En mis centros, quiero contarles sobre la gestión de naves espaciales tripuladas. Principalmente sobre las naves Soyuz y el transbordador espacial. Durante 15 años de estudio de estos barcos, he reunido suficiente información sobre ellos, así como el conocimiento que quiero compartir con ustedes.En Habr, quiero contarles sobre el modo de aproximación de la nave espacial Soyuz con la Estación Espacial Internacional (ISS). Dado que en el espacio en el 70% de los casos de presentación de información, se usan abreviaturas, tendré que usarlas de la misma manera, pero trataré de descifrar y explicar su significado en las más complejas e incomprensibles.
Para hablar sobre este modo, necesitamos describir la dinámica del barco y la estación, así como describir los principios básicos del control del barco.
Al acercarse al espacio, la dinámica de la nave de transporte (TC) y la estación espacial internacional (ISS) se puede representar en forma de dos movimientos independientes:
- rotación de cada una de las naves espaciales alrededor de su centro de masa (asignación de velocidad angular);
- movimiento relativo de los centros de masa del TC y el ISS (asignaciones de velocidad lineal).
Por lo tanto, la gestión incluye:
- controlar el movimiento de cada nave espacial alrededor de su centro de masa ( control de orientación o control de la posición angular relativa )
- control del movimiento relativo de los centros de masa de las naves espaciales (control del camino relativo de convergencia).
En la práctica, en el proceso de aproximación a la ISS se mueve en una órbita conocida y mantiene una orientación predeterminada (en el TC establecido de antemano por conveniencia), por lo tanto, la ISS se llama nave pasiva (PC). El barco de transporte, que es un barco activo (AK), tiene la tarea de maniobrar, es decir, controlar la rotación y el movimiento en relación con el centro de masa en relación con la EEI. Por lo tanto, para la implementación del enfoque del TC al ISS en el sistema de control de movimiento (CMS) del TC, se proporciona el modo de enfoque (SB).
¿Qué tareas resuelve el modo de acercamiento?
- selección de la ruta de aproximación óptima (OTC) de la nave espacial con la ISS, en función del consumo mínimo de combustible para su implementación;
- organización del control del movimiento TC a lo largo de la ruta de aproximación seleccionada;
- proporcionar sobrevuelos automáticos (discretos) o manuales (analógicos) a una estación de acoplamiento dada de la ISS, flotando frente a ella, acercándose con parámetros de movimiento relativos que aseguran el funcionamiento normal del mecanismo de acoplamiento;
- Proporcionar control automático sobre el estado del sistema de control de movimiento
- TC en modo cerrado. Si ocurre una falla, una automática
- cambio a dispositivos reparables;
- cuestión de información a la tripulación sobre cómo pasar el modo de aproximación, parámetros
- el movimiento relativo y las fallas del COURT TC;
- Proporcionar la extracción automática o manual del TC de la EEI en presencia de peligro.
- colisiones
Por lo tanto, el sistema de aproximación, como cualquier otro sistema de control, debe cumplir los siguientes requisitos:
- consumo mínimo de combustible para el acercamiento;
- control de alta precisión TC;
- simplicidad de implementación de software e instrumentos;
- peso mínimo, dimensiones y consumo de energía del sistema;
- alta fiabilidad del sistema;
- seguridad del proceso de acercamiento.
Además, quiero señalar que para garantizar el paso del modo de aproximación y la intervención operativa del MCC en el control de la celda de combustible en caso de situaciones de emergencia (NShS) en las etapas críticas de aproximación (sobrevuelo, vuelo estacionario, amarre, atraque), es deseable que estas operaciones se realicen a la luz en las sesiones comunicaciones, es decir, en las zonas de visibilidad de los puntos de medición en tierra. Pero las sesiones de comunicación solo son posibles en ciertos intervalos de tiempo, debido a la ubicación geográfica de los puntos de medición terrestres y la precesión de la órbita debido a la rotación diaria de la Tierra. Por lo tanto, es necesario crear dicho control de un barco de transporte en el modo de aproximación para acercarlo a la EEI (distancia relativa inferior a 1 km) en un momento dado, lo que garantiza una comunicación confiable y a largo plazo con el MCC y una situación favorable en blanco y negro en las etapas de vuelo, aterrizaje y atraque.
