Soyuz (uzay aracı)

Soyuz ( , Union Türkçe: Birlik) bugün hala hizmette olan 1960'larda Korolyov Tasarım Bürosu (şimdi RKK Energia) tarafından Sovyet uzay programı için tasarlanmış bir uzay aracı serisidir. Soyuz, Voskhod uzay aracının başarılı bir ardılı olarak aslında Sovyet İnsanlı Ay programının bir parçası olarak inşa edilmiştir. Soyuz uzay aracı bugüne kadar dünyada bir Soyuz roketi üzerinde en çok kullanılan ve en güvenilir fırlatma aracı olmuştur. Soyuz roketi tasarımı sırayla 8K74 ya da R-7A Semyorka gibi bir Sovyet kıtalararası balistik füzesi olan Vostok fırlatıcısına dayanmaktadır. Tüm Soyuz uzay araçları Kazakistan'daki Baykonur Uzay Üssünden fırlatılmıştır.

İlk Soyuz insansız uçuşu 28 Kasım 1966 tarihinde yapıldı. Bir ekip, 23 Nisan 1967 tarihinde başlatılan Soyuz 1 ile ilk Soyuz görevinde, kozmonot Vladimir Komarov'un bir paraşüt hatası nedeniyle ölümüyle sonuçlanan bir kaza ile sona erdi. 26 Ekim 1968 tarihinde yapılan Soyuz 3 görevi, programın ilk başarılı insanlı görevi haline gelmiştir. Bu bugüne kadar sadece kármán çizgisinin üzerinde insanların hayatını kaybettiği bir uçuş idi. Bu erken dönem olaylarına rağmen, Soyuz yaygın olarak operasyonel tarihinde, eşsiz görev uzunlukları ile dünyanın en güvenli, en uygun maliyetli insanlı uzay uçuşu aracı olarak kabul edilir. Soyuz uzay araçları, Sovyet uzay istasyonları Salyut ve daha sonra Mir'e kozmonot taşımak için kullanılmış ve şimdi ise Uluslararası Uzay İstasyonu'na (ISS - International Space Station) ulaşım için kullanılmaktadır. En az bir Soyuz uzay aracı, acil bir durumda bir kaçış aracı olarak kullanılmak üzere her zaman UUİ'ye ekli olarak tutulmaktadır. Uzay aracının altı kişilik Federasyon (uzay aracı) ile değiştirilir olması amaçlanmıştır.

Yörünge ve hizmet modülleri tek kullanımlık olup atmosfere yeniden girişte imha edilir. Yörünge ve tekrar giriş modüllerinin yaşanabilir bir alanı vardır. Soyuz, üç mürettebata kadar taşıma ve yaklaşık 30 güne kadar yaşam desteği sağlayabilir. Yaşam destek sistemi, deniz seviyesinin kısmi basınçlarında bir azot/oksijen atmosferi sağlar. Atmosfer mürettebat tarafından üretilen CO2 ve suyu emer ve oksijeni yeniler ve artık CO2 emilmesi, LiOH silindirler ve KO2 silindir aracılığıyla yeniden oluşturulur. Araç atmosferi geçerken ağırlık boşaltır ve bir yükle kaplama başlatma sırasında korunur. Otomatik bir yerleştirme sistemi vardır. Gemi otomatik olarak çalışabilir ya da bağımsız zemin kontrolü bir pilot tarafından yapılabilir.

Mümkün olduğunca fazla parçayı atmosfere giriş için kalkanlanmış olması gerekmeyen yörünge modülünde taşıması sayesinde Soyuz, Apollo uzayaracının komuta modülünden hem daha geniş hacme sahiptir, hem de daha hafiftir. Apollo Komuta Modülü altı metre küp yaşama alanına sahip ve 5.000 kg ağırlıkta iken, üç parçalı Soyuz, aynı sayıda mürettebata dokuz metre küp yaşama alanı, bir hava kilidi ile bir hizmet modülü içeriyordu ve sadece Apollo kapsülü kadar ağırdı.

