Блогът на Даниел Марин

След вчерашната публикация за връщането на Союз TMA-10M, читател, който иска да остане анонимен, ме попита как можем да знаем къде ще кацне космическа капсула. Отговорът може да изглежда прост. Имаме кораб, който следва определена орбита, така че просто трябва да включим спирачния двигател, така че г-н Нютон да си свърши работата и капсулата да кацне на мястото, което сме определили. Парче торта, нали? Ами очевидно, не, не е толкова просто.

космически
Союзът ТМА-10М каца в Казахстан. Виждащият се дим не се дължи на силата на удара, а на четирите ракети DMP с твърдо гориво, които омекотяват кацането (НАСА).

Като начало космическата капсула не е самолет и нейната маневреност със сигурност е много ограничена, въпреки че, както ще видим, не е нула. Разликата в плътността в горните слоеве на атмосферата и вятъра причиняват грешката в точността на кацане винаги да бъде по-голяма от няколко километра. С други думи, трябва да изберем наистина широка зона без препятствия. Разбира се, нашата зона за кацане не може да бъде разположена на географска ширина по-висока от 51,65 ° север или 51,65 ° юг, тъй като това е наклонът на орбитата на международната космическа станция (МКС) и следователно на който и да е кораб „Союз“. Това ограничение оставя голяма част от територията на Руската федерация, така че от първите им полети корабите "Союз" са се приземили, с някои изключения, в безкрайните степи на Казахстан, практика, която продължава без прекъсване след падането на съветската Съюз. Казахстанската степ също има предимството, че няма гори, естествени препятствия или големи населени места, които пречат на спускането на капсула.

Влизане на Союз, видян от МКС (НАСА).

Но разбира се, не е достатъчно да изберем ивица с широчина стотици километри и да кажем, че това е нашата зона за кацане. Астронавтите могат да страдат от проблеми по време на завръщането, може би дори могат да бъдат ранени и се нуждаят от незабавна медицинска помощ. Но дори и без спешни случаи, връщането на Земята, след като прекара шест месеца в космоса, не е приятно изживяване за човешкото тяло. Следователно е необходимо значително да се намали площта за кацане, ако искаме спасителният екип да стигне до екипажа възможно най-скоро.

Как можем да го направим? Е, използвайки капсулата, сякаш е самолет, за да генерира малко тяга и по този начин да регулира траекторията на спускане, нещо, което на пръв поглед може да изглежда невъзможно. В крайна сметка капсулата няма крила или други аеродинамични повърхности, които да генерират повдигане. Но нямате нужда от тях, тъй като самата капсула се използва като поддържащо тяло. Нека не забравяме, че капсулата се движи с почти 28 000 км/ч, когато навлиза в атмосферата, така че всяка малка сила, генерирана в тази фаза, може да има огромни ефекти върху разстоянието от крайната зона за кацане. Номерът е да се позиционира центърът на масата на капсулата по такъв начин, че да е леко изместен от оста и/или ъгъла на атака на превозното средство. По този начин се генерира сила на повдигане, която освен това ни позволява да намалим огромното ускорение, понесено от космонавтите по време на повторно влизане.

Капсула "Союз", където центърът на масата се вижда, че не е подравнен с центъра на налягане, за да генерира силата на повдигане (RKK Energy).

Траектория на спускане на Союз ТМА-10М (НАСА ТВ).

Добре, това е добре, но как да ориентираме капсулата, така че да се генерира тази сила на повдигане? А, добър въпрос. Първо трябва да се уверим, че познаваме точно центъра на масата на SA. Поради тази причина седалките на космонавтите са калибрирани с огромна точност преди излитане и всъщност самите космонавти трябва да измерват масата си, преди да се върнат, като използват специални „везни“ за нулева гравитация. В миналото изобщо не беше странно за контролния център (ЦУП) да нареди на член на екипажа да наддаде или да отслабне за повторно влизане, въпреки че в момента се предпочита полезният товар да се използва като баласт. Разликата от няколко кг в 2,9-тонно превозно средство (масата на HS) може да изглежда незначителна, но не е, ако вземем предвид, че може да се превърне в изместване на центъра на масата от няколко сантиметра.

