فضاپیمای سایوز

گردونهٔ مداری (مسکونی)

گردونهٔ مداری یا مسکونی در جلوی فضاپیما واقع شده‌است و با نام مخفف BO (به روسی: Бытовой Отсек) شناخته می‌شود. ابزارآلاتی مانند وسایل آزمایشی، دوربین‌ها، دستگاه‌های مخابراتی، بار، دستگاه‌های اتصال فضایی، دستشویی فضاپیما، و سایر دستگاه‌هایی که برای مرحله بازگشت و فرود سایوز ضروری نیستند در این بخش جاسازی شده‌اند. در گونه‌های جدید سایوز، پنجره کوچکی نیز در این گردونه تعبیه شده که دید بهتری از جلوی فضاپیما برای فضانوردان فراهم می‌کند.
فضانوردان می‌توانند با بستن دریچه بین گردونه مداری و گردونه بازگشتی، این دو بخش را از هم کاملاً جدا کنند. به این ترتیب هنگام انجام راهپیمایی فضایی می‌توان از بخش مداری به عنوان محفظه هوایی استفاده کرد، بدون اینکه مزاحمتی برای فضانوردانی که در گردونهٔ بازگشتی نشسته‌اند پیش آید.
در بیشتر مدل‌های سایوز، سخت‌افزار اتصال و آنتن اصلی جلوی این بخش کار گذاشته می‌شود.

گردونهٔ بازگشتی (فرود)

گردونهٔ بازگشتی یا گردونهٔ فرود سایوز در میان گردونه‌های مداری و سرویس قرار دارد و با نام مخفف SA (به روسی: Спускаемый Аппарат) شناخته می‌شود. این تنها گردونهٔ سایوز است که به زمین باز می‌گرد. ادوات هدایت فضاپیما در این بخش قرار دارند و فضانوردان از این قسمت می‌توانند فضاپیما را کنترل و خلبانی کنند. سرنشینان هنگام پرتاب سایوز به فضا و هنگام بازگشت آن به زمین در گردونهٔ بازگشتی مستقر می‌شوند. برای بازگشت به زمین، این بخش از دو قسمت دیگر سایوز جدا شده و به تنهایی وارد جو زمین می‌شود. برای مقابله با حرارت شدید ناشی از اصطکاک با اتمسفر، سازه گردونهٔ بازگشتی سایوز با چندین لایه مواد مقاوم در برابر حرارت پوشیده شده‌است.
سیستم پشتیبانی زیست سایوز در گردونهٔ بازگشتی نصب شده‌است. یک دستگاه پیرابین(پریسکوپ) امکان مشاهده جلوی فضاپیما و همچنین سطح زمین را برای فضانوردان فراهم می‌کند.
هنگام بازگشت، نخست اصطکاک با اتمسفر سرعت ورود گردونهٔ فرود را کاهش می‌دهد. سپس، چتر ترمز سرعت را باز هم کاهش داده، در نهایت چتر نجات اصلی باز می‌شود. در فاصله بسیار کمی از سطح زمین، موتورهای ترمز ویژه‌ای که با سوخت جامد کار می‌کنند وارد عمل می‌شوند و گردونهٔ بازگشتی را با سرنشینانش با آرامی روی زمین فرود می‌آورند.

