Кадры отстыковки поврежденного "Прогресс МС-21" от российского сегмента МКС
Корабль "Прогресс МС-21", в котором ранее произошла утечка теплоносителя, сведут с орбиты 19 февраля — Роскосмос
Корабль "Прогресс МС-21", в котором ранее произошла утечка теплоносителя, сведут с орбиты 19 февраля — Роскосмос
До прибытия корабля Crew Dragon Endurance на МКС осталось всего ничего. Стыковаться он будет к модулю «Гармония» американского сегмента. Так как стыковочные агрегаты на российском сегменте и американском отличаются, то мы расскажем вам, к какому именно порту стыковки будет причаливать корабль NASA.
Модуль «Гармония» был окончательно пристыкован к МКС 14 ноября 2007 года, после чего на него дополнительно был присоединён адаптер PMA-2. С одной стороны у переходника находится причальный механизм, а с другой российский АПАС-95. 18 июля 2016 года PMA-2 дополнили проставкой IDA-2, которая преобразовала АПАС-95 в стыковочный агрегат NASA (обновлённую версию АПАС).
Взглянем на историю АПАС:
— Самый первый АПАС (андрогинно-периферийный агрегат стыковки) был установлен на советском и американском космических кораблях во время легендарной стыковки «Союз—Аполлон».
— Вторая версия (АПАС-89) предназначалась для стыковки космических кораблей семейства «Буран» к орбитальной станции «Мир». Из-за того, что программу закрыли, а наработки остались, было принято решение устанавливать АПАС-89 на американские космические шаттлы во время программы «Мир—Шаттл».
— Третья версия (АПАС-95) и была адаптацией АПАС-89 под американские корабли, которую произвела РКК «Энергия». С тех пор шаттлы стыковались к «Миру», а впоследствии и к МКС именно с помощью этого стандарта стыковки.
— Четвёртая версия (NDS) была разработана уже NASA. Именно для перехода к новому стыковочному агрегату и был разработан переходник IDA. Проставка преобразовывает АПАС-95 в стыковочную систему NASA. При этом, общая концепция андрогинного агрегата почти не поменялась.
— Существует и отдельная ветка развития АПАС в китайской космонавтике.
Автором всего семейства агрегатов АПАС являлся выдающийся учёный, доктор технических наук и «отец» всей нашей космической стыковочной техники Владимир Сергеевич Сыромятников (1933—2006 гг.).
Источник: Роскосмос
Мы привыкли к тому, что космические корабли рутинно летают к орбитальным станциям, сближаются и стыкуются. Но даже симулятор уровня Kerbal Space Program показывает, насколько это нетривиальная задача — то по расстоянию промахнулись, то скорость не та, то в тень вошли, то слишком много топлива потратили. А ведь в реальной космонавтике были истории, когда после отказа техники сближались вручную, причем, используя инструменты, которые, казалось, давно остались в прошлом. Сегодня мы поговорим о рандеву разнообразных космических аппаратов, от «Джемини» и первых «Союзов» до летающих сейчас к МКС Crew Dragon, Boeing Starliner и «Союзов», научившихся сверхкороткой схеме сближения.
Астронавт Александр Герст проводит эксперименты по навигации в космосе с секстантом, фото NASA
Основы
Для того, чтобы был понятны смысл выполняемых маневров и изображенные на графиках траектории, нужно коротко объяснить основы орбитального сближения и стыковки. Для простоты в примерах ниже орбиты круговые.
Прежде всего, чем ниже орбита космического аппарата, тем быстрее он пролетает виток. Причем аналогия с машинами, двигающимися по кольцевым московским улицам, Садовому кольцу, МКАД и ТТК будет некорректна, аппарат на низкой орбите не только пролетает меньшее расстояние за виток, но и движется быстрее. Физически правильная аналогия — шарики, катающиеся по натянутой ткани с грузиком-планетой. Главное следствие из этого для задач сближения и стыковки очень простое — чтобы догонять цель на орбите надо быть ниже, чтобы отставать — выше.
Несколько важных терминов связано с понятием «фазовый». Фазовый угол — угол между направлениями на два аппарата из центра, вокруг которого они вращаются, например, орбитальной станцией и кораблем, который к ней летит. Фазовый диапазон — допустимые значения фазовых углов. Орбита фазирования — на ней получают нужные значения фазового угла.
Общий принцип сближения для последующей стыковки прост — активный корабль стартует в нужный момент, чтобы по окончании выведения оказаться в плоскости орбиты цели и получить требуемое значение фазового угла. Затем догоняет цель по более низкой орбите фазирования и в нужный момент дает импульс, который приведет его близко к цели. Затем уже у цели выдается импульс, который уменьшает относительную скорость, и можно переходить к финальному сближению и стыковке. Но самое интересное скрывается в деталях — разные страны и поколения космических баллистиков создали очень разные реализации этого вроде бы простого алгоритма.
«Джемини» и секстант
«В надежде, что эта работа может помочь им в освоении космоса, она посвящается настоящим и будущим экипажам космических кораблей моей страны. О если бы я мог присоединиться к ним в их захватывающих начинаниях!»
Такое посвящение написал Базз Олдрин к своей диссертации «Визуальные техники наведения для ручного сближения». На момент защиты он провалил отбор во второй отряд астронавтов и еще не знал, что попадет в третий отряд и в итоге станет вторым человеком на Луне. Еще один малоизвестный факт — именно предложенный Олдрином подход в итоге и использовали на «Джемини».
Какие варианты сближения успели придумать до начала полетов?
Слева относительное движение, мишень в центре, тонкая линия — траектория активного корабля. Справа — то же самое, но в абсолютных координатах
Вариант для идеального мира — сразу на выведении ракета отправляет на траекторию перехвата цели. В реальной жизни любая задержка, авария, неточность приведет к траектории, которая пройдет мимо цели, и ни времени ни возможности исправить ситуацию уже не будет.