Спасителният екип се приближава до капсула "Союз" (НАСА). Сейф на союз на земята (НАСА). Топлинният щит на Союз (отделя се на 5 км височина) (Новости Космонавтики).

След като центърът на масата бъде изчислен от експертната група за балистика TsUP, трябва да въведем данните в компютъра на Союз, който ще отговаря за пилотирането на капсулата по време на повторното влизане на звяра. За да направи това, той ще използва осем малки задвижващи устройства с тяга от 10 kgf, всеки от които използва водороден прекис като гориво (влошаването на катализатора в тези задвижващи механизми е именно основният фактор, ограничаващ полезния живот в орбитата на Союз). Тези микромотори се наричат ​​URMD (Upravlyayuschie Reaktivnie Mikrodvigateli, „реактивни микромотори“) и са част от системата SIO-S („система за контрол на реакцията при спускане“). Двигателите с URMD работят между 80 и 11 километра, докато топлинният щит претърпява строгостта на връщащата се топлина. Преди кацане и с вече разгърнатия основен парашут, излишъкът от 30 кг пероксид, който носи капсулата, се изхвърля, за да се избегне повреда на екипажа.

Фази във входа на Союз. Комуникации по време на спускането на Союз (Новости Космонавтики). Цикъл на спускане Союз ТМА-10М (ЦУП).

Може да изглежда, че за разлика от записите в AUS или RUS, балистичното влизане е „неконтролирано“, но не е така. Всъщност компютърът не контролира траекторията на кораба, а неговата позиция. Няма неконтролирано балистично повторно влизане като такова. Или по-скоро, ако това се случи, екипажът може да се счита за мъртъв. Има два режима на балистично спускане, нормален (BS) и резервен (BSR). В режим BS компютърът регулира скоростта на въртене на 12,5º в секунда, за да стабилизира капсулата, като същевременно успокоява всяко странично движение с URMD тласкачите. В режим BSR скоростта на въртене се увеличава до 18º в секунда, тъй като се предполага, че компютърът не може да стабилизира страничните движения (принципът на ъгловия момент ни казва, че колкото по-висока е скоростта на въртене, толкова по-стабилна ще бъде капсулата, въпреки че космонавтите не са много удобно). Режимът BSR никога не е бил използван, но BS е използван от Soyuz TMA-1, Soyuz TMA-10 и Soyuz TMA-11 за различни проблеми (екипажът се е върнал без проблеми и при трите случая).

След като вземем предвид тези фактори, трябва само да маркираме точката за кацане и да изпратим спасителния екип там. Союзът ще запали спирачното запалване на основния си двигател SKD - което обикновено трае около пет минути - около четвърт орбита преди слизането, тоест половин час преди това. Сега очевидно не ни е достатъчно да стартираме двигателя във всяка точка на орбита и да изчакаме да кацнем в Казахстан! Първо трябва да подберем много внимателно кои орбити преминават през зоната за кацане в зависимост от деня. И не само това, ние също трябва да изберем орбитата по такъв начин, че ако екипажът не може по каквато и да е причина да стартира двигателя навреме, капсулата ще може да кацне в планираната зона. поне за следващите две орбити, доста ограничително изискване, ако вземем предвид, че между орбитата и орбитата Земята се движи под космическия кораб, променяйки цялата геометрия на повторното влизане.

Просто погледнете карта на Казахстан, за да разберете, че тя се намира на географски ширини близо до границата на географската ширина от 51,65º север, която споменахме по-рано. Това означава, че Союзът се спуска по степта, движейки се обикновено на север. Точката в орбитата на Союз, в която той пресича екватора, насочен на север, се нарича възходящ възел и е ключов параметър при определяне на зоната за кацане. Ако не се стигне до извънредни ситуации, възходящият възел на спускащата се орбита на Союз трябва да бъде разположен на запад от 20-ия меридиан на изток, за да прелети над Казахстан. Когато избира зоната за кацане, балистичната група първо задава своята дължина и след това регулира географската ширина според наличните орбити през този ден. Номиналната дължина на зоната за кацане за Союз е теоретично между 63º и 74º на изток, въпреки че на практика се използват две зони между 67º-68º и 69º-70º. Тези две области, първата близо до град Аркалик и втората не много далеч - от гледна точка на казахстанските разстояния, разбира се - от Джезказган, имат съответни географски ширини от 50º-52º север и 47º-49º север.

