Космический экспресс: как «Союзы» добираются до МКС за пару часов

Новости о полётах к Международной космической станции пестрят разными терминами: «быстрая схема», «двухвитковая схема», «многовитковая схема». Одни корабли долетают за несколько часов, другие — за двое суток. Как же разобраться во всем этом многообразии?

Точность — вежливость королей

... но не космонавтики.

Вывести космический аппарат (КА) на орбиту с точностью до миллиметра — задача пока невыполнимая. Даже самые современные ракеты-носители и системы управления не могут гарантировать идеальную точность. Виной тому несовершенство «железа» и непредсказуемость атмосферы Земли.

Многие параметры атмосферы можно измерить заранее, но полностью предсказать их поведение на всей протяженности траектории полёта просто невозможно даже в теории. На практике всё еще сложнее — измерения устаревают с каждой минутой до запуска.

Поэтому после выхода на орбиту всегда приходится корректировать траекторию: делается это с помощью двигателей корабля, а необходимые данные передаются с Земли. .

Медленно, но верно

Если КА нужно просто вывести на орбиту, как, например, спутник связи, то коррекция не представляет особой проблемы. Совсем другое дело если корабль должен состыковаться с МКС — в таком случае время на коррекцию ограничено.

Чтобы минимизировать риски, обычно используется «длинная» (она же «обычная») схема: корабль выводится на опорную орбиту ниже станции, после чего наземные службы измеряют её параметры и рассчитывают коррекцию для выравнивания наклонения и эксцентриситета орбиты. Затем корабль ждёт окна для выполнения перехода на основную орбиту МКС.

Такой процесс может занять до двух суток, но зато успешная стыковка гарантирована. Для грузовых кораблей это не критично, а вот для пилотируемых миссий такая задержка нежелательна.

В начале эксплуатации МКС «Союзы» летали к станции по многовитковой схеме. Связано это было с ограничениями ракет-носителей того времени и необходимостью обеспечить максимальную надёжность стыковки.

Однако, развитие технологий привело к появлению новых ракет-носителей с цифровой системой управления, таких как «Союз 2.1а». Так что теперь человечеству доступны и более быстрые схемы полётов.

«Быстрая» схема

Чтобы сократить время полета, была разработана «быстрая» схема, которая позволяет кораблю добраться до МКС за 6 часов. Секрет в том, что коррекция опорной орбиты проводится всего за 4 витка, что требует более точных расчётов и оставляет меньше времени на ошибки.

«Быстрая» схема требовательнее к условиям пуска, но позволяет значительно сократить время полёта и сделать его комфортнее для экипажа.

В 2013 году Роскосмос впервые испытал «быструю» схему, которая стала возможной благодаря более точному расчёту траектории и усовершенствованным системам управления кораблём.

Успех «быстрой» схемы подтолкнул Роскосмос к разработке ещё более амбициозной схемы — двухвитковой.

Русский космический спринт

Еще более быстрый способ добраться до МКС — это двухвитковая схема, которая позволяет кораблю «Союз» состыковаться с станцией всего за 3-4 часа.

Для этого корабль должен быть выведен на орбиту с очень высокой точностью, что возможно только с использованием современных ракет-носителей с цифровой системой управления.

Секрет такой скорости — в точном расчёте траектории и использовании мощных двигателей. После старта с космодрома Байконур корабль делает два витка вокруг Земли, постепенно набирая высоту и скорость.

Первый виток — это разгон. На этом этапе корабль выходит на начальную орбиту и проверяет свои системы. Космонавты внимательно следят за показаниями приборов, проводят необходимые корректировки и готовятся к следующему этапу.

Второй виток — финишная прямая. «Союз» разгоняется до скорости, необходимой для сближения с МКС, и корректирует свою траекторию. На этом этапе особенно важна слаженная работа космонавтов и специалистов на Земле, ведь от точности расчётов зависит успех всей миссии.

И вот, уже через несколько часов после старта, космонавты оказываются на борту станции.

Первый полет по двухвитковой схеме был осуществлен в 2020 году. С тех пор она стала основной схемой для полётов российских кораблей к МКС.

Двухвитковая схема имеет ряд преимуществ:

• Скорость: космонавты быстрее добираются до МКС, что экономит время и ресурсы.
• Эффективность: корабль использует меньше топлива, чем при многовитковой схеме.
• Комфорт: космонавты меньше времени проводят в тесном пространстве корабля.

Но есть и свои недостатки:

• Сложность: для точного расчета траектории и управления кораблём требуется высокая квалификация специалистов.
• Риски: любая ошибка в расчётах может привести к очень серьёзным последствиям.

От «Шаттлов» до «Орла»

За время существования МКС к ней летали самые разные корабли. Американские «Шаттлы» были настоящими гигантами космоса, способными доставлять на орбиту большое количество грузов и людей. Но также они были и самыми медленными — их полет занимал несколько дней.

Сейчас помимо российских «Союзов», к МКС летают американские частные корабли SpaceX Crew Dragon. Crew Dragon использует многовитковую схему полета, которая занимает около 19 часов.

Это дольше, чем у «Союзов», но все равно намного быстрее, чем у старых американских «Шаттлов». Потому что это современный корабль, который оборудован более мощными двигателями и усовершенствованными системами управления. Ещё он многоразовый, что снижает стоимость полётов.

В будущем к МКС будут летать ещё более совершенные корабли. Например, российский корабль «Орел» сможет добираться до станции всего за два часа.

Какой же способ лучше?

Ответ на этот вопрос зависит от того, какие критерии мы используем для оценки. Если главное — скорость, то «Союзы» вне конкуренции. Но если важна экономичность и многоразовость, то уже Crew Dragon выходит вперёд.

В итоге, выбор корабля для полета к МКС зависит от конкретных задач миссии. Если нужно быстро доставить на станцию небольшой экипаж и небольшой объем груза, то «Союз» — оптимальный вариант. Если же нужно доставить на станцию большое количество груза или провести длительную миссию, то Crew Dragon может быть более подходящим выбором.

Помимо очевидных преимуществ в виде экономии времени и ресурсов, двухвитковая схема открывает новые возможности для научных исследований. Например, она позволяет доставить на МКС чувствительные к длительному пребыванию в космосе эксперименты, такие как биологические образцы или специальное оборудование.

Более того, быстрый полёт снижает воздействие на космонавтов негативных факторов космического пространства, таких как космическая радиация. Это особенно важно для долгосрочных миссий, где здоровье экипажа имеет первостепенное значение.

В любом случае, разнообразие схем полётов к МКС позволяет выбирать наиболее эффективный и безопасный способ доставки экипажей и грузов на орбиту.

Разработка и успешное применение двухвитковой схемы — яркий пример высокого уровня российской космонавтики, которая демонстрирует не только технические возможности, но и смелость в поиске новых решений и подходов.

В условиях жёсткой конкуренции в космической сфере двухвитковая схема дает России важное преимущество, позволяя ей оставаться одним из лидеров в освоении космоса.

Кто знает, возможно уже скоро мы сможем добираться до орбитальных станций всего за несколько десятков минут, превратив тем самым космические путешествия в обыденность.

Такие дела.