.

Sekcija krmilnih potisnikov

Sekcija krmilnih potisnikov, ki so skrbeli za manevriranje vesoljske kapsule med vstopom v atmosfero po vseh treh oseh, se je nahajala tik pred delom s kabino za posadko. V njej je bilo 16 potisnikov s potisno silo 110 N, ki jih je poganjala hipergolična zmes dušikovega tetroksida (N₂O₄) in monometilhidrazina ter pripadajoči rezervoarji goriva.

Sekcija za združevanje in pristanek

Ta sekcija se je nahajala na sprednjem delu kapsule in je vsebovala radar, sistem za spajanje in padala za pristanek. Pred izvlekom glavnega padala so se sprožili eksplozivni zatiči in sekcijo ločili od preostanka kapsule. Sistem za spajanje je vseboval tri zatiče za namen spajanja in električno povezavo z vozilom brez posadke Agena in ni nudil možnosti prehoda med spojenima voziloma.

Tekom razvoja so razmišljali tudi o možnosti pristanka na kopnem, kjer bi namesto padala uporabili Rogallovo krilo, vendar je bila ta rešitev prekomplicirana, zato je bila izbrana možnost pristanka na vodi.

Adapterski modul

Adapterski modul (angl. Adapter Module) je glavni del, v katerem se je vozilo Gemini razlikovalo od vozila Mercury. Ta del je v obliki prisekanega stožca dolžine 2,29 m in največjim premerom 3,05 m. Služi za povezavo celotnega vozila z raketo nosilko in za namestitev opreme in sistemov za daljše vesoljske odprave. Sestavljen je iz dveh delov:

Zaviralni del

Zaviralni del (angl. Retro Module) se nahaja tik pod kapsulo s posadko in vsebuje sklop s štirimi zaviralnimi motorji na trdo gorivo s potiskom 11,12 kN, od katerih vsak gori 5 sekund. Med zaviranjem so se zaviralni motorji prožili zaporedno, v primeru prekinitve vzleta bi se sprožili sočasno in oddaljili vozilo od nosilne rakete. V tem delu so bili zaradi bližine težišča vozila tudi 4 motorji s potisno silo 440 N, ki so skrbeli za translatorne premike gor, dol, levo in desno. Tik pred začetkom vstopa v atmosfero se je zaviralni del ločil od kapsule s posadko.

Opremni del

Opremni del (angl. Equipment Module) je sekcija v najširšem delu adapterskega modula. Ta vsebuje sistem za podporo življenja posadke (vključno z vodo in glavno zalogo kisika), radijske zveze za komunikacijo in telemetrijo, sistem za odvajanje toplote in baterije za zagotavljanje električne energije. Slednje so bile v kasnejših daljših odpravah dopolnjene z gorivnimi celicami, ki so bile potem uporabljene tudi v programu Apollo. Opremni del je bil ob začetku vračanja na zemljo in orientaciji vozila v pravilni položaj za zagon zaviralnih motorjev odvržen.

Shema kapsule in adapterskega modula Gemini.

Za manevriranje v orbiti opremni del vsebuje 12 manjših raketnih motorjev s hipergoličnim gorivom. Ti se delijo na več skupin:

• 8 motorjev s potisno silo 110 N na zadnjem delu adapterskega modula, razdeljeni so bili v pare, ki so razporejeni po obodu modula v razmaku 90°. Skrbijo za vrtenje vozila okoli vzdolžne, prečne in navpične osi vozila.
• 2 motorja s potiskom 440 N sta razmeščena po prečni osi in sta usmerjena naprej, za zaviranje gibanja naprej in pomik nazaj.
• 2 motorja s potiskom 440 N sta razmeščena po navpični osi in usmerjena nazaj, za premik v smer naprej.

Ker je vozilo Gemini proizvajalo več toplote od vozila Mercury, je bilo uporabljeno dvokrožno (za povečanje zanesljivosti) tekočinsko hlajenje, pri katerem je hladilni medij odvajal toploto iz kabine, astronavtskih oblek in opreme, toploto pa odvajal v sistem cevk pod površino adapterskega modula, kjer se je prenesla na površino in izsevala v vesolje.

Odprave projekta Gemini

Odprava	Datum odprave	Poveljnik	Pilot	Čas izstrelitve	Trajanje odprave
Gemini 1	8.-12. april 1964	Brez posadke	Brez posadke	16:00 UTC	3d 23h
	Prvi test vozila Gemini, vozilo namenoma uničeno ob vstopu v atmosfero.
Gemini 2	19. januar 1965	Brez posadke	Brez posadke	14:04 UTC	18m 16s
	Podorbitalni polet za testiranje toplotnega ščita
Gemini 3	23. marec 1965	Grissom	Young	14:24 UTC	4h 52m 31s
	Prva odprava Gemini s posadko, opravljene 3 orbite
Gemini IV	3.-7. junij 1965	McDivitt	White	15:16 UTC	4d 1h 56m 12s
	Prvi ameriški vesoljski sprehod, trajanje 22 minut
Gemini V	21.-29. avgust 1965	Cooper	Conrad	14:00 UTC	7d 22h 55m 14s
	Prva odprava s trajanjem en teden, prva uporaba gorivnih celic, test navigacijske opreme za prihodnje odprave
Gemini VII	4.-18. december 1965	Borman	Lovell	19:30 UTC	13d 18h 35m 1s
	Uporabljen kot tarča za srečanje v orbiti po odpovedi brezpilotnega vozila Agena pri odpravi Gemini VI. Glavni namen odprave je bilo preverjanje odziva posadke ob daljših vesoljskih odpravah do 14 dni.
Gemini VI-A	15.-16. december 1965	Schirra	Stafford	13:37 UTC	1d 1h 51m 24s
	Prvo srečanje z drugim vozilom (Gemini VII) v orbiti
Gemini VIII	16.-17. marec 1966	Armstrong	Scott	16:41 UTC	10h 41m 26s
	Prvo srečanje in spojitev z brezpilotnim vozilom Agena. Okvara potisnika na vozilu Gemini je povzročila skoraj usodno vrtenje vozila okoli vzdolžne osi, vendar je posadki uspel povratek na zemljo.
Gemini IX-A	3.-6. junij 1966	Stafford	Cernan	13:39 UTC	3d 20m 50s
	Odprava prestavljena iz maja, po neuspeli izstrelitvi vozila Agena. Kot ciljno vozilo je bilo uporabljeno vozilo ATDA (podobno vozilu Agena, le brez raketnega dela), katerega nosni ščit se po vtirjenju v orbito ni ločil, zaradi česar ni bilo možno spajanje z njim.
Gemini X	18.-21. julij 1966	Young	Collins	22:20 UTC	2d 22h 46m 39s
	Prva uporaba pogonskega motorja vozila Agena. Gemini X se je srečal tudi z vozilom Agena odprave Gemini VIII.
Gemini XI	12.-15. september 1966	Conrad	Gordon	14:42 UTC	2d 23h 17m 9s
	Srečanje z vozilom Agena po eni orbiti, dvig odzemlja na 1369 km z uporabo raketnega motorja vozila Agena.
Gemini XII	11.-15. november 1966	Lovell	Aldrin	20:46 UTC	3d 22h 34m 31s
	Zadnja odprava programa Gemini. Srečanje in spajanje z vozilom Agena, Aldrinov rekord v dolžini vesoljskega sprehoda 5h 30m.

Glej tudi

• Časovni pregled vesoljskih odprav s človeško posadko
• Tehnični opis vozila Gemini (v angleščini)