Итак весь спуск относится к Системе Управления Спуском (далее что бы экономить место и сделать статью более "реалистичной" буду сокращать некоторые слова (к примеру это слово - СУС) которые сами космонавты сокращают и практически 70% всей информации идет в сокращениях) которая в свою очередь является подсистемой Системы Управления Движением (СУДН). СУС ТК (Система Управления Спуском Транспортного Корабля) «Союз-ТМА» предназначена для организации управления движением СА(Спускаемого Аппарата) от момента разделения и до отстрела экрана лобовой теплозащиты с целью безопасного возвращения экипажа на Землю в заданный район посадки.
СУС образует автономный контур управления и обеспечивает безопасное возвращение экипажа при возникновении в ней любых двух отказов (двух "рестартов" - отказов компьютера управления спуском КС020-М).
Средствами программного обеспечения управления спуском в КС020-М (спецвычислитель который решает задачи управления спуском) реализованы многие алгоритмы, такие как:
– возможность приведения на полигон, заданный двумя координатами и т.д.
Обеспечение высокой точности посадки СА (отклонение точки посадки от расчетной не более 500 метров) достигается за счет развитого алгоритма формирования опорной зависимости, адаптации управления к расчетным параметрам СА и оценкам аэродинамического качества, а также за счет специальных алгоритмов диагностики и обработки сигналов акселерометров.
Величина перегрузки на возмущенной траектории не превышает G = 6,0 ед.
СУС обеспечивает управление траекторией спуска и угловым движением СА на всем протяжении его автономного полета и может работать в следующих режимах:
На этапе автономного управления спуском СУС ТК «Союз-ТМА» может работать в следующих режимах:
- АУС - автоматический управляемый спуск;
- РУС - ручной управляемый спуск;
- БС - баллистический спуск;
- БСР - баллистический спуск резервный.
АУС является штатным режимом СУС. Он начинается с момента разделения и заканчивается по вводу парашютной системы, обеспечивая посадку в заданный район с указанной выше точностью.
Режим РУС является резервным, дублирующим АУС в ряде нештатных ситуаций.
Режим БС применяется в случае невозможности осуществления управляемого спуска.
Режим БСР используется при отказе основного контура СУС. В этом случае формируется новый контур, в состав которого входит ограниченное количество приборов.
В данной статье мы не будем разбирать режимы РУС, БС и БСР и разберем вкратце только штатный обычный и привычный режим Автоматического Управляемого Спуска - АУС.
АУС является штатным режимом СУС. Он начинается с момента разделения и заканчивается по вводу парашютной системы, обеспечивая посадку в заданный район с точностью 1500 метров в диаметре от ввода парашютной системы (как следствия окончания работы системы управления спуском и переход на неуправляемый режим).
Для обеспечения автоматического управляемого спуска используются только основные алгоритмы режима «Спуск», которые в этом случае осуществляют решение следующих задач:
- обработка пространственной конфигурации, контроль и диагностика информации с выбором оптимальной опорной тройки каналов измерения ускорения;
- расчет проекций кажущейся скорости и полной величины;
- вычисление перегрузки nx и выдачу ее на формат «СПУСК»;
- вычисление значения баллистического промаха ΔТвн и выдачу его на формат «СПУСК» по входу в атмосферу (Vs=25,6 м/с);
- формирование дискретных (200 м ∕ с) приращений кажущейся скорости ΔVs формируя движения маркера (черный квадрат движущийся по оранжевому полю);
- коррекция опорной траектории по апостериорной информации;
- формирование управляющего угла крена;
и т.д...
Спуск можно разбить на три участка. Внеатмосферный - атмосферный и работа парашютной системы.
Участок полета с момента разделения (то есть от момента как была подана команда на разделение отсеков корабля) и до момента входа в атмосферу (Vs = 25,6 м ∕ с) называется внеатмосферным.
Система управления спуском начинает функционировать с момента прихода команды «Разделение».
Видео о работе СУС начинается именно с этого момента - с прихода команды РАЗДЕЛЕНИЕ (Тразд - время разделения)
По этой команде выполняются следующие операции:
- формируются управляющие сигналы для включения двигателей СИО-С (Системы Исполнительный Органов Спуска);
- подключается к работе блок БАСИО-С (Блок Автоматики СИО-С);
- на ИнПУ( Интегрированный Пульт Управления) 1,2 автоматически инициируется формат «СПУСК» ;
- запускается счетчик времени , который останавливается в момент фактического входа в атмосферу (Vs = 25,6 м/с).
На внеатмосферном участке полета СУС осуществляется стабилизацию поперечной оси СА(Спускаемого Аппарата) по бинормали к плоскости орбиты (стабилизация СА в плоскости крена и курса) и демпфирование его колебаний в плоскости орбиты (в плоскости тангажа):
- стабилизация СА по каналам крена и рыскания;
- демпфирование угловой скорости по каналу тангажа.
Поддержание угла крена осуществляется с точностью +/- 4 градуса, а угла тангажа точностью +/- 6 градусов .