El propósito del sistema, los requisitos para él y los límites de tiempo, teniendo en cuenta la situación en blanco y negro, determinan los principios de control de buques de transporte y
construyendo la corte TC en el modo de acercamiento.
Ahora, tratemos con usted el principio de administrar el TC en el modo SB.
Dado que los requisitos para el sistema de control de aproximación son contradictorios, es completamente imposible satisfacerlos, porque es imposible seleccionar un método de selección para controlar un barco de transporte que asegure el cumplimiento simultáneo de todos los requisitos para el sistema. Por lo tanto, en la práctica, todo el proceso de acercamiento se divide en dos secciones:
- sección distante (DU), cuya tarea es llevar el TC al área de la ISS a lo largo de la ruta de aproximación óptima, es decir, con un consumo mínimo de combustible;
- - la sección cercana (CU), cuya tarea es garantizar el control con una precisión dada de la orientación y el movimiento del centro de masa del TC hacia la estación de acoplamiento seleccionada y el contacto suave durante el acoplamiento. En base a las consideraciones anteriores, para un barco de transporte, el enfoque de proximidad se realiza utilizando el método de trayectoria libre, y la unidad de control se acerca utilizando el método de guía modificado a lo largo de la línea de visión (aquí, debajo de la línea de visión (LP), se adopta la línea que conecta los centros de masa de los objetos convergentes).
Orientación utilizando el método de trayectoria libre.El método de trayectoria libre tiene en cuenta el movimiento orbital de la nave espacial en el campo gravitacional de la Tierra. Permite la transferencia de una nave de transporte desde la órbita de espera a la vecindad de la EEI mediante una maniobra de múltiples pulsos, que consiste en secciones del movimiento balístico (libre) de la nave espacial en el campo gravitacional y el movimiento controlado (con el sistema de propulsión encendido) de la nave espacial. La dirección, la magnitud y los momentos de la salida de estos pulsos correctivos se calculan a partir de la condición de llegar finalmente a la vecindad de la EEI. Cabe señalar que el tiempo para emitir pulsos correctivos es muy corto en comparación con el tiempo de libre movimiento del TC. Por lo tanto, la trayectoria de aproximación consiste en secciones de libre movimiento del TC, en los puntos de interfaz de los cuales se emiten impulsos correctivos. De aquí sigue el nombre del método de orientación. Para las operaciones de cooperación técnica, la orientación del objetivo utilizando el método de trayectoria libre proporciona los siguientes enfoques para la EEI:
- dos pulsos;
- tres pulsos
Por supuesto, hay otros esquemas, pero en este artículo consideraremos solo estos.
1. En el caso de un esquema de dos pulsos, la ruta de aproximación se construye utilizando una maniobra de 2 pulsos, donde
ΔV1 está diseñado para construir una órbita de intercepción, lo que garantiza que el TC ingrese a la vecindad OK en un punto dado en el tiempo Tzad;
ΔV2 está diseñado para alinear las velocidades orbitales del TC y OK.
2. En el caso de un circuito de tres pulsos, la ruta de aproximación es una transición bellíptica realizada por tres pulsos correctores
ΔV1, ΔV2, ΔV3 .
En este caso,
ΔV1 se aplica en la órbita de la expectativa para transferir el TC al interno
órbita de transición elíptica,
ΔV2 : está diseñado para la transición del TC al ISS a un valor predeterminado
punto en el tiempo tzad,
ΔV3 : es necesario para alinear las velocidades orbitales de la nave espacial y la ISS.
En los siguientes artículos, examinaremos la orientación a lo largo de la línea de visión, orientación paralela, etc.