А этот вариант знаком всем, кто пытался сближаться и стыковаться в KSP, Orbiter или других симуляторах. Активный корабль выходит на орбиту фазирования, которая в одной точке касается орбиты цели. Затем, управляя высотой перицентра (нижней точки) эллиптической орбиты, задается период обращения, чтобы после очередного витка оказаться очень близко к цели. Концепция проста, но имеет свои недостатки — небольшая ошибка в финальном маневре может привести к промаху или неудобному ракурсу сближения. Такую ошибку будет сложно заметить и еще сложнее исправить, а, когда встреча через виток, ~90 минут, даже очень маленькая ошибка может в итоге стать заметной.
Олдрин в своей диссертации предложил то, что назвал орбитой ожидания, а сейчас это называют коэллиптической орбитой. Активный корабль после выведения и предварительного фазирования выходит на орбиту, которая имеет постоянную разницу высоты с целью. Ее плюс — в относительных координатах она выглядит как прямая линия, и расстояние до цели уменьшается с примерно постоянной скоростью. В определенных пределах длительностью нахождения на коэллиптической орбите можно управлять, чтобы сближаться в удобных условиях освещения. Для «Джемини» в итоге выбрали орбиту, которая на 28 км (15 миль) ниже.
Источник
Затем, когда высота цели над местным горизонтом составит 27,2°, производится маневр перехода на траекторию сближения. Важно — он выполняется по вектору, направленному на цель (развернув корабль носом на нее). Это не Гоманов переход, не самый экономный маневр, но он имеет множество плюсов. За время сближения есть две точки, когда можно обнаружить и исправить возможные ошибки. Корабль подходит к цели снизу, и она хорошо видна на фоне неба. И, главное, маневр выполняется в зоне видимости цели и может быть выполнен вручную с использованием резервных инструментов. Как это выглядит в динамике, можно посмотреть в симуляторе Orbiter.
Первая, упрощенная, попытка сближения, была предпринята уже на «Джемини-4» — астронавты должны были подойти к верхней ступени ракеты-носителя «Титан-2», которая вывела корабль на орбиту, и после отделения находилась совсем рядом. Однако из-за недостаточной тренировки этого сделать не получилось. Главной задачей «Джемини-4» был первый американский выход в открытый космос, который прошел в целом успешно. На «Джемини-5» попытку сближения с мишенью, которую везли с собой прикрепленной к кораблю, отменили из-за аварии в системе электропитания корабля. Из-за аварии при выведении мишени Agena Target Vehicle для «Джемини-6А» в качестве цели выбрали уже находящийся в космосе «Джемини-7». Получилось — за три витка активный корабль благополучно сблизился с целью и заснял шикарные кадры.
На «Джемини-8» удалось совершить первую в истории стыковку, но из-за случившейся сразу после аварии каких-то дополнительных экспериментов не проводили. А вот на “Джемини-9А” состыковаться не получилось из-за того, что на мишени не отделился головной обтекатель. Тем не менее, астронавты благополучно провели эксперименты с «футбольной» равнопериодической орбитой, а также ушли по орбите вперед и выполнили маневр сближения с противоположной стороны, сверху и спереди. Тогда же впервые использовали секстант для определения углового положения мишени.
«Футбольная» орбита слева
На «Джемини-11» успешно провели сближение за один виток и проверили «стабильную» орбиту. После отделения корабля от второй ступени выполнили первую коррекцию, на 23 минуте совместили орбитальные плоскости, на 35 минуте мишень увидел радар и на 50 минуте выполнили переход на траекторию сближения. Спустя 88 минут после старта корабль был уже около мишени «Аджена». Стабильной назвали орбиту, когда корабль летит по той же орбите за мишенью. В этом случае можно долго находиться на фиксированном расстоянии до цели и выполнить маневр сближения, когда это наиболее удобно.
Сближение за один виток (слева) и переход к цели из неподвижного висения на стабильной орбите
Но самая яркая история случилась на «Джемини-12», где, вот совпадение, летел Базз Олдрин. Бортовой радиолокатор корабля благополучно захватил мишень «Аджена» на расстоянии 436 км, но перестал ее видеть на 119 км. Баззу пришлось вспомнить свою диссертацию, достать хранящийся на всякий случай секстант и сближаться вручную. Получилось!
Базз Олдрин (слева) с секстантом в руках и командир корабля Джим Лоувелл
На плечах гигантов
Вопрос «Как же лунные модули «Аполлонов» могли, стартовав с Луны, найти командный модуль на орбите?» имеет очень простой ответ — так же, как это уже было отработано на «Джемини». На 11 и 12 «Аполлонах» лунный модуль стартовал в нужный момент времени, выходил на круговую орбиту позади командного модуля, выполнял маневр коррекции плоскости орбиты и переходил на уже знакомую вам коэллиптическую орбиту на те же 28 км (15 миль) ниже командного модуля. Затем, когда высота командного модуля составляла 26,6°, выполнялся переход на траекторию сближения.
Полет в абсолютных координатах. 0:00 — старт и выход на орбиту 17х83 км, 1:00 — маневр перехода на круговую орбиту высотой 83 км, 1:30 — совмещение орбитальных плоскостей, 2:00 — переход на коэллиптическую орбиту, 2:40 — переход на траекторию сближения, 2:55 и 3:10 — коррекции, 3:25 — торможение и стыковка. Источник
На «Аполлонах» 14-17 использовали быструю схему, которую проверили на «Джемини-11», и выходили сразу на траекторию, финальная точка которой совпадала с началом сближения.
