Sådan foregår rejsen op til Den Internationale Rumstation

Når Dragon-rumskibet med Andreas Mogensen er igang, begynder en mange timer lang rejse op til ISS.

Det specifikke Dragon-rumskib, Endurance, må næsten kende vejen, for det bliver rumskibets tredje rejse op til rumstationen. Til gengæld er deres Falcon-raket spritny, da første trin kommer lige fra fabrikken.

Det er en sjældenhed, for ved de fleste opsendelser genanvendes første trin. Rekorden er et første trin, som har været brugt til 16 opsendelser, og denne udvikling er i færd med at revolutionere rumfarten.

For tiden har SpaceX fire Dragon-rumskibe, og det er planen, at de alle skal anvendes mindst fem gange. Ligesom rumfærgerne har hvert Dragon-rumskib sit eget navn: Endurance, Endeavour, Resilience og Freedom, og de har alle fløjet hver to gange.

En langvarig rejse

Selv om rumstationen kun kredser 400 kilometer over Jorden, så tager rejsen tid – i gennemsnit omkring et døgn, selv om SpaceX gør, hvad de kan, for at afkorte rejsen.

På den første flyvning tog turen 28 timer, og i 2022 fik de bragt rejsetiden ned til 15 timer og 45 minutter. Rekorden har russerne, der en enkelt gang har klaret turen på 3 timer og 3 minutter.

Når man opsender et rumskib til Den Internationale Rumstation, ISS, drejer det sig imidlertid ikke bare om at komme 400 kilometer op.

For at kunne blive sammenkoblet med ISS, skal rumskibet jo både have samme højde og samme fart som ISS, når det ankommer til rumstationen.

Det betyder, at man ikke bare kan sende et rumskib lige op til ISS. Rejsen op til rumstationen skal jo ende med, at Dragon kredser i samme bane som ISS, før man kan foretage en sammenkobling.

Det betyder i praksis, at Dragon er nødt til at kredse flere gange om Jorden før det overhovedet kommer i nærheden af ISS.

Man skal være meget omhyggelig med at ende i en bane som er meget tæt på banen for ISS. Kun på den måde kan man bringe hastighedsforskellen mellem rumskib og rumstation ned til nogle få kilometer i timen, når afstanden er kommet ned på et par kilometer. Det er simpelthen et sikkerhedskrav.

Desuden tager selve sammenkoblingen også en del tid, da man skal sikre sig, at rumskibet er koblet så godt til ISS, at der ikke siver luft ud i rummet, når man åbner lugen ind til ISS.

Men lad os se på de enkelte faser af flyvningen. Det er naturligt at dele rejsen i fire faser:

1. Rumskibet opsendes og går i bane om Jorden
2. Banen justeres så rumskibet gradvist nærmer sig banen for ISS
3. Rumskibet nærmer sig langsomt selve ISS
4. Sammenkobling

Computerne på Dragon kan gennemføre en sammenkobling helt automatisk – noget der er nødvendigt, når Dragon opsendes ubemandet som fragtrumskib.

Selvom Andreas Mogensen er pilot, så går det meste af hans tid med at se på tre store dataskærme og måske en gang i mellem at give en ordre til computeren. Han er naturligvis trænet til hurtigt at gribe ind, hvis noget går galt.

På en normal rejse foregår det hele stille og roligt, og man mærker slet ikke hastigheden, når man nærmer sig rumstationen. Det kan jo godt være, at den farer af sted med 28.000 kilometer i timen, men det gør Dragon også, og den indbyrdes hastighed er til sidst nogle få kilometer i timen.

Man nærmer sig altså bogstavelig talt med sneglefart.

Du kan følge Andreas Mogensens docking til ISS live på Videnskab.dk fra søndag kl. 13.

Rejsen begynder med beregninger

Man siger normalt, at enhver rejse begynder med det første skridt, men i rumfarten begynder en rejse altid foran en computer, og det gælder også for Dragon. Computeren er fodret med meget præcise data for rumstationens bane, så man kan beregne, hvornår det er muligt at sende et rumskib op til ISS.

Det vigtigste krav er, at banen ved opsendelsen passerer lige over Cape Canaveral, Florida. På den måde kan man sikre sig, at rumskib og rumstation bevæger sig i samme plan.

Det vil kræve, at man bogstavelig talt opsender på sekundet, men i praksis er det meget vanskeligt at være så præcis, så man har et opsendelsesvindue, der går fra et par minutter før til et par minutter efter det perfekte tidspunkt. Ved vinduets åbning ligger banen en smule øst for rampen og ved slutningen en smule vest for rampen.

