Космонавты впервые в истории добрались на МКС за 3 часа
Click to viewРоссийский «Союз МС-17» установил новый мировой рекорд по скорости доставки космонавтов на МКС. Полет до станции занял всего 3 часа 3 минуты, предыдущий пассажирский рекорд был на 2,5 часа больше. Такое ускорение прежде всего делает полет безопаснее для космонавтов. К примеру, Crew Dragon компании SpaceX долетел до МКС за 19 часов в мае этого года.
Два россиянина Сергей Рыжиков и Сергей Кудь-Сверчков, а также американка Кэтлин Рубинс стали первыми в истории космонавтами, которые добрались с Байконура до МКС всего за 3 часа 3 минуты. Раньше подобную скорость развивали только грузовые ракеты - самая быстрая добиралась до станции за 3 часа 18 минут.
Витки и импульсы
Предыдущий пассажирский временной рекорд был поставлен также на «Союзе» (модель МС-06) в 2017 году. Тогда время в пути составило 5 часов 38 минут. Стандартная же длительность полета до МКС, по словам летчика-космонавта, героя России Александра Лазуткина, составляла двое суток - тогда ракета делала 34 витка вокруг Земли. Следующая по скорости доставка экипажа занимала четыре витка и порядка шести часов в пути, а рекордный полет потребовал всего два витка.
«Это связано с тем, что очень хорошо работает техника: двигатель у ракетоносителя, все его системы, особенно навигация - больше тут никаких секретов нет. Главное, что двигатель у ракеты выдает точный импульс», - рассказал космонавт.
Летчик-космонавт, герой России Михаил Корниенко объяснил «360», что система скоростной доставки экипажа на МКС основана на тех же принципах, то и предыдущие. Корабль выводят на орбиту на высоте 200 километров, а затем за счет ряда импульсов ракета «догоняет» станцию, сокращая угол между ними.
Сейчас ракетоноситель выводят на ту же орбиту, но импульс дается сразу достаточно мощный, так что в течение двух часов выводит корабль в окрестности станции
Михаил Корниенко, летчик-космонавт, герой России.
Оставшийся час требуется на то, чтобы успешно состыковать ракету. При этом, если за два часа на корабле космонавты заметят какие-то неполадки, они могут вернуться к более длинной схеме стыковки, чтобы все исправить.
«То, что мы сейчас получили, - это, во-первых, большой опыт производства и управления космической техникой, а во-вторых, это говорит о том, что технический прогресс все-таки идет», - заключил Лазуткин.
Комфорт человека
Основное преимущество трехчасового полета до МКС, по словам космонавтов, заключается в том, что людям приходится меньше сидеть в корабле в постоянном напряжении, наблюдая за процессом и контролируя его. Уже во время этого полета у космонавтов начинается процесс адаптации организма к невесомости, который вызывает болезненные, некомфортные состояния.
Чем дольше ты находишься в невесомости, тем хуже себя чувствуешь. А за три часа организм только начинает адаптироваться, а человек уже прилетел, поэтому это очень удобно. Это как водитель за рулем машины - если ему плохо, он может в аварию попасть, а дома можно поболеть спокойно
Александр Лазуткин, летчик-космонавт, герой России.
Михаил Корниенко добавил, что такая схема полета чуть более энергозатратна, но наименее проблемна для экипажа. За счет короткого пути существенно увеличивается надежность работы человека в процессе полета и снижаются риски аварийности.
«Ребята сейчас по самой короткой схеме долетели хорошо и безаварийно, так что эффективность схемы доказана - и слава Богу, потому что это лучше всего для экипажа. Так что есть все шансы, что она станет постоянной», - уверен он.
Еще плюсы быстрых схем полета "Союзов" к МКС
Быстрые схемы полета космических кораблей "Союз" позволяют экономить топливо и подготовиться к миссии на Луну, рассказал начальник отдела баллистики Ракетно-космической корпорации "Энергия" Рафаил Муртазин в трансляции на сайте "Роскосмоса".
"По нашим прикидкам, двухвитковая схема по сравнению с двухсуточной даст нам порядка 30-35 килограмм экономии топлива. Это немало", - сказал он.
