Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Встреча на этапе подъема лунного модуля " Орел" с командным модулем " Колумбия" на лунной орбите после возвращения с посадки

Стыковка ( / г ɒ н д v ¯u / ) представляет собой набор орбитальных маневров , в течение которого два космических аппаратов , один из которых часто является космической станция , поступают в той же орбиту и подходе к очень близкому расстоянию (например , в пределах визуальный контакт). Рандеву требует точного совпадения орбитальных скоростей и векторов положения двух космических кораблей, что позволяет им оставаться на постоянном расстоянии за счет удержания орбитальной станции . За рандеву может последовать швартовка, а может и не быть., процедуры, которые приводят космический корабль в физический контакт и создают связь между ними.

Тот же метод сближения можно использовать для «посадки» космического корабля на естественные объекты со слабым гравитационным полем, например, для посадки на одну из марсианских лун потребуется такое же согласование орбитальных скоростей, за которым следует «спуск», который имеет некоторые сходства с стыковкой. .

История [ править ]

В своей первой программы полетов человека в космос Восток , то Советский Союз запустил пары космических аппаратов с той же стартовой площадки, один или два дня друг от друга ( Восток - 3 и 4 в 1962 году, и Восток 5 и 6 в 1963 году). В каждом случае системы наведения ракет-носителей выводили два корабля на почти идентичные орбиты; однако это было недостаточно точно, чтобы достичь сближения, поскольку «Востоку» не хватало двигателей для маневрирования, чтобы настроить свою орбиту в соответствии с орбитой своего близнеца. Первоначальное разделительное расстояние находилось в диапазоне от 5 до 6,5 километров (от 3,1 до 4,0 миль) и постепенно увеличивалось до тысяч километров (более тысячи миль) в ходе миссий. [1] [2]

В 1963 году Базз Олдрин представил свою докторскую диссертацию под названием « Методы наведения в прямой видимости для пилотируемого орбитального сближения». [3] Как астронавт НАСА, Олдрин работал над «преобразованием сложной орбитальной механики в относительно простые планы полета для моих коллег». [4]

Первая попытка не удалась [ править ]

Первая попытка сближения была предпринята 3 июня 1965 года, когда американский астронавт Джим МакДивитт попытался маневрировать на своем корабле « Джемини-4», чтобы встретить разгонный блок ракеты-носителя « Титан II» . МакДивитт не смог подойти достаточно близко, чтобы удержаться на месте, из-за проблем с восприятием глубины и выброса метательного заряда ступени, который продолжал перемещать его. [5] Однако попытки сближения «Близнецов 4» не увенчались успехом, в основном потому, что инженерам НАСА еще предстояло изучить орбитальную механику.участвует в процессе. Просто навести носовую часть боевой машины на цель и произвести укол не удалось. Если цель находится впереди по орбите, и сопровождающий аппарат увеличивает скорость, его высота также увеличивается, фактически удаляя его от цели. Более высокая высота увеличивает орбитальный период из-за третьего закона Кеплера , помещая трекер не только выше, но и позади цели. Правильная техника требует изменения орбиты транспортного средства слежения, чтобы позволить цели сближения либо догнать, либо быть догоненной, а затем в нужный момент перейти на ту же орбиту, что и цель, без относительного движения между транспортными средствами (например, трекер на более низкую орбиту, которая имеет более короткий период обращения, что позволяет ему догнать,затем выполнение передачи Хоманаобратно к исходной орбитальной высоте). [6]

Как позже заметил инженер GPO Андре Мейер: «Есть хорошее объяснение того, что пошло не так с рандеву». Экипаж, как и все остальные в MSC , «просто не понимал и не разбирался в орбитальной механике . В результате мы все стали намного умнее и действительно усовершенствовали маневры сближения, которые сейчас использует Apollo ».

-  [6]

Первое успешное рандеву [ править ]

Gemini 7 сфотографировано с Gemini 6 в 1965 году.

