Fortschritt MS-11-Rekord: Das Interessanteste

Letzte Woche stellte das Frachtschiff Progress MS-11 einen neuen Rekord auf, indem es 3 Stunden und 21 Minuten nach dem Start an die ISS andockte. Dies ist das zweite Schiff, das in einem Ultrakurzschluss geflogen ist - nur zwei Umdrehungen. Seit 2012, als die Progress M-16M nach einem kurzen Sechs-Stunden-Zeitplan flog, hat sich die Flugzeit zur ISS verkürzt, und jetzt sind dreieinhalb Stunden erreicht - dies ist nicht die Grenze.


Der Start des Frachtschiffs, Foto CC "South" / Roscosmos

Solche unterschiedlichen Aufzeichnungen

A. Sokolov. Erste experimentelle Raumstation (Andocken von Sojus-4 und -5)

Eine leichte historische Ironie ist, dass die ersten Verbindungen nur schnell waren. Die UdSSR hält einen absoluten Geschwindigkeitsrekord - am 15. April 1968 koppelte ein unbemannter Sojus namens Cosmos-213 nur 47 Minuten nach dem Start an denselben Cosmos-212 an. Ein rekordbesetztes Andocken könnte auch sowjetisch werden - Sojus-3, das von George Beregowoi gesteuert wurde, kam dem unbemannten Sojus-2 in weniger als einer Stunde nahe. Leider konnte der Astronaut auf der Nachtseite der Umlaufbahn das Schiff nicht richtig ausrichten, und das Andocken brach ab. Der Rekord für die Geschwindigkeit des bemannten Andockens liegt also bei den Amerikanern. Der im September 1966 gestartete Gemini 11 koppelte nach 1 Stunde 34 Minuten an das Agen-Ziel an.

Jetzt können solche Rekorde nicht übertroffen werden, und der Grund liegt in der Orbitalmechanik. In der UdSSR gab es zwei Startplätze am Kosmodrom Baikonur, und das erste Schiff konnte in die Umlaufbahn gebracht werden, die einen Tag später über das Kosmodrom fahren würde. In diesem Moment startete das zweite Schiff, das sofort in der Nähe des ersten erschien. Zum ersten Mal wurde ein solcher Trick mit den Wostoks -3 und -4 gedreht, und die Kosmonauten Nikolaev und Popovich befanden sich in einer Entfernung von der Sichtlinie voneinander. In den Vereinigten Staaten östlich des Raumhafens gab es einen Ozean, der es ermöglichte, das zweite Schiff zweimal täglich in derselben Umlaufbahn wie das erste zu starten - im auf- und absteigenden Abschnitt der Umlaufbahn. In jedem Fall befand sich das gestartete zweite Schiff in einer Entfernung von mehreren Kilometern vom Ziel und konnte sofort anlegen.


Die Station Saljut-7 und das Sojus legten an

Als der Betrieb von Orbitalstationen begann, funktionierten diese Systeme nicht mehr, da die Stationen in höhere Umlaufbahnen gebracht wurden, sich im Laufe der Zeit verlangsamten und der Sowjet auch unabhängig manövrierte. Infolgedessen gingen die UdSSR und die USA unterschiedliche Wege. In den USA dauerten die Flüge zur Skylab-Station 6 Umdrehungen oder 8,5 Stunden. In der UdSSR wechselten sie zu einem täglichen Regime. Die Station führte das Manöver durch und bereitete ihre Umlaufbahn für den Empfang des Schiffes vor, das etwa 24 Stunden lang flog. Als der Mir-Orbitalkomplex Mitte der 80er Jahre gestartet wurde, war er für ein spezielles Manöver zu schwer, sodass die Schiffe auf ein zweitägiges Anflugschema umstellten. Ein weiterer Faktor beeinflusste dies ebenfalls - wie die Praxis gezeigt hat, passten sich die Astronauten einen Tag nach dem Start stark an die Schwerelosigkeit an, fühlten sich schlechter, und wenn nötig, funktionierte die Umstellung auf manuelles Andocken weniger effizient und machte Fehler. Auf der ISS wurde ein zweitägiges Andockschema eingeführt, und vor Beginn des zehnten Jahres erreichten Fracht und bemannte Raumschiffe die Station in 34 Runden.

Geschwindigkeit und Präzision

Zu Beginn des zehnten Jahres ermöglichte uns der Übergang zu digitalen Steuerungssystemen auf Schiffen und Trägerraketen, Experimente mit schnelleren Andockschemata zu beginnen. Bei RSC Energia ist Rafail Farvazovich Murtazin, der seit 1979 in der Abteilung Ballistik tätig ist und jetzt die Position des Abteilungsleiters innehat, zum Hauptbegeisterten geworden.


