Cum nasa gestionează μs pentru a evita coliziunile cu resturile spațiale

Situat în orbită, la aproximativ 400 de kilometri deasupra noastră, Stația Spațială Internațională este unul dintre cele mai complexe și mai scumpe proiecte de inginerie din istoria omenirii. Stația cântărește aproximativ 400 de tone, iar dimensiunile sale depășesc puțin dimensiunea campului pentru fotbal american. Pentru asamblarea ei a luat zeci și zeci de lansări de Rusia și Statele Unite ale Americii (inclusiv 37 de zboruri de transfer), precum și mai mult de 155 de puncte de vânzare de cosmonauti si astronauti in spatiu - care este de două ori mai mult decât numărul total de spacewalks la momentul respectiv.

Construcția și lansarea ISS au costat omenirea aproximativ 150 de miliarde de dolari și 13 ani de muncă. Și chiar în acest moment, undeva sus, sus deasupra capului nostru, șase oameni lucrează în spațiu. Bineînțeles, stația nu se află doar acolo, fără trafic. Orbita ISS tinde să scadă din cauza rezistenței atmosferei - rata de scădere este de aproximativ 2 kilometri pe an - prin urmare, stația trebuie să fie împinsă din când în când pentru ao ajuta să rămână la altitudinea necesară. Mai mult decât atât, toată această structură uriașă este destul de mobilă - poate fi mișcată, rotită și înclinată în trei dimensiuni, pentru a evita posibilele coliziuni cu resturile spațiale. Deci, cum este posibil să se deplaseze 400 de tone de ISS destul de fragil în cazul în care, de exemplu, un asteroid se îndreaptă spre el?

Controlul asupra terenului către maiorul Tom

Pentru a afla cum să mut stația pe orbită, m-am dus la Centrul Spațial Johnson și m-am întâlnit cu Josh Parris. Parris este unul dintre oamenii care stau în spatele consolei din camera de comandă a zborului din ISS. De fapt, poziția sa se numește TOPO - șeful operațiunilor cu traiectorie (Operațiunea de operațiuni de traiectorie). După cum a fost de la primele zile de zbor cu echipaj uman, oamenii care ocupă aceste poziții au o mulțime de experiență și de un set extins de cunoștințe - Parris si colegii sai au petrecut ani de formare pentru a câștiga dreptul de a sta „la cârma“ al ISS.

"Care sunt aceste fragmente?" - Am întrebat: "Este din cauza experimentelor chineze de distrugere a sateliților?"
"În mare măsură, da", - spune Parris, - "În plus, un număr mare de resturi rămase după coliziunea sateliților Cosmos și Iridium. Observați că toate aceste resturi sunt ceea ce deja a coborât la înălțimea orbitei noastre. Și în orbite mai mari, există multe resturi care pot coborî la noi. "
Și cine urmărește toate astea? Aveți o hartă generată de calculator, cu o grafică frumoasă, după cum se arată în film?
"Acest lucru este făcut de tipii de la USSTRATCOM [Comandamentul Strategic al Forțelor Armate ale Statelor Unite. "La baza aeriană Vandenberg", explică Parris. "Ei mențin un catalog al tuturor pieselor cunoscute de resturi spațiale, și de aproximativ trei ori pe zi compară traiectoria ISS cu datele din catalog. Deci ne informează despre apropierea periculoasă "

O apropiere apropiată? Suna înfricoșător. Am întrebat Parris spune mai multe, și se explică faptul că există în jurul ISS „perimetrul de protecție“ în formă de cutie de pizza pentru dimensiunea de patru kilometri în înălțime (2 kilometri în sus și în jos de la stația), și la 25 de kilometri lungime și lățime. Dacă unul din resturi intră în acest perimetru, USSTRATCOM îl notifică pe NASA despre acest lucru.

Operatorii monitorizează tot ce se află în interiorul acestei "cutii de pizza" și calculează probabilitatea unei coliziuni pentru fiecare dintre obiectele monitorizate. Fiecare obiect primește o clasă de pericol, pe baza probabilității unei coliziuni. Obiectele cu șanse de coliziune de la 1/10000 la 1/100000 primesc un nivel "galben". Regulile zborului prescriu deplasarea postului în cazul apariției unor astfel de obiecte, cu excepția cazului în care această manevră nu va afecta programele actuale - de exemplu, în cazul unei manevre, posibilitatea de a lansa în timp util Uniunea va fi pierdută. Nivelul de pericol roșu este declarat pentru orice obiect, probabilitatea de coliziune cu acesta fiind de la 1 (100%) la 1/10000. Pentru astfel de cazuri, regulile sunt mai stricte - stația trebuie neapărat mutată, cu excepția cazului în care mișcarea este mai periculoasă decât piesa de gunoi (de exemplu, dacă ISS a defectat echipamentul și manevra de deplasare a stației va deteriora ulterior).

Acceleratoare și gyrodyne

ISS, pentru mărimea și fragilitatea sa, este destul de mobilă. Este echipat cu patru giroscoane (Control Momentum Gyros - CMG), care îi permit să schimbe înălțimea. Pentru gyrodeni, persoana responsabilă cu titlul de angajare ADCO (responsabilitatea pentru determinarea altitudinii și controlul) și care ajută TOPO să decidă cum să evite coliziunile cu gunoi.

În plus, stația are mai multe seturi de acceleratoare, permițându-i să se miște și să se întoarcă. Modul de service Steaua este dotată cu acceleratoare; de asemenea, pe acoperișuri sunt acceleratoare la stație (de exemplu, pe Progress). Pentru o manevrare evazivă tipică, este de obicei necesară o valoare delta-V de ordinul a 1 m / s.