Зони за кацане на почти всички капсули Союз. Оценява се съществуването на две основни зони. Свободните места са предимно балистични входове (Google Maps/Novosti Kosmonavtiki).

За да разберем въпроса малко по-добре, нека разгледаме една от картите, използвани от спасителните екипи (в случая Союз ТМА-5):

Траектории и зони за кацане на Союз ТМА-5 (Новости Космонавтики).

Тази карта ясно показва трите основни зони за кацане, съответстващи на трите орбити, които преминават над зоната за кацане този ден в деня на завръщането у дома. Всяка орбита е представена с пунктирана линия и от лявата страна можете да видите квадратите, които представляват зоните за кацане в случай на балистично влизане (най-малкото поле е областта с най-голяма вероятност). Наличието на различни зони за кацане означава, че има и няколко спасителни групи, въпреки че повечето от средствата са съсредоточени на основното място. Екипите използват хеликоптери Mil Mi-8, офроуд земноводни (PEM) Zil 4906 и конвенционални моторни превозни средства за навигация в казахстанската степ. Самолетите Антонов Ан-12 и Антонов Ан-24 се използват за пътуване между казахстанските летища. Обикновено осем или десет хиляди Ми-8 и четири EMP превозни средства се изпращат в основната зона, докато винаги има поне два хеликоптера в близост до една или две от балистичните зони. Накратко, значително внедряване и това струва само по себе си.

След като екипажът бъде успешно спасен, космонавтите се прехвърлят на международното летище в Караганда, където се забавляват на церемония по приема, която повечето биха предпочели да не присъстват, но което е едно от условията, които казахстанското правителство постави на руснаците да продължават да използват страната си като поле за кацане. Оттам руските космонавти летят директно до Звездния град (ЦПК) в Москва, докато американците решават да отидат сами и да отидат до Хюстън със самолет на НАСА Gulfstream III (до преди няколко години те също пътуваха до ЦПК с неговия Руски спътници). Капсулата се прехвърля от Зил до летището, откъдето отива до Москва.

Спасителният екип очаква кацането на Союз. Оценява се блясъкът на DMP (Новости Космонавтики). Союз се взима от Зил.

Но какво, ако имаме спешен случай и трябва да кацнем веднага? В случай на проблем със самия Союз - например намаляване на налягането - трябва да кацнем възможно най-скоро, тъй като резервите за кислород на водолазните костюми Sokol-KV2 са около два часа. Ето защо по света винаги има няколко зони за аварийно кацане. Следователно данните за стартиране на двигателя "Союз" според зоната на спускане варират всеки ден, така че една от задачите на космонавтите на МКС е да отпечатат -да, на хартия-информацията за параметрите на спускане всеки ден и го сложете в Союз за всеки случай. Зоните за кацане за първите три или четири орбити за даден ден се намират в Казахстан и са тези, които видяхме по-рано, за останалите орбити аварийните зони за кацане са: долната част на Волга, Одеския регион, Унгария, Франция (три зони), Съединените щати (осем зони, главно в средния запад), Японско море (Союз може да кацне при спешни случаи), регион Хабаровск и южен Казахстан.

След повече от четири десетилетия мисии „Союз“, имаше някои нестабилни кацания, но досега никой не е кацнал в една от аварийните зони (въпреки че „Союз 18-1“ беше близо до кацането в Китай). Но никога не се знае. За всеки случай проучете какво да правите, ако Союз кацне във вашата градина.

Союз се спуска, докато продухва водороден прекис от своите SIO-S двигатели (NASA).

Видео на повторното влизане на Союз, видяно отвътре на капсулата (вече го поставихме тук, но си заслужава):