Registro Progress MS-11: o mais interessante adiante

Na semana passada, o navio de carga Progress MS-11 estabeleceu um novo recorde atracando com o ISS 3 horas e 21 minutos após o lançamento. Este é o segundo navio que voou em um circuito ultra-curto - apenas duas voltas. Desde 2012, quando o Progress M-16M voou de acordo com um cronograma curto de seis horas, o tempo de voo para a ISS diminuiu e agora três horas e meia chegaram - esse não é o limite.


O lançamento do cargueiro, foto CC "Sul" / Roscosmos

Registros tão diferentes

A. Sokolov. Primeira estação espacial experimental (acoplamento das naves Soyuz-4 e -5)

Uma leve ironia histórica é que as primeiras conexões foram rápidas. A URSS mantém um recorde absoluto de velocidade - em 15 de abril de 1968, uma Soyuz não tripulada chamada Cosmos-213 atracou com o mesmo Cosmos-212 apenas 47 minutos após o lançamento. Um ancoradouro tripulado recorde também pode se tornar soviético - o Soyuz-3, pilotado por Georgy Beregovoi, ficou perto do Soyuz-2 não tripulado em menos de uma hora. Mas, infelizmente, no lado noturno da órbita, o astronauta foi incapaz de orientar corretamente o navio, e a doca quebrou. Portanto, o recorde de velocidade de atracação tripulada pertence aos americanos. Lançado em setembro de 1966, o Gemini 11 atracou com o alvo Agen após 1 hora e 34 minutos.

Agora, esses registros não podem ser superados, e a razão está na mecânica orbital. Na URSS, havia dois locais de lançamento no cosmódromo de Baikonur, e o primeiro navio poderia ser colocado em órbita, que passaria pelo cosmódromo um dia depois. Nesse momento, o segundo navio começou, que apareceu imediatamente perto do primeiro. Pela primeira vez, esse truque foi resolvido com os Vostoks -3 e -4, e os cosmonautas Nikolaev e Popovich estavam a uma distância da linha de visão um do outro. Nos Estados Unidos, a leste do espaçoporto, havia um oceano que permitia o lançamento do segundo navio na mesma órbita que o primeiro, duas vezes por dia - na seção ascendente e descendente da órbita. De qualquer forma, o segundo navio lançado se encontrava a uma distância de vários quilômetros do alvo e poderia imediatamente atracar.


Estação Salyut-7 e o navio atracado Soyuz

Quando a operação das estações orbitais começou, esses esquemas deixaram de funcionar devido ao fato de que as estações foram colocadas em órbitas mais altas, desaceleraram com o tempo e os soviéticos também manobraram de forma independente. Como resultado, a URSS e os EUA seguiram caminhos diferentes. Nos EUA, os vôos para a estação Skylab tomaram 6 turnos ou 8,5 horas. Na URSS, eles mudaram para um regime diário. A estação realizou a manobra, preparando sua órbita para receber o navio, que voou por cerca de 24 horas. Quando o complexo orbital Mir foi lançado em meados dos anos 80, era muito pesado para uma manobra especial; portanto, os navios mudaram para um esquema de aproximação de dois dias. Outro fator também influenciou isso - como a prática demonstrou, um dia após o lançamento, os astronautas estavam se adaptando intensamente à gravidade zero, sentiam-se piores e, se necessário, a mudança para o encaixe manual funcionava menos eficientemente e cometeria erros. Um sistema de ancoragem de dois dias começou a ser usado na ISS e, antes do início dos décimos anos, cargas e naves tripuladas chegaram à estação em 34 turnos.

Velocidade e precisão

No início dos décimos anos, a transição para sistemas de controle digital em navios e veículos de lançamento nos permitiu começar experimentos com esquemas de ancoragem mais rápidos. Na RSC Energia, Rafail Farvazovich Murtazin, que trabalha no departamento de balística desde 1979 e agora ocupa o cargo de chefe do departamento, tornou-se o principal entusiasta.