Наглядное сравнение обычной (светло-серый) и быстрой схемы в относительных координатах
И, в общем, с этими траекториями особых проблем не было. Неприятность случилась там, где не ждали. На «Аполлоне-16» командный модуль должен был выйти на орбиту 15х110 км, отделить лунный модуль и перейти на круговую орбиту встречи высотой 110 км. Однако последний пункт выполнить не получилось из-за внезапной проблемы с приводом, поворачивающим маршевый двигатель служебного модуля. Принятое за неделю до этого правило безопасности говорило, что отказ любого из четырех приводов маршевого двигателя запрещает скругление орбиты и высадку на поверхность, лунный модуль должен подойти к командному, состыковаться, и астронавты, несолоно хлебавши, должны отправиться на Землю. На то, чтобы разобраться в ситуации, было примерно 10 часов, затем плоскость орбиты модулей оказывалась слишком далеко от района посадки. ЦУП принял решение, чтобы лунный модуль (ЛМ) подошел к командному (КМ). И тут начались неприятности — при выполнении маневра сближения пилот КМ Томас Маттингли заметил, что он тормозит, а расстояние до ЛМ не начинает уменьшаться. Подумав, он включил двигатели ориентации еще раз и убрал выданное изменение скорости — когда у тебя перицентр 15 км уменьшать его, тормозя, опасно. Так что когда модули вышли из тени Луны, ЦУП осознал наличие еще одной проблемы — относительное движение модулей определено неверно, и КМ не находится на «футбольной» орбите, которая сама через виток должна доставить КМ близко к ЛМ. По бортовым данным КМ перицентр орбиты составлял 11,6 км, а по данным ЦУПа — 16,6 км. Когда оба модуля подошли к району перицентра, астронавты при помощи ЦУПа начали выполнять сближение методом грубой силы — направив КМ в сторону ЛМ и вручную убирая постоянно возникающие боковые скорости. История закончилась хорошо — модули сблизились благополучно, на 16 витке ЦУП разрешил спуск на поверхность. Посадка, взлет, встреча на орбите и полет домой прошли без серьезных происшествий.
По эту сторону океана
В СССР связанный со сближением пиар и троллинг устроили еще в 1962 году. Корабль «Восток-4» был запущен ровно сутки спустя после старта «Востока-3» и был выведен на близкую орбиту. Космонавты Андриян Николаев и Павел Попович видели корабли друг друга и вели прямую связь. Но на «Востоках» не было двигателей для маневрирования, поэтому неизбежная небольшая разница орбит постепенно увеличивала расстояние.
Первым советским кораблем, который мог маневрировать на орбите, стал «Союз». Но подход советских инженеров очень сильно отличался от американского. Расчеты для рандеву выполнялись на Земле, корабли выполняли маневры, чтобы оказаться на расстоянии менее 30 км друг от друга, а дальше в дело вступала автоматика. При помощи обзорных антенн активный и пассивный корабли определяли положение относительно друг друга и оба разворачивались стыковочными узлами один к другому. Затем, определяя относительную скорость при помощи радиосигналов, активный аппарат подходил методом «грубой силы» — разгонялся в направлении пассивного, разворачивался, гася боковые скорости (при этом его гиростабилизированная антенна сопровождала пассивный корабль), тормозил и в финале подходил к стыковочному узлу.
Антенны системы “Игла” и принцип работы, источник
На первых полетах расстояние для срабатывания «Иглы» обеспечивалось выведением без предварительного сближения — после отделения от последней ступени ракеты-носителя корабль оказывался сразу в районе цели. Реализуемость идеи продемонстрировали беспилотные «Союзы», обозначенные как «Космос-186» и «Космос-188», совершившие 30 октября 1967 первую в истории автоматическую стыковку.
Похожий подход попытались выполнить на «Союзе-3», но там из-за сочетания недостатков планирования, подготовки и ошибок космонавта получилось автоматическое дальнее сближение, но не удалось вручную подойти к пассивному кораблю и состыковаться. На «Союзах» 4 и 5 уже стыковались через сутки, для чего корректировали орбиту по передаваемым из ЦУПа уставкам.
Любопытная деталь — автономность сближения и невозможность быстро расшифровать телеметрию приводила к тому, что в ЦУПе знали только общую логику сближения и первые годы хватались за сердце, когда корабль, по ощущениям, слишком долго выполнял маневр или сближался без торможения.
Принятый в СССР подход имел серьезный недостаток — баллистики могли вывести корабль к цели до расстояния в несколько километров, а космонавты — состыковаться вручную с расстояния примерно сто метров. Но в случае отказа радиотехнической системы не было запасного ручного способа подойти от нескольких километров до сотни метров. По этой причине сорвались стыковки «Союзов» 7 и 8, «Союза-15» к станции «Салют-3», «Союза-23» к станции «Салют-5» и даже в 83 году, когда «Союз Т-8» не смог пристыковаться к станции «Салют-7». «Союз Т-8» стал последней каплей, после которой решили начать разрабатывать алгоритмы ручного дальнего сближения. Наработки очень пригодились в 1985 году, когда оказалась полностью обесточена станция «Салют-7» и к ней отправился корабль «Союз Т-13». Баллистики смогли подвести корабль на 5 км к станции, после чего космонавты Джанибеков и Савиных сближались вручную, используя лазерный дальномер, калькулятор и графические шаблоны с предварительно рассчитанными диапазонами расстояний и скоростей. Затем эти же наработки пригодились на уникальном полете «Союз Т-15», где перелетали от станции «Мир» к «Салюту-7» и обратно. На «Салюте-7» к тому времени сломалась «Игла» на свободном стыковочном порту, так что пришлось использовать дальномер.
Новые ограничения новой техники
Когда Space Shuttle еще только создавался, было ясно, что ему придется стыковаться со спутниками для обслуживания их на орбите, а в будущем и с орбитальными станциями. Так что уже в 70-х вовсю велись дискуссии о лучшем способе сближения. Принятый в 1973 году профиль из двух коэллиптических орбит быстро стал терять привлекательность из-за своей негибкости.
Изначально предложенный вариант сближения с двумя коэллиптическими орбитами
Еще одной потенциальной проблемой стали опасения, что при финальном торможении у цели шаттл останется без запасов топлива в носовых двигателях ориентации — переход с коэллиптической орбиты приводил к довольно высокой относительной скорости у цели. Какое-то время рассматривался модифицированный вариант с коэллиптической орбитой не на 18 км ниже, а всего на 4,6, но у него проявились свои недостатки. В итоге был принят вариант со стабильной орбитой, проверенной на «Джемини-11». Вне зависимости от того, с какой стороны подходил шаттл, он прицеливался в точку в 15 км позади цели на той же высоте. В теории можно было бы, выполнив маневр, перейти на ту же орбиту, что и цель, и находиться на ней сколько угодно долго, сохраняя постоянное расстояние 15 км за целью, но была принята другая концепция — если все было в порядке, шаттл выполнял маневр Ti для перехода к цели, либо, если были какие-то проблемы, переходил на равнопериодическую «футбольную» орбиту и описывал эллипсы в стороне от цели.
