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Pourquoi Soyouz a-t-il volé vers l'ISS pendant deux jours ou balistique divertissante



Depuis 2013, les engins spatiaux Soyouz pilotent l'ISS en un court cycle de six heures. Elle est plus à l'aise pour l'équipage, et la transition vers un programme d'amarrage de deux jours signifie généralement que «quelque chose s'est mal passé». Mais cette fois, il n'y a eu aucun dysfonctionnement et pour le Soyouz TMA-18M, un programme de deux jours était initialement prévu. Pourquoi est-ce arrivé?

Visite historique



Deux navires Soyouz amarrés

Au cours des décennies de développement spatial, l'URSS / Russie et les États-Unis ont réussi à essayer des algorithmes d'ancrage de durées très différentes. Le record absolu de vitesse d'amarrage nous appartient - au printemps 1968, deux «Soyouz» sans pilote sous les noms de «Cosmos-212» et «-213» ont réussi à accoster 47 minutes seulement après le lancement du deuxième navire. Le record habité serait également le nôtre si George Beregovoy sur Soyuz-3 pouvait réussir à accoster avec le Soyuz-2 sans pilote - il était à 200 mètres de la cible moins d'une heure après le départ. Mais Beregovoy n'a pas eu de chance, et le record de l'accostage habité le plus rapide appartient à Conrad et Gordon, qui ont réussi à amarrer le Gemini 11 avec la cible d'Agen en 1 heure 34 minutes. Si nous parlons de vols vers les stations orbitales,jusqu'en 2013, les Américains avaient un record - des missions à la station Skylab amarrées 8 heures après le lancement. En URSS, jusqu'en 1986, le schéma de connexion quotidienne a été adopté et, après le démarrage de la station Mir, ils sont passés au schéma de deux jours, qui a également été transféré à l'ISS.

Un peu de physique


Décrire le rapprochement et l'amarrage est simple. Il suffit de former une telle orbite afin d'être proche de la cible, d'éteindre la vitesse relative, de se rapprocher et de s'amarrer. En réalité, bien sûr, ce processus est beaucoup plus compliqué. À l '"Union" n'est possible aucune orbite initiale, et son carburant n'est pas infini. Dans de telles conditions, l'angle de phase et sa plage admissible deviennent des paramètres très importants.

L'angle de phase est l'angle entre le navire et la cible dans le plan orbital.
La plage de phases est l'angle de phase admissible auquel l'accostage est possible.



Pour un circuit de deux jours, la plage de phases est très large - environ 150 °, et l'angle de phase est généralement compris entre 200 et 400 °. Le schéma de six heures est beaucoup plus strict - il est nécessaire de respecter l'angle de phase de 30 ± 15 °. Afin de réussir à accoster en six heures, la balistique est même passée à l'action - immédiatement après le lancement, le navire reçoit des données pour corriger l'orbite en fonction des paramètres de lancement estimés (et dans le monde réel, le lanceur manque toujours un peu). Puis, au deuxième tour, son orbite est analysée sur Terre et des données sont envoyées pour deux impulsions de correction qui corrigent l'erreur d'élimination. N'oubliez pas qu'un tour dure environ 90 minutes, c'est-à-dire pour toutes les opérations d'amarrage, il n'y a que quatre tours.


Le schéma de manoeuvres "Union TMA-16M". Les deux premières impulsions sont calculées, les deux secondes sont correctives. Faites attention aux manœuvres actives - les impulsions vont environ toutes les demi


-heures.Le schéma de manœuvres du Soyouz TMA-18M.

Jongleur mathématicien


Le calcul de la date de lancement et des paramètres dépend d'un grand nombre de restrictions:
  • Le départ vers l'ISS depuis Baïkonour est possible une fois par jour.
  • L'ISS perd de l'altitude de façon imprévisible - en fonction de l'activité solaire.
  • L'ISS pourrait être contraint d'effectuer une manœuvre d'évasion de débris spatiaux un jour inconnu
  • Il faut que l'accostage se fasse du côté jour de l'orbite et dans la visibilité des points de contrôle au sol sur notre territoire.
  • Les paramètres de l'orbite doivent rester compatibles avec les lancements et atterrissages ultérieurs avec un horizon de planification d'environ un an.

Dans de telles conditions, la balistique devient un petit jongleur, prenant en compte non seulement de nombreux paramètres, mais aussi une prévision de leur évolution dans le temps. Pour le programme de six heures, malgré tous les efforts, j'ai même dû faire un soulagement - le départ peut désormais avancer ou reculer un jour.

Le soleil a échoué


L'occasion pour le programme Soyouz TMA-18M de six heures a été perdue en raison de deux facteurs. Premièrement, l'ISS a dû esquiver les débris spatiaux le 26 juillet. Et deuxièmement, le Soleil a échoué - une activité beaucoup plus faible que prévu a rendu le voisinage de la Terre plus «propre» des molécules atmosphériques, et l'ISS a diminué plus lentement que les valeurs calculées. L'occasion de retarder le démarrage d'un jour a été utilisée en juin - en raison de la même évitement des débris et de la faible activité solaire, les paramètres de l'orbite de l'ISS ont rendu la date de lancement du 1er septembre inadaptée. Tout au long du mois d'août, une certaine intrigue a persisté - malgré le rejet d'une correction d'orbite, l'angle de phase s'est approché de la valeur limite. Pas de chance - en fin de compte, il est allé au-delà de la valeur autorisée et il n'y avait plus d'autre alternative, à l'exception du programme de deux jours.



En théorie, on pourrait essayer de ralentir l'ISS, mais c'est une solution très coûteuse - pour ralentir les moteurs Progress, qui est ancré au module Zvezda, il faudrait faire pivoter la station de 400 tonnes à 180 ° deux fois. Trop de carburant serait gaspillé. Il existe une autre option intéressante - le centre de contrôle de Moscou pourrait demander au centre de contrôle de Houston de maintenir les panneaux solaires de l'ISS perpendiculaires à la direction du vol, afin qu'ils "attrapent" le maximum de molécules atmosphériques et ralentissent la station. Mais cette solution n'est pas non plus toujours possible, les panneaux solaires doivent alimenter la station en énergie et ne peuvent pas tourner arbitrairement.

Il n'y a pas de limite à la perfection


Curieusement, l'horaire de six heures n'est pas la limite. Lorsque Soyouz et Progress passent à Soyouz-2.1a, un nouveau support numérique avec une précision de sortie plus élevée éliminera deux impulsions de correction et réduira le vol vers l'ISS d'une révolution ou d'une heure et demie. Selon les assurances balistiques, la plage de phases baissera légèrement, à 25-28 °. En théorie, si vous changez l'algorithme d'approche de l'ISS, le temps de vol peut être encore plus réduit, et même l'accostage en un tour à l'avenir ne semble pas absolument impossible.

Lors de la préparation de la publication utilisée


Vous pouvez sentir les astuces de la balistique orbitale dans le simulateur gratuit Orbiter, essayez de voler vers l'ISS sur Soyouz .

Par le tag "difficultés discrètes " - fusées, moteurs, sites de lancement, orbites, etc.

Source: https://habr.com/ru/post/fr383793/

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