Какие этапы между запуском ракеты и стыковкой с МКС?

Каковы этапы между запуском космического корабля и его стыковкой с МКС?

Это варьируется от транспортного средства к транспортному средству. Одни аппараты пришвартовываются к МКС, другие причаливают к МКС. Одни машины делают это очень быстро, другим требуется несколько дней. Среди тех, что стыкуются, на МКС есть несколько стыковочных портов. Время операции, будь то пристыковка транспортного средства или причал, а также расположение и ориентация стыковочного порта или причального ящика, приводят к широкому разнообразию наборов шагов. Я буду смотреть на вещи с точки зрения того, как японский HTV стыкуется с МКС. Cygnus от Orbital и Dragon от SpaceX следуют очень похожей схеме.

Первый этап полета – старт. Обычно транспортное средство, которое в конечном итоге будет состыковано или пришвартовано к МКС, на этом начальном этапе является пассивной полезной нагрузкой; это ракета-носитель, которая отвечает. Эта фаза заканчивается выходом на орбиту.

Орбита выведения может быть довольно низкой, настолько низкой, что аппарат может вернуться в ближайшее время, не поднимаясь на более высокую орбиту. Эта более высокая орбита является фазирующей орбитой, высота которой ниже, чем у МКС. Эта более низкая высота означает, что орбитальный период короче, чем у МКС. Сколько времени проводится на этой фазирующей орбите (или фазирующих орбитах; некоторые транспортные средства используют более одной) зависит от того, насколько далеко МКС (целевое транспортное средство) опережает рассматриваемое транспортное средство (транспортное средство-преследователь). Некоторые транспортные средства (например, европейский квадроцикл) могут провести несколько недель на своей фазирующей орбите (орбитах).

Когда время будет подходящим, преследователь поднимет свою высоту так, чтобы в идеале он находился на заранее запланированном расстоянии позади МКС. Это не перевод Хомана. Вместо этого это последовательность ожогов, нацеленных на определенную точку пространства в определенный момент времени. Одним из подходов к этому является использование таргетинга по Ламберту или его модификации. Начало этой последовательности ожогов знаменует собой начало фазы полета на рандеву в дальней зоне.

Когда аппарат достигает точки прицеливания (как правило, в сотнях километров от МКС), он выполняет еще одно горение, что делает его перигей немного меньше, чем у МКС. Со временем это перемещает аппарат к МКС. В какой-то момент аппарат оказывается в зоне действия связи МКС. Это знаменует собой переход от встречи в дальней зоне к встрече в ближней зоне.

Во время операций в дальней зоне HTV (а также Cygnus и Dragon) использует GPS для корректировки своего навигационного состояния. МКС также использует GPS, но расстояние между двумя транспортными средствами означает, что МКС и преследователь могут использовать разные наборы спутников GPS для оценки своего состояния. Как только HTV (или Cygnus, или Dragon) оказывается в зоне действия связи, он переключается на использование относительного GPS. Это значительно повышает точность оценки относительного состояния между двумя транспортными средствами.

Как только преследователь приближается к МКС на заданное расстояние, он переключается со встречи в ближней зоне на приближение. В случае HTV (а также Cygnus и Dragon) транспортное средство в это время переключается с использования относительной GPS на визуальную навигацию. GPS на Земле работает в городах не так хорошо, как в сельской местности, из-за отражения сигналов от высоких зданий (проблема многолучевости). Относительный GPS не очень хорошо работает в непосредственной близости от МКС по той же причине.

На этапе подхода преследователь должен следовать по предписанному коридору, который в конечном итоге приведет его к стыковочному порту или причальному ящику. Фаза захода на посадку имеет несколько точек удержания, в которых преследователь должен остановиться относительно МКС. Отклонения за пределы коридора или невозможность остановиться в точке ожидания являются признаками того, что транспортному средству необходимо перейти в другой режим, прервать или отступить. На пути есть несколько точек принятия решений, когда преследователь (или люди-контролеры на земле) решат, что лучше всего прервать или отступить.

Самая последняя фаза — это, конечно, фактическая стыковка или причаливание.

Все космические запуски берут ракету на землю и придают ей некоторую высоту и большую боковую скорость, пока она не достигнет орбиты. Все способы сделать это довольно хорошо известны и не являются специфическими для «Союза». Вам «просто» нужно спланировать свою орбиту и ввести параметры в систему.

Для стыковки с МКС будет выбрана начальная орбита:

• В плоскости орбиты МКС. Смена самолета ужасно дорогая для топлива, поэтому первое требование — соответствовать этому. Это делается путем вращения Земли до тех пор, пока стартовая площадка не окажется под орбитальной плоскостью. Запустите в это время в нужном направлении и самолет будет выбран.

• Достаточно высоко, чтобы у вас было несколько витков, чтобы проверить свое оборудование, убедиться, что все работает, и начать приближаться. Большая часть необходимого для этого оборудования не могла быть протестирована во время запуска. Теперь пришло время убедиться, что он работает.

• Достаточно низко, чтобы корабль вернулся самостоятельно. На случай определенных сбоев номинальная орбита запуска снизится через несколько дней, что позволит экипажу вернуться без необходимости повторного входа в атмосферу.

Это ограничивает начальную парковочную орбиту. Если бы это было раньше в программе, вы бы теперь ждали, пока фаза не будет правильной. «Союз» и МКС будут находиться в одной плоскости, но могут находиться на любом расстоянии по орбите относительно другого корабля. «Союз» на меньшей высоте будет вращаться быстрее. Это позволило бы ему «догнать» и изменить фазовый угол. Ожоги рандеву начнутся, когда фазировка будет правильной. Это ожидание означало, что запуск в стыковку занимал до 3 дней. Не так уж плохо для шаттла, в котором было много места, но довольно раздражающе упакованного в «Союз».

В течение последних нескольких лет для запусков с экипажем использовался обновленный профиль запуска. Орбита МКС изменена, чтобы поместить ее в правильную точку фазирования в прогнозируемое время запуска. Это требует тщательного планирования и использует топливо на МКС, поэтому это не делается для грузовых рейсов. Когда это работает, поэтапный этап завершается при запуске, и общий процесс сокращается с нескольких дней до 6 часов.

Остальные просто играют в гольф. Вы знаете (в основном), где вы находитесь и (в основном), где вы хотите быть, но не с такой точностью, чтобы рассчитывать на то, что вы совершите удар и попадете туда одним ударом. Когда «Союз» разрабатывали, у него не хватило сообразительности, чтобы самостоятельно совершить орбитальное сближение. Вместо этого ему придется пройти над наземными станциями, чтобы проанализировать состояние и передать новые команды. Таким образом, вместо того, чтобы летать на самолете или водить машину, где у вас есть постоянный контроль, вы отправляете команды для выполнения действий, а затем ждете, чтобы увидеть, насколько хорошо вы справились. Множественные заходы на посадку делают вещи красивыми и близкими, что снижает вероятность столкновения со станцией и не требует невероятной точности при каждом проходе.