Soyuz'un tasarım kıstaslarından biri, birim yüzeye düşen hacmi azami kılmaktı. Bu kıstası en iyi yerine getiren biçim küreydi. Ancak Ay'a gidiş için tasarlanan Soyuz'un dönüşte erişeceği hızı kesmek için yapılması gereken atmosfer frenlemesi için küre yeterli olmuyordu. Bu nedenle, dönüş modülü "gece lambası" şeklinde tasarlandı.

Uzay aracının ön tarafı yörünge modülü (Rusça: бытовой отсек (БО); Bytovoi otsek (BO)), aynı zamanda yerleşim bölümü olarak da bilinir. Deneyler için kargo, kameralar veya atmosfere giriş için gerekli olmayan tüm donanıma ev sahipliği yapmaktadır. Modül aynı zamanda bir tuvalet, kenetlenme aviyonikleri ve iletişim dişlisini içerir. İç birim alanı 6 m³ yaşam alanı 5 m³'tür. En son Soyuz sürümlerinde (Soyuz TM'den beri), ileri görüş sağlayan küçük bir pencere mürettebata sunuldu.

Yörünge modülü ve iniş modülü arasındaki bir kapak gerekirse bir hava bölmesi olarak hareket etmek üzere bunu izole edecek şekilde yan bağlantı noktası üzerinden (iniş modülü yakınında) çıkan mürettebatça kapatılabilir. Fırlatma rampasında, mürettebat bu bağlantı noktası aracılığıyla uzay aracına girer.

Bu ayrım yörünge modülünün kritik yaşamı ile iniş modülüne daha az riskte görevi için özelleştirme sağlar. Bir mikro-g ortamında yönlendirme kuralı iniş modülünden farklıdır, mürettebat üyeleri ayakta durur ya da otur şekilde kenetlenme noktasındadır. Ayrıca fırlatma rampasında veya SAS sistemi ile iken kurtarma amacıyla yörünge modülü karmaşıktır.

Yörünge Modülü ayrılması güvenli bir iniş için kritik öneme sahiptir. Mürettebatın inişte İniş Modülünün Yörünge Modülünden ayrılma olmadan hayatta kalması mümkün değildir. Buna göre, yörünge modülü 1980'lerin sonuna kadar geri dönüş motoru ateşlemesinden önce ayrıldı. Ancak, Eylül 1988'de Soyuz TM-5'in sorunlu inişi sonrası bu yordam değiştirildi ve yörünge modülü şimdi dönüş manevrasından sonra ayrılır olmuştur. Bu değişiklik onların fırlatılacak yörünge modülü sonrası 24 saat boyunca yörüngesizlik olmadan TM-5 mürettebatı olarak yapılmıştır, onların sağlıklı hale getirme tesisleri ve MIR ile eklemlenme için gerekli kenetlenme kelepçesini içermektedir. Yörünge modülünü ayırma mümkün olmayan risk ile bir şekilde başarısız yörüngesizlikte aşağıdaki bu tesislerin ihtiyacının daha az olduğu değerlendirilmektedir.

Ayrıca iniş modülü (Rusça: спускаемый аппарат (СА); Spuskaemyi apparat (SA)) olarak bilinen yeniden giriş modülü, fırlatma esnasında ve Dünya'ya dönüş yolculuğunda kullanılır. Yeniden giriş modülü yarısı atmosfere giriş sırasında koruma için ısıya dayanıklı kaplama ile kaplanmıştır; bir tarafı giriş sırasında Dünya'nın atmosferi ile karşı karşıyadır. Bu iniş için gemiyi yavaşlatır ana paraşüt, ardından bir frenleme paraşütü ile sonrasında atmosfer tarafından başlangıçta yavaşlar. Yerden üç metre yükseklikte iken ısı kalkanının arkasına eklemlenmiş katı yakıtlı frenleme motorları yumuşak inişi sağlamak için ateşlenir. Bu mümkün olan en yüksek hacimsel verim (iç hacmin gövde alanına bölünmesiyle) olması için yeniden giriş modülünün tasarım gereksinimlerinden biriydi. Bunun için en iyi şekil bir küredir — Öncü Vostok uzay aracı iniş modülü olarak kullanılan — ancak böyle bir şekil tamamen balistik olarak atmosfere girişte yük kaldırma etkisi sağlayabilir. Yani Soyuz'un klasik küresel bölümü ısı kalkanı olarak kullanılır ve bir açılı konik bölüm (yedi derece) yarım küre alanının "far" şeklinde tasarlanmaya karar veriliş nedeni budur. Bu şekil, bir miktar kaldıraç etkisine bağlı eşit ağırlık dağılımı oluşturulmasına olanak sağlar. Neredeyse her far yuvarlak iken takma adı bir anda düşünüldü. Yeniden giriş modülünün küçük boyutları Soyuz 11 mürettebatının ölümünden sonra sadece üç kişilik mürettebata imkân verecek şekilde tasarlandı. Daha sonra Soyuz T uzay aracında bu sorun çözüldü. Soyuz SA iç hacmi 4 m³; 2.5 m³ mürettebat için (yaşam alanı) kullanılabilir oldu.