Unul dintre parametrii importanți de urmărit este greutatea stației, deoarece cantitatea exactă de împingere necesară pentru a ajunge la delta-V necesară depinde de masa care se mișcă. În general, masa stației se schimbă atunci când docking sau decuplarea navelor. Valoarea V-delta, realizată în timpul unei manevre, este prea mic pentru a avea nici o influență asupra activității de zi cu zi a echipajului - ei știu când să manevră, dar mișcarea în sine este controlat de pe Pământ, iar echipajul nu trebuie să facă nimic special.

- Deci nu stau acolo cu joystick-uri, conducând stația?
- Nu, râde Parris, "Totul este complet controlat de pe Pământ".

Deci, când o bucată de resturi este atribuită unui cod galben sau roșu, este timpul să acționăm. 28.5 ore înainte de momentul apropierii apropiate de stație, operatorii încep procesul de planificare a manevrei de evaziune. Dar de ce exact 28,5 ore? Pare a fi un număr destul de ciudat. "Rândul va fi efectuat de segmentul rus al stației", explică Parris. "Având în vedere diferența de timp dintre Houston și UMP rus, 28,5 ore sunt suficiente pentru a face specialiștii din Rusia să elaboreze așa-numita ciclogramă - secvența exactă a acțiunilor necesare pentru a realiza manevra care este transferată la stație. Ei bine și pe lângă aceste stocuri ne lasă mai mult timp pentru urmărirea gunoiului ".

TOPO împreună cu specialiști în balistică din Rusia determină parametrii suficienți pentru evaziune, inclusiv valoarea delta-V. Apoi, ei contactează USSTRATCOM pentru a se asigura că manevra planificată va evita epavele periculoase, dar în același timp nu le va conduce la traiectoria mișcării unui alt obiect. Când manevra în sine este în cele din urmă realizată, computerele stației sunt responsabile pentru aceasta, iar specialiștii de pe Pământ urmăresc doar progresul procesului. Așadar, este imposibil să apucați doar volanul și să "direcționați" sistemul ISS - toate mișcările sale se efectuează după o planificare atentă și pornirea oricăror motoare se face întotdeauna numai automat, în conformitate cu programul.

Scenariul cel mai rău caz

Dacă vi se pare că procesul descris mai sus este excesiv de complex, atunci amintiți-vă că în joc sunt vieți omenești. "Dacă întâlnim unul dintre obiectele monitorizate, acest lucru ar putea duce la pierderea stației", spune Parris. "ISS se mișcă la o viteză atât de mare [aproximativ 7,6 km / s, - prim.per.]. că orice coliziune va fi un dezastru ". Limita inferioară a mărimii resturilor de spațiu urmărite este de 10 centimetri. Și da - "pierderea stației" este exact ceea ce ați crezut. O bucată mare de gunoi nu poate numai să deterioreze echipamentul stației, ci și să ducă la moartea echipajului.

Din fericire, Parris estimează datele noastre despre resturile mai mari de 10 cm pe orbita stației ca fiind exhaustive. "În plus, postul are scuturi [este păcat că nu există câmpuri de forță] pentru a proteja împotriva micometeorităților și a altor astfel de lucruri. Din păcate, există un mic decalaj între limita rezistenței ecranului și dimensiunea minimă a resturilor pe care o putem urmări. Cu toate acestea, încercăm să evităm situațiile independente. "

Încercând să nu se uite prea întunecat, m-am întrebat ce se va întâmpla în cel mai rău caz - în cazul în care NASA învață că amenință ISS coliziune neașteptată. Cel mai adesea, angajații USSTRACOM oferă NASA un avertisment de trei zile despre posibilele coliziuni, dar uneori pot pierde ceva. "De obicei, găsim o modalitate de a zbura în jurul a ceva ce știm în prealabil", explică Parris. Dar dacă nu avem nevoie de 28,5 ore pentru a lucra cu colegii din Rusia pentru a face manevre de evitare, acestea pot pune în aplicare așa-numitele PDAM - Predrasschitanny manevre de evitare Flinders (Evitarea Debris predeterminate) de manevră. Aceasta este o manevră pre-înregistrată, trecând de la delta-V de ordinul a 0,5 m / s, care poate fi efectuată foarte rapid. În cele din urmă, chiar dacă nu poate fi executată - de exemplu, în cazul în care ar pune ISS în calea oricărei alte piese resturi - echipajul stație se află în Soyuz andocat și așteaptă coliziune, în pregătire pentru evacuare, dacă este necesar, . De la apariția primei persoane la gară, această procedură trebuia făcută de trei ori.

Zi după zi

Dacă TOPO nu calculează poziția postului cu privire la resturile de spațiu, este ocupată de alte sute de lucruri. "Dacă nu urmărim resturile - acum, se pare, doar o astfel de suprapunere - avem o serie de sarcini pentru fiecare zi a săptămânii pe care trebuie să o îndeplinim. Am spus deja că monitorizăm locația exactă a stației, așa că lucrăm cu diferite UMP, mai ales cu centrul dinamicii zborurilor din Goddard ". Parris a explicat că TOPO oferă oamenilor din Goddard informații cu privire la locația exactă a stației, astfel încât diferitele sisteme de urmărire ale NASA să își poată poziționa cu precizie antenele.

În general, cu excepția planificării manevrelor evazive, activitatea TOPO este în principal în monitorizarea pasivă. La locul lui de muncă