Program "Mercury"

Svemirska letjelica McDonnell Mercury
Svemirska letjelica Mercury s tornjem za bijeg (escape tower)
Opis
Svrha:	Podorbitalna i orbitalna svemirska letjelica
Posada:	jedan pilot
Dimenzije
Visina:	3,51 m	11.5 ft
Promjer:	1,89 m	6.2 ft
Volumen:	1,7 m³	60 ft³
Težine (MA-6)
Lansiranje:	1935 kg	4265 lb
Orbita:	1354 kg	2986 lb
Post Retro:	1277 kg	2815 lb
Povratak u atmosferu:	1224 kg	2698 lb
Slijetanje	1098 kg	2421 lb
Raketni motori
Retro (čvrsto gorivo) x 3:	4,5 kN	1000 lbf ea
Posigrade (čvrsto gorivo) x 3:	1,8 kN	400 lbf ea
RCS visoke (H₂O₂) x 6:	108 N	25 lbf ea
RCS niske (H₂O₂) x 6:	49 N	12 lbf ea
Performanse
Dolet:	34 sata	22 orbite
Apogej:	282 km	175 milja
Perigej:	160 km	100 milja
Retro delta v:	483 km/h	300 mph
Dijagram letjelice Mercury
Dijagram letjelice Mercury (NASA)
McDonnell Mercury spacecraft

Program Mercury (eng. Mercury Program) bio je prvi program svemirskih letova s ljudskom posadom Sjedinjenih Država, aktivan od 1959. do 1963., sa ciljem lansiranja čovjeka u zemaljsku orbitu. Let Mercury-Atlas 6 20. februara 1962. bio je prvi let programa Mercury koji je ostvario taj cilj.^[1] Početna istraživanja i razvoj provodila je NACA (National Advisory Committee for Aeronautics),^[2] dok je program službeno vodila novoosnovana NASA (program je preuzela od američke ratne avijacije). Izvedeno je 20 razvojnih letova bez posade (neki su koristili životinje) i šest uspješnih letova astronauta. Prilagođeno inflaciji za 2025. godinu, troškovi programa iznosili su 4.10 milijardi dolara. Astronauti su bili zajednički poznati kao "Merkur Sedam", a svakoj svemirskoj letjelici pilot je dao ime koje završava sa "7". Naziv programa dolazi od Merkura, boga antičko rimske mitologije, koji se često smatra simbolom brzine. Merkur je također ime planeta Sunčevog sistema, s najvećom orbitalnom brzinom među planetama sustava, što je također simbol brzine, premda Projekt Mercury nema drugih veza sa tom planetom.

Svemirska utrka započela je lansiranjem sovjetskog satelita Sputnjik 1 1957. godine. To je šokiralo američku javnost i dovelo do stvaranja NASA-e kako bi se ubrzali postojeći američki napori u istraživanju svemira i većina njih stavila pod civilnu kontrolu. Nakon uspješnog lansiranja satelita Explorer 1 1958. godine, sljedeći cilj postao je svemirski let s posadom. Sovjetski Savez je 12. aprila 1961. godine poslao prvog čovjeka, kosmonauta Jurija Gagarina, u jednu orbitu na brodu Vostoka 1. Ubrzo nakon toga, 5. maja, SAD su lansirale svog prvog astronauta, Alana Sheparda, na suborbitalni let. Sovjetski German Titov je uslijedio jednodnevnim orbitalnim letom u augustu 1961. godine. SAD su dostigle svoj orbitalni cilj 20. februara 1962. godine, kada je John Glenn napravio tri orbite oko Zemlje. Kada je Merkur završio u maju 1963. godine, obje nacije su poslale šest ljudi u svemir, ali su Sovjeti predvodili SAD po ukupnom vremenu provedenom u svemiru.

