Système de contrôle de mouvement de vaisseau spatial Soyouz-TM

Dans mes hubs, je veux vous parler de la gestion des engins spatiaux habités. Surtout sur les navires Soyouz et la navette spatiale. Pendant plus de 15 ans d'étude de ces navires, j'ai rassemblé suffisamment d'informations à leur sujet, ainsi que les connaissances que je souhaite partager avec vous.

Sur Habr, je veux vous parler du mode d'approche du vaisseau spatial Soyouz avec la Station spatiale internationale (ISS). Étant donné que dans l'espace dans 70% des cas de présentation d'informations, des abréviations sont utilisées, je devrai les utiliser de la même manière, mais j'essaierai de déchiffrer et d'expliquer leur signification dans les plus complexes et incompréhensibles.

Afin de parler de ce mode, nous devons décrire la dynamique du navire et de la station, ainsi que décrire les principes de base du contrôle des navires.

À l'approche de l'espace, la dynamique du navire de transport (TC) et de la station spatiale internationale (ISS) peut être représentée sous la forme de deux mouvements indépendants:

• rotation de chacun des engins spatiaux autour de son centre de masse (affectation de la vitesse angulaire);
• mouvement relatif des centres de masse du TC et de l'ISS (affectations de vitesse linéaire).

Par conséquent, la gestion comprend:

• contrôler le mouvement de chaque vaisseau spatial autour de son centre de masse ( contrôle d' orientation ou contrôle de la position angulaire relative )
• contrôle du mouvement relatif des centres de masse de l'engin spatial (contrôle du chemin relatif de convergence).

En pratique, dans le processus d'approche, l'ISS se déplace sur une orbite bien connue et maintient une orientation prédéterminée (dans le TC défini au préalable pour plus de commodité), l'ISS est donc appelé un navire passif (PC). Le navire de transport, qui est un navire actif (AK), a pour tâche de manœuvrer, c'est-à-dire de contrôler la rotation et le mouvement par rapport au centre de masse par rapport à l'ISS. Par conséquent, pour la mise en œuvre de l'approche du TC vers l'ISS dans le système de commande de mouvement (CMS) du TC, le mode d'approche (SB) est fourni.

Quelles tâches le mode de rapprochement résout-il?

• sélection de la trajectoire d'approche optimale (OTC) de l'engin spatial avec l'ISS, en fonction de la consommation minimale de carburant pour sa mise en œuvre;
• organisation du contrôle du mouvement de TC le long de la trajectoire d'approche choisie;
• fournir des survols automatiques (discrets) ou manuels (analogiques) à une station d'accueil donnée de l'ISS, planant devant elle, s'approchant avec des paramètres de mouvement relatifs qui assurent le fonctionnement normal du mécanisme d'accueil;
• contrôle automatique de l'état du système de commande de mouvement
• TC en mode fermé. En cas de défaillance, un
• passage à des appareils réparables;
• information de l'équipage sur le passage du mode d'approche, paramètres
• le mouvement relatif et les échecs du TC COUR;
• assurer le retrait automatique ou manuel du TC de l'ISS en présence de danger
• collisions.

Ainsi, le système d'approche, comme tout autre système de contrôle, doit satisfaire aux exigences suivantes:

• consommation minimale de carburant pour le rapprochement;
• contrôle de haute précision TC;
• simplicité de mise en œuvre des logiciels et des instruments;
• poids, dimensions et consommation d'énergie minimum du système;
• haute fiabilité du système;
• sécurité du processus de rapprochement.

De plus, je tiens à noter qu'afin d'assurer le passage du mode d'approche et l'intervention opérationnelle du MCC dans le contrôle de la pile à combustible en cas de situations d'urgence (NShS) aux étapes critiques d'approche (survol, vol stationnaire, amarrage, amarrage), il est souhaitable que ces opérations soient effectuées à la lumière en séances communications, c'est-à-dire dans les zones de visibilité des points de mesure au sol. Mais les sessions de communication ne sont possibles qu'à certains intervalles de temps, en raison de la situation géographique des points de mesure au sol et de la précession de l'orbite due à la rotation quotidienne de la Terre. Par conséquent, il est nécessaire de créer un tel contrôle d'un navire de transport en mode d'approche afin de l'amener à proximité de l'ISS (distance relative inférieure à 1 km) à un moment donné, ce qui garantit une communication fiable et à long terme avec le MCC et une situation en noir et blanc favorable aux étapes du vol, de l'atterrissage et de l'amarrage.

