Sojus-TM Raumfahrzeug-Bewegungssteuerungssystem

In meinen Hubs möchte ich Ihnen etwas über das Management bemannter Raumschiffe erzählen. Hauptsächlich über die Sojus- und Space-Shuttle-Schiffe. In über 15 Jahren, in denen ich diese Schiffe studiert habe, habe ich genügend Informationen über sie gesammelt sowie das Wissen, das ich mit Ihnen teilen möchte.

Auf Habr möchte ich Ihnen die Annäherungsart des Sojus-Raumfahrzeugs mit der Internationalen Raumstation (ISS) erläutern. Da im Weltraum in 70% der Fälle, in denen Informationen präsentiert werden, Abkürzungen verwendet werden, muss ich sie auf die gleiche Weise verwenden, aber ich werde versuchen, ihre Bedeutung in den komplexesten und unverständlichsten zu entschlüsseln und zu erklären.

Um über diesen Modus zu sprechen, müssen wir die Dynamik des Schiffes und der Station sowie die Grundprinzipien der Schiffssteuerung beschreiben.

Bei Annäherung im Weltraum kann die Dynamik des Transportschiffs (TC) und der internationalen Raumstation (ISS) in Form von zwei unabhängigen Bewegungen dargestellt werden:

• Drehung jedes Raumfahrzeugs um seinen Massenmittelpunkt (Winkelgeschwindigkeitszuweisung);
• Relativbewegung der Massenschwerpunkte des TC und der ISS (Lineargeschwindigkeitszuordnungen).

Daher umfasst das Management:

• Steuerung der Bewegung jedes Raumfahrzeugs um seinen Massenmittelpunkt ( Orientierungssteuerung oder Steuerung der relativen Winkelposition )
• Kontrolle der Relativbewegung der Massenschwerpunkte von Raumfahrzeugen (Kontrolle des relativen Konvergenzweges).

In der Praxis bewegt sich die ISS bei der Annäherung an die ISS in einer bekannten Umlaufbahn und behält eine vorgegebene Ausrichtung bei (der Einfachheit halber zuvor im TC-Set), weshalb die ISS als passives Schiff (PC) bezeichnet wird. Das Transportschiff, bei dem es sich um ein aktives Schiff (AK) handelt, hat die Aufgabe zu manövrieren, dh Rotation und Bewegung relativ zum Massenschwerpunkt relativ zur ISS zu steuern. Um die Annäherung des TC an die ISS in das Bewegungssteuerungssystem (CMS) des TC zu implementieren, wird daher der Annäherungsmodus (SB) bereitgestellt.

Welche Aufgaben löst der Annäherungsmodus?

• Auswahl des optimalen Anflugweges (OTC) des Raumfahrzeugs mit der ISS auf der Grundlage des minimalen Kraftstoffverbrauchs für dessen Implementierung;
• Organisation der Steuerung der TC-Bewegung entlang des ausgewählten Anflugpfades;
• Bereitstellen automatischer (diskreter) oder manueller (analoger) Überflüge zu einer bestimmten Dockingstation der ISS, die davor schwebt und sich mit relativen Bewegungsparametern nähert, die den normalen Betrieb des Docking-Mechanismus sicherstellen;
• Bereitstellung einer automatischen Steuerung des Zustands des Bewegungssteuerungssystems
• TC im Schließmodus. Wenn ein Fehler auftritt, eine automatische
• Umschalten auf wartungsfähige Geräte;
• Ausgabe von Informationen an die Besatzung über das Übergeben des Anflugmodus, Parameter
• die relative Bewegung und Ausfälle des COURT TC;
• Bereitstellung einer automatischen oder manuellen Entfernung des TC von der ISS bei Gefahr
• Kollisionen.

Daher muss das Anflugsystem wie jedes andere Steuerungssystem die folgenden Anforderungen erfüllen:

• minimaler Kraftstoffverbrauch für die Annäherung;
• hochpräzise Steuerung TC;
• Einfachheit der Software- und Instrumentenimplementierung;
• Mindestgewicht, Abmessungen und Stromverbrauch des Systems;
• hohe Systemzuverlässigkeit;
• Sicherheit des Annäherungsprozesses.

Darüber hinaus möchte ich darauf hinweisen, dass es wünschenswert ist, diese Operationen im Licht der Sitzungen durchzuführen, um den Durchgang des Anflugmodus und den betrieblichen Eingriff des MCC in die Steuerung der Brennstoffzelle in Notfallsituationen (NShS) in den kritischen Anflugphasen (Vorbeiflug, Schweben, Festmachen, Andocken) sicherzustellen Kommunikation, dh in den Sichtbarkeitszonen bodengestützter Messpunkte. Kommunikationssitzungen sind jedoch aufgrund der geografischen Lage der bodengestützten Messpunkte und der Umlaufbahnpräzession aufgrund der täglichen Erdrotation nur in bestimmten Zeitintervallen möglich. Daher ist es notwendig, eine solche Steuerung eines Transportschiffs im Anflugmodus zu erstellen, um es zu einem bestimmten Zeitpunkt in die Nähe der ISS (relative Entfernung von weniger als 1 km) zu bringen, was eine zuverlässige und langfristige Kommunikation mit dem MCC und eine günstige Schwarz-Weiß-Situation in den Phasen des Fliegens, Landens und Andockens gewährleistet.