Svemirska kapsula Mercury proizvedena je od strane kompanije McDonnell Aircraft i nosila je zalihe vode, hrane i kisika za oko jedan dan u kabini pod pritiskom. Letovi Mercuryja lansirani su sa zračne baze Cape Canaveral na Floridi, na lansirnim vozilima modificiranim od raketa Redstone i Atlas D. Kapsula je bila opremljena raketom za bijeg kako bi se sigurno odnijela od lansirne letjelice u slučaju kvara. Let je dizajniran da se kontroliše sa zemlje putem Mreže za svemirske letove s posadom, sistema stanica za praćenje i komunikaciju; rezervne kontrole su bile postavljene na brodu. Male retrorakete su korištene za izvođenje svemirske letjelice iz orbite, nakon čega ju je ablativni toplotni štit štitio od toplote ponovnog ulaska u atmosferu. Konačno, padobran je usporio letjelicu za slijetanje na vodu. I astronauta i kapsulu su izvukli helikopteri raspoređeni s broda američke mornarice.

Program Mercury je stekao popularnost u javnosti, a njegove misije su pratili milioni na radiju i televiziji širom svijeta. Njegov uspjeh postavio je temelje za Program Gemini, koji je prevozio dva astronauta u svakoj kapsuli i usavršio manevre pristajanja u svemiru neophodne za slijetanje na Mjesec s posadom u kasnijem Programu Apollo, najavljenom nekoliko sedmica nakon prvog leta Mercuryja s posadom.

Stvaranje Programa

Program Mercury je zvanično odobren 7. oktobra 1958. godine, a javno najavljen 17. decembra.^[3]^[4] Prvobitno je nazvan Program astronaut, međutim predsjednik Dwight Eisenhower smatrao je da se previše pažnje posvećuje pilotu,^[5] stoga je odabrano ime Merkur iz klasične mitologije, koja je već posudila imena raketama poput grčkog Atlasa i rimskog Jupitera za projektile SM-65 i PGM-19. Apsorbirao je vojne projekte koji su imali isti cilj, poput projekta Ratne avijacije, Čovjek u svemiru uskoro.

Pozadina

Nakon završetka Drugog svjetskog rata, došlo je do utrke u nuklearnom naoružanju između SAD-a i Sovjetskog Saveza (SSSR). S obzirom da SSSR nije imao baze na zapadnoj hemisferi iz kojih bi mogao rasporediti bombardere, Josif Staljin je odlučio razviti interkontinentalne balističke rakete, što je pokrenulo utrku u raketama.^[6] Raketna tehnologija je zauzvrat omogućila objema stranama da razviju satelite u Zemljinoj orbiti za komunikaciju i prikupljanje meteoroloških podataka i obavještajnih podataka. Amerikanci su bili šokirani kada je Sovjetski Savez lansirao prvi satelit u orbitu u oktobru 1957. godine, što je dovelo do rastućeg straha da SAD upadaju u "raketni jaz", odnosno veoma zaostaju u pogledu nove tehnologije.^[7] Mjesec dana kasnije, Sovjeti su lansirali Sputnik 2, noseći psa u orbitu. Iako je životinja uginula tokom leta, bilo je očito da je cilj bio istraživanje za potrebe svemirskog leta sa ljudskom posadom. Ne mogavši otkriti detalje vojnih svemirskih projekata, predsjednik Eisenhower naredio je stvaranje civilne svemirske agencije zadužene za civilna i naučna istraživanja svemira. Na osnovu istraživanja federalne agencije Nacionalnog savjetodavnog komiteta za aeronautiku (NACA), nazvana je Nacionalna uprava za aeronautiku i svemir (NASA). Agencija je postigla svoj prvi cilj lansiranja satelita u svemir, Pioneer 1, 1958. godine. Sljedeći cilj bio je poslati čovjeka tamo.

Granica svemira (poznata i kao Karmanova linija) definisana je u to vrijeme kao minimalna visina od 100 km, a jedini način da se do nje dođe bio je korištenjem raketnih nosača (bustera - pojačivača). To je stvaralo rizike za pilota, uključujući eksploziju, visoke g-sile i vibracije tokom uzlijetanja kroz gustu atmosferu, kao i temperature veće od 5500 °C od kompresije zraka tokom ponovnog ulaska u atmosferu.

