Роскосмос тестирует двухвитковую схему стыковки с МКС⁠⁠

В октябре планируется запуск очередного грузовика "Прогресс" на МКС. Всего будет доставлено 2450 кг груза - топливо, вода, кислород, продовольствие и посылки экипажу. Особенностью запуска станет использование двухвитковой схемы вместо принятой сейчас четырёхвитковой - от запуска до стыковки со станцией пройдёт всего три с половиной часа часа.

Долгое время применялась двухсуточная схема стыковки, но в 2012 году была освоена и реализована шестичасовая схема - это позволяет экипажу проводить меньше времени в ограниченном пространстве "Союза".

Следует отметить, что подобные схемы не являются чем-то новым. Самая быстрая стыковка двух беспилотных кораблей была реализована советскими инженерами - в 1968 году аппараты "Космос-212" и "Космос-213" (беспилотные варианты Союза) состыковались в автоматическом режиме всего через 47 минут после запуска последнего. Рекорд по самой быстрой стыковке пилотируемого корабля принадлежит NASA - в 1966 году аппарат Gemini-11 состыковался с беспилотной мишенью Agena через 94 минуты после старта.

Такие схемы были реализованы за счёт того, что программы полёта и траектории двух кораблей изначально были рассчитаны на стыковку, и оставалось только правильно выполнить программу полёта.

В 1970-х, посте начала эпохи космических станций, регулярный прямой запуск перестал быть возможным, потому что корректировка орбиты станции нереальна, а без неё вероятность совпадения орбит крайне мала. В NASA для полётов к станции SkyLab была разработана восьмичасовая схема, а полёт советских космонавтов к станциям "Салют" занимал примерно сутки. Для полётов к станции "Мир", а впоследствии и МКС, применялась двухдневная схема - это не требует коррекции орбиты.

Чтобы обеспечить стыковку двух кораблей, необходимо совпадение всех шести параметров их орбит. Проблема стыковки с космической станцией заключается в том, что плоскость её орбиты далеко не всегда совпадает с космодромом, и приходится ждать так называемое стартовое окно - диапазон времени, когда кораблю хватит запасов топлива для сведения орбит. Вторая задача после того, как орбиты лягут в одной плоскости - свести к нулю фазовый угол между ними. Это величина показывает, насколько далеко находится один корабль относительно другого. На картинке он обозначен как Фinitial.

Чем меньше высота орбиты, тем меньше времени занимает один оборот вокруг небесного тела. Таким образом, снижение орбиты позволяет "догнать" цель, однако потом потребуется исправить орбиту обратно.

Двухсуточная схема позволяет обеспечить стыковку при разности фазового угла в 150 градусов, а шестичасовая схема требует разницы не более чем в 35 градусов. Такого положения МКС можно ждать неделями, поэтому стыковка планируется заранее, и небольшим корректирующим импульсом (единицы метров в секунду характеристической скорости, delta-V) орбита станции меняется, чтобы к моменту запуска разница фазового угла была минимальна.

Разработка четырёхвитковой схемы была начата в 2010 году. Это важно не только потому, что избавляет экипаж от необходимости два дня жить в ограниченном пространстве, но и за счёт психологического фактора: негативные последствия невесомости легче переносятся в комфорте МКС. Это актуально и с точки зрения экономии топлива: затраты на работу системы ориентации корабля снижаются приблизительно на 20 килограмм. Однако последний виток остался неизменным со времён двухсуточной схемы, поскольку баллистики не хотели менять хорошо работающий метод.

В российской космической программе грузовой и пассажирский (Прогресс и Союз) корабли очень похожи, и это позволяет отрабатывать новые технологии и орбиты на беспилотном корабле, не подвергая риску жизнь космонавтов. В 2012 и 2013 году три корабля "Прогресс" летали по шестичасовой схеме. после чего было принято решение использовать её для полётов людей.

Однако и это не предел - российские баллистики разработали новую траекторию с использованием так называемой некомпланарной вставки (Quasi-Coplanar Insertion), когда наклонения орбит сводится уже после сближения корабля со станцией, а не заранее, как в более длинных схемах. Одно из необходимых условий для реализации этого метода - применение цифровой системы управления на ракете-носителе и корабле, что позволяет повысить точность выхода на целевую орбиту.

Двухвитковый профиль полёта будет использован при запуске корабля "Прогресс МС-07". Сейчас запуск намечен на 12 октября, 12:32:06 по московскому времени с космодрома Байконур. Если всё пройдёт успешно, стыковка с МКС состоится через три с половиной часа после запуска. В случае проблем корабль перейдёт к двухсуточной схеме стыковки. От успеха этого полёта зависит, когда двухвитковая схема будет реализована для пилотируемых запусков.

Источник: spaceflight101.com