Vostok (uzay aracı)

Vostok (Rusça: Восток, "doğu") Sovyetler Birliği tarafından geliştirilen bir uzay aracıdır. İlk insanlı uzay uçuşu Vostok 1 ile 12 Nisan 1961'de Sovyet kozmonot Yuri Gagarin tarafından gerçekleştirildi.

Vostok programı kapsamında 1961-1963 yılları arasında altı kez insanlı uzay uçuşu gerçekleştirildi. 1964 ve 1965 yıllarında, Vostok uzay aracının değiştirilmiş hali olan Voskhod uzay aracıyla iki insanlı uzay uçuşu daha gerçekleştirildi. 1960'lı yıllarda her iki programın yerini de 2019'da hâlâ kullanılmakta olan Soyuz uzay aracı aldı.

İlk uçuşunu 15 Mayıs 1960'ta gerçekleştirdi. Vostok 1, başmühendis Sergey Korolyov ve tasarım bürosu OKB-1 tarafından tasarlandı.

Genel

Aracı oluşturan modüller şunlardır:

Küresel bir iniş modülü. Uzayadamı, göstergeler, kurtarma sistemi bu modülde bulunur. 2,3 m çapında ve 2,46 ton ağırlığındadır.
Koni şeklinde bir teçhizat modülü. 2,25 m uzunluğunda, 2,43 m genişliğinde, 2,27 ton ağırlığındadır. Motorları ve yakıtı barındırır.

Atmosfere girişten sonra uzayadamının yerden yaklaşık 7 km yükseklikte araçtan fırlatma koltuğuyla ayrılması ve paraşütle inmesi öngörülmüştür. Bundan sonra aracın kendi paraşütü de açılacak ve boş (insansız) olarak yere inecektir.

Vostok iniş modülünün şekli, azami hacme karşılık asgari yüzeye sahip olması için küreseldir. Atmosfere girişte uzayadamının yüksek basınca dayanabileceği en rahat gelecek doğrultuda durması için ağırlık merkezi belli bir yöne (uzayadamının sırtının arkasına) toplanmıştır. Uzayadamların atmosfere girişte 8 ila 9 g çekime maruz kalırlar.

Vostok uzayaraçları hem insan hem de fotoğraf makinesi taşımak üzere tasarlanmıştır. Araçlar, insanlı uçuşlar dışında, Sovyetler Birliği'nin ilk casus uydusu projesi olan Zenit'te de kullanılmıştır. Bu çift maksatlı kullanım, Sovyetler Birliği Komünist Partisi desteğini sağlamak için gerekli olmuştur. Temel Vostok tasarımı 40 yıl kadar kullanılmış, çeşitli insansız uydular için zamanla geliştirilmiştir. İniş modülü tasarımı, oldukça değiştirilmiş olarak Voskhod programında da kullanılmıştır.

İnsanlı uçuşlara kadar Vostok'un geçirdiği aşamalar şunlardır:

Vostok 1K - prototip uzay aracı. Temel sistemlerin sınanması için kullanıldı.
Vostok 2K - fotoğraf ve sinyal casusluğu aracı. Daha sonra Zenit-2 olarak yeniden adlandırıldı.
Vostok 3K - İnsanlı uzayaracı.

Tasarım süreci

Vostok projesini yönetten başmühendis Sergey Korolyov, basit ve güvenilir bir araç tasarlamayı hedeflemişti. Araçtaki tüm sistemlerin en az bir yedeğinin bulunması tasarım gerekliklerinden biriydi. Daha önce yapılan uzayaraçlarına benzemeyen karmaşıklık ve güvenilirlikteki Vostok'un üretimi için Korolyov önemli bir organizasyonun üstesinden gelmiştir.

1957 ilkbaharında Korolyov, Vostok'un tasarımı için NII-88 içinde proje bölümü 9'u oluşturdu ve başına Tikhonravov'u getirdi. Isı kalkanı ve sesüstü aerodinamik gibi yeni bilgi alanlarının geliştirilmesi gerekiyordu. Tikhonravov bunun için deneyler yapmaya başladı. Bunların sonucunda kanatlı ve tekrar kullanılabilir bir aracın var olan ısı kalkanı teknolojileriyle mümkün olmadığı ortaya çıktı. Bunun yerine tekrar kullanılması mümkün olmayan, konik ve yuvarlak hatlı (daha sonraki Soyuz'lara beneyen) modeller üzerinde durulmaya başlandı. Böyle bir kapsülün atmosfere girişinde karşılaşacağı ivmenin azami 10 g olacağı hesaplandı.

Beri yandan merkezkaç cihazlarıyla yapılan havacılık tıbbı araştırmaları, pilotların 10 g çekim kuvvetine kalıcı etkiler oluşmadan katlanabildiğini gösteriyordu. Böylece uzayaracıın şekli kabaca belli oldu ve araştırmalar bu temelde sürdürüldü. Uzayaracının şekli, yapısı, teçhizatı ve malzemesi aynı anda geliştiriliyordu. Bu durum her şeyin birkaç kez tekrar geliştirilmesini gerektiriyordu ama böylece nihai sonuca hızlı ulaşıldı. Sonunda küresel bir araç oluşturuldu. Aracın ağırlık merkezi, kürenin yan tarafında olacak, böylece atmosfere girişte uzayadamı için uygun bir doğrultu alınacaktı.