Впервые рандеву успешно совершил американский астронавт Уолли Ширра 15 декабря 1965 года. Ширра маневрировал космическим кораблем Gemini 6 в пределах 30 см от его родственного корабля Gemini 7 . Космические корабли не были оборудованы для стыковки друг с другом, но поддерживали стационарную стоянку более 20 минут. Позднее Ширра прокомментировал: [7]

Кто-то сказал ... когда вы приближаетесь к пяти километрам, вы встретились. Если кто-то думает, что они устроили рандеву на расстоянии трех миль (5 км), веселитесь! Тогда мы начали свою работу. Я не думаю, что рандеву закончится, пока вы не остановитесь - полностью остановитесь - без относительного движения между двумя транспортными средствами на расстоянии примерно 120 футов (37 м). Это рандеву! С этого момента это ведение дел. Вот когда вы можете вернуться и поиграть в игру с вождением автомобиля, самолетом или скейтбордом - все очень просто.

Он использовал другой пример, чтобы описать разницу между достижениями двух стран: [8]

[Русское рандеву] было мимолетным взглядом - эквивалент мужчины, идущего по оживленной главной улице, где проносится много машин, и он замечает симпатичную девушку, идущую по другой стороне. Он говорит «Эй, подожди», но она ушла. Это беглый взгляд, а не рандеву. Теперь, если тот же самый мужчина может прорваться сквозь весь этот поток машин и укусить девушку за ухо, вот и свидание!

Первая стыковка [ править ]

Мишень Gemini 8 Agena
Стыковка Gemini 8 с Agena в марте 1966 г.

Первая стыковка двух космических кораблей была осуществлена ​​16 марта 1966 года, когда « Джемини-8» под командованием Нила Армстронга встретились и состыковались с беспилотным транспортным средством «Аджена» . Gemini 6 должен был стать первой стыковочной миссией, но ее пришлось отменить, когда во время запуска была уничтожена машина Agena этой миссии. [9]

Советский Союз осуществил первую автоматическую стыковку между Космосом 186 и Космосом 188 без экипажа 30 октября 1967 года [10].

Первым советским космонавтом, который попытался стыковаться вручную, был Георгий Береговой, который безуспешно пытался состыковать свой корабль «Союз-3» с беспилотным « Союзом-2» в октябре 1968 года. Ему удалось поднять свой корабль с 200 метров (660 футов) до 30 сантиметров. (1 фут), но не смог состыковаться до того, как израсходовал топливо для маневрирования. [ необходима цитата ]

Первая успешная стыковка Советского Союза с экипажем произошла 16 января 1969 года, когда Союз 4 и Союз 5 состыковались и обменялись двумя членами экипажа. [ необходима цитата ]

Первое сближение двух космических кораблей из разных стран произошло в 1975 году, когда космический корабль «Аполлон» состыковался с космическим кораблем «Союз» в рамках миссии « Аполлон – Союз ». [11]

Первое кратное пространство стыковки имело место , когда и Союз 26 и Союз 27 были пристыкован к Салют 6 космической станции в период с января 1978 года [ править ]

Использует [ редактировать ]

Поврежденный солнечные батареи на Мир» s Спектр модуль после столкновения с необитаемыми космическими кораблями Прогресса в сентябре 1997 года в рамках Шаттл-Мире . Для снабжения станции использовался корабль "Прогресс". На этом космическом рандеву «Прогресс» столкнулся с «Миром», начав разгерметизацию, которая была остановлена ​​закрытием люка в « Спектр» .

Встреча происходит каждый раз, когда космический корабль доставляет членов экипажа или припасы на орбитальную космическую станцию. Первым космическим кораблем, сделавшим это, был Союз-11 , который 7 июня 1971 года успешно состыковался со станцией Салют-1 . [12] В рамках пилотируемых космических полетов человек успешно встретился с шестью станциями Салюта , Скайлэбом , Миром и Международной космической станцией (МКС). В настоящее время космический корабль Союзиспользуются примерно с шестимесячным интервалом для перевозки членов экипажа на МКС и обратно. С введением программы НАСА для коммерческих экипажей США получили возможность использовать свою собственную ракету-носитель вместе с «Союзом», обновленной версией Cargo Dragon компании SpaceX; Crew Dragon. [13]