هدف ساختار سه‌بخشی

هدف طراحان و مهندسان سایوز برای تقسیم کردن فضاپیمای سایوز به سه بخش این بود که بتوانند بیشتر ادوات و ابزارآلات مورد نیاز در مأموریت را در گردونهٔ مداری جاسازی کنند. از آنجاییکه گردونهٔ مداری قرار است در جو زمین سوخته شود، نیازی به لایه‌های محافظ اضافی ندارد. در نتیجه نه تنها از وزن فضاپیما کاسته می‌شود، بلکه فضای بیشتری در گردونهٔ بازگشتی برای کار فضانوردان فراهم می‌آید. برای مقایسه، در فضاپیمای آپولو گردونه‌های مداری و فرود از هم جدا نیستند و روی هم «بخش فرمان» نامیده می‌شود. بخش فرمان در آپولو دارای ۶ متر مکعب فضای کار و زندگی برای فضانوردان و وزن ۵۰۰۰ کیلوگرم است. درحالیکه در سایوز، ۹ متر مکعب فضای کاری برای فضانوردان وجود دارد و با این حال وزن کل این مجموعه از بخش فرمان آپولو کمتر است.
همچنین، جداسازی گردونهٔ مداری از گردونهٔ بازگشتی این امکان را به مهندسان می‌دهد که امکانات و دستگاه‌های بخش مداری را بسته به نیاز هر مأموریت تغییر دهند، بدون اینکه نیازی به تغییر یا دستکاری در گردونهٔ بازگشتی باشد.

سامانه پشتیبانی زیست

سامانه پشتیبانی زیست در سایوز می‌توانند امکان زندگی فضانوردان را برای ۳۰ روز-نفر فراهم کنند. هوای درون کابین ترکیبی از اکسیژن و نیتروژن با فشار جزئی معادل سطح دریا است. بیشتر گاز دی‌اکسید کربن و بخار آب درون کابین توسط کپسول‌های دی‌اکسید پتاسیوم (KO₂) جذب شده، بجای آن اکسیژن تولید می‌شود. کپسول‌های هیدروکسید لیتیوم (LiOH) هم باقی‌مانده گاز دی‌اکسید کربن را جذب می‌کنند.

پروازهای فضایی اولیه

در فضای رقابت‌آمیز مسابقه فتح ماه، نخستین آزمایش‌های سایوز در مدار زمین به سرعت برنامه‌ریزی و انجام شد. این آزمایش‌ها نتایج متفاوتی در پی داشت. در ۲۳ آوریل ۱۹۶۷ (۳ اردیبهشت ۱۳۴۶) نخستین مأموریت این فضاپیما با نام سایوز-۱ با یک سرنشین به نام ولادیمیر کاماروف به فضا پرتاب شد. قرار بود که سایوز-۲ مدت کوتاهی پس از آن به فضا پرتاب شود تا این دو فضاپیما بتوانند در مدار زمین عملیات اتصال به یکدیگر را آزمایش کنند. به علت نقص فنی، پرتاب سایوز-۲ لغو و کاماروف مجبور به بازگشت به زمین شد. در راه بازگشت، چترنجات فضاپیما عمل نکرد که باعث سقوط آن به زمین و کشته شدن کاماروف گردید.
پس از این فاجعه، به مدت یک سال و نیم تنها فضاپیماهای بی‌سرنشین سایوز برای آزمایش به فضا پرتاب شدند. در این دوره دو فضاپیمای سایوز با موفقیت و بطور کاملاً خودکار در مدار زمین به هم متصل شدند. پس از رفع اشکال و اطمینان از صحت عملکرد فضاپیما، پروازهای سرنشین‌دار سایوز در اکتبر ۱۹۶۸ از سرگرفته شد.

سایوز برای ایستگاه‌های فضایی

پس از فرود آپولو ۱۱ بر سطح ماه، مدیران برنامه فضایی شوروی نیروی خود روی هدف مهم دیگری متمرکز کردند: ساخت ایستگاه‌های دائمی فضایی در مدار زمین!
در اواخر دهه ۶۰ میلادی، گونه جدیدی از فضاپیمای سایوز برای حمل فضانورد و بار به ایستگاه‌های فضایی سالیوت و آلماز طراحی و ساخته شد. در سال ۱۹۷۱، این مدل سایوز دو فضانورد را به ایستگاه فضایی سالیوت-۱ منتقل کرد. در راه بازگشت فضانوردان به زمین، فاجعه دیگری رخ داد: فشار هوای درون کابین فضانوردان به علت نقص فنی شدیداً کاهش پیدا کرد و باعث کشته شدن هردو فضانورد شد. از آن حادثه به بعد طراحی سایوز به نحوی تغییر کرد که فضانوردان در مراحل پرتاب و بازگشت به زمین، با لباس فضایی در کابین بنشینند تا در صورت وقوع حادثه‌ای مشابه، لباس فضایی جان و سلامت آنان را تضمین کند. از آنجاییکه لباس فضایی به جای بیشتری نیاز داشت، تعداد سرنشینان سایوز از ۳ به ۲ فضانورد کاهش پیدا کرد.
پس از رفع اشکال و انجام تغییراتی در فضاپیما، سایوز تبدیل به فضاپیمای اصلی برای حمل فضانورد و بار به مدار زمین و ایستگاه‌های فضایی شد. فاجعه سالیوت-۱ آخرین حادثه مهم فضاپیمای سایوز بود. از آن زمان تاکنون فضاپیماهای سایوز هیچ گونه حادثه‌ای نداشته‌اند.