R.F. Murtazin, Foto von Vera Tyukalova / „Ihr Raumfahrtsektor“

Aber wie lange soll ich gehen? Die Geschichte hat gezeigt, dass das tägliche Regime nicht optimal ist. Im Allgemeinen beginnt nach Angaben von Ärzten und Astronauten die akute Phase der Anpassung an die Schwerelosigkeit nach etwa sechs Stunden im Weltraum. Die zweite Einschränkung wurde vom Techniker festgelegt: Nach der fünften Umlaufbahn verschiebt sich die Umlaufbahn relativ zu bodengestützten Messpunkten, und es wird viel schwieriger, das Schiff zu steuern. Ursprünglich wurde eine Fünf-Runden-Schaltung entwickelt, die sich jedoch aufgrund der Steuerungsmerkmale auf einem Frachtschiff nicht vorab überprüfen ließ. Es sind also genau vier Umdrehungen oder sechs Stunden, die für einen Kurzschluss maximal zulässig sind. Darüber hinaus sollte die Technik ständig funktionieren, eine Aufzeichnung für die Aufzeichnung macht keinen Sinn. Und dafür musste man lernen, technische und ballistische Probleme zu lösen. Die ISS ist die schwerste Station, die jemals existiert hat, und die Möglichkeiten, sie zu manövrieren, um die erforderliche Umlaufbahn zu bilden, sind sehr begrenzt. Es ist auch groß, mit riesigen Sonnenkollektoren und wird durch die Überreste der Atmosphäre spürbar gehemmt. Und die Dichte dieser Rückstände hängt von der Sonnenaktivität ab, die Monate im Voraus nicht vorhergesagt werden kann. Außerdem müssen Sie manchmal Manöver durchführen, um Weltraummüll zu vermeiden. Es gibt auch technische Einschränkungen: Das Andocken muss auf der Tagesseite der Umlaufbahn und im Sichtbereich der Bodenkontrollpunkte erfolgen. Nun, schließlich müssen Sie die Umlaufbahnparameter mit zukünftigen Starts kompatibel halten.

Der Hauptparameter, der die Möglichkeit des Andockens bestimmt, ist der Phasenwinkel und sein zulässiger Bereich. Wenn der Sojus oder Progress von der dritten Stufe der Trägerrakete getrennt ist, befinden sie sich in einer niedrigen Umlaufbahn in einer Höhe von ungefähr 210 km. Die ISS fliegt 400-450 km höher. Um zur Station zu fliegen, muss das Schiff seine Umlaufbahn erhöhen und auf den Punkt zielen, an dem sich die Station nach einer Weile befindet. Zum Zeitpunkt der Trennung zwischen Schiff und Station gibt es daher einen sogenannten Phasenwinkel (in der Abbildung gibt es einen hellen Sektor).



Der Phasenwinkel hat einen gültigen Phasenbereich. Für ein zweitägiges Programm war es einfach riesig - 150 °. Und in der Vier-Windungen-Schaltung stellte sich heraus, dass sie viel kleiner war - 22 Grad (Phasenwinkel von 18 ° bis 40 °). Und dann mussten technische Tricks angewendet werden, zum Beispiel führt das Schiff die ersten beiden Manöver im Standalone-Modus aus, wobei es sich auf die berechnete und nicht auf die reale Situation stützt. Bei nachfolgenden Manövern wurde eine Korrektur durchgeführt, als der Rückzugsfehler bekannt wurde. Ohne diesen Trick wäre der Phasenbereich auf etwa 15 Grad gefallen, und es wäre äußerst schwierig gewesen, eine ungleichmäßig und unvorhersehbar abnehmende Station darin einzubauen.


Manöver und Umlaufbahnhöhe des Sojus-Raumfahrzeugs MS-11, Quelle

Die Grenze der Exzellenz

Der erste bemannte Sojus ging 2013 nach einem kurzen Schema zur Station, und die Besatzung schätzte die Bequemlichkeit der Innovation. Aber es stellte sich als nicht ideal heraus - die Astronauten haben einen sehr langen Arbeitstag, 18 bis 20 Stunden, von denen 11 in Raumanzügen verbracht werden müssen. Es bestand ein offensichtlicher Wunsch, die Zeit vom Start bis zum Andocken noch weiter zu verkürzen. Je kürzer die Flugzeit ist, desto kleiner ist der zulässige Phasenbereich. Neue ballistische Tricks kamen zur Rettung - wenn Sie den Start des Schiffes in eine etwas andere Neigungsbahn erlauben, können Sie zusätzlich die Startzeit manövrieren und die Grenzen des Phasenbereichs erweitern. Bereits im Weltraum führt das Schiff (oder die dritte Stufe des Trägerraketen) ein zusätzliches Manöver zur Seite durch, um die Ebenen der Umlaufbahnen zu kombinieren, da für das Andocken passende (koplanare) Flugzeuge erforderlich sind. So wurde das ultrakurze Annäherungsschema mit zwei Umdrehungen geboren.



Die ersten Versuche waren erfolglos - aufgrund technischer Probleme wurden die Starts von Progress Ende 2017 und Anfang 2018 auf Reservetage verschoben, wodurch die Verwendung eines zweitägigen Backup-Schemas erzwungen wurde, das verfügbar geworden war. Der erste „Fortschritt“ nach einem ultrakurzen Schema flog letzten Sommer und erreichte die Station in 3 Stunden 40 Minuten. Und jetzt ist der zweite Test erfolgreich bestanden worden, bei dem die Zeit etwas weiter verkürzt wurde, auf 3 Stunden 21 Minuten.

Bitte beachten Sie, dass im Zwei-Windungs-Näherungsschema der Phasenbereich auf 6 ° (von 12 ° auf 18 °) abfiel. Trotz aller Tricks ist es jetzt noch schwieriger, eine Station innerhalb der akzeptablen Reichweite zu erreichen, und erfolgreiche Flüge zeigen eine Verbesserung der Kontrolle und des Managements der großen und schweren ISS. Und das ist nicht die Grenze - Rafail Farvazovich träumte 2013 davon, in einer Runde anzudocken! Dazu müssen Sie den Bereich der autonomen Annäherung ändern, aber das Problem scheint gelöst zu sein. Es ist also durchaus möglich, dass die Sojus in ein paar Jahren noch mehr wie eine vorstädtische Gazelle aussehen werden - „anderthalb Stunden unter beengten Bedingungen, und Sie sind auf der ISS“. Und die technischen und mathematischen Schwierigkeiten, die dieser kurze Flug mit sich bringt, werden eine erstaunliche Überraschung für Neugierige sein, die tiefer graben möchten.