Aracın arka tarafı hizmet modülüdür (Rusça: приборно-агрегатный отсек (ПАО); Priborno-Agregatnyi Otsek (PAO)). Bir şişkin şekildeki basınçlı bölme (Alet donanımı bölmesi, PO (Priborniy Otsek)) odaklılık için sıcaklık kontrolörü, elektrikli güç kaynağı, uzun menzilli radyo iletişimcisi, radyo telemetri sistemleri ve araçları içerir. Hizmet modülü olmayan bir basınçlı kısım (İtki bölmesi, AO (Agregatniy Otsek)) ana motoru ve yörüngede manevra için bir sıvı yakıtlı tahrik sistemini ve Dünya'ya geri inişin başlatıcısını içerir. Gemi aynı zamanda ara bölmede (PkhO or Perekhodnoi Otsek) bağlanmış yönlendirme için düşük basınç motorlarından oluşan bir sisteme sahiptir. Hizmet modülünün dışında geminin güneşe döndürülmesiyle yön belirleme sistemi ve güneş dizisi için sensörleri bulunmaktadır. Hizmet ve yeniden giriş modülleri arasındaki bir eksik ayrım Soyuz 5 görevi sırasında acil durumlara yol açtı, Soyuz TMA-10 ve Soyuz TMA-11'in (ilk mürettebat giriş kapağı) atmosfere girişte yanlış olarak yönlendirilmesine yol açtı. Birkaç patlamaya hazır cıvata başarısızlığı ile son iki uçuşta Hizmet/Yeniden giriş modülleri arasındaki bağlantı kesilmiş değildi.

Soyuz, Apollo yörünge giriş yöntemine benzer bir yöntem kullanır. Uzay aracı motoru ileriye dönük ve ana motor çalışması öncesinde kendi planlanan iniş sitesinin tam 180° ters yörüngesi için harekete geçirilir. Bu yeniden giriş için en az itici gaz gerektirir; uzay aracı tekrar atmosfere girmek için atmosferde yeterince düşük olacak bir noktada eliptik Hohmann yörüngesinde hareket eder.

Erken dönem Soyuz uzay araçlarında daha sonra hizmet ve yörünge modülleri iniş modülünden aynı anda ayrılırdı. Onlar yeniden giriş modülüne borulanarak ve elektrik kabloları ile bağlıdır; bu onların ayrılmasına yardımcı olmak ve iniş modülü yönünü değiştirmek zorunda kalmamak içindir. Daha sonra Soyuz uzay aracı itici gaz ile ana motoru besler, ateşlemeden önce yörünge modülü ayrılır. Soyuz TM-5 iniş sorunundan bu yana, yörünge modülü bir kez daha sadece yeniden giriş ateşlemesi sonrasında ayrılır, bu yöntem (ama neden olmadığı) Soyuz TMA-10 ve TMA-11 acil durumlarında da geçerliydi. Yörünge ve yeniden giriş modülleri arasındaki hava kilidi bölmesi iniş modülünün bir parçası, bir uzay istasyonuna ek olarak yörüngede kalamaz ve yörünge modülü bu nedenle ayrıldıktan sonra basınçsız duruma getirilir. Soyuz aracı Orta Asya'daki genellikle Kazakistan çöllerinde bir yere, karaya inmek için tasarlanmıştır.