Skylab (skrót od Sky Laboratory) - amerykańska stacja kosmiczna działająca od 14 maja 1973 roku do 11 lipca 1979 roku.
Celem umieszczenia laboratorium na orbicie było udowodnienie możliwości przetrwania człowieka przez dłuższy czas w przestrzeni kosmicznej. Możliwość przeprowadzenia eksperymentu pojawiła się po tym, jak NASA anulowała kolejne misje Apollo i zdecydowała się wykorzystać sprzęt do projektu Skylab.
Aparatura naukowa
Montaż teleskopu Apollo (ATM)
Koronagraf (specjalny teleskop do obserwacji korony słonecznej)
Spektrograf rentgenowski (do badania widma słonecznego promieniowania rentgenowskiego, które nie dociera do powierzchni Ziemi)
Spektroheliometr (do badania widma promieniowania słonecznego)
Teleskop rentgenowski
Dwa spektrografy ultrafioletowe
Dwa teleskopy słoneczne obserwacja w $H\alfa$ linia widmowa (długość fali 656 nm)
Oddzielny zestaw instrumentów obserwacyjnych o nazwie EREP (Pakiet Eksperymentów z Zasobami Ziemi) składał się z:
Sześć kamer obserwacyjnych (osiemnaście filtrów) dla różnych pasm spektralnych
Spektroskop podczerwieni - kamera, system koła filtrującego, chłodnica kriogeniczna
Wielospektralny spektroskop skanujący - obrotowe lustro na 6000 obr., 13 kanałów z Detektory HgCdTe
Radiometr pasma L w zakresie ok. 21 cm - System antenowy 1 m
Radiometr mikrofalowy
"Telewizyjna" skanująca kamera obserwacyjna
Parametry stacji Skylab
Projekt, adaptacja i budowa przy użyciu elementów programu Apollo: 1969-1973
Masa startowa: 88,830 kg
Masa na orbicie satelity (ze statkiem kosmicznym Apollo): 91,030 kg
Masa komponentów:
Apollo (+ masa paliwa 2300 kg): 14 000 kg
Obserwatorium astronomiczne ATM: 11 100 kg
Adapter dokujący MDA: 6,200 kg
AM Airlock: 22,230 kg
Jednostka instrumentu IU: 2,060 kg
Warsztaty orbitalne OWS: 35,380 kg
Pojemność stacji: ogółem 369 m³użyteczny 324 m³
Całkowita długość: 36.2 m
Rozpiętość skrzydeł: 27 m
Energia elektryczna: nominalny 22,9 kWrzeczywisty 16,7 kW
Atmosferatlen (72%) + azot (28%), ciśnienie 0,34 atm
StabilizacjaSystem z trzema kołami zamachowymi, każde 181 kg, 9000 obr.oś $Z \pm 10"$osie $X$ oraz $Y \pm 2,5"$
Oś czasu programu Skylab
SL-1
Stacja Skylab została wystrzelona 14 maja 1973 roku przy użyciu rakiety nośnej Saturn INT-21.
Problemy techniczne pojawiły się zaraz po starcie w postaci silnych wibracji.
Sześćdziesiąt trzy sekundy po starcie osłona mikrometeoroidowa laboratorium i jeden z paneli słonecznych zostały oderwane.
Zanieczyszczenia z osłony zablokowały przeciwległy panel słoneczny, uniemożliwiając jego automatyczne uruchomienie po osiągnięciu orbity.
Aby poradzić sobie z problemami z zasilaniem, stacja manewrowała na orbicie, aby skierować panele słoneczne modułu ATM w stronę Słońca.
Jednak to ustawienie spowodowało, że laboratorium, pozbawione osłony, nagrzało się do ponad 180°C.
Stacja nie została przestawiona do czasu wysłania misji SL-2 w celu obniżenia temperatury w tym module.
SL-2
Czas trwania lotu: 25 maja - 22 czerwca 1973; 28 dni, 49 min.
Załoga: Charles Conrad - dowódca, Paul Weitz, Joseph Kerwin.
Liczba orbit Ziemi: 404.
Czas spędzony poza stacją: 5,7 godziny.
Zdjęcia z ATM: 30,242.
Zdjęcia z EREP: 8,886.
Oś czasu programu Skylab (ciąg dalszy)
Szczegóły misji SL-2
Pierwsza misja załogowa została początkowo opóźniona o 10 dni z powodu problemów technicznych.
W tym czasie specjaliści NASA przygotowali plan pilnych napraw.
Misja rozpoczęła się 25 maja 1973 roku i trwała 28 dni i 50 minut.
Załoga składała się z Charlesa Conrada (dowódca), Paula Weitza (pilot) i Josepha Kerwina (naukowiec).