Роботизированные космические корабли также используются для сближения с космическими станциями и пополнения запасов. Космические корабли " Союз" и " Прогресс" автоматически состыковались как с Миром [14], так и с МКС с помощью системы стыковки "Курс". Европейская автоматизированная транспортная система также использовала эту систему для стыковки с российским сегментом МКС. Некоторые космические корабли без экипажа используют причальный механизм НАСА, а не стыковочный порт . Японский транспортный корабль H-II (HTV), SpaceX Dragon и Cygnus Orbital SciencesВсе космические корабли маневрируют для близкого сближения и удерживаются на месте, позволяя МКС Canadarm2 захватить и переместить космический корабль к причальному порту на американском сегменте. Однако обновленной версии Cargo Dragon больше не нужно будет причалить, а вместо этого она будет автономно стыковаться непосредственно с космической станцией. В российском сегменте используются только стыковочные порты, поэтому HTV, Dragon и Cygnus не могут найти там причал. [15]

Космическое рандеву использовалось для множества других целей, включая недавние миссии по обслуживанию космического телескопа Хаббл . Исторически сложилось так, что для миссий проекта «Аполлон», которые высаживали астронавтов на Луну , этап подъема лунного модуля « Аполлон» должен был встретиться и состыковаться с командно-служебным модулем « Аполлон» в маневрах сближения на лунной орбите . Кроме того, экипаж STS-49 встретился со спутником связи Intelsat VI F-3 и прикрепил к нему ракетный двигатель, чтобы он мог совершить орбитальный маневр . [ необходима цитата ]

Возможная будущая встреча может быть осуществлена ​​с помощью еще не разработанного автоматизированного роботизированного транспортного средства Хаббл (HRV) и CX-OLEV , который разрабатывается для сближения с геостационарным спутником , у которого закончилось топливо. CX-OLEV возьмет на себя обслуживание орбитальной станции и / или, наконец, выведет спутник на орбиту захоронения, после чего CX-OLEV, возможно, можно будет повторно использовать для другого спутника. Постепенный перевод с геостационарной переходной орбиты на геостационарную орбиту с использованием двигателей на эффекте Холла займет несколько месяцев . [16]

В качестве альтернативы два космических корабля уже вместе, и просто отстыковываются и стыкуются другим способом:

  • Космический корабль "Союз" из одной точки стыковки в другую на МКС или "Салют" [ ссылка ]
  • В космическом корабле Apollo маневр, известный как перестановка, стыковка и извлечение, был выполнен примерно через час после транслунной инъекции третьей ступени ракеты Saturn V / LM внутри адаптера LM / CSM (в порядке снизу вверх на запуск, а также приказ сзади вперед по отношению к текущему движению), с экипажем CSM, LM на этом этапе без экипажа: [ необходима цитата ]
    • CSM отделился, а четыре верхние панели адаптера LM были удалены
    • CSM повернулся на 180 градусов (от двигателя назад, в сторону LM, вперед)
    • CSM был подключен к LM, в то время как тот еще был подключен к третьей ступени
    • комбинация CSM / LM затем отделена от третьей ступени

NASA иногда относится к «Рандеву, Proximity-операций , Стыковка и расстыковки » (RPODU) для множества всех процедур космического полета, которые обычно необходимы вокруг операций космических аппаратов , где два космических аппаратов работают в непосредственной близости друг от друга с намерением соединиться друг с другом. [17]

Этапы и методы [ править ]

Командно-служебный модуль Чарли Брауна, вид с лунного модуля Снупи

Стандартная техника сближения и стыковки - стыковка активной машины, «преследователя», с пассивной «целью». Этот метод успешно использовался в программах Gemini, Apollo, Apollo / Soyuz, Salyut, Skylab, Mir, ISS и Tiangong. [ необходима цитата ]

Чтобы правильно понять сближение космического корабля, важно понимать связь между скоростью космического корабля и орбитой. Космический корабль на определенной орбите не может произвольно изменять свою скорость. Каждая орбита соответствует определенной орбитальной скорости. Если космический корабль запускает двигатели и увеличивает (или уменьшает) свою скорость, он получит другую орбиту, которая коррелирует с более высокой (или меньшей) скоростью. Для круговых орбит более высокие орбиты имеют меньшую орбитальную скорость. Более низкие орбиты имеют более высокую орбитальную скорость.