Варианты со сближением за 2 или 3 витка
Другие ограничения могли быть связаны с выхлопом маневровых двигателей шаттла, который не должен был попадать на цель. По этой причине основными стали два варианта финального сближения — по вертикальной или горизонтальной осям. В этом случае, благодаря орбитальной механике, импульсы двигателями надо было делать вбок.
В 1997 году приняли модифицированный вариант стабильной орбиты, еще более удобный и позволяющий экономить еще больше топлива, а после катастрофы «Колумбии» добавили маневр кувырка на финальном сближении.
Знакомые траектории новых кораблей
Теперь вы уже умеете читать траектории кораблей, и для вас совершенно ясно, как, например, сближается Crew Dragon с МКС.
На схеме отлично видны и даже подписаны две коэллиптические орбиты, значит Crew Dragon сближается по модифицированной траектории, которая когда-то предлагалась для шаттлов. Разница высоты второй коэллиптической орбиты составляет всего 2,5 км, это гарантирует низкие относительные скорости.
Траектория финального сближения связана с виртуальной сферой, которая окружает МКС, и в нее можно заходить только для непосредственно стыковки. Поэтому, когда точка прицеливания лежит ниже станции, а стыковаться нужно, как, например, в случае Crew 4, к зенитному (верхнему) узлу модуля Harmony, то запретную зону придется облетать.
У Boeing Starliner очень похожая траектория, но переход на вторую коэллиптическую орбиту производится с проходом под станцией и уходом назад, а разница высот второй коэллиптической орбиты составляет 5 км.
Быстрее и быстрее
В СССР новая система «Курс» на смену «Игле» появилась в 1986 году. Она уже позволяла более продвинутые траектории сближения и не требовала разворота станции навстречу кораблю. Скорее всего, вы слышали про мем “In Soviet Russia все наоборот”. Забавно, но он работает в орбитальном сближении — на «Союзах» коэллиптическая орбита используется перед орбитами фазирования, а не после, как на Западе. А финальный переход немного похож на идею из диссертации Олдрина — когда высота станции над горизонтом составляет 23°, корабль выполняет маневр перехода на траекторию финального сближения. Но он выполняется в направлении не на станцию, а по вектору орбитальной скорости, т.е. это более экономный Гоманов переход и встреча состоится через пол-витка.
Траектория перехода в относительных координатах, t’0 — симметричная траектория, для сближения сверху и спереди, источник
Во время финального сближения «Курс» позволяет в автоматическом режиме производить сложные облеты станции от точки прицеливания к оси стыковочного узла.
В том же 1986 году была выведена станция «Мир» и для нее перевели «Союзы» от суточной схемы к двухсуточной. Во времена «Салютов» стыковка через сутки диктовалась удобством зон связи. Станция «Мир» должна была расширяться новыми модулями, и маневрировать ей для формирования нужного фазового угла становилось бы все более накладно. А двухсуточная схема имела очень большой диапазон возможных фазовых углов, целых 150°. Однако она была дискомфортна для людей. Прошли годы. Космонавты терпеть приучены, а вот начавшим летать к МКС космическим туристам было плохо. Для того, чтобы сделать полет к МКС комфортнее российские баллистики задумались о более коротких схемах. В 2012 четырехвитковую шестичасовую схему отработали на грузовых «Прогрессах», а с 2013 года стали применять на пилотируемых кораблях.
Еще один вариант представления орбит, по высоте над поверхностью со временем. Полет «Союз МС-11». Участок 1 очень похож на коэллиптическую орбиту, 2 — орбита фазирования, 3 — биэллиптический переход к станции за три импульса, высота 23° в районе △V6. Источник
Но четыре витка не предел. После тестов на грузовиках с 2018 года, корабль «Союз МС-17» долетел до МКС за два витка или три часа.
Обратите внимание, насколько стал меньше допустимый диапазон фазовых углов
Но и это еще не все. Сейчас ведется подготовка к одновитковой схеме. После выведения корабль перейдет на коэллиптическую орбиту и, когда высота станции над горизонтом составит 23°, выполнит маневр перехода на траекторию к МКС. Здесь будет еще сложнее, фазовый диапазон составит всего-то 1°. Но у баллистиков есть хак — можно выйти на совсем немного отличающуюся плоскость орбиты, и за счет этих маневров расширить допустимый фазовый диапазон.
Развитие баллистики не остановилось, наоборот — сейчас аппараты летают по все более сложным орбитам. И уже в этом десятилетии нас должно ждать увлекательное зрелище — смотреть, по какой траектории посадочный модуль HLS на базе Starship будет сближаться со станцией Gateway на почти прямолинейной гало-орбите Луны.
Оригинал
Подписывайтесь на наш блог, чтобы не пропустить новые интересные посты!
Справились? Тогда попробуйте пройти нашу новую игру на внимательность. Приз — награда в профиль на Пикабу: https://pikabu.ru/link/-oD8sjtmAi
Ранним утром в среду (22 декабря) на Международную космическую станцию прибыла капсула SpaceX Dragon с набором научного оборудования и рождественскими угощениями для астронавтов на орбитальной станции.
Автономный корабль снабжения Dragon пришвартовался к МКС в 3:41 утра по восточному стандартному времени (08:41 по Гринвичу), раньше запланированного времени стыковки в 4:30 утра.
Он припарковался к порту модуля Harmony станции, а астронавты NASA Раджа Чари и Том Маршберн наблюдали за стыковкой.
Капсула Dragon стартовала в рамках грузовой миссии CRS-24 рано утром во вторник (21 декабря) на ракете SpaceX Falcon 9 из Космического центра Кеннеди во Флориде.
