Progrès Record MS-11: le plus intéressant à venir

La semaine dernière, le cargo Progress MS-11 a établi un nouveau record en arrivant à l'ISS 3 heures et 21 minutes après son lancement. Il s'agit du deuxième navire qui a volé dans un ultra-court-circuit - seulement deux tours. Depuis 2012, lorsque le Progress M-16M a volé selon un horaire court de six heures, le temps de vol vers l'ISS a diminué, et maintenant trois heures et demie ont atteint - ce n'est pas la limite.


Le lancement du cargo, photo CC "Sud" / Roscosmos

Ces différents enregistrements

A. Sokolov. Première station spatiale expérimentale (amarrage de vaisseaux spatiaux Soyouz-4 et -5)

Une légère ironie historique est que les premières connexions ont été rapides. L'URSS enregistre un record de vitesse absolu - le 15 avril 1968, un Soyouz sans pilote appelé Cosmos-213 accosté avec le même Cosmos-212 à peine 47 minutes après son lancement. Un accostage habité record pourrait également devenir soviétique - Soyouz-3, qui était piloté par George Beregovoi, est devenu proche du Soyouz-2 sans pilote en moins d'une heure. Mais, hélas, du côté nuit de l'orbite, l'astronaute n'a pas pu orienter correctement le navire et l'amarrage s'est rompu. Le record de vitesse d'accostage habité appartient donc aux Américains. Lancé en septembre 1966, le Gemini 11 s'est amarré à la cible d'Agen après 1 heure 34 minutes.

Maintenant, de tels records ne peuvent pas être dépassés, et la raison réside dans la mécanique orbitale. En URSS, il y avait deux sites de lancement au cosmodrome de Baïkonour, et le premier navire pourrait être mis en orbite, qui passerait sur le cosmodrome un jour plus tard. À ce moment, le deuxième navire a commencé, qui est immédiatement apparu près du premier. Pour la première fois, un tel tour a été tourné avec les Vostoks -3 et -4, et les cosmonautes Nikolaev et Popovich étaient à distance de vue l'un de l'autre. Aux États-Unis, à l'est du port spatial, il y avait un océan, qui permettait de lancer le deuxième navire sur la même orbite que le premier, deux fois par jour - dans la section ascendante et descendante de l'orbite. Dans tous les cas, le deuxième navire lancé s'est retrouvé à une distance de plusieurs kilomètres de la cible et a pu immédiatement accoster.


Station Salyut-7 et navire amarré Soyouz

Lorsque l'exploitation des stations orbitales a commencé, ces plans ont cessé de fonctionner en raison du fait que les stations ont été lancées sur des orbites plus élevées, ralenties au fil du temps et que le Soviétique a également manœuvré indépendamment. En conséquence, l'URSS et les États-Unis ont suivi des voies différentes. Aux États-Unis, les vols vers la station Skylab ont pris 6 tours ou 8,5 heures. En URSS, ils sont passés à un régime quotidien. La station a effectué la manœuvre, préparant son orbite pour recevoir le navire, qui a volé pendant environ 24 heures. Lorsque le complexe orbital Mir a été lancé au milieu des années 80, il était trop lourd pour une manœuvre spéciale, de sorte que les navires sont passés à un plan d'approche de deux jours. Un autre facteur a également affecté cela - comme le montre la pratique, un jour après le lancement, les astronautes se sont fortement adaptés à la gravité zéro, ils se sont sentis moins bien et, si nécessaire, le passage à l'amarrage manuel a fonctionné moins efficacement et a fait des erreurs. Un plan d'amarrage de deux jours a commencé à être utilisé sur l'ISS, et avant le début des dix ans, des cargaisons et des engins spatiaux habités ont atteint la station en 34 tours.

Vitesse et précision

Au début de la dixième année, la transition vers des systèmes de contrôle numérique sur les navires et les lanceurs nous a permis de commencer des expériences avec des schémas d'accostage plus rapides. Au RSC Energia, Rafail Farvazovich Murtazin, qui travaille au service de balistique depuis 1979 et occupe désormais le poste de chef de service, est devenu le principal passionné.