Кроме того, по словам Муртазина, новая схема необходима для отработки технологий, которые потребуются во время лунных миссий, когда потребуется проведение быстрых стыковок в космосе.
Очень длинный путь
Пилотируемые космические корабли до сих пор летают по двухсуточной схеме, делая 34 витка вокруг нашей планеты.
Представьте, лететь на работу три часа или добираться более двух суток в тесной капсуле корабля "Союз", где даже ноги не вытянуть - космонавты так и лежат в позе эмбриона в своих ложементах.
Но почему так долго? Почему космический корабль, летящий со скоростью свыше 27 000 километров в час, так долго подбирается к висящей на высоте всего 400 километров станции? Более того, американские лунные миссии "Аполлон" летели до Луны всего вдвое дольше, при том, что расстояние до Луны больше в тысячу раз. Всё дело в необходимой точности для стыковки с МКС.
Станция находится на достаточно устойчивой орбите, а вот Земля вращается. И чтобы обеспечить стыковку космического аппарата и станции, 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.
После того как ракета вывела космический корабль на низкую околоземную орбиту, работа только начинается. Для начала при помощи двигателей корабль повышает свою орбиту. Ракета-носитель выводит его на высоту около двухсот километров, а до МКС нужно лететь ещё двести. Затем осуществляется гомановский переход - специальный манёвр по переходу на фазированную орбиту.
Корабль сначала запускает двигатели и начинает подъём, затем точно рассчитанным импульсом гасит скорость. Манёвры считаются до десятых и сотых долей секунды, любая ошибка - и о стыковке можно забыть, корабль со всем содержимым превратится в космический мусор. Затем ещё один сложный манёвр - биэллиптический переход, торможение и выравнивание с МКС по курсу.
Быстрее всех
До последнего времени на все эти сложнейшие манёвры требовалось много витков. Сейчас же Роскосмос вплотную подошёл к теоретическому пределу - быстрее долететь до МКС и пристыковаться просто невозможно. Что характерно, американские специалисты до сих пор запускают грузовые корабли по классической длинной схеме.
Даже Илон Маск пока не пытается сократить время для стыковки - для этого требуется запускать ракету-носитель в точно рассчитанное время, а у SpaceX с этим пока проблемы, очень сильно влияет погодный фактор. Кроме того, есть информация, что и с нацеливанием у американцев не всё идеально.
Зачем это нужно? Во-первых, это сделает полёты дешевле - не будет нужна работа нескольких десятков специалистов, не вылезающих сутками из Центра управления полётами. Кроме того, это пойдёт на пользу космонавтам - привыкание к невесомости гораздо лучше переносить в просторных отсеках МКС, нежели в тесном "Союзе", но даже это не главное.
Главное, что такой способ полётов пригодится в ближайшем будущем, когда появятся новые орбитальные станции. И если сейчас космонавтам помощи ждать неоткуда, то уже в ближайшем будущем можно будет создать ракету экстренной помощи, требующую только заправки и расчёта. И уже через несколько часов на орбитальную станцию могут прибыть специалисты для оказания помощи.
А орбитальный туризм? Двое суток в максимально ограниченном пространстве отпугивают очень многих желающих. А три с половиной часа - это уже совсем другой разговор. Такими темпами слетать на МКС и вернуться обратно можно будет в течение рабочего дня. И всё это - результат точной, кропотливой, выверенной, хоть и не всегда видной работы специалистов Роскосмоса. Давно требовалось уйти от двухсуточной схемы, сделать космос ближе, и это наконец удалось.
Еще одним важным преимуществом является то, что биоматериал доставляется быстрее для космических экспериментов, а значит, этот материал безопаснее. Также быстрее будут доставляться скоропортящиеся грузы.
Кроме этого, сокращается расход батареи корабля. "По системе электропитания затраты меньше, потому что корабль летит и по четырехвитковой, и по двухвитковой схеме практически без подзаряда от Солнца - приток солнечной энергии в солнечные батареи минимальный. В связи с этим лететь по двух- или четырехвитковой - большая разница. Хотя и по четырехвитковой схеме достаточно заряда батареи, но тут потратим еще меньше энергии", - отметил космонавт Калери. Корабль в любом случае подзаряжается на МКС после стыковки, однако при сверхкороткой схеме остается больший запас энергии. По словам Калери, прежде всего, полет по двухвитковой схеме будет проще с точки зрения работы космонавтов - меньше операций, меньше включений двигателя "Союза".