سایوز-تی و سایوز-تی‌ام

گونه جدیدی از فضاپیمای سایوز با نام سایوز-تی (T) در سال ۱۹۸۰، و گونه پیشرفته‌تری با نام سایوز-تی‌ام (TM) در سال ۱۹۸۶ ساخته و به خدمت گرفته شدند. سایوز-تی‌ام برای انتقال فضانورد و بار به ایستگاه فضایی نسل دوم شوروی یعنی ایستگاه میر بکار گرفته می‌شد.
در این گونه جدید ابزار ناوبری پیشرفته‌تری تعبیه شده بود، و ابزار و امکانات نجات اضطراری فضانوردان نیز بهبود داده شده بود.
یکی از مهم‌ترین تغییرات در سایوز-تی و سایوز-تی‌ام، امکان حمل سه سرنشین بود بطوریکه هرسه فضانورد می‌توانستند در طول مراحل پرتاب و فرود لباس فضایی به تن داشته باشند.

سایوز-تی‌ام‌ای

سایوز-تی‌ام‌ای (TMA) جدیدترین گونه از فضاپیمای سایوز است که از سال ۲۰۰۳ وارد خدمت شده و در حال حاضر برای سرویس‌دهی به ایستگاه فضایی بین‌المللی بکار می‌رود. عمده‌ترین تفاوت سایوز-تی‌ام‌ای با مدل‌های قبل، نبود محدودیت قد برای فضانوردان است. بدین ترتیب، پس از اتصال سایوز-تی‌ام‌ای به ایستگاه فضایی بین‌المللی، فضانوردان صرف نظر از ملیت و قد خود می‌توان از آن در هنگام خطر و حادثه به عنوان وسیله نجات اضطراری استفاده کنند و به زمین بازگردند.

آینده سایوز

به خاطر ضریب اطمینان بالا و عملکرد خوب سایوز، استفاده از گونه‌های جدید این فضاپیما کماکان ادامه خواهد داشت. دو گونه جدید سایوز برای آیندهٔ نزدیک در دست طراحی و ساخت است:

سایوز-تی‌ام‌ای‌تی

سایوز تی‌ام‌ای‌تی (TMAT) نمونه بهبود یافته سایوز تی‌ام‌ای خواهد بود. این فضاپیما به ابزار ناوبری پیشرفته‌تر و سبک‌تر، و سخت‌افزار اتصالی جدیدی مجهز خواهد شد.

سایوز-ای‌سی‌تی‌اس

سایوز-ای‌سی‌تی‌اس (ACTS مخفف Advanced Crew Transportation System) یا سایوز-کی (K) نتیجه توافق سازمان فضایی روسیه با سازمان فضایی اروپا در سال ۲۰۰۶ است، و از این رو به «یورو-سایوز» نیز مشهور است. هدف اصلی برای ساخت این مدل، آماده سازی فضاپیمایی برای سفر به ماه است.
مهمترین تغییر در این مدل سایوز، استفاده از بخش مداری جدید و بزرگتری است که توسط سازمان فضایی اروپا طراحی و ساخته خواهد شد. مهندسان اروپایی در ساخت این بخش مداری از تجربیات خود در ساخت فضاپیمای ترابری خودکار استفاده خواهند کرد.