Dokonano niezbędnych napraw, w tym osłonięto laboratorium "parasolem" i obniżono temperaturę wewnętrzną do poziomu 24°C.
SL-3
Czas trwania lotu: 28 lipca - 25 września 1973 r.; 59 dni, 11 godzin, 9 minut.
Załoga: Alan Bean (dowódca), Jack Lousma, Owen Garriott.
Liczba orbit Ziemi: 858.
Czas spędzony poza stacją: 13,7 godz.
Zdjęcia z ATM: 77,600.
Zdjęcia z EREP: 14,400.
Oś czasu programu Skylab (ciąg dalszy)
Szczegóły misji SL-3
Misja rozpoczęła się 28 lipca 1973 roku i trwała 59 dni, 11 godzin i 9 minut.
Załoga składała się z Alana Beana (dowódca), Jacka Lousmy (pilot) i Owena Garriotta (naukowiec specjalizujący się w fizyce jonosfery).
Po przybyciu na miejsce sprawdzili bazę z zewnątrz, a następnie weszli do Skylaba, aby kontynuować wcześniejsze badania.
6 sierpnia Lousma i Garriott wykonali EVA, aby zainstalować odpowiedni ekran ochronny, który skutecznie obniżył temperaturę wewnętrzną do 21°C.
Załoga spędziła 305 godzin na obserwacjach Słońca, rejestrując wiele rozbłysków słonecznych w okresie wysokiej aktywności słonecznej.
Badania zasobów Ziemi przeprowadzono w Europie Zachodniej, Japonii, Australii, Afryce Zachodniej i obu Amerykach.
Obserwacje obejmowały zagrożenia lawinowe w Szwajcarii, skutki trzęsienia ziemi w Meksyku i zanieczyszczenie atmosfery w Niemczech Zachodnich.
Eksperymenty biologiczne przyniosły mieszane wyniki: eksperymentalne myszy i muszki owocowe umierały, a ryby z trudem przystosowywały się do zerowej grawitacji.
Dwa pająki, o imionach Anita i Arabella, z powodzeniem przystosowały się i zaczęły tkać odpowiednie sieci (projekt zaproponowany przez 17-letnią studentkę Judith Miles).
SL-4
Czas trwania lotu: 16 listopada 1973 - 8 lutego 1974; 84 dni, 1 godzina, 14 minut.
Załoga: Gerald Carr (dowódca), William Pogue, Edward Gibson.
Liczba orbit Ziemi: 1214.
Czas spędzony poza stacją22,3 godziny.
Zdjęcia z ATM: 75,000.
Zdjęcia z EREP: 17,000.
Łączne wyniki i niepowodzenia programu Skylab
Program Łącznie
Łączny pobyt dla 3 załóg: 171 dni, 13 godzin, 14 minut.
Całkowita liczba orbit Ziemi: 2476.
Całkowity czas spędzony poza stacją (EVA): 41,7 godz.
Łączna liczba zdjęć z bankomatu: 182,842.
Łącznie zdjęcia z EREP: 40,286.
Poważne awarie
Oderwanie się mikrometeoroidu i osłony termicznej OWS podczas startu, co spowodowało przegrzanie stacji i zmniejszenie mocy elektrycznej o ponad 6 kW.
Zakłócenia w systemie stabilizacji (żyroskopy).
Misja SL-4
Misja rozpoczęła się 16 listopada 1973 roku i trwała 84 dni, 1 godzinę i 16 minut. Załoga składała się z Geralda Carra (dowódca), Williama Pogue'a (pilot) i Edwarda Gibsona (pilot/naukowiec-fizyk). Pierwotnie misja miała trwać 59 dni, ale ostatecznie zdecydowano, że potrwa 84 dni. Nowa załoga pracowała powoli i bez entuzjazmu, stale spóźniała się z wykonywaniem zadań i angażowała się w konflikty z kontrolą naziemną, gdy nakłaniano ją do wydajniejszej pracy. Co ciekawe, pomimo mniejszego zaangażowania w wykonywane zadania, byli oni w znacznie lepszej kondycji fizycznej niż ich poprzednicy. Mimo to zrealizowali zaplanowany program badawczy i zebrali ogromną ilość informacji naukowych. Wykonali cztery EVA: 22 listopada przez 6 godzin i 34 minuty, 25 grudnia przez 7 godzin i 3 minuty, 29 grudnia przez 3 godziny i 29 minut i wreszcie 3 lutego przez 5 godzin i 19 minut.
