Sistema de controle de movimento de espaçonave Soyuz-TM

Nos meus hubs, quero falar sobre o gerenciamento de naves espaciais tripuladas. Principalmente sobre os navios Soyuz e Ônibus Espacial. Ao longo de 15 anos estudando esses navios, reuni informações suficientes sobre eles, bem como o conhecimento que quero compartilhar com você.

Em Habr, quero falar sobre o modo de abordagem da espaçonave Soyuz com a Estação Espacial Internacional (ISS). Como no espaço, em 70% dos casos de apresentação de informações, as abreviações são usadas, terei que usá-las da mesma maneira, mas tentarei decifrar e explicar seu significado nas mais complexas e incompreensíveis.

Para falar sobre esse modo, precisamos descrever a dinâmica do navio e da estação, bem como descrever os princípios básicos do controle do navio.

Ao se aproximar no espaço, a dinâmica da nave de transporte (TC) e da estação espacial internacional (ISS) pode ser representada na forma de dois movimentos independentes:

• rotação de cada espaçonave em torno de seu centro de massa (atribuição de velocidade angular);
• movimento relativo dos centros de massa do TC e do ISS (atribuições de velocidade linear).

Portanto, o gerenciamento inclui:

• controlar o movimento de cada nave espacial em torno de seu centro de massa ( controle de orientação ou controle da posição angular relativa )
• controle do movimento relativo dos centros de massa da espaçonave (controle do caminho relativo de convergência).

Na prática, no processo de aproximação da ISS, a órbita se move em uma órbita conhecida e mantém uma determinada orientação (em um local previamente configurado para o TC de ancoragem conveniente), de modo que a ISS é chamada de navio passivo (PC). O navio de transporte, que é um navio ativo (AK), tem a tarefa de manobrar, ou seja, controlar a rotação e o movimento em relação ao centro de massa em relação à ISS. Portanto, para a implementação da abordagem do TC ao ISS no sistema de controle de movimento (CMS) do TC, o modo de abordagem (SB) é fornecido.

Quais tarefas o modo de reaproximação resolve?

• seleção do caminho ótimo de aproximação (OTC) da nave espacial com a ISS, com base no consumo mínimo de combustível para sua implementação;
• organização do controle do movimento da CT ao longo do caminho de abordagem selecionado;
• fornecer sobrevôos automáticos (discretos) ou manuais (analógicos) para uma determinada estação de ancoragem da ISS, pairando na frente dela, aproximando-se com parâmetros de movimento relativo que garantem a operação normal do mecanismo de ancoragem;
• fornecendo controle automático sobre o estado do sistema de controle de movimento
• TC no modo fechado. Se ocorrer uma falha, um automático
• mudar para dispositivos que podem ser reparados;
• emissão de informações à tripulação sobre a passagem do modo de aproximação, parâmetros
• o movimento relativo e falhas do TC do TRIBUNAL;
• remoção automática ou manual do TC da ISS na presença de perigo
• colisões.

Portanto, o sistema de abordagem, como qualquer outro sistema de controle, deve atender aos seguintes requisitos:

• consumo mínimo de combustível para reaproximação;
• controle de alta precisão TC;
• simplicidade de implementação de software e instrumento;
• peso mínimo, dimensões e consumo de energia do sistema;
• alta confiabilidade do sistema;
• segurança do processo de convergência.

Além disso, quero observar que, para garantir a passagem do modo de aproximação e a intervenção operacional do CCM no controle da célula de combustível em caso de situações de emergência (NShS) nos estágios críticos da abordagem (sobrevôo, pairar, amarração, atracação), é desejável que essas operações sejam executadas à luz em sessões comunicações, ou seja, nas zonas de visibilidade dos pontos de medição terrestres. Mas as sessões de comunicação são possíveis apenas em determinados intervalos de tempo, devido à localização geográfica dos pontos de medição terrestres e à precessão da órbita devido à rotação diária da Terra. Portanto, é necessário criar esse controle de um navio de transporte no modo de aproximação para trazê-lo para a vizinhança do ISS (distância relativa menor que 1 km) em um determinado ponto no tempo, o que garante uma comunicação confiável e de longo prazo com o MCC e uma situação favorável em preto e branco nos estágios de voo, pouso e ancoragem.

A finalidade do sistema, os requisitos para ele e os prazos, levando em consideração a situação em preto e branco, determinam os princípios de controle de um navio de transporte e os princípios
construindo o TC do tribunal no modo de aproximação.

Agora, vamos tratar de você o princípio de gerenciar o TC no modo SB.

Como os requisitos para o sistema de controle de aproximação são contraditórios, é completamente impossível satisfazê-los, porque é impossível selecionar um método de direcionamento para controlar um navio de transporte que assegure o cumprimento simultâneo de todos os requisitos do sistema. Portanto, na prática, todo o processo de reaproximação é dividido em duas seções:

• seção distante (DU), cuja tarefa é levar o TC para a área da ISS ao longo do caminho ideal de aproximação, ou seja, com consumo mínimo de combustível;
• - a seção local (CU), cuja tarefa é garantir o controle com uma determinada precisão da orientação e movimento do centro de massa do TC em direção à estação de acoplamento selecionada e contato suave ao atracar. Com base nas considerações acima, para um navio de transporte, o sistema de controle de proximidade é implementado usando o método de trajetória livre e o sistema de controle, de acordo com o método de orientação modificado ao longo da linha de visão (aqui, abaixo da linha de visão (LP), é adotada a linha que liga os centros de massa dos objetos convergentes).

Orientação usando o método de trajetória livre

O método de trajetória livre leva em consideração o movimento orbital da espaçonave no campo gravitacional da Terra. Ele permite a transferência de um navio de transporte da órbita de espera para a vizinhança da ISS usando uma manobra de múltiplos pulsos, que consiste em seções do movimento balístico (livre) da nave espacial no campo gravitacional e o movimento controlado (com o sistema de propulsão) da nave espacial. A direção, magnitude e momentos da saída desses pulsos corretivos são calculados a partir da condição de finalmente chegar à vizinhança da ISS. Deve-se notar que o tempo para emissão de pulsos corretivos é muito curto em comparação com o tempo de livre circulação do TC. Assim, a trajetória de abordagem consiste em seções de livre circulação do CT, nos pontos de interface dos quais são emitidos impulsos corretivos. A partir daqui segue o nome do método de orientação. Para os TCs, a orientação ao alvo usando o método de trajetória livre fornece as seguintes abordagens para o ISS:

1. dois pulsos;
2. três pulsos.

Obviamente, existem outros esquemas, mas neste artigo consideraremos apenas esses.

1. No caso de um esquema de dois pulsos, o caminho de aproximação é construído usando uma manobra de 2 pulsos, onde
ΔV1 é projetado para construir uma órbita de interceptação, o que garante que o TC entre na vizinhança OK em um determinado momento no tempo Tzad;
ΔV2 foi projetado para alinhar as velocidades orbitais do TC e OK.



2. No caso de um circuito de três pulsos, o caminho de aproximação é uma transição bellíptica realizada por três pulsos de correção ΔV1, ΔV2, ΔV3 .



Nesse caso, ΔV1 é aplicado na órbita da expectativa para transferir o TC para o interno
órbita de transição elíptica,

ΔV2 - é projetado para a transição do TC para o ISS para um predeterminado
ponto no tempo tzad,
ΔV3 - é necessário para alinhar as velocidades orbitais da nave espacial e da ISS.

Nos artigos a seguir, examinaremos a orientação ao longo da linha de visão, orientação paralela etc.