Ориентацию СА относительно оси крена экипаж контролирует по положению индекса программного угла крена (стрелка вниз) на шкале формата «СПУСК» в правом верхнем углу кадра. До входа в атмосферу индекс программного угла колеблется относительно центра шкалы, соответствующего крена = 0 град., в пределах +/- 4 град.
В процессе спуска на внеатмосферном участке экипаж может контролировать по иллюминаторам вращение СА с остаточной скоростью. Это происходит вследствие того, что тангажный канал не стабилизирован, а настройка контура по угловой скорости составляет 2 град./c.
Приблизительно за 1 - 1,5 мин. до входа в атмосферу вращательное движение СА переходит в колебательное относительно балансировочного угла атаки. Этот переход осуществляется на высоте 140 - 120 км вследствие «захвата» СА верхними слоями атмосферы. К моменту входа СА в атмосферу (высота полета 80-90 км), аппарат стабилизируется под действием аэродинамических моментов в плоскости полета таким образом, что его продольная скоростная ось ориентированна по направлению скорости полета с точностью не хуже нескольких градусов и осуществляется стабилизация продольной балансировочной оси СА по направлению скорости полета с точностью плюс/минус 5.0.
Участок полета с момента входа в атмосферу и до момента отстрела лобового теплозащитного покрытия называется атмосферным.
Контуры ориентации и стабилизации на атмосферном участке выполняют следующие задачи:
- программные повороты СА по крену на углы крена програмного;
- стабилизацию СА в канале крена;
- демпфирование (гашение) угловых скоростей в каналах рыскания и тангажа.
На этом участке осуществляется управление программными разворотами СА в плоскости крена с целью управления траекторией спуска и демпфирование его колебаний в плоскостях тангажа и курса. При этом скоростная ось СА стабилизируется в направлении скорости набегающего потока
Атмосферный участок полета начинается с момента фактического входа СА в атмосферу, который фиксируется экипажем по началу мигания транспаранта «Перегрузка» (ИнПУ – формат «СПУСК», а так же на сигнализаторах). Первое загорание этого транспаранта происходит при величине кажущейся скорости Vs = 25,6 м/с , что соответствует величине продольной перегрузки nx = 0,2 ед.
В момент входа в атмосферу осуществляется разворот объекта на начальный угол крена.
где: крен0 = +/- 60 град. – опорный угол крена;
КренПрограмный – угол крена, сформированный КС020-М для устранения баллистического промаха Δtвн.
Этот разворот экипаж контролирует на формате ИнПУ «СПУСК» по положению индекса программного угла крена. В начальный момент времени индекс уходит от центра шкалы до ее обреза скачком, затем со скоростью омега x = 15 град/с возвращается и занимает положение, соответствующее величине КренаПрограмного. Центр шкалы соответствует опорному углу крен0 = +/- 60 град.
Значения счетчика времени tсч, запущенного по разделению, постоянно сравниваются с расчетной продолжительностью внеатмосферного участка (tвн), отсчитываемой также от разделения. По приходу команды «Атмосфера» (метка VS = 25,6 м/с) возможны два состояния. Первое – когда прошла команда «Атмосфера» (счетчик tсч уже не работает), а tвн еще не закончилось (tвн > tсч). В этом случае промах внеатмосферного участка будет недолетным. Второе – когда команда «Атмосфера» еще не прошла (счетчик tсч еще работает), а tвн уже закончилось (tвн < tсч). Промах внеатмосферного участка будет перелетным.
В первом случае экипаж увидит перемещение индекса приращения угла крена вправо от центра шкалы, во втором – влево.
По достижению СА значения VS = 7200 м/с КС020-М прекращает вычисление угла КренаПрограмного, что означает завершение управления дальностью. Объект остается в положении, соответствующем последнему вычисленному значению КренаПрограмного (далее = γпр). Это происходит за 1,5 – 2 минуты до ввода основной парашютной системы.
Для обеспечения расчетной эффективности управляющих двигателей и заданного быстродействия при выполнении программных разворотов на протяжении всего атмосферного участка при величине продольной перегрузки nx = 4,2 ед (G = 4,2). осуществляется подключение второго комплекта управляющих двигателей в канале крена.
По вводу основной (ОСП) или запасной парашютных систем (ЗСП) СУС переходит в режим БС (Баллистический Спуск) с закруткой. Экипаж контролирует этот переход по появлению угловой скорости закрутки СА, а также по загоранию транспарантов «БС» и «Закрутка СА» на ТС-5.
Режим БС прекращается по команде «Отстрел лобовой теплозащиты». По этой команде выключается питание приборов СУС и гаснут транспаранты: «Акселерометр», «СГ», «БДУС-2», «СГ разарр.», «БС», «РУС». По этой же команде блок БАСИО-С осуществляет слив топлива путем подачи команд на открытие всех клапанов УРМД СИО-С.
Более подробно работу парашютной системы мы будем разбирать в отдельном видео (да да я буду делать 3х мерные видео с комментариями).
Видео первое: Как видит командир экипажа спуск на компьютере (ИнПУ) на формате спуск с момента разделения (какой этап миссии можно увидеть в левом нижнем углу). На этом видео преставлены штатные режимы автоматики системы управления спуском от момента разделения до посадки.