Der Zweck des Systems, die Anforderungen und Fristen unter Berücksichtigung der Schwarz-Weiß-Situation bestimmen die Grundsätze für die Steuerung eines Transportschiffs und die Grundsätze
Aufbau des Gerichts-TC im Annäherungsmodus.

Lassen Sie uns nun das Prinzip der Verwaltung des TC im SB-Modus behandeln.

Da die Anforderungen an das Anflugkontrollsystem widersprüchlich sind, ist es völlig unmöglich, sie zu erfüllen, da es unmöglich ist, eine solche Leitmethode für das Ziel zur Steuerung eines Transportschiffs auszuwählen, die die gleichzeitige Erfüllung aller Anforderungen an das System sicherstellen würde. In der Praxis ist der gesamte Annäherungsprozess daher in zwei Abschnitte unterteilt:

• entfernter Abschnitt (DU), dessen Aufgabe es ist, den TC auf dem optimalen Anflugweg, dh mit minimalem Kraftstoffverbrauch, in den Bereich der ISS zu bringen;
• - der Nahabschnitt (CU), dessen Aufgabe es ist, mit einer bestimmten Genauigkeit die Ausrichtung und Bewegung des Massenschwerpunkts des TC in Richtung der ausgewählten Dockingstation und den weichen Kontakt beim Andocken zu steuern. Basierend auf den obigen Überlegungen wird für ein Transportschiff der Annäherungsansatz unter Verwendung der Methode der freien Flugbahn realisiert, und die Steuereinheit nähert sich ihm unter Verwendung der modifizierten Führungsmethode entlang der Sichtlinie (hier wird unter der Sichtlinie (LP) die Linie übernommen, die die Massenschwerpunkte der konvergierenden Objekte verbindet).

Führung mit der Methode der freien Flugbahn

Die Methode der freien Flugbahn berücksichtigt die Orbitalbewegung des Raumfahrzeugs im Gravitationsfeld der Erde. Es ermöglicht die Übertragung eines Transportschiffs von der wartenden Umlaufbahn in die Nähe der ISS mithilfe eines Mehrpulsmanövers, das aus Abschnitten der ballistischen (freien) Bewegung des Raumfahrzeugs im Gravitationsfeld und der kontrollierten Bewegung des Raumfahrzeugs (bei eingeschaltetem Antriebssystem) besteht. Die Richtung, Größe und Momente der Ausgabe dieser Korrekturimpulse werden aus der Bedingung berechnet, dass sie letztendlich in die Nähe der ISS gelangen. Es ist zu beachten, dass die Zeit zum Ausgeben von Korrekturimpulsen im Vergleich zur Zeit der freien Bewegung des TC sehr kurz ist. Somit besteht die Annäherungsbahn aus Abschnitten der freien Bewegung des TC, an deren Grenzflächenpunkten Korrekturimpulse abgegeben werden. Ab hier folgt der Name der Führungsmethode. Für TCs bietet die Zielführung unter Verwendung der Methode der freien Flugbahn die folgenden Ansätze für die ISS:

1. Zwei-Puls;
2. Drei-Puls.

Natürlich gibt es auch andere Schemata, aber in diesem Artikel werden nur diese berücksichtigt.

1. Im Fall eines Zwei-Puls-Schemas wird der Annäherungspfad unter Verwendung eines 2-Puls-Manövers konstruiert, wobei
ΔV1 dient zum Aufbau einer Abfangbahn, die sicherstellt, dass der TC zu einem bestimmten Zeitpunkt Tzad in die OK-Umgebung eintritt;
ΔV2 dient zum Ausrichten der Umlaufgeschwindigkeiten von TC und OK.



2. Im Fall einer Drei-Impuls-Schaltung ist der Annäherungspfad ein belliptischer Übergang, der durch drei Korrekturimpulse & Dgr; V1, & Dgr; V2, & Dgr; V3 realisiert wird .



In diesem Fall wird ΔV1 in der erwarteten Umlaufbahn angewendet, um den TC auf den internen zu übertragen
elliptische Übergangsbahn,

ΔV2 - ist für den Übergang des TC zur ISS zu einem vorbestimmten ausgelegt
Zeitpunkt tzad,
ΔV3 - ist erforderlich, um die Umlaufgeschwindigkeiten des Raumfahrzeugs und der ISS auszurichten.

In den folgenden Artikeln werden wir die Führung entlang der Sichtlinie, die parallele Führung usw. untersuchen.