Почему «Союз» летел к МКС двое суток, или занимательная баллистика

С 2013 года космические корабли "Союз" летают на МКС по короткой шестичасовой схеме. Она более комфортна для экипажа, и переход на двухсуточную схему стыковки обычно означает, что "что-то пошло не так". Но в этот раз не было никаких неисправностей, и для "Союза ТМА-18М" двухсуточная схема была запланирована изначально. Почему так получилось?

6 картинок via

Экскурс в историю

За десятилетия развития космонавтики СССР/Россия и США успели перепробовать алгоритмы стыковки самой разной длительности. Абсолютный рекорд по скорости стыковки принадлежит нам - весной 1968 года два беспилотных "Союза" под названиями "Космос-212" и "-213" сумели состыковаться всего через 47 минут после старта второго корабля. Пилотируемый рекорд также был бы нашим, если бы у Георгия Берегового на "Союзе-3" получилось бы состыковаться с беспилотным "Союзом-2" - он был на расстоянии 200 метров от цели меньше, чем через час после старта. Но Береговому не повезло, а рекорд самой быстрой пилотируемой стыковки принадлежит Конраду и Гордону, которые сумели состыковать "Джемини-11" с мишенью "Аджена" за 1 час 34 минуты. Если говорить про полеты к орбитальным станциям, до 2013 года рекорд был у американцев - миссии к станции "Скайлэб" стыковались через 8 часов после запуска. В СССР же до 1986 года была принята суточная схема стыковки, а после начала работы станции "Мир" перешли на двухсуточную схему, которую перенесли и на МКС.

Два состыкованных корабля "Союз"

Немного физики

Описать словами сближение и стыковку просто. Нужно, всего лишь, сформировать такую орбиту, чтобы оказаться недалеко от цели, погасить относительную скорость, сблизиться и состыковаться. В реальности, понятное дело, этот процесс гораздо сложнее. У "Союза" возможна не любая начальная орбита, да и топливо у него не бесконечное. В таких условиях очень важными параметрами становятся фазовый угол и его допустимый диапазон.

Фазовый угол - это угол между кораблем и целью в плоскости орбиты.
Фазовый диапазон - это допустимые значения фазового угла, при которых возможна стыковка.

Для двухсуточной схемы фазовый диапазон очень большой - порядка 150°, а фазовый угол находится обычно в диапазоне 200-400°. Шестичасовая схема гораздо строже - надо уложиться в фазовый угол 30±15°. Для того, чтобы успеть состыковаться за шесть часов, баллистики даже пошли на хитрость - сразу после выведения корабль получает данные для коррекции орбиты по расчетным параметрам выведения (а в реальном мире ракета-носитель всегда чуть-чуть промахивается). Затем, на втором витке, его орбиту анализируют на Земле и отправляют данные для двух импульсов коррекции, которые исправляют ошибку выведения. Не забывайте о том, что один виток - это примерно 90 минут, т.е. на все операции по стыковке есть всего четыре витка.

Схема маневров "Союза ТМА-16М". Первые два импульса расчетные, вторые два - корректирующие. Обратите внимание на активное маневрирование - импульсы идут примерно каждые полчаса

Схема маневров "Союза ТМА-18М".

Последнее:

Математик-жонглер

Расчет даты и параметров старта зависит от огромного количества ограничений:


- Старт к МКС с Байконура возможен один раз в сутки.

- МКС теряет высоту непредсказуемо - в зависимости от солнечной активности.

- МКС может быть вынуждена выполнить маневр уклонения от космического мусора в заранее неизвестный день

- Нужно, чтобы стыковка происходила на дневной стороне орбиты и в видимости наземных пунктов управления на нашей территории.

- Параметры орбиты необходимо сохранять совместимыми с последующими стартами и посадками с горизонтом планирования примерно год.


В таких условиях баллистики становятся немного жонглерами, учитывая не только множество параметров, но и прогноз на их изменение со временем. Для шестичасовой схемы, несмотря на все старания, пришлось даже вносить послабление - старт теперь может сдвинуться на один день вперед или назад.

Солнце подвело

Возможность для шестичасовой схемы "Союза ТМА-18М" пропала из-за двух факторов. Во-первых, МКС пришлось 26 июля уворачиваться от космического мусора. А во вторых, подвело Солнце - активность гораздо ниже прогнозируемой сделала окрестности Земли более "чистыми" от молекул атмосферы, и МКС снижалась медленнее расчетных значений. Возможность сдвинуть старт на один день была использована еще в июне - из-за такого же уклонения от мусора и низкой солнечной активности параметры орбиты МКС сделали непригодной дату старта 1 сентября. Весь август сохранялась некоторая интрига - несмотря на отказ от одной коррекции орбиты фазовый угол подходил к предельному значению. Не повезло - в итоге он вышел за допустимое значение, и не осталось других альтернатив, кроме двухсуточной схемы.

В теории, можно было бы попытаться затормозить МКС, но это очень дорогое решение - для того, чтобы тормозить двигателями "Прогресса", который пристыкован к модулю "Звезда", пришлось бы два раза разворачивать четырехсоттонную станцию на 180°. Слишком много топлива потратилось бы зря. Есть еще один любопытный вариант - ЦУП Москвы мог бы попросить ЦУП Хьюстона держать панели солнечных батарей МКС перпендикулярно направлению полета, чтобы они "ловили" максимум молекул атмосферы и тормозили бы станцию. Но такое решение тоже не всегда возможно, солнечные батареи должны снабжать станцию энергией и не могут поворачиваться произвольно.

Нет пределов совершенству

Любопытно, но шестичасовая схема не предел. Когда "Союзы" и "Прогрессы" пересядут на "Союз-2.1а", то новый цифровой носитель с более высокой точностью выведения позволит избавиться от двух импульсов коррекции, и сократить полет к МКС на один виток или полтора часа. По заверениям баллистиков фазовый диапазон упадет незначительно, до 25-28°. В теории, при изменении алгоритма сближения с МКС время полета можно будет уменьшить еще, и даже стыковка за один виток в будущем не выглядит абсолютно невозможной.

Короче, всё пошло по пизде, вот и не смогли за 6 часов? )

Полезная инфа. Мне, как космостроителю на домнику очень интересно

Ничего не понял Но люблю на ночь почитать, особенно как корабли бороздят просторы большого ...

во-во, на пиздеж сильно похоже

Во дни "холодной войны" ТСа расстреляли бы из танка.

Гоняли по своим делам

если честно, для меня всё это филькина грамота, но вот двое суток в этой ебалайке трястись-это считаю подвигом

Ага. Зашли гравицапу отобрали и дальше помчались.

в начале 60-х и в одиночку тряслись ей-ей немало
Терешкова, вроде, 49 витков (по памяти говорю), около ТРЁХ (!) суток
одна, в космосе, на не вполне отработанной и надежной технике!!!
и хуй его знает - вернешься, или как Лайка останешься на орбите...
к слову, техника-то не подвела
но сам факт полета в ТО далёкое время!
вот это ПОДВИГ!


Это сообщение отредактировал EZEZ - 7.09.2015 - 23:02

Что такое угол 400 градусов?

А вообще залезал я в спускаемый модуль на РКК Энергия, пиздец в этом шарике двое суток лежать, не порадуешься.

За что? За разглашение основ орбитальной механики, известных еще Циолковскому?

Добавлено в 23:04

Кроме спускаемого модуля есть еще и орбитальный - специально для этих двух/трёх дней.

TheRussianSpy
Там такая теснота, что трудно наверное не наступить случайно коллеге на лицо. Люк-лаз ещё ужасно неудобный. В общем ни разу не круиз.

Вот ролики по нагляднее будут, включите субтитры, очень позновательно
Взлет https://www.youtube.com/watch?v=AVvgpKt5uCA
Стыковка https://www.youtube.com/watch?v=M2_NeFbFcSw
Посадка http://www.youtube.com/watch?v=-l7MM9yoxII

Сгодится тоже. Была корректировка орбиты, но после пристыковки. Там же космонавты. Но пока всего на 1 км.

++++++++++++++

Следующая коррекция орбиты Международной космической станции намечается на середину сентября, сообщил "Интерфаксу-АВН" в понедельник источник в ракетно-космической отрасли.
"Маневр предполагается выполнить 14 сентября с помощью двигателей модуля "Звезда", - сказал собеседник агентства.
По его словам, в результате коррекции орбиты станция получит импульс величиной 2,5 м/с, а средняя высота ее орбиты увеличится более чем на 4 км. "Цель маневра - обеспечить четырехвитковую схему сближения с МКС грузового корабля "Прогресс М-29М", запуск которого планируется на 1 октября", - добавил источник.
++++++++
устати о мусоре)))
Атлас

Добавлено в 23:09

Трудно за 2е суток не пить и не писать)))))

А диваны в космосе кто нибудь стыковал , какой угол фазового сдвига нужно выдерживать ?

В то время , как наши космические корабли бороздят просторы вселенной ...

Лишь бы пиздануть первым? 2 запуска, пилотируемых.
Предложите круче?

За 50 лет человечество засрало орбиту так, что угроза столкновения все более реальна. Что через 20-25 лет делать то будем? Пора космический совок с метелкой выдумывать или сачок, а то у Земли скоро кольца как у Сатурна вырастут

все продумано давно
поначалу, конечно, было более "весело", но история реальная
КОСМИЧЕСКИЙ СТУК (Л)