R.F. Murtazin, photo de Vera Tyukalova / «Votre secteur spatial»

Mais combien de temps dois-je y aller? L'histoire a montré que le régime quotidien n'est pas optimal. En général, selon les médecins et les astronautes, la période aiguë d'adaptation à la gravité zéro commence après environ six heures dans l'espace. La deuxième limitation a été fixée par le technicien - après la cinquième orbite, l'orbite se déplace par rapport aux points de mesure au sol, et il devient beaucoup plus difficile de contrôler le navire. Initialement, un circuit à cinq tours a été développé, mais il s'est avéré qu'en raison des caractéristiques de contrôle, il ne pouvait pas être pré-contrôlé sur un cargo. Ainsi, ce sont précisément quatre tours ou six heures qui sont devenus le maximum autorisé pour un court-circuit. De plus, la technique doit fonctionner en permanence, un enregistrement pour l'enregistrement n'a pas de sens. Et pour cela, il fallait apprendre à résoudre les problèmes techniques et balistiques. L'ISS est la station la plus lourde qui ait jamais existé, et les possibilités de manœuvre pour former l'orbite requise sont très limitées. Il est également grand, avec d'énormes panneaux solaires, et est sensiblement inhibé par les restes de l'atmosphère. Et la densité de ces résidus dépend de l'activité solaire, qui n'est pas prévisible des mois à l'avance. De plus, il faut parfois effectuer des manœuvres pour éviter les débris spatiaux. Il existe également des limites techniques - l'accostage doit être effectué du côté jour de l'orbite et dans la plage de visibilité des points de contrôle au sol. Eh bien, enfin, vous devez garder les paramètres d'orbite compatibles avec les lancements futurs.

Le paramètre principal qui détermine la possibilité d'accostage est l'angle de phase et sa plage admissible. Lorsque le Soyouz ou le Progress est séparé du troisième étage du lanceur, ils sont en orbite basse à une altitude d'environ 210 km. L'ISS vole plus haut à 400-450 km. Pour voler jusqu'à la station, le navire doit élever son orbite et viser le point où la station se trouvera après un certain temps. Par conséquent, au moment de la séparation entre le navire et la station, il existe un soi-disant angle de phase (sur la figure, il y a un secteur lumineux).



L'angle de phase a une plage de phases valide. Pour un programme de deux jours, c'était juste énorme - 150 °. Et dans le circuit à quatre tours, il s'est avéré être beaucoup plus petit - 22 degrés (angle de phase de 18 ° à 40 °). Et puis il a fallu appliquer des astuces techniques, par exemple, le navire effectue les deux premières manœuvres en mode autonome, en s'appuyant sur la situation calculée et non sur la situation réelle. Dans les manœuvres suivantes, lorsque l'erreur de retrait est devenue connue, une correction a été effectuée. Sans cette astuce, la plage de phases serait tombée à environ 15 degrés, et il aurait été extrêmement difficile d'y intégrer une station décroissante de manière inégale et imprévisible.


Manoeuvres et altitude en orbite du satellite Soyouz MS-11, source

La limite de l'excellence

Le premier Soyouz habité s'est rendu à la station selon un programme court en 2013, et l'équipage a apprécié la commodité de l'innovation. Mais cela ne s'est pas avéré idéal - les astronautes ont une très longue journée de travail, 18-20 heures, dont 11 doivent être passées dans des combinaisons spatiales. Il y avait un désir évident de réduire encore plus le temps du début à l'accostage. Mais plus le temps de vol est court, plus la plage de phases admissible est petite. De nouvelles astuces balistiques sont venues à la rescousse - si nous permettons le lancement du navire sur une orbite d'inclinaison légèrement différente, nous pouvons en outre manoeuvrer le temps de lancement, élargissant les limites de la plage de phases. Déjà dans l'espace, le navire (ou la troisième étape du lanceur) effectuera une manœuvre supplémentaire sur le côté afin de combiner les plans des orbites, car l'amarrage nécessite des plans (coplanaires) correspondants. Le schéma de rapprochement ultra-court à deux tours est donc né.



Les premières tentatives ont échoué - en raison de problèmes techniques, les lancements de Progress à la fin de 2017 et au début de 2018 ont été décalés en jours de réserve, forçant l'utilisation d'un système de sauvegarde de deux jours qui était devenu disponible. Le premier «Progress» selon un schéma ultra-court a volé l'été dernier et a atteint la station en 3 heures 40 minutes. Et maintenant, le deuxième test a réussi, dans lequel le temps a été réduit un peu plus, à 3 heures 21 minutes.

Veuillez noter que dans le schéma de proximité à deux tours, la plage de phases est tombée à 6 ° (de 12 ° à 18 °). Malgré toutes les astuces, attraper une station dans la plage acceptable est maintenant encore plus difficile, et les vols réussis montrent une augmentation du niveau de contrôle et de gestion de la grande et lourde ISS. Et ce n'est pas la limite - Rafail Farvazovich en 2013 rêvait de s'amarrer en un tour! Pour ce faire, vous devrez changer le domaine du rapprochement autonome, mais le problème semble résolu. Ainsi, il est fort possible que dans quelques années le Soyouz ressemblera encore plus à une Gazelle de banlieue - «une heure et demie dans des conditions exiguës, et vous êtes sur l'ISS». Et les difficultés techniques et mathématiques qu'offre ce court vol seront une étonnante surprise pour les curieux, qui veulent creuser plus profondément.