Экскурс в историю
Два состыкованных корабля «Союз»
За десятилетия развития космонавтики СССР/Россия и США успели перепробовать алгоритмы стыковки самой разной длительности. Абсолютный рекорд по скорости стыковки принадлежит нам - весной 1968 года два беспилотных «Союза» под названиями «Космос-212» и "-213" сумели состыковаться всего через 47 минут после старта второго корабля. Пилотируемый рекорд также был бы нашим, если бы у Георгия Берегового на «Союзе-3» получилось бы состыковаться с беспилотным «Союзом-2» - он был на расстоянии 200 метров от цели меньше, чем через час после старта. Но Береговому не повезло, а рекорд самой быстрой пилотируемой стыковки принадлежит Конраду и Гордону, которые сумели состыковать «Джемини-11» с мишенью «Аджена» за 1 час 34 минуты. Если говорить про полеты к орбитальным станциям, до 2013 года рекорд был у американцев - миссии к станции «Скайлэб» стыковались через 8 часов после запуска. В СССР же до 1986 года была принята суточная схема стыковки, а после начала работы станции «Мир» перешли на двухсуточную схему, которую перенесли и на МКС.
Немного физики
Описать словами сближение и стыковку просто. Нужно, всего лишь, сформировать такую орбиту, чтобы оказаться недалеко от цели, погасить относительную скорость, сблизиться и состыковаться. В реальности, понятное дело, этот процесс гораздо сложнее. У «Союза» возможна не любая начальная орбита, да и топливо у него не бесконечное. В таких условиях очень важными параметрами становятся фазовый угол и его допустимый диапазон.
Фазовый угол - это угол между кораблем и целью в плоскости орбиты.
Фазовый диапазон - это допустимые значения фазового угла, при которых возможна стыковка.
Для двухсуточной схемы фазовый диапазон очень большой - порядка 150°, а фазовый угол находится обычно в диапазоне 200-400°. Шестичасовая схема гораздо строже - надо уложиться в фазовый угол 30±15°. Для того, чтобы успеть состыковаться за шесть часов, баллистики даже пошли на хитрость - сразу после выведения корабль получает данные для коррекции орбиты по расчетным параметрам выведения (а в реальном мире ракета-носитель всегда чуть-чуть промахивается). Затем, на втором витке, его орбиту анализируют на Земле и отправляют данные для двух импульсов коррекции, которые исправляют ошибку выведения. Не забывайте о том, что один виток - это примерно 90 минут, т.е. на все операции по стыковке есть всего четыре витка.
Схема маневров «Союза ТМА-16М». Первые два импульса расчетные, вторые два - корректирующие. Обратите внимание на активное маневрирование - импульсы идут примерно каждые полчаса
Схема маневров «Союза ТМА-18М».
Расчет даты и параметров старта зависит от огромного количества ограничений:
*Старт к МКС с Байконура возможен один раз в сутки.
*МКС теряет высоту непредсказуемо - в зависимости от солнечной активности.
*МКС может быть вынуждена выполнить маневр уклонения от космического мусора в заранее неизвестный день
*Нужно, чтобы стыковка происходила на дневной стороне орбиты и в видимости наземных пунктов управления на нашей территории.
*Параметры орбиты необходимо сохранять совместимыми с последующими стартами и посадками с горизонтом планирования примерно год.
В таких условиях баллистики становятся немного жонглерами, учитывая не только множество параметров, но и прогноз на их изменение со временем. Для шестичасовой схемы, несмотря на все старания, пришлось даже вносить послабление - старт теперь может сдвинуться на один день вперед или назад.
Как же удалось сократить время полёта с 50 часов до трёх?
Ещё лет 10 назад, всё космические корабли летали на МКС по 34-х витковой схеме. Такой полёт занимал целых 50 часов, то есть больше двух суток. Это притом что до МКС всего 400 км. Почему так?