U svemiru, pilotima bi bile potrebne komore pod pritiskom ili svemirska odijela za dovod svježeg zraka. Dok su tamo, iskusili bi bestežinsko stanje, što bi potencijalno moglo uzrokovati dezorijentaciju. Dalji potencijalni rizici uključivali su zračenje i udare mikrometeoroida, koji bi inače normalno sagorjeli u atmosferi. Sve to se činilo moguće za riješiti: iskustvo sa satelita sugerisalo je da je rizik od mikrometeoroida zanemariv, a eksperimenti početkom 1950-ih sa simuliranim bestežinskim stanjem, visokim g-silama na ljudima i slanjem životinja do granice svemira, su sugerisali da se potencijalni problemi mogu riješiti postojećim tehnologijama.^[8] Konačno, ponovni ulazak u atmosferu proučavan je korištenjem nuklearnih bojevih glava balističkih raketa, što je pokazalo da tupi kraj letjelice, zaštićen toplotni štitom i okrenut prema naprijed može riješiti problem zagrijavanja.

Organizacija

T. Keith Glennan imenovan je za prvog administratora NASA-e, a Hugh L. Dryden (posljednji direktor NACA-e) bio je njegov zamjenik, prilikom osnivanja agencije 1. oktobra 1958. godine. Glennan je izvještavao predsjedniku putem Nacionalnog vijeća za aeronautiku i svemir. Grupa odgovorna za Projekt Mercury bila je NASA-ina Svemirska radna grupa, a ciljevi programa bili su lansiranje i orbitiranje svemirske letjelice s posadom oko Zemlje, istraživanje sposobnosti pilota da funkcioniše u svemiru i sigurno spašavanje pilota i svemirske letjelice. Postojeća tehnologija i standardna oprema koristili bi se gdje god je to bilo izvedivo, slijedio bi se najjednostavniji i najpouzdaniji pristup dizajnu sistema, a koristila bi se postojeća lansirna letjelica.

Zahtjevi za svemirsku letjelicu uključivali su: sistem za sigurno odvajanje pri lansiranju kako bi se svemirska letjelica i njen putnik odvojili od rakete nosača u slučaju neposrednog kvara; kontrola položaja za orijentaciju letjelice u orbiti; retroraketni sistem za izvođenje iz orbite; termozaštitni dio za siguran povratak u atmosferu; i slijetanje na vodu. Da bi se komuniciralo sa svemirskom letjelicom tokom orbitalne misije, morala je biti izgrađena opsežna komunikaciona mreža. U skladu sa svojom željom da američkom svemirskom programu ne da otvoreno vojni karakter, predsjednik Eisenhower je u početku oklijevao da projektu označi kao najviši nacionalni prioritet (DX ocjena prema Zakonu o odbrambenoj proizvodnji), što je značilo da je Mercury morao čekati u redu iza drugih vojnih projekata za dobivanje resursa; međutim, ova ocjena je odobrena u maju 1959. godine, nešto više od godinu i po dana nakon lansiranja Sputnjika.

Izvođači radova i objekti

Dvanaest kompanija je podnijelo ponudu za izgradnju svemirske letjelice Mercury na osnovu ugovora od 20 miliona dolara (222 miliona dolara prilagođeno inflaciji za 2026.). U januaru 1959. godine, McDonnell Aircraft Corporation je izabrana za glavnog izvođača radova na svemirskoj letjelici. Dvije sedmice ranije, North American Aviation, sa sjedištem u Los Angelesu, dobila je ugovor za Little Joe, malu raketu koja će se koristiti za razvoj sistema za spašavanje prilikom lansiranja. Svjetska mreža za praćenje (World Wide Tracking Network) za komunikaciju između zemlje i svemirske letjelice tokom leta dodijeljena je Western Electric Company. Redstone rakete za suborbitalna lansiranja proizvodila je Chrysler Corporation u Huntsvilleu, Alabama, a Atlas rakete Convair u San Diegu, Kalifornija. USAF je stavio na raspolaganje Atlantski raketni poligon na zračnoj bazi Cape Canaveral na Floridi. Ovo je također bila lokacija Kontrolnog centra Mercury, dok se računarski centar komunikacijske mreže nalazio u Svemirskom centru Goddard, Maryland. Rakete Little Joe lansirane su s otoka Wallops u Virginiji. Obuka astronauta odvijala se u istraživačkom centru Langley u Virginiji, laboratoriji za letački pogon Lewis u Clevelandu, Ohio, i centru za razvoj mornaričke avijacije Johnsville u Warminsteru, PA. Aerotuneli Langley, zajedno s raketnom stazom u zračnoj bazi Holloman u Alamogordu, Novi Meksiko, korišteni su za aerodinamičke studije. Avioni i mornarice i ratnog zrakoplovstva stavljeni su na raspolaganje za razvoj sistema za slijetanje svemirske letjelice, a brodovi mornarice i helikopteri mornarice i marinaca stavljeni su na raspolaganje za oporavak. Iz grada Cocoa Beach, južno od Cape Canaverala, 75.000 ljudi gledalo je lansiranje prvog američkog orbitalnog leta 1962. godine.