Bu araştırma sonucunda yayımlanan "İnsanlı bir Sputnik için araştırma sonuçları raporu"na göre:

Üç kademeli bir R-7 roketi ile asgari 250 km yükseklikteki yörüngeye 4.500 - 5.500 kg ağırlıkta yük taşımak mümkündü.
Bu yüke bir insan, hayat destek birimleri ve bilimsel teçhizat dahildi.
Küresel bir araçla atmosfere balistik giriş sonucu oluşacak sıcaklık 2500 ila 3500 °C, azami yük 8 ila 9 g idi. Bunu karşılamak için 1300–1500 kg'lık bir ısı kalkanı gerekiyordu.
100 km yükseklikte atmosfere giriş açısı -2 derece olacaktı.
Hedeflenen noktaya iniş kesinliği +175 km, -100 km idi.
Pilot 8 ila 10 km irtifada aracı terk edecekti.
Aracın içindeki ses ve titreşim düzeyini tahammül edilebilir sınırlarda tutmak için gerekli yalıtım yapılmalıydı.
Pilotun ilk uçuşta aracı kullanmayacağı göz önüne alınarak (her şey otomatik olacak şekilde) tasarım yapılmalıydı.
Doğrultu kontrol düzeni soğuk gaz püskürtmesiyle sağlanacaktı.
Elektronik sistemler sınırlıydı: Doğrultu kontrol sistemi, güdümleme kontrol işlemcisi, yedekli ses telsizi.
Yörünge uçuş cihazları ve iniş için hız kesme roketleri iniş kapsülü dışındaki başka bir modülde taşınacaktı.

Geliştirme programına dahil edilen işler şunlardı:

Fabrika maketleri imal edilecekti
Fırlatma koltuğu testleri uçaktan ve roketten ayrı ayrı yapılacaktı
Ölçekli maketlerle ısı kalkanı testleri yapılacaktı
Tam boyutlu insansız prototip uçuşları gerçekleştirilecekti
Mankenlerle iki uçuş yapılacaktı

Bir arıza durumunda uzayadamının tehlikeye düşmemesi için araçtaki tüm hayati sistemler yedeklenmişti:

Kapsüldeki tüm sistemler işlevsel olarak yedekli olmalıydı
Hayat destek sistemi ve ayrı bir uzay elbisesi sistemi. Elbise, kabin basıncının düşmesi veya hayat destek biriminin bozulması halinde dört saat boyunca bağımsız çalışabilecekti. Bu süre acil bir iniş için yeterliydi.
Doğrultu, kızılaltı düşey algılayıcılar tarafından otomatik veya uzayadamı tarafından elle düzeltilebilecekti.
Paraşüt hem atalet hem barometre algılayıcıları tarafından açılabilecekti.
Atmosfere giriş zamanlayıcı, ısı algılayıcılar ve radyo komutuyla gerçekleşebilecekti.

Vzor doğrultu düzeltme sistemi

Vostok'un geri ateşleme sırasında doğrultusunun yörüngesine paralel olması hayati önem taşıyordu. Aksi halde, uzayadamının dünyaya dönmeni mümkün olmayacaktı. Uzayaracının otomatik doğrultu düzeltme sistemi, güneş algılayıcılar ve jiroskoplardan ve bu iki cihazdan gelen verilere göre doğrultu düzeltme roketlerini çalıştıran bir analog hesap makinesinden oluşuyordu.

Mühendisler bu sistemi yedeklemek için Vzor adında basit bir elle kontrol sistemi kurdular. Kabinin tabanındaki pencerede bir merkezi görüntü alanı ve çevresinde sekiz açıklık vardı. Açıklıkların hepsi ışıkla dolduğunda, uzayaracı ufka göre merkezileştirilmiş oluyordu. Aracın yörünge doğrultusunda bulunduğunu saptamak için ise uzayadamı yeryüzü şekillerinin merkezi pencere üzerindeki doğrulara paralel aktığına dikkat etmeliydi. Bu basit, geri ateşleme için güvenilir sonuç veriyor, ancak sadece gündüz çalışıyordu.

Özellikler

İniş modülü: Vostok SA (spuskaemiy apparat). "Şarik" (küre) olarak da bilinir.

Mürettebat sayısı: 1
Uzunluk: 2,3 m
Çap: 2,3 m
Ağırlık: 2.460 kg
Isı kalkanı ağırlığı: 837 kg
Kurtarma araçları: 151 kg
Paraşüt açılma irtifası: 2,5 km
Mürettebat koltuğu ve ihtiyaç malzemesi: 336 kg
Mürettebat ayrılma irtifası: 7 km
Balistik iniş hızlanması: 8 g (78 m/s²)

Teçhizat modülü: Vostok PA (priborniy otsek)

Uzunluk: 2,25 m
Çap: 2,43 m
Ağırlık: 2.270 kg
Doğrultu düzeltme iticileri: Soğuk gaz (azot)
Doğrultu düzeltme itici yakıtı ağırlığı: 20 kg
Ana motor: 397 kg
Ana motor itiş gücü: 15,83 kN
Ana motor yakıtı: Nitrus oksit/amin
Ana motor yakıtı ağırlığı: 275 kg
Ana motor yanma süresi: 1 dakika (sadece bir kez ateşlenebilir, ateşleme genellikle 42 saniye sürer)
Uzayaracı delta v'si: 155 m/sn.
Elektrik sistemi: Piller
Elektrik sistemi: 24 kW/sa.
Toplam ağırlık: 4.730 kg
Yaşam destek süresi: Yörüngede 10 gün kalmak için gerekli malzemeyi içerir
Fırlatma roketi: Vostok 8K72K
Normal yörüngesi: 177 km x 471 km, 64,9° eğim