Dragon доставил 6 500 фунтов (2 949 кг) исследовательских экспериментов и материалов для экипажа. До Рождества осталось несколько дней, и NASA приготовило особый ужин для семи астронавтов на космической станции.
Всем привет!
Сегодня поговорим, о таком замечательном и невероятно доставляющем офигенные ощущения процессе как - Манёвр перехвата и стыковка в Kerbal Space Program. Если вы умеете стыковаться не переходя в режим докинга, скорее всего этот пост не для вас. В посте я максимально просто и доступно постараюсь разложить самый легкий метод стыковки и уверяю вас, если вы ранее сами не стыковались, процесс доставит вам недюжее удовольствие (с 12 года играю, до сих пор нравится стыковаться)
Краткое содержание следующее:
- Строим две простеньких одинаковых ракеты которые запустим в космос на разные орбиты.
- Взлетаем
- Формируем точку перехвата (Рендеву)
- Стыкуемся
Выглядит достаточно просто, особенно если никогда в KSP не играли (но по факту это не совсем так) :)
Давайте по порядку.
Аппарат:
Повторить его максимально просто.
Легкая посадочная рубка (у нее самый большой запас монотоплива из всех простых кабин), над ней гиродин и порт для стыковки средний.
Для обучения может понадобиться много монотоплива, поэтому поставьте несколько баков типа "ПЕЛЬМЕНЬ" или других. Забегая вперед скажу, что на стыковку мне потребовалось где-то 8-12 ед. монотоплива, но возьмите с запасом около 50-100.
Далее вниз ставим стандартный карандаш (бак на 4.5 т. веса) и полукарандаш (2.25 т.) далее вертлявый LVT 45.
Боковые ступени легче всего сделать из 1 карандаша и 1 вертлявого LVT 45. Размещать лучше всего на длинный вертикальный сепаратор (ТТ-70) по 2-ой (не 4-ой) симметрии и включать пропуск ресурсов. Смысл в том, что разместив по двойной симметрии и включив пропуск ресурсов, мы можем скопировать сепаратор со всеми прикрепленными к нему деталями и настройками (наводим на него мышкой - ALT + ЛКМ) и ставим еще раз с двойной симметрией под 90 градусов.
В этом случае, разделив парный отстрел боковушек на две ступени (ступень 1 и ступень 0 справа снизу) настройки перекачки топлива сформируются автоматически и ничего не надо будет трогать.
Все двигатели мы запускам разом удерживая адекватный ТВР тягой (1.8). Получится, что сначала все двигатели будут питаться из баков первых двух боковушек, а после отстрела, все двигатели будут есть из вторых двух боковушек, в этом случае, когда все 4 боковушки будут отстреляны, центральный бак останется полным и нетронутым, за счет чего дельта скорости будет хорошо распределена по ступеням. Раньше такие перекачки делались через жёлтые шланги в топливном разделе (можно сделать так и сейчас без включения пропуска ресурсов). С одной пары боковушек шланг из бака ставится в другую пару боковушек, а из второй пары боковушек в центральный бак, и всё будет абсолютно так же.
В качестве двигателей ориентации используем двигатель RV-105 (с переключением на второй вариант капелькой в левом нижнем углу - вариант с 5-ю соплами). С таким видом РСУ у вас будет меньше всего проблем, и в такой конфигурации можно обойтись всего 4-мя такими двигателями, но мы для простоты будем использовать 8 таких.
Касательно размещения РСУ (RSC). Размещать их следует равноудаленно от центра масс того, что вы собираетесь этими движками ориентировать и стыковать. Явно боковушки в космосе уже будет отстреляны, поэтому нам нужен центр масс последней ступени. На первом скриншоте, я пометил примерное место ЦМ красным крестом. Ставим двигатели на как можно более дальнем и одинаковом расстоянии от ЦМ с 4-ой симметрией.
Выводим 1 аппарат на околокруговую орбиту высотой +- 100 км.
2-ой аппарат выводим на орбиту с другой высотой +- 200 км
Получается следующая картинка:
Далее необходимо понять достаточно фундаментальные зависимости и понятия. Космос огромный и встретиться просто так понятное дело - невозможно. Нам необходимо двум аппаратам подлететь друг к другу и замереть на месте. Т.е. необходимо чтобы орбита у обоих аппаратов была абсолютно одинаковой. Тогда возникает вопрос, зачем мы выводим два аппарата на разные высоты? Для понимания разберем небольшой пример:
Если мы запустим два аппарата со старта друг за другом к примеру с задержкой в несколько десятков минут и выведем на одинаковые орбиты, они будут вращаться вокруг земли с одинаковой скоростью, но на определенном расстоянии друг от друга (более 100 км) и не приближаться и не отдаляться друг от друга.
В этом случае возникает следующий вопрос.
Почему бы одному аппарату не ускориться и не догнать второй? А потому что сама орбита (эллипс с максимально удаленной от земли точкой (апогей Ап) и максимально близкой к земли точкой (перигей Пе)) напрямую связана со скоростью движения аппарата. Если мы меняем нашу скорость у нас изменяется траектория нашего движения вокруг земли, изменяется и апогей и перигей. Т.е. мы перестанем лететь по той же траектории, что летит второй аппарат из-за чего только улетим дальше от него.
Поэтому необходимо сделать манёвр перехвата. Вот что надо знать - чем ниже у нас орбита (чем ближе эллипс орбиты к земле) тем быстрее мы по ней летим, а чем выше у нас орбита, тем медленнее мы двигаемся. Исходя из этого, смотря на картинку сверху можно сделать вывод, что аппарат 1 двигается быстрее и совершает один оборот вокруг кербина за время меньшее чем аппарат 2. Исходя уже из этого можно сказать, что постепенно аппарат 1 (смотря на данную картинку) будет потихоньку догонять аппарат с обратной стороны. Будет всё ближе с каждым оборотом вокруг земли, и в определенный момент оба аппарата будет находиться на расстоянии равным расстоянию между их орбитами (отмечено на картинке).