Svemirska letjelica

Glavni dizajner svemirske letjelice Mercury bio je Maxime Faget, koji je započeo istraživanje ljudskih svemirskih letova tokom vremena NACA-e. Bila je duga 3,3 m i široka 1,8 m; a s dodanim sistemom za evakuaciju prilikom lansiranja, ukupna dužina je iznosila 7,9 m. Sa 2,8 m3 nastanjive zapremine, kapsula je bila dovoljno velika za jednog člana posade. Unutra se nalazilo 120 kontrola: 55 električnih prekidača, 30 osigurača i 35 mehaničkih poluga. Najteža svemirska letjelica, Mercury-Atlas 9, težila je 1400 kg kada je bila potpuno natovarena. Njen vanjski omotač bio je napravljen od René 41, legure nikla koja može izdržati visoke temperature.

Svemirska letjelica je bila konusnog oblika. Imala je konveksnu bazu koja je nosila toplotni štit koji se sastojao od aluminijskog saća prekrivenog više slojeva fiberglasa. Za nju je bio pričvršćen "retropak" koji se sastojao od tri rakete raspoređene za kočenje svemirske letjelice tokom ponovnog ulaska u atmosferu. Između njih su bile tri rakete: manje rakete za odvajanje svemirske letjelice od lansirne rakete prilikom ulaska u orbitu. Pored toplotnog štita nalazio se odjeljak za posadu pod pritiskom. Unutra, astronaut bi bio pričvršćen za sjedište s instrumentima ispred sebe i leđima okrenutim toplotnom štitu. Ispod sjedišta nalazio se sistem za kontrolu okruženja koji je dovodio kisik i toplinu, pročišćavao zrak od CO2, pare i mirisa, te (na orbitalnim letovima) skupljao urin. Odjeljak za spašavanje na uskom kraju svemirske letjelice sadržavao je tri padobrana: zatezni padobran za stabilizaciju slobodnog pada i dva glavna žlijeba, primarni i rezervni. Između toplotnog štita i unutrašnjeg zida odjeljka za posadu nalazio se zaštitni sloj za slijetanje, koji se aktivirao spuštanjem toplotnog štita prije slijetanja. Na vrhu odjeljka za spašavanje nalazio se dio antene koji je sadržavao i antene za komunikaciju i skenere za orijentaciju svemirske letjelice. Sistem za bijeg pri lansiranju bio je montiran na uski kraj svemirske letjelice koji je sadržavao tri male rakete na čvrsto gorivo koje su se mogle kratko ispaliti u slučaju neuspjeha lansiranja kako bi se kapsula sigurno odvojila od njenog potisnika. To bi aktiviralo padobran kapsule za slijetanje u blizini mora.

Svemirska letjelica Mercury nije imala ugrađeni računar, već se oslanjala na izračune za ponovni ulazak u atmosferu koje su vršili računari na zemlji, a njihovi rezultati (vrijeme retroaktivnog paljenja i položaj paljenja) zatim su se prenosili svemirskoj letjelici putem radija tokom leta. Svi računarski sistemi korišteni u svemirskom programu Mercury bili su smješteni u NASA-inim objektima na Zemlji.^[9]

Smještaj pilota

John Glenn u svom Mercury svemirskom odijelu

Unutar kabine astronaut je ležao u sjedećem položaju okrenut leđima prema toplotnom štitu, što se pokazalo kao položaj koji čovjeku najbolje omogućava da izdrži visoke g-sile prilikom lansiranja i ponovnog ulaska u svemir. Sjedalo od fiberglasa je posebno oblikovano na mjeru tijela svakog astronauta u svemirskom odijelu radi maksimalne podrške. U blizini lijeve ruke nalazila se ručica za ručno prekidanje kako bi se aktivirao sistem za bijeg pri lansiranju ako je to bilo potrebno prije ili tokom lansiranja i slučaju da automatski prekidač zakaže.