I begge tilfælde skal man gennemføre en kompliceret manøvre, hvor rumskibet bringes ind i en bane i samme plan som ISS. Det kaldes en ’Dog Leg Manøvre’ og koster en del brændstof, men der er ofte små problemer før en opsendelse, så det er i praksis nødvendigt at have et vindue af nogle minutters varighed.

Misser man vinduet, er det dog heller ikke værre, end at man kan prøve en ny opsendelse måske allerede dagen efter eller et par dage senere. Det hænger sammen med, at banen ligger fast i rummet, men at Jorden drejer om sin egen akse.

ISS ændrer ofte sin bane, blandt andet for at undgå at komme så langt ned, at luftmodstanden bliver for stor, eller for at undgå at støde ind i et stykke rumskrot. Man tilstræber en bane omkring 400 kilometer over Jorden, men i praksis varierer banen en del, så det er utroligt vigtigt af have styr på den helt aktuelle bane, når man vil op til ISS.

Omløbstiden varierer mellem cirka 90 og 93 minutter, hvilket svarer til, at rumstationen kredser mellem 15,5 og 15,9 gange om Jorden på et døgn. Da banen ligger fast i rummet, så betyder det, at Jorden drejer sig mod øst under rumstationen - eller med andre ord, at banen rykker mod vest.

Hver gang ISS passerer ækvator fra syd mod nord (eller omvendt) på sin rejse rundt om Jorden, så har rumstationen gennemført en omkredsning af Jorden.

På disse godt halvanden time har Jorden i gennemsnit drejet sig 22,9 grader mod øst, hvilket jo betyder, at ækvator-passagen har rykket sig 22,9 grader mod vest, hvilket svarer til en afstand på mere end 2.500 kilometer.

Opsendelsen af Dragon er som sagt fastlagt til at finde sted, når banen passerer direkte hen over Cape Canaveral. Man kan klare en lille forsinkelse, men ellers bliver det nødvendigt med en længere udsættelse på et døgn eller mere.

Man kan ikke bare vente på, at ISS kommer tilbage halvanden time senere efter en tur rundt om Jorden, for da vil banen være rykket så langt mod vest, at rumstationen nu ikke flyver hen over Cape Canaveral, men over Mexico og de centrale dele af USA.

For at komme godt op til ISS skal raketten altså opsendes meget mere præcist, end vi normalt oplever en togafgang.

Vejen op til Den Internationale Rumstation

Efter opsendelsen går Dragon altså ind en bane om Jorden i samme plan som rumstationen.

For at spare brændstof vælger man altid at gå ind i en bane, som er lavere end banen for ISS. En sådan bane har en lidt kortere omløbstid end rumstationen, og det betyder, at Dragon flyver en smule hurtigere end ISS. Det gør ikke så meget, hvor ISS er i sin bane, for efter et par omkredsninger har Dragon overhalet rumstationen.

Samtidig med at det sker, hæver man gradvist banen, så den til sidst er i næsten samme højde som rumstationen.

Dragon og ISS flyver nu med næsten samme fart, nemlig omkring 28.000 kilometer i timen, og under denne sidste fase er det vigtigt, at hastighedsforskellen mellem rumskib og rumstation er meget lille.

Efterhånden som afstanden bliver mindre, justeres banen hele tiden, så Dragon bogstavelig talt til sidst nærmer sig ISS i gå-tempo. Det gør man af sikkerhedshensyn. Man har nemlig i 1997 på den russiske rumstation Mir oplevet, hvad der sker, hvis et rumskib har for meget fart på ved ankomst.

Et ubemandet Progress-fragtrumskib ankom til Mir med for stor fart, og det endte med et sammenstød, der førte til en læk i rumstationen og store skader på rumstationen.

Situation for besætningen var yderst farlig, og da Mir efter sammenstødet begyndte at tumle i rummet, kunne man ikke få strøm fra solpanelerne før efter flere timer, hvor besætningen sad i mørke.

Det endte godt, men den historie ønsker man bestemt ikke gentaget.

Computerne på Dragon og ISS taler hele tiden sammen, så koblingen bliver ganske blød. Koblingen sker ved, at en sonde føres ind i ISS, hvorpå der automatisk aktiveres nogle ringe, som sikrer en lufttæt forbindelse. Man bruger derefter en del tid på at kontrollere, at koblingen virkelig er lufttæt, før lugen åbnes.

Naturligvis skal Andreas Mogensen kunne tage over, hvis noget går galt. SpaceX har et simulationsspil, hvor man selv kan prøve at koble Dragon til ISS – det er ikke spor let.