По сути, чтобы построить маневр перехвата, нам нужно дождаться момента нужного оборота вокруг кербина, во время которого расстояние между объектами будет минимальное. Поняв что на текущем обороте вокруг кербина мы будем ближе всего, нам нужно скорректировать орбиту так, чтобы расстояние между орбитами в точке сближение было равно 0. В этом случае, в точке мы действительно встретимся с аппаратом на определенной дистанции, но за счет разных орбит у нас будет очень высокая скорость встречи, от несколько десятков метров в секунду до нескольких сотен.
Забавный факт, когда я начинал играть в KSP я подумал что будет довольно занятной идеей встретиться двум аппаратам если лететь по орбитам в две разные стороны (орбиты с 180 гр. отличия) я довольно серьёзно подошел к делу совместил точку перехвата до 200-300 метров и при встрече офигел, что поскольку аппараты летят в разные стороны, скорость пролёта мимо цели составляла несколько километров в секунду (помахал ручкой).
Чтобы минимизировать скорость встречи, необходимо сделать первый важный этап в маневре перехвата - совместить плоскости орбит. Т.е. сделать так, чтобы углы орбит 1го и 2го аппарата были одинаковые. Для этого мы на карте отмечаем целью второй аппарат. После чего видим два зеленых маркера. В и Н - восходящий и нисходящий узел
Далее мы выжидаем когда наш аппарат будет максимально близок к этому узлу и делаем прожиг в сторону - Нормали (если узел нисходящий) и Антинормали (если узел восходящий). Нормаль помечена на навиболе Фиолетовым трегуольником с точкой, а антинормаль другой схожей фиолетовой фигурой.
Прожигаем смотря прямо на карту и видим как узел постепенно приближается к 0. Для стыковки желательный угол не более 0,2 градусов, а лучше 0. Если угол будет больше, все равно можно совместить точки сближения, но скорость встречи мало того, что будет большой, так еще и будет изменяться каждую секунду за счет неточного угла.
Далее мы можем либо просто подождать, как я писал выше круга, на котором мы будем ближе всего, либо заранее прикинуть маневр и дистанции. Точки пересечения будут видны после того как вы спланируете или выполните маневр.
Сам манёвр можно таскать за середину меняя время старта этого маневра (в нашем случае торможения (прожига на ретроград) т.к. мы будем тормозить с аппарата на внешней орбите, а не ускорятся с того что на внутренней. Таская манёвр мы будем видеть, что точки взаиморасположения аппаратов будем удаляться и сближаться, в зависимости от правильной и неправильной стороны в которые мы тянем манёвр.
Два варианта перехвата:
Вариант посложнее: Покрутиться на орбите и поподбирать маневр на ней таская его по времени старта, пока не удастся совместить точку встречи хотя бы в километрах 10-15. (Если всё сделать правильно то можно сразу свести до расстояния менее 1 км.)
Вариант полегче:
За счет этих инструментов и перемоток времени мы подгоняем точки пересечения орбит и делаем маневр (прожиг), чтобы сделать точку пересечения орбит и не смотрим как взаиморасполагаются аппараты.
После этого мы поймем, что каждый круг у нас дистанция между аппаратами в точке встречи будет сокращаться, либо удлиняться (если не повезет), но всё равно через определенное время начнет сокращаться. Просто ждем когда расстояние на встрече будет небольшим. Для кербина на высоте +- 100 км, считаю что 50 км, это максимальное расстояние, на котором можно пробовать делать сближения, иначе можно черпануть за верхние слои атмосферы и разбиться невнимательно выполняя следующие манёвры.
Что случилось если появились ещё и фиолетовые маркеры?
Это значит что вы сделали аппарату такую траекторию, что с орбитой второго аппарата она пересекается не в одной точке, а в двух и маркеры попарного цвета помогут так же сделать сближение в одной или другой точке или подогнать их манёвром. (В случае с двойным пересечением скорость встречи будет скорее всего выше)
Когда у нас есть дистанция менее 50 км между аппаратами всё сводится к простой работе с навиболом (шаром ориентации снизу). Переключаем его с режима орбита в режим ЦЕЛЬ.
В целом о том что творится на навиболе. Благодаря нему мы можем понимать в пространстве куда смотрит нос нашего аппарата, а так же в какую сторону мы летим. Это практически всё что нужно знать чтобы сделать последующий перехват. (Кстати если вдруг не замечали, оранжевая часть поверхности навибола значит что мы смотрим в планету, а синяя от неё)
Когда мы находимся в режиме ПОВЕРХНОСТЬ или ОРБИТА мы видим значком зеленого кружка и трёх линий то направление в которое направлен наш вектор движения, а такой же значок с перечеркнутым кружком показывает обратное направление - против движения. Когда мы выбираем небесное тело или аппарат целью, у нас появляются на навиболе еще 2 значка. Фиолетовый круг состоящий из 4 частей и точкой по середине и фиолетовая точка с тремя линиями под 120 градусов. Первый значок означает то направление в котором находится цель, а второй значок логичным образом располагается на обратной стороне навиболе и показывает обратное от цели направление.
Когда мы переходим в режим навибола - ЦЕЛЬ, в графе со скоростью отображается НАША СКОРОСТЬ ОТНОСИТЕЛЬНО ЦЕЛИ. При этом у нас есть значок направления к ЦЕЛИ и значок ПРОГРЕЙДА (направление куда мы летим). Я думаю, что вы уже догадались, что используя один навибол, можно сделать прожиг так, чтобы ПРОГРЕЙД встал ровно на направление к цели и чем ближе мы к цели, тем более точно мы сможем с ней сближаться (Значок цели будет постоянно смещаться).
Из всего вышесказанного можно сделать вывод, что если значок прогрейда и значок направления цели будут видимы на одном экране навибола друг с другом вместе, то мы будем двигаться к цели (аналогично ретрогрейд и "от цели"), а если мы будем видеть значок "от цели" с прогрейдом либо "к цели" с ретрогрейдом - то отдаляемся.