Для сближения на орбите оба космических аппарата должны находиться в одной орбитальной плоскости , и фаза орбиты (положение космического корабля на орбите) должна быть согласована. Для стыковки скорость двух транспортных средств также должна быть согласована. «Преследователь» размещается на несколько более низкой орбите, чем цель. Чем ниже орбита, тем выше орбитальная скорость. Таким образом, разница в орбитальных скоростях преследователя и цели такова, что преследователь быстрее цели и догоняет ее. [ необходима цитата ]

Как только два космических корабля подойдут достаточно близко, орбита преследователя синхронизируется с орбитой цели. То есть чейзер будет ускоряться. Это увеличение скорости переносит охотника на более высокую орбиту. Увеличение скорости выбрано таким образом, чтобы охотник приблизительно принимал орбиту цели. Постепенно преследователь приближается к цели до тех пор, пока не могут быть начаты операции сближения (см. Ниже). На самой последней стадии скорость закрытия снижается за счет использования системы управления реакцией активного транспортного средства . Обычно стыковка происходит со скоростью от 0,1 фута / с (0,030 м / с) до 0,2 фута / с (0,061 м / с). [18]

Фазы рандеву [ править ]

Космическое сближение активного или «преследующего» космического корабля с (предполагаемым) пассивным космическим кораблем может быть разделено на несколько этапов и обычно начинается с двух космических кораблей на отдельных орбитах, обычно разделенных более чем 10 000 километров (6200 миль): [ 19]

Для выполнения поступательных и вращательных маневров, необходимых для операций сближения и стыковки, могут использоваться различные методы . [21]

Методы подхода [ править ]

Два наиболее распространенных метода захода на посадку для операций сближения - это синхронизация с траекторией полета космического корабля (называемая V-образной балкой, так как она находится вдоль вектора скорости цели) и перпендикулярно траектории полета по линии радиуса орбиты (называемой R-полосой, так как она расположена вдоль радиального вектора цели относительно Земли). [19] Выбранный метод захода на посадку зависит от безопасности, конструкции космического корабля / двигателя малой тяги, графика миссии и, особенно для стыковки с МКС, от местоположения назначенного стыковочного порта.

V-образный подход

Подход с V-образным стержнем - это приближение "охотника" по горизонтали вдоль вектора скорости пассивного космического корабля. То есть сзади или спереди и в том же направлении, что и орбитальное движение пассивной цели. Движение идет параллельно орбитальной скорости цели. [19] [22]При подходе с V-образной балкой сзади охотник запускает небольшие подруливающие устройства, чтобы увеличить его скорость в направлении цели. Это, конечно, также выводит охотника на более высокую орбиту. Чтобы удерживать преследователь на V-векторе, другие подруливающие устройства запускаются в радиальном направлении. Если это не указано (например, из-за отказа двигателя), преследователь будет переведен на более высокую орбиту, которая связана с орбитальной скоростью ниже, чем у цели. Следовательно, цель движется быстрее, чем преследователь, и расстояние между ними увеличивается. Это называется естественным тормозным эффектом и является естественной защитой в случае отказа подруливающего устройства. [ необходима цитата ]

STS-104 был третьим космическим челноком, совершившим прибытие V-образной планки на Международную космическую станцию . [23] V-образный стержень, или вектор скорости , проходит по линии непосредственно перед станцией. Шаттлы подходят к МКС по V-образной балке при стыковке с стыковочным узлом ПМА-2 . [24]

R-барный подход

Подход с R-образным стержнем состоит из движения преследователя ниже или выше целевого космического корабля по его радиальному вектору. Движение ортогонально орбитальной скорости пассивного космического корабля. [19] [22]Находясь ниже цели, охотник запускает радиальные двигатели, чтобы приблизиться к цели. Этим он увеличивает свою высоту. Однако орбитальная скорость преследователя остается неизменной (срабатывание двигателя в радиальном направлении не влияет на орбитальную скорость). Теперь в немного более высоком положении, но с орбитальной скоростью, не соответствующей местной круговой скорости, охотник немного отстает от цели. Небольшие импульсы ракеты в направлении орбитальной скорости необходимы для удержания преследователя вдоль радиального вектора цели. Если эти ракетные импульсы не выполняются (например, из-за отказа двигателя), преследователь уйдет от цели. Это естественный тормозной эффект. Для подхода с R-образной балкой этот эффект сильнее, чем для подхода с V-образной балкой, что делает подход с R-образной балкой более безопасным из двух. [ необходима цитата ] В общем, подход снизу с R-образным стержнем предпочтительнее, так как преследователь находится на более низкой (более быстрой) орбите, чем цель, и, таким образом, "догоняет" ее. При подходе сверху с R-образным стержнем преследователь находится на более высокой (медленной) орбите, чем цель, и поэтому должен ждать, пока цель приблизится к ней. [ необходима цитата ]