Bardzo ważnym efektem ich pracy było przeprowadzenie badań nad rozbłyskami słonecznymi oraz zaobserwowanie i sfotografowanie komety Kohoutek przy użyciu pięciu różnych instrumentów. Astronauci fotografowali ją w świetle widzialnym i ultrafioletowym podczas pobytów poza bazą. Gdy kometa zbliżała się do Słońca, obserwowali ją przez teleskopy przeznaczone do badań Słońca. Łącznie wykonano 75 000 zdjęć komety i Słońca. Badania utrudniał niedobór energii elektrycznej spowodowany pogarszającą się orientacją paneli słonecznych względem Słońca, spowodowany wyczerpywaniem się zapasów azotu używanego do dysz pędników. Astronauci powrócili na Ziemię 8 lutego 1974 roku. Po powrocie na Ziemię okazało się, że byli o 2 cm wyżsi.
Budowa stacji
Do budowy stacji wykorzystano rakietę Saturn V. Kadłub stacji został wykonany z jej trzeciego stopnia, S-IVB, podczas gdy dwa pierwsze stopnie, S-IC i S-II, zostały zmontowane w dwustopniowej rakiecie nośnej Saturn INT-21. Kadłub S-IVB miał średnicę 6,6 m, długość 14,6 m i był podzielony poprzeczną przegrodą na dwa zbiorniki: większy na ciekły wodór i mniejszy (dolny) na ciekły tlen. Dolny zbiornik, pozostawiony bez zmian, przeznaczony był na odpady (deponowane przez specjalną śluzę powietrzną), natomiast górny podzielony był na dwa piętra. Dolne piętro, o wysokości 2 m, przeznaczono na pomieszczenia mieszkalne i gospodarcze, a drugie, o wysokości 6 m, na laboratoria. Każde z tych pięter było dalej podzielone na wiele mniejszych pomieszczeń. Cała konstrukcja miała objętość 292 m³ i, z kompletnym wyposażeniem, masę 35 400 kg.
Do stabilizacji struktury tlenku cyrkonu wykorzystano 17% ułamka masowego tlenku itru (Y₂O₃), który wykazuje najwyższą gęstość spośród badanych próbek. Najwyższą gęstość osiągnięto dzięki zastosowaniu proszku w nanoskali, który po spiekaniu w temperaturze 1600°C osiągnął 5,97 g/cm³ (96,5% gęstości teoretycznej). Materiał wykazuje niską porowatość wynoszącą 3,5%, a średni rozmiar ziarna wynosi 0,55 µm.
Uzyskany materiał wykazuje dobry zestaw właściwości funkcjonalnych. Moduł Younga wynosi 209 GPa, a twardość 780 HV10. Materiał wykazuje również wysoką odporność na pękanie wynoszącą 1,7 MPa√m. Otrzymany materiał wykazuje odporność na starzenie hydrotermiczne - po 25-godzinnej ekspozycji w środowisku pary wodnej 134°C/2bar przemiana fazowa nie przekroczyła 24%.
Materiał został poddany szczegółowym testom tribologicznym. Współczynnik tarcia względem tlenku glinu wynosi 0,28, a względem stali 0,35. Podczas testów nie zaobserwowano przenoszenia materiału na przeciwpróbkę. Współczynnik zużycia wynosi 3,5×10-⁶ mm³/Nm dla tlenku glinu i 1,00×10-⁵ mm³/Nm dla stali.
Do komunikacji z Ziemią wykorzystano 15 nadajników i 5 odbiorników pracujących w pasmach 230-450 MHz i 2100-2270 MHz. Kamery telewizyjne pracowały w systemie 525 linii. Do zmiany orientacji i stabilizacji wykorzystywano 6 silników zasilanych sprężonym azotem oraz trzy żyroskopy. Dodatkowo teleskop posiadał własny system orientacji o dokładności około 10″. W bazie umieszczono sprzęt do ćwiczeń gimnastycznych, badań biomedycznych i eksperymentów materiałoznawczych (topienie i spawanie metali, odlewanie i krystalizacja materiałów).
Zakończenie programu
Planowano utrzymanie Skylaba na orbicie przez co najmniej kolejne osiem lat i wysyłanie do niego promów kosmicznych. W tym celu przeprowadzono zdalne testy: stację umieszczono na stabilnej orbicie, a następnie wyłączono wszystkie systemy. Jesienią 1977 roku okazało się, że zwiększona aktywność słoneczna i związana z nią ekspansja atmosfery spowodowały szybszy niż przewidywano rozpad orbity. NASA nie miała możliwości wyniesienia stacji Skylab na wyższą orbitę, ponieważ program Apollo dobiegł końca, a misje wahadłowców jeszcze się nie rozpoczęły. Stacja weszła w gęste warstwy atmosfery 11 lipca 1979 roku, a jej szczątki spadły do Oceanu Indyjskiego i Australii Zachodniej, między miastami Esperance i Rawlinna. Największy fragment, ważący około 500 kg, spadł na pewną farmę 900 km na wschód od Perth. Wiele elementów stacji (np. szereg zbiorników) przetrwało upadek z kosmosu na Ziemię nadspodziewanie dobrze. Na szczęście obszar ten był stosunkowo słabo zaludniony, a jedyną ofiarą katastrofy była australijska krowa. Do czasu zniszczenia stacja Skylab okrążyła Ziemię 34 981 razy i przebyła dystans około półtora miliarda kilometrów. Okazało się, że podczas dezintegracji stacja była poddawana mniejszym naprężeniom termicznym i aerodynamicznym niż oczekiwano; w związku z tym dezintegracja nastąpiła 16 km niżej niż przewidywano. Wymiary elipsy śladu szczątków również okazały się znacznie mniejsze niż oczekiwano, mierząc 64 na 3860 km.