Далее необходимо понять как это дело туда-сюда движется. Когда мы становимся в определенную точку как на картинке сверху и прожигаем топливо. Значок прогрейда тянется к нашей текущей позиции, а так же в текущей ситуации прогрейд тянется к точке "К ЦЕЛИ" и в этом случае скорость движения к цели увеличивается.
Естественно сделать это на глазок за раз сложно и не выйдет, поэтому следующим этапом, мы просто удерживаем прогрейд в сторону цели и перематываем время пока он не убегает с цели. Как вы можете заметить ускоряться сильно и до бесконечности не стоит, потому что мы просто резко пролетим мимо. Поэтому когда мы окажемся довольно близко (меньше 5 км). Тоже самое действие можно проделывать со значком РЕТРОГРАД и ОТ ЦЕЛИ. Только в этом случае при прожиге РЕТРОГРАД не тянется к нашему положению, а наоборот УБЕГАЕТ от него в другую сторону, а скорость относительно цели уменьшается. (Ретроград необходимо удерживать на значке ОТ ЦЕЛИ).
Данными манипуляциями и перемоткой времени сокращаем дистанцию до 50-100 метров. (Чем ближе находимся к аппарату, тем больше стараемся снижать скорость относительно цели чтобы не пролететь). Когда дистанция станет небольшой просто встаём на ретрогрейд в режиме навибола ЦЕЛЬ и гасим скорость до нуля.
Поздравляю вы только что сделали манёвр перехвата. И кстати говоря, теперь вы можете перехватывать так любое небесное тело (луны, другие планеты).
Погасив же скорость до нуля мы будем спокойненько висеть рядом и практически не двигаться. Однако нужно понимать, что скорость на навиболе отображается с точностью до десятых частей, поэтому при перемотке времени мы всё равно будем слегка двигаться относительно второго аппарата.
Далее правой кнопкой мыши кликаем по порту которым хотим стыковаться на текущем аппарате - жмем УПРАВЛЯТЬ ОТСЮДА. Это перенесёт всё навибольные вещи именно на точку порта, что позволит более точно прицелиться для простой стыковки.
Кликаем правой кнопкой мыши по порту К КОТОРОМУ будем стыковаться - Задать цель.
Эти кнопки максимально правильно разместят на навиболе взаиморасполагающиеся маркеры К ЦЕЛИ и ОТ ЦЕЛИ, что позволит сразу же всё легко провернуть.
Далее вращаемся так, чтобы портом нацелиться на маркер К ЦЕЛИ (Нацеливаемся на порт)
Переходим на второй аппарат (горячая кнопка быстрого переключения "[" и "]" (на русской раскладке Х и Ъ) и делаем тоже самое (выставляемся на к ЦЕЛИ). Начинаем смотреть К ЦЕЛИ. В этом случае останется просто прожаться немного монотопливными двигателями и сделать небольшую скорость относительно двух целей (0.2-0.3 м/с) и удерживать цель и вектор движения.
Теперь как это сделать. Для начало разберем режим стыковки.
Режим стыковки включается снизу слева на второй значок сверху. После чего выползает вот такой вот экранчик как в левом углу, однако он по сути не сильно помогает.
Режим стыковки имеет 2 режима взаимодействия. ЛИН режим и ВРЩ. Переключаться между этими режимами можно горячей кнопкой ПРОБЕЛ - не бойтесь, в режиме стыковки ступени не срабатывают.
В режиме ВРЩ все наши кнопки работают как обычно на WASD и QE мы делаем Крен, Тангаж и Рысканье. В режиме ЛИН мы формируем смещения, т.е. при нажатии WASD мы смещаем аппарат как показано на рисунке ниже.
Обязательно включаем режим стабилизации (гор. клавиша T) без него после прожига РСУ мы будем мотаться как колбаса, если двигатели размещены не равноудаленно от центра масс.
В режиме ВРЩ мы ориентируемся, а в режиме ЛИН делаем смещения чтобы лететь куда надо используя кнопки. Расположение этого креста (WASD как на картинке выше, может быть развернуто относительно продольной оси аппарата (я нарисовал не совсем корректно где D на самом деле будет W и всё остальное так же сместиться на 90 гр, поскольку перед у аппарата где стекло у рубки с обратной стороны от текущего вида), поэтому можно сменить вид за которым летит камера на ФИКСИРОВАННЫЙ и понять всё будет намного проще (смена вида на гор. клавишу V).
По сути нам необходимо в режиме ЛИН включить на R РСУ и целясь в порт на навиболе немного нажать на Shift. Это датс нам небольшой импульс в сторону аппарата. После чего можно вернуться в режим ВРЩ и подгонять своё направление к порту (только желательно в режиме ВРЩ вырубать РСУ на R, чтобы неравномерным прожигом не сместить вектор движения) Если же при полете, мы видим, что наш прогрейд уходит от маркера К ЦЕЛИ, мы в режиме ЛИН с включенным R используем WASD чтобы разместить прогрейд на маркер к ЦЕЛИ. Чтобы легко застыковаться нужно иметь скорость 0.1-0.4 м/с. Когда вы будете рядом с портом, порт магнитом начнет притягиваться, и останется лишь в режиме ВРЩ правильно выставить аппарат, чтобы в точке соединения не было ПЕРЕЛОМА.
Если вы зашли с большой скоростью и после сцепки разлетелись - вставайтесь в режиме ВРЩ на прогрейд или ретрогрейд и используйте режим ЛИН, а так же SHIFT и CNTRL чтобы загасить скорость до нуля с помощью RSC. И снова потребуется либо развернуть оба аппарата друг к другу - лицом к лицу, либо же на РСУ сделать небольшой облёт, имея полученные знания и работая с навиболом и изображением.
Ваша первая стыковка принесет вам невиданное удовольствие и собирать корабли на орбите очень классно. Поэтому обязательно пробуйте и делитесь тем что у Вас получилось в комментах, а так же, не забывайте делать быстрое сохранение когда слетитесь близко, чтобы несколько раз иметь возможность попробовать постыковаться.