Astrotech предложили удовлетворить потребности МКС в грузовых перевозках с помощью транспортного средства, которое будет приближаться к станции, «используя традиционный подход к надирной R-образной балке». [25] Подход R-bar надиром также используется для полетов к МКС транспортных средств H-II и космических аппаратов SpaceX Dragon . [26] [27]

Z-образный подход

Приближение активного, или «преследующего», космического корабля горизонтально сбоку и перпендикулярно плоскости орбиты пассивного космического корабля, то есть сбоку и вне плоскости орбиты пассивного космического корабля, называется Z-образный подход. [28]

См. Также [ править ]

  • Андрогинная периферическая система прикрепления
  • Уравнения Клохесси-Уилтшира для анализа совместной орбиты
  • Общий причальный механизм
  • Умышленные аварийные посадки на внеземные тела
  • Облет (космический полет)
  • Рандеву на лунной орбите
  • Встреча на орбите Марса
  • Узловая прецессия орбит вокруг оси Земли
  • Свидание с ограничением пути - это процесс перемещения объекта на орбите из его текущего положения в желаемое таким образом, чтобы на пути не возникало препятствий на орбите.
  • Союз Контакт

Ссылки [ править ]

  1. ^ Гатланд, Кеннет (1976). Пилотируемый космический корабль, вторая редакция . Нью-Йорк: Macmillan Publishing Co., Inc., стр. 117–118. ISBN 0-02-542820-9.
  2. ^ Холл, Рекс; Дэвид Дж. Шейлер (2001). Ракетчики: Восток и Восход, Первые советские пилотируемые космические полеты . Нью-Йорк: Springer – Praxis Books . С. 185–191. ISBN 1-85233-391-X.
  3. Базз Олдрин. «Орбитальное рандеву» .
  4. Базз Олдрин. «От Земли до Луны и на Землю» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 27 мая 2014 года.
  5. ^ Устная история Стенограмма / Джеймс А. Макдивитт / Беседовала Doug Ward / Elk Lake, штат Мичиган - 29 июня 1999 года
  6. ^ а б «Близнецы 4» . Энциклопедия Astronautica. Архивировано из оригинального 29 ноября 2010 года.
  7. ^ "На плечах титанов - Ch12-7" . www.hq.nasa.gov . Проверено 9 апреля 2018 года .
  8. ^ Agle, DC (сентябрь 1998). "Полет на гасмобиле" . Воздух и космос . Проверено 15 декабря 2018 года .
  9. ^ «НАСА - NSSDCA - Космический корабль - Детали» . nssdc.gsfc.nasa.gov . Проверено 9 апреля 2018 года .
  10. ^ NSSDC ID: 1967-105A НАСА, Главный каталог NSSDC
  11. ^ Сэмюэлс, Ричард Дж. , Изд. (21 декабря 2005 г.). Энциклопедия национальной безопасности США (1-е изд.). Публикации SAGE . п. 669. ISBN. 978-0-7619-2927-7. Большинство наблюдателей считали, что высадка США на Луну завершила космическую гонку решительной победой Америки. […] Формальное завершение космической гонки произошло с совместной миссией «Аполлон-Союз» в 1975 году, когда американские и советские космические корабли состыковались или присоединились к орбите, в то время как их экипажи посещали корабли друг друга и проводили совместные научные эксперименты.
  12. ^ Марк Уэйд. «Союз-11» . Энциклопедия Astronautica. Архивировано из оригинального 30 октября 2007 года.
  13. Марсия С. Смит (3 февраля 2012 г.). «Задержки с запуском космической станции мало повлияют на работу в целом» . spacepolicyonline.com.
  14. ^ Брайан Берроу, Стрекоза: НАСА и кризис на борту «Мира», (1998, ISBN 0-88730-783-3 ) 2000, ISBN 0-06-093269-4 , стр. 65, «С 1985 года все российские космические корабли использовали компьютеры Курс. автоматически стыковаться со станцией «Мир» »...« Все, что нужно было сделать российскому командиру, - это сесть и посмотреть ».  