R.F. Murtazin, foto de Vera Tyukalova / “Seu setor espacial”

Mas quanto tempo devo ir? A história mostrou que o regime diário não é ideal. Em geral, de acordo com médicos e astronautas, o período agudo de adaptação à gravidade zero começa após cerca de seis horas no espaço. A segunda limitação foi estabelecida pelo técnico - após a quinta órbita, a órbita muda em relação aos pontos de medição em terra, e fica muito mais difícil controlar a nave. Inicialmente, um circuito de cinco voltas foi desenvolvido, mas, devido aos recursos de controle, ele não pode ser pré-verificado em um navio de carga. Portanto, são precisamente quatro voltas ou seis horas que se tornaram o máximo permitido para um curto-circuito. Além disso, a técnica deve estar funcionando constantemente, um registro para o registro não faz sentido. E para isso foi necessário aprender a resolver problemas técnicos e balísticos. A ISS é a estação mais pesada que já existiu, e as possibilidades de manobra para formar a órbita necessária são muito limitadas. Também é grande, com enormes painéis solares, e é visivelmente inibido pelos restos da atmosfera. E a densidade desses resíduos depende da atividade solar, que não pode ser prevista com meses de antecedência. Além disso, às vezes você precisa realizar manobras para evitar detritos espaciais. Existem também limitações técnicas - a atracação deve ser feita no lado diurno da órbita e na faixa de visibilidade dos pontos de controle de solo. Bem, finalmente, você precisa manter os parâmetros de órbita compatíveis com lançamentos futuros.

O principal parâmetro que determina a possibilidade de atracar é o ângulo de fase e sua faixa permitida. Quando o Soyuz ou Progress é separado do terceiro estágio do veículo de lançamento, eles estão em órbita baixa a uma altitude de aproximadamente 210 km. O ISS voa mais alto a 400-450 km. Para voar para a estação, o navio precisa elevar sua órbita e apontar para o ponto em que a estação estará depois de um tempo. Portanto, no momento da separação entre o navio e a estação, existe um chamado ângulo de fase (na figura, o setor de luz).



O ângulo de fase tem uma faixa de fase válida. Para um esquema de dois dias, era enorme - 150 °. E no circuito de quatro voltas, ficou muito menor - 22 graus (ângulo de fase de 18 ° a 40 °). E então foi necessário aplicar truques técnicos, por exemplo, o navio realiza as duas primeiras manobras no modo autônomo, baseando-se na situação calculada e não na real. Nas manobras subsequentes, quando o erro de retirada ficou conhecido, uma correção foi realizada. Sem esse truque, a faixa de fases teria caído para cerca de 15 graus e teria sido extremamente difícil encaixar nela uma estação de maneira desigual e imprevisível.


Manobras e altitude de órbita da espaçonave Soyuz MS-11, fonte

O limite da excelência

O primeiro Soyuz tripulado foi para a estação de acordo com um curto esquema em 2013, e a equipe apreciou a conveniência da inovação. Mas acabou não sendo o ideal - os astronautas têm um dia de trabalho muito longo, 18 a 20 horas, dos quais 11 devem ser gastos em trajes espaciais. Havia um desejo óbvio de reduzir ainda mais o tempo do início ao encaixe. Porém, quanto menor o tempo de vôo, menor a faixa de fase permitida. Novos truques balísticos vieram em socorro - se você permitir o lançamento do navio em uma órbita de inclinação ligeiramente diferente, poderá manobrar adicionalmente o tempo de lançamento, expandindo os limites da faixa de fases. Já no espaço, o navio (ou o terceiro estágio do veículo de lançamento) executará uma manobra adicional para o lado, a fim de combinar os planos das órbitas, porque o acoplamento requer planos correspondentes (coplanares). Assim, nasceu o esquema de aproximação ultra-curta de duas voltas.



As primeiras tentativas não tiveram êxito - devido a problemas técnicos, os lançamentos do Progress no final de 2017 e no início de 2018 foram alterados para reservar dias, forçando o uso de um esquema de backup de dois dias que se tornou disponível. O primeiro "Progresso", de acordo com um esquema ultracurto, voou no verão passado e chegou à estação em 3 horas e 40 minutos. E agora o segundo teste passou com sucesso, no qual o tempo foi reduzido um pouco mais, para 3 horas e 21 minutos.

Observe que no esquema de proximidade de duas voltas, a faixa de fases caiu para 6 ° (de 12 ° para 18 °). Apesar de todos os truques, pegar uma estação dentro da faixa aceitável agora é ainda mais difícil, e os voos bem-sucedidos mostram um aumento no nível de controle e gerenciamento da ISS grande e pesada. E esse não é o limite - Rafail Farvazovich em 2013 sonhava em atracar em uma rodada! Para fazer isso, você precisará alterar a área de aproximação autônoma, mas o problema parece estar resolvido. Portanto, é bem possível que em alguns anos a Soyuz pareça ainda mais uma gazela suburbana - "uma hora e meia em condições apertadas, e você estará na ISS". E as dificuldades técnicas e matemáticas que esse pequeno vôo oferece será uma surpresa incrível para os curiosos, que querem se aprofundar.