Le but du système, ses exigences et les délais, en tenant compte de la situation en noir et blanc, déterminent les principes de contrôle d'un navire de transport et les principes
construire la cour TC en mode rapprochement.

Voyons maintenant le principe de gestion du TC en mode SB.

Étant donné que les exigences du système de contrôle d'approche sont contradictoires, il est totalement impossible de les satisfaire, car il est impossible de sélectionner une telle méthode de guidage de la cible pour contrôler un navire de transport qui garantirait la satisfaction simultanée de toutes les exigences du système. Par conséquent, dans la pratique, l'ensemble du processus de rapprochement est divisé en deux sections:

• section éloignée (DU), dont la tâche est d'amener le TC dans la zone de l'ISS le long de la trajectoire d'approche optimale, c'est-à-dire avec une consommation de carburant minimale;
• - la section proche (CU), dont la tâche est de contrôler, avec une précision donnée, l'orientation et le mouvement du centre de masse du TC vers la station d'accueil sélectionnée et le contact doux lors de l'accostage. Sur la base des considérations ci-dessus, pour un navire de transport, le contrôle de proximité est mis en œuvre en utilisant la méthode de la trajectoire libre, et la base de contrôle est une méthode de guidage modifiée le long de la ligne de visée (ici, sous la ligne de visée (LP), la ligne reliant les centres de masse des objets convergents est adoptée).

Guidage utilisant la méthode de la trajectoire libre

La méthode de la trajectoire libre prend en compte le mouvement orbital de l'engin spatial dans le champ gravitationnel de la Terre. Il permet le transfert d'un navire de transport de l'orbite d'attente au voisinage de l'ISS à l'aide d'une manœuvre à impulsions multiples, qui se compose de sections du mouvement balistique (libre) de l'engin spatial dans le champ gravitationnel et du mouvement contrôlé (avec le système de propulsion activé) de l'engin spatial. La direction, l'amplitude et les moments de la sortie de ces impulsions correctives sont calculés à partir de la condition de se retrouver finalement à proximité de l'ISS. Il est à noter que le temps d'émission des impulsions correctives est très court par rapport au temps de libre circulation du TC. Ainsi, la trajectoire d'approche est constituée de sections de libre circulation du TC, aux points de conjonction desquels des impulsions correctives sont émises. D'ici suit le nom de la méthode de guidage. Pour les TC, le guidage ciblé utilisant la méthode de la trajectoire libre prévoit les approches suivantes de l'ISS:

1. deux impulsions;
2. trois impulsions.

Bien sûr, il existe d'autres schémas, mais dans cet article, nous n'envisagerons que ceux-ci.

1. Dans le cas d'un circuit à deux impulsions, la trajectoire d'approche est construite à l'aide d'une manœuvre à 2 impulsions, où
ΔV1 est conçu pour construire une orbite d'interception, ce qui garantit que le TC pénètre dans le voisinage OK à un instant donné Tzad;
ΔV2 est conçu pour aligner les vitesses orbitales du TC et OK.



2. Dans le cas d'un circuit à trois impulsions, le chemin d'approche est une transition belliptique réalisée par trois impulsions de correction ΔV1, ΔV2, ΔV3 .



Dans ce cas, ΔV1 est appliqué dans l'orbite de l'attente pour transférer le TC à l'interne
orbite de transition elliptique,

ΔV2 - est conçu pour la transition du TC vers l'ISS vers une zone prédéterminée
point dans le temps tzad,
ΔV3 - est nécessaire pour aligner les vitesses orbitales de l'engin spatial et de l'ISS.

Dans les articles suivants, nous examinerons le guidage selon la ligne de visée, le guidage parallèle, etc.