  15. Джерри Райт (30 июля 2015 г.). «Японское грузовое судно захвачено, пришвартовано на стоянку» . nasa.gov.
  16. ^ "orbitalrecovery.com" . www.orbitalrecovery.com . Проверено 9 апреля 2018 года .
  17. ^ https://www.nasa.gov/externalflash/dart/Resources/Rendezvous%20Proximity%20Operations%20Docking%20and%20Undocking%20Lessons%20Learned.pdf
  18. ^ "СЛЕДЕНИЕ И ЗАХВАТ ОРБИТЕРА СИСТЕМОЙ ДИСТАНЦИОННОГО МАНИПУЛЯТОРА КОСМИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ" (PDF) . НАСА.
  19. ^ a b c d Wertz, Джеймс Р .; Белл, Роберт (2003). «Автономные технологии сближения и стыковки - состояние и перспективы» (PDF) . Симпозиум SPIE AeroSense . Конференция по технологиям и эксплуатации космических систем, Орландо, Флорида, 21–25 апреля 2003 г. Документ 5088-3. Архивировано из оригинального (PDF) 25 апреля 2012 года . Проверено 3 августа 2019 года .
  20. ^ λ max - угловой радиус истинного горизонта космического корабля,если смотреть из центра планеты; для НОО - это максимальный центральный угол Земли от высоты космического корабля.
  21. ^ Ли, Даэро; Перницка, Генри (2010). «Оптимальное управление для операций на близком расстоянии и стыковки» (PDF) . Международный журнал авиационных и космических наук . 11 (3): 206–220. Bibcode : 2010IJASS..11..206L . DOI : 10.5139 / IJASS.2010.11.3.206 . Архивировано из оригинального (PDF) 31 марта 2012 года . Проверено 3 ноября 2011 года .
  22. ^ а б Пирсон, Дон Дж. (ноябрь 1989 г.). «Встреча шаттла и операции в непосредственной близости» . первоначально представленные на COLLOQUE: MECANIQUE SPATIALE (SPACE DYNAMICS) TOULOUSE, ФРАНЦИЯ, НОЯБРЬ 1989 . НАСА . Проверено 26 ноября 2011 года .
  23. ^ "Интервью экипажа STS-104 с Чарльзом Хобо, пилотом" . НАСА.
  24. ^ УИЛЬЯМ HARWOOD (9 марта 2001). «Шаттл Дискавери приближается к месту встречи со станцией» . ПРОСМОТРЕТЬ СЕЙЧАС.
  25. ^ Джонсон, Майкл Д .; Фиттс, Ричард; Хау, Брок; Холл, барон; Куттер, Бернард; Зеглер, Франк; Взращивать; Марк (18 сентября 2007 г.). "Космический аппарат для исследования и использования традиционных технологий Astrotech (ARCTUS)" (PDF) . Конференция и выставка AIAA SPACE 2007 . Лонг-Бич, Калифорния. п. 7. Архивировано из оригинального (PDF) 27 февраля 2008 года.
  26. ^ Стратегия сближения японского корабля материально-технического обеспечения с Международной космической станцией, [1]
  27. ^ Успех! Космическая станция застряла в капсуле SpaceX Dragon [2]
  28. ^ Бессель, Джеймс А .; Ceney, Джеймс М .; Крин, Дэвид М .; Ingham, Эдвард А .; Пабст, Дэвид Дж. (Декабрь 1993 г.). "Прототип платформы для изготовления космического пространства" . Технологический институт ВВС, авиабаза Райт-Паттерсон, Огайо - Школа инженерии . Регистрационный номер ADA273904 . Проверено 3 ноября 2011 года .

Внешние ссылки [ править ]

  • Анализ нового нелинейного решения относительного орбитального движения Т. Алан Ловелл
  • Посетители (рандеву)
  • «Рандеву на лунной орбите и программа Аполлона» . НАСА.
  • Справочник Автоматизированного Свидание и стыковки космических аппаратов на Уигбертом Фезе
  • Соглашение о системе стыковки - ключ к глобальной космической политике - 20 октября 2010 г.