В дальнейшем разберу ситуацию как стыковаться не передними, а боковыми или максимально стрёмно расположенными портами и подобные вещи.
Пишите ваши вопросы и комментарии, присылайте что у вас вышло.
С Вами был Finn163. Спасибо за внимание.
Небольшой бонус моя станция из прошлой карьеры на орбите Гилли (спутник Евы) весом в 170 тонн (гнал туда с кербина 4мя или 5ю партиями и стыковался на орбите), а так же подключение топливных стержней для тягача космопоезда одного из модулей станции.
Успешная стыковка Узлового модуля к Российскому сегменту МКС!
Такую задачу поставил Little.Bit пикабушникам. И на его призыв откликнулись PILOTMISHA, MorGott и Lei Radna. Поэтому теперь вы знаете, как сделать игру, скрафтить косплей, написать историю и посадить самолет. А если еще не знаете, то смотрите и учитесь.
В третий раз откладывается запуск прототипа ТПК Boeing CST-100, и снова по вине российского МЛМ-У "Наука" (Не смешно уже)
А теперь к более детальному описанию произошедшей ситуации, что там произошло с клапанами, какая ошибка вылезла на корабле в этот раз и как быстро её исправят.
Тем кто пропустил два предыдущих поста - краткое описание. Транспортный пилотируемый корабль (ТПК) Starliner компании Boeing был разработан по программе НАСА CCDev (Commercial Crew Development) для доставки астронавтов на Международную космическую станцию.
- Как и корабль SpaceX Crew Dragon, он должен выполнить один беспилотный полет к МКС и один полет с людьми на борту, прежде чем НАСА сертифицирует корабль для перевозки астронавтов.
Первый такой испытательный полет Starliner состоялся 20 декабря 2019 года. В случае успеха - у Boeing был шанс совершить свой первый пилотируемый полёт раньше, чем SpaceX. Однако - не сложилось.
Сразу после отделения от ракеты «Атлас-5» корабль начал испытывать серьезные проблемы.
- Из-за ошибки в таймере бортовой компьютер предполагал, что корабль уже находится на опорной орбите, тогда как в действительности он находился на суборбитальной траектории и должен был выполнить самостоятельное довыведение.
Из-за этого автоматика не запустила двигатели корабля, и с некоторой задержкой они были активированы вручную по командам с Земли.
- В процессе этих операций корабль израсходовал много топлива. Поздний выход на орбиту, уже после достижения апоцентра, удержание на орбите дольше необходимого, пропущенное окно. Остатков в топливных баках было недостаточно для полета к МКС, а потому сближение и стыковка со станцией были отменены. Этот сценарий ждал "Науку" в том случае, если бы её маршевые двигатели (ДКС) - не смогли запустить 23-24 июля.
22 декабря того же года, спустя 2 дня после запуска - Starliner вернулся на Землю.
По результатам последующего расследования выяснилось, что ошибка с таймером была далеко не единственной в программном обеспечении корабля.
- Помимо других ошибок, которые привели к сбоям в системе связи, была обнаружена проблема с двигателями служебного модуля, потенциально представлявшая угрозу экипажу.
Всего американское космическое агентство выписало 80 различных рекомендаций по внесению изменений в ПО корабля. НАСА отказалось зачесть первый полет Starliner на орбиту и потребовало его повторить. На устранение всех недочётов ушло больше года.
Boeing провел большую работу над ошибками, которая включала переделку программного обеспечения и глубокое тестирование всех систем Starliner.
- Повторный беспилотный полет Starliner к МКС получил название OFT-2 (Orbital Flight Test). Сначала он планировался на весну 2021 года, но и тут всё оказалось не очень благополучно.
В итоге пуск назначен на 30 июля, но затем дата была изменена на 3 августа.
- Официально, конечно, его объяснили нештатной ситуацией с российским модулем «Наука», который активировал двигатели после стыковки с МКС и нарушил ориентацию станции, но в итоге всё вышло сложнее.
Вывоз ракеты Atlas-V в модификации N22 с ТПК CST-100 "Starliner" на стартовую площадку SLC-41 на мысе Канаверал состоялся 2 августа.
- В этот же день в ходе проверок корабля была выявлена проблема, которую Boeing описал как «неожиданные показания положения клапана в двигательной системе», о чём я написал вчера.
Но тут есть один нюанс. В открытых источниках (Пресс-релиз) - об это сказали только 3 августа, перенеся полёт за три часа до запуска. Могу предположить, что в боинге изначально надеялись на "Авось прокатит", но потом передумали.
- В первоначальном сообщении говорилось, что пуск Altas V может состояться уже в среду 4 августа, но позднее Boeing и НАСА отказались от этой идеи.
Специалисты сформировали программу для решения проблемы с клапаном, которая требует возвращения ракеты с кораблем в вертикальный монтажно-испытательный комплекс.
- Повторного возвращения, в прошлый четверг ракету с кораблём после запуска "Науки" уже укатывали обратно.
Анализ ситуации выявил несколько возможных причин произошедшего, и их изучение также потребует времени. Следующая возможная дата старта – 7 августа, но это не точно, никто не даёт гарантии, что корабль будет готов к этому сроку, возможно что будет ещё не один перенос, если проблемы окажутся серьёзнее чем кажется.
Если OFT-2 пройдет успешно, то пилотируемый испытательный полет Starliner к МКС может состояться уже в конце этого года. Если же нет - то у Боинга будут серьёзные проблемы, и отставание от SpaceX вполне может перевалить за два года.
- Благо это уже не так критично, недавно NASA заявило, что рассматривает возможность продления эксплуатации МКС до 2030 года.
Мы конечно все в этом были уверены, иначе никто бы не подписывал с Axiom Space контракт на доставку к МКС трёх крупных частных модулей, но официально информация подтвердилась только после того, как Роскосмос продлил свой срок пребывания на станции до 2028 года, с возможностью строительства национальной орбитальной в составе МКС, а не в качестве отдельного объекта.
Кстати, именно об этом сегменте Axiom Space я и расскажу в следующем длиннопосте