Kao dodatak sistemu za atmosfersku kontrolu u vozilu, nosio je odijelo pod pritiskom sa vlastitim dovodom kisika, koje je imalo mogućnost hlađenja. Umjesto atmosfere na nivou mora, odabrana je atmosfera kabine od čistog kisika na niskom pritisku od 38 kPa (ekvivalentno parcijalnom pritisku kisika na nivou mora ili pritisku atmosferskog zraka na nadmorskoj visini od 7.600 metara).^[10] Ovo je bilo lakše kontrolisati jer se izbjegavao rizik od dekompresijske bolesti ^[11], i također je smanjilo težinu svemirske letjelice. Požari (koji se nikada nisu dogodili tokom Projekta Mercury) gasili bi se pražnjenjem kisika iz kabine. U takvom slučaju, ili u slučaju pada pritiska u kabini iz bilo kojeg razloga, astronaut bi se mogao hitno vratiti na Zemlju, oslanjajući se na svoje odijelo za preživljavanje. Astronauti su obično letjeli sa podignutim vizirom, što je značilo da odijelo nije bilo napuhano. Sa spuštenim vizirom i napuhanim odijelom, astronaut je mogao dohvatiti samo bočne i donje panele, gdje su se nalazili vitalna dugmad i ručke.

Astronaut je također nosio elektrode na prsima za bilježenje srčanog ritma, manžetnu koja je mogla mjeriti krvni pritisak i rektalni termometar za bilježenje temperature (ovo je zamijenjeno oralnim termometrom na posljednjem letu). Podaci s ovih termometara su slani na Zemlju tokom leta. Astronaut je obično pio običnu vodu i jeo hranjive kuglice.

Uprkos lekcijama naučenim iz programa U2, koji je također koristio odijelo pod pritiskom, u opremu nije bio uključen uređaj za prikupljanje urina za astronaute Mercuryja. To je problematizovao jedan student u februaru 1961. godine, ali je NASA odgovorila izjavom da se "ne očekuje da će prvi svemirski čovjek morati 'ići'".^[12] Očekivalo se da let kratko traje, što nije bio slučaj kada je Alan Shepard imao kašnjenje lansiranja od četiri sata i bio prisiljen mokriti u svoje odijelo. To je izazvalo kratki spoj nekih elektroda koje prate njegove vitalne znakove. Gus Grissom je nosio dvoje gumene hlače na drugom letu Mercuryja kao grubo prelazno rješenje. Trebalo je čekati do trećeg leta u februaru 1962. godine da bude instaliran namjenski uređaj za prikupljanje urina.^[13]

Nakon što bi se našla u orbiti, svemirska letjelica se mogla rotirati: duž svoje uzdužne ose, s lijeva na desno iz perspektive astronauta (skretanje), te gore ili dolje. Kretanje su stvarali raketni potisnici koji su koristili vodik-peroksid kao gorivo. Za orijentaciju, pilot je mogao gledati kroz prozor ispred sebe ili je mogao gledati u ekran povezan s periskopom s kamerom koja se mogla okretati za 360°.

Astronauti s Mercuryja su učestvovali u razvoju svemirske letjelice i insistirali da ručna kontrola i prozor budu elementi njenog dizajna. Kao rezultat toga, kretanje svemirske letjelice i druge funkcije mogle su se kontrolirati na tri načina: daljinski sa zemlje prilikom prelaska preko zemaljske stanice, automatski vođeno instrumentima na brodu ili ručno od strane astronauta, koji je mogao zamijeniti ili poništiti druge dvije metode. Iskustvo je potvrdilo značaj insistiranja astronauta na ručnim kontrolama. Bez njih, Gordon Cooperov ručni povratak u atmosferu tokom posljednjeg leta ne bi bio moguć.

Razvoj i proizvodnja

Između 1958. i 1959. godine NASA je tri puta modificirala dizajn svemirske letjelice Mercury. Nakon što su završene ponude potencijalnih izvođača radova, NASA je odabrala dizajn podnesen kao "C" u novembru 1958. godine. Nakon što nije uspio na probnom letu u julu 1959. godine, pojavila se konačna konfiguracija, "D". Oblik toplotnog štita razvijen je ranije 1950-ih kroz eksperimente s balističkim projektilima, koji su pokazali da bi tupi profil stvorio udarni val koji bi usmjerio većinu topline oko letjelice. Radi dodatne zaštite od topline, štitu se mogao dodati ili hladnjak ili ablativni materijal. Hladnjak bi uklanjao toplinu protokom zraka unutar udarnog vala, dok bi ablativni toplotni štit uklanjao toplinu kontroliranim isparavanjem tog materijala. Pored dizajna kapsule, razmatran je i raketoplan sličan postojećem X-15, međutim ovaj pristup je i dalje bio previše daleko od mogućnosti svemirskog leta, te je stoga odbačen.Toplotni štit i stabilnost svemirske letjelice testirani su u zračnim tunelima, a kasnije i u letu. Sistem za bijeg pri lansiranju razvijen je bespilotnim probama. Osim sistema padobrana za slijetanje, razmatrani su alternativni sistemi poput krila jedrilice Rogallo, ali su na kraju odbačeni.

Letjelice su proizvedene u McDonnell Aircraftu, Saint Louis, Missouri, u čistim sobama i testirane u vakuumskim komorama u tvornici McDonnell. Na njoj je radilo gotovo 600 podizvođača, a konačna kontrola kvalitete izvršena je u Hangaru S na Cape Canaveralu. NASA je naručila 20 letjelica, numeriranih od 1 do 20. Pet od 20, broj 10, 12, 15, 17 i 19, nisu letjele.^[14] Letjelice broj 3 i 4 uništene su tokom probnih letova bez posade. Letjelica broj 11 potonula je i izvučena je s dna Atlantskog okeana nakon 38 godina. McDonnell je također izgradio simulatore letjelica koje su astronauti koristili tokom obuke.

Reference

^ "Mercury-Atlas 6 (23)". NASA.
^ "Major Events Leading to Project Mercury". NASA.
^ Grimwood, James M. (1963). Project Mercury. A Chronology – NASA SP-4001. Washington DC, US: NASA. p. 12.
^ Alexander, C. C.; Grimwood, J. M.; Swenson, L. S. (1966). This New Ocean: a History of Project Mercury. US: NASA. ISBN 1934941875. p. 132.
^ Catchpole, John (2001). Project Mercury - NASA's First Manned Space Programme. Chichester, UK: Springer Praxis. ISBN 1-85233-406-1. p. 92.
^ Catchpole, John (2001). Project Mercury - NASA's First Manned Space Programme. Chichester, UK: Springer Praxis. pp. 12-14. ISBN 1-85233-406-1.
^ Alexander, C. C.; Grimwood, J. M.; Swenson, L. S. (1966). This New Ocean: a History of Project Mercury. US: NASA. pp. 28, 52. ISBN 1934941875.
^ Alexander, C. C.; Grimwood, J. M.; Swenson, L. S. (1966). This New Ocean: a History of Project Mercury (PDF). US: NASA. pp. 37-38. ISBN 1934941875.
^ NASA (March 1988). "Computers in Spaceflight: The NASA Experience – Chapter One: The Gemini Digital Computer: First Machine in Orbit". NASA History. NASA.
^ Gatland, Kenneth (1976). Manned Spacecraft (Second ed.). New York: Macmillan. p. 264.
^ Giblin, Kelly A. (Spring 1998). "Fire in the Cockpit!". American Heritage of Invention & Technology. 13 (4). American Heritage Publishing.
^ Hollins, Hunter (March 11, 2013). "Forgotten hardware: how to urinate in a spacesuit". Advances in Physiology Education. 37 (1). American Physilogy Society: 123–128. doi:10.1152/advan.00175.2012. PMID 23728129.
^ "The History of Urinating in Space". ABC.
^ Grimwood, James M. (1963). Project Mercury. A Chronology – NASA SP-4001. Washington DC, US: NASA. pp. 235–238.