Krótko przed startem stacji Skylab, NASA planowała również wysłanie w 1975 lub 1976 roku drugiego modułu o nazwie Skylab B, który miał służyć jako dodatek do misji Sojuz-Apollo (International Skylab), a następnie zostać rozbudowany przez prom kosmiczny do stacji orbitalnej (Advanced Skylab); jednak z powodu braku funduszy start Skylab B został odwołany, a sam kadłub stacji został przekazany do muzeum w 1976 roku.
Podsumowanie
Eksperymenty przeprowadzone na pokładzie stacji dotyczyły głównie astronomii (24%), rozpoznania powierzchni Ziemi (48%), inżynierii i technologii (10%) oraz medycyny i biologii (10%). Badania te zakończyły się sukcesem. Były one wynikiem zarówno starannego przygotowania sprzętu i eksperymentów, jak i doskonałości technologii, organizacji pracy i działań samych astronautów. Uzyskano ważne informacje w dziedzinie fizyki, materiałoznawstwa i technologii otrzymywania produktów o istotnym znaczeniu przemysłowym. Pomyślnie zakończono również badania medyczne i biologiczne. Jeśli chodzi o astronomię, badania dotyczyły Słońca. Każdy z instrumentów znajdujących się na stacji był wcześniej wykorzystywany w satelitach. Na przykład koronograf światła białego znajdował się na pokładzie satelity astronomicznego OSO 7 w 1971 roku, a wcześniej na rakietach i balonach stratosferycznych. Jednak na Skylabie instrumenty były większe i znacznie ulepszone. Sześć głównych instrumentów miało około trzech metrów długości, a ich łączna masa wynosiła ponad tonę. Stabilność obserwatorium astronomicznego ATM była porównywalna do stabilności instrumentów umieszczonych na powierzchni Ziemi (czasami lepsza niż jedna sekunda). Przy braku atmosfery osiągnięto rozdzielczość przestrzenną i spektralną, która była czasami o rzędy wielkości lepsza w porównaniu z poprzednimi osiągnięciami. Jednocześnie badania prowadzone na stacji były wspierane przez równoległe obserwacje na powierzchni naszej planety za pośrednictwem centrali w Johnson Space Center w Houston.
Podczas dziewięciu miesięcy działania Skylab napotkał wiele złożonych problemów technicznych, które zagroziły całemu programowi. Jednocześnie ta pierwsza amerykańska stacja kosmiczna stała się sławna jako prawdziwe laboratorium orbitujące wokół Ziemi. Podczas 3 896 orbit trzy załogi, które odwiedziły Skylab, potwierdziły, że przestrzeń kosmiczna może stworzyć nową, unikalną jakość dla badań naukowych i technologicznych, a także zmienić sposób, w jaki patrzymy na Ziemię i nasz Wszechświat. Podczas pobytu na stacji astronauci przebyli łącznie około 115 milionów kilometrów w ciągu 171 dni spędzonych na pokładzie. Dziewięciu członków załogi wyszło w przestrzeń kosmiczną dziesięć razy, spędzając poza stacją ponad 42 godziny. W tym czasie dokonywali napraw, konserwacji, zbierali zestawy eksperymentalne i kanistry filmowe z teleskopów oraz fotografowali obiekty niebieskie. Przeprowadzili eksperymenty w różnych dziedzinach trwające ponad dwa tysiące godzin. Jednocześnie udowodnili, że ludzie mogą bezpiecznie przystosować się do życia i długotrwałej pracy w warunkach mikrograwitacji w przestrzeni kosmicznej.
Ponieważ prace nad promem kosmicznym były już zaawansowane, istniała możliwość, że wahadłowiec dotrze do Skylaba podczas swoich pierwszych lotów i wyniesie go na wyższą orbitę, co pozwoliłoby na odzyskanie wyników kilku eksperymentów i być może umieszczenie na stacji kilku kolejnych załóg. Plany promu kosmicznego uległy jednak zmianie, co spowodowało, że te i inne pomysły na uratowanie stacji zostały porzucone - zmniejszająca się odległość od Ziemi stopniowo przybliżała Skylaba do nieuchronnego wejścia w ziemską atmosferę.