Естественно дело, конечно, не в том, что космонавтам спешить некуда, всё дело в технике. Чем больше усложнялась процедура стыковки, тем сложнее были расчёты траектории, тем точнее нужно было корректировать как ракету-носитель, так и космический корабль. Старые системы управления не поспевали за прогрессом и поэтому время от старта до стыковки всё росло и росло. А когда появилась станция «Мир» пришлось и вовсе перейти на двухсуточную схему, иначе пришлось бы каждый раз корректировать орбиту огромной станции, а это очень дорого.
Но сейчас орбиту МКС тоже никто не корректирует, как же удалось сократить время полёта с 50 часов до трёх?
А это к вопросу про то, что Роскосмос якобы пользуется советским наследием, сам ничего не разрабатывая. На самом деле, конечно, пользуется, да и грех не пользоваться таким великим наследием, много в мире тех кто мечтал бы им попользоваться, включая США. Но это наследие всё время улучается, согласно современному развитию техники.
Двухвитковая схема стала возможной только благодаря новейшим кораблям с цифровой системой управления «Прогресс-МС» и «Союз-МС».
Но кораблей мало. Для точного выведения нужна ещё и цифровая ракета. Я напомню, что грузовые корабли «Прогресс-МС» уже давно выводятся по 2 витковой схеме, потому что давно используют «цифровые» Союзы. А вот пилотируемые запуски осуществлялись ракетой Союз-ФГ, поэтому двухвитковая схема была невозможна.
Но в прошлом году и пилотируемые полёты наконец перешли на новейшую цифровую ракету Союз-2.1а, вот почему стала возможна быстрая схема.
Когда возникла мысль ускорить доставку космонавтов на МКС?
Мысль ускорить доставку космонавтов на МКС возникла с появлением на борту "Союзов" космических туристов. В конце первых суток полета наступает острая фаза адаптации к невесомости. Туристы показали все побочные эффекты длинной стыковки.
"Когда космонавт летит в космос, в первую ночь и на вторые сутки, у него начинается острая адаптация. Когда распухает лицо, начинает укачивать, начинает болеть спина, болит голова, трудно уснуть. Это все начинается не сразу после полета, а вот примерно часов через 12, обычно с первой ночи. И вот когда экипаж летел двое суток, у него острая адаптация начиналась на корабле. В РКК "Энергия" решили попробовать быструю схему, чтобы облегчить жизнь космонавтам", - рассказал Александр Хохлов, член Северо-Западной организации Федерации космонавтики России.
Опыт полетов по сверхкоротким схемам поможет при выведении на орбиту нового российского корабля "Орел", над которым идет работа. Кроме того, быстрая стыковка откроет возможности для полетов на орбиту непрофессиональных космонавтов.
"В 21-м, в 22-м, в 23-м году уже есть контракты, готовятся корабли, полетят по два туриста. Каждый год в конце года два туриста будут летать на российский сегмент МКС. И эта работа проводилась, в том числе Рафаилом Муртазиным, баллистиком РКК "Энергия", для того чтобы способствовать полетам туристов, которые намного менее готовы выдерживать эту закрутку, выдерживать болезнь движения, чем профессиональные космонавты", - пояснил Александр Хохлов.
Источники:
Эксперт назвал плюсы быстрых схем полета "Союзов" к МКС
Космонавты впервые в истории добрались на МКС за 3 часа. Как это стало возможно?
Почему «Союз» летел к МКС двое суток или занимательная баллистика
Как тебе такое, Илон Маск? Роскосмос смог долететь до МКС всего за 3 часа
«Космический лифт» Рогозина заработал. На МКС за 3 часа
Главное преимущество рекордно быстрой стыковки с МКС
Зачем нужно быстро летать к МКС
Смотрите также:
Немецкие эксперты: концепция кораблей Маска заимствована у России
Статистика космических запусков по странам 1957 - 2020 года
Космонавты впервые в истории добрались на МКС за 3 часа
«Есть прекрасный шанс выиграть у Советов...»
Битва за космос
Человек полетит на Марс по одной причине: потому что хочется
Улетели в историю: как SpaceX Илона Маска смогла обогнать «Роскосмос» так сильно и так быстро?
Биофизики создали новую систему жизнеобеспечения для лунной программы Роскосмоса
Космос ближе, чем нам кажется