Progreso MS-11 Record: lo más interesante por delante

La semana pasada, el buque de carga Progress MS-11 estableció un nuevo récord al atracar con la ISS 3 horas y 21 minutos después del lanzamiento. Esta es la segunda nave que voló en un circuito ultracorto, solo dos vueltas. Desde 2012, cuando el Progress M-16M voló de acuerdo con un breve horario de seis horas, el tiempo de vuelo a la EEI ha disminuido, y ahora han alcanzado las tres horas y media; este no es el límite.


El lanzamiento del buque de carga, foto CC "Sur" / Roscosmos

Tales registros diferentes

A. Sokolov. Primera estación espacial experimental (atraque de las naves espaciales Soyuz-4 y -5)

Una ligera ironía histórica es que las primeras conexiones fueron rápidas. La URSS tiene un récord de velocidad absoluta: el 15 de abril de 1968, un Soyuz no tripulado llamado Cosmos-213 atracó con el mismo Cosmos-212 solo 47 minutos después del lanzamiento. Un muelle tripulado récord también podría convertirse en soviético: Soyuz-3, que fue pilotado por George Beregovoi, se acercó al Soyuz-2 no tripulado en menos de una hora. Pero, por desgracia, en el lado nocturno de la órbita, el astronauta no pudo orientar correctamente la nave, y el muelle se rompió. Entonces, el récord de la velocidad de atraque tripulado pertenece a los estadounidenses. Lanzado en septiembre de 1966, el Gemini 11 atracó con el objetivo de Agen después de 1 hora 34 minutos.

Ahora tales registros no pueden ser superados, y la razón radica en la mecánica orbital. En la URSS, había dos sitios de lanzamiento en el cosmódromo de Baikonur, y el primer barco podría ponerse en órbita, que pasaría por el cosmódromo un día después. En este momento, comenzó la segunda nave, que apareció inmediatamente cerca de la primera. Por primera vez, un truco de este tipo se convirtió con los Vostoks -3 y -4, y los cosmonautas Nikolaev y Popovich estaban a una distancia de la línea de visión el uno del otro. En los Estados Unidos al este del puerto espacial había un océano, que permitía lanzar la segunda nave en la misma órbita que la primera, dos veces al día, en la sección ascendente y descendente de la órbita. En cualquier caso, el segundo barco lanzado se encontró a una distancia de varios kilómetros del objetivo y pudo proceder inmediatamente a atracar.


La estación Salyut-7 y el barco atracado Soyuz

Cuando comenzó la operación de las estaciones orbitales, estos esquemas dejaron de funcionar debido al hecho de que las estaciones se colocaron en órbitas más altas, se desaceleraron con el tiempo y el Soviet también maniobró de forma independiente. Como resultado, la URSS y los EE. UU. Tomaron diferentes caminos. En los EE. UU., Los vuelos a la estación de Skylab tomaron 6 turnos o 8.5 horas. En la URSS, cambiaron a un régimen diario. La estación realizó la maniobra, preparando su órbita para recibir el barco, que voló durante aproximadamente 24 horas. Cuando se lanzó el complejo orbital Mir a mediados de los 80, era demasiado pesado para una maniobra especial, por lo que las naves cambiaron a un esquema de aproximación de dos días. Otro factor también afectó esto: como lo ha demostrado la práctica, un día después del lanzamiento, los astronautas se estaban adaptando a la gravedad cero, se sintieron peor y, si era necesario, el cambio al acoplamiento manual funcionó de manera menos eficiente y cometió errores. Se comenzó a utilizar un esquema de atraque de dos días en la EEI, y antes del comienzo de los diez años, la nave espacial de carga y tripulación llegó a la estación en 34 turnos.

Velocidad y precisión

Al comienzo de los diez años, la transición a sistemas de control digital en barcos y vehículos de lanzamiento nos permitió comenzar experimentos con esquemas de atraque más rápidos. En RSC Energia, Rafail Farvazovich Murtazin, que ha estado trabajando en el departamento de balística desde 1979 y ahora ocupa el cargo de jefe del departamento, se ha convertido en el principal entusiasta.


R.F. Murtazin, foto de Vera Tyukalova / "Tu sector espacial"

¿Pero cuánto tiempo debo ir? La historia ha demostrado que el régimen diario no es óptimo. En general, según los médicos y los astronautas, el período agudo de adaptación a la gravedad cero comienza después de aproximadamente seis horas en el espacio. El técnico estableció la segunda limitación: después de la quinta órbita, la órbita cambia con respecto a los puntos de medición en tierra, y se vuelve mucho más difícil controlar el barco. Inicialmente, se desarrolló un circuito de cinco vueltas, pero resultó que, debido a las características de control, no se puede verificar previamente en un buque de carga. Por lo tanto, son exactamente cuatro vueltas o seis horas las que se han convertido en el máximo permitido para un cortocircuito. Además, la técnica debe funcionar constantemente, un registro para el registro no tiene sentido. Y para esto era necesario aprender a resolver problemas técnicos y balísticos. La ISS es la estación más pesada que haya existido, y las posibilidades de maniobrar para formar la órbita requerida son muy limitadas. También es grande, con enormes paneles solares, y es notablemente inhibido por los restos de la atmósfera. Y la densidad de estos residuos depende de la actividad solar, que no se puede predecir con meses de anticipación. Además, a veces hay que realizar maniobras para evitar los desechos espaciales. También hay limitaciones técnicas: el acoplamiento debe realizarse en el lado del día de la órbita y en el rango de visibilidad de los puntos de control en tierra. Bueno, finalmente, debe mantener los parámetros de órbita compatibles con futuros lanzamientos.

El parámetro principal que determina la posibilidad de acoplamiento es el ángulo de fase y su rango permitido. Cuando el Soyuz o Progress se separa de la tercera etapa del vehículo de lanzamiento, están en órbita baja a una altitud de aproximadamente 210 km. La ISS vuela más alto a 400-450 km. Para volar a la estación, el barco necesita elevar su órbita y apuntar al punto donde estará la estación después de un tiempo. Por lo tanto, en el momento de la separación entre el barco y la estación hay un llamado ángulo de fase (en la figura hay un sector brillante).



El ángulo de fase tiene un rango de fase válido. Para un esquema de dos días, fue enorme: 150 °. Y en el circuito de cuatro vueltas, resultó ser mucho más pequeño: 22 grados (ángulo de fase de 18 ° a 40 °). Y luego fue necesario aplicar trucos técnicos, por ejemplo, el barco realiza las dos primeras maniobras en modo independiente, basándose en la situación calculada y no en la real. En maniobras posteriores, cuando se conoció el error de retirada, se realizó una corrección. Sin este truco, el rango de fase habría caído a unos 15 grados, y habría sido extremadamente difícil instalar una estación decreciente de manera desigual e impredecible.


Maniobras y altitud de órbita de la nave espacial Soyuz MS-11, fuente

El limite de excelencia

El primer Soyuz tripulado fue a la estación de acuerdo con un breve esquema en 2013, y la tripulación agradeció la conveniencia de la innovación. Pero resultó no ser ideal: los astronautas tienen un día de trabajo muy largo, 18-20 horas, de las cuales 11 tienen que gastarse en trajes espaciales. Había un obvio deseo de reducir el tiempo desde el inicio hasta el atraque aún más. Pero cuanto más corto es el tiempo de vuelo, más pequeño es el rango de fase permitido. Los nuevos trucos balísticos llegaron al rescate: si permite el lanzamiento de la nave en una órbita de inclinación ligeramente diferente, también puede maniobrar el tiempo de lanzamiento, ampliando los límites del rango de fase. Ya en el espacio, la nave (o la tercera etapa del vehículo de lanzamiento) realizará una maniobra adicional a un lado para combinar los planos de las órbitas, porque el atraque requiere planos coincidentes (coplanarios). Así nació el esquema de acercamiento ultracorto de dos vueltas.



Los primeros intentos no tuvieron éxito: debido a problemas técnicos, los lanzamientos de Progress a fines de 2017 y principios de 2018 se cambiaron a días de reserva, lo que obligó al uso de un esquema de respaldo de dos días que había estado disponible. El primer "Progreso" según un esquema ultracorto voló el verano pasado y llegó a la estación en 3 horas y 40 minutos. Y ahora la segunda prueba ha pasado con éxito, en la que el tiempo se redujo un poco más, a 3 horas y 21 minutos.

Tenga en cuenta que en el esquema de proximidad de dos vueltas, el rango de fase cayó a 6 ° (de 12 ° a 18 °). A pesar de todos los trucos, atrapar una estación dentro del rango aceptable ahora es aún más difícil, y los vuelos exitosos muestran un aumento en el nivel de control y gestión de la ISS grande y pesada. Y este no es el límite: ¡Rafail Farvazovich en 2013 soñó con atracar en una ronda! Para hacer esto, tendrá que cambiar el área de acercamiento autónomo, pero el problema parece estar resuelto. Por lo tanto, es muy posible que en unos años la Soyuz se vea aún más como una Gacela suburbana: "una hora y media en condiciones de hacinamiento, y usted está en la EEI". Y las dificultades técnicas y matemáticas que proporciona este corto vuelo serán una sorprendente sorpresa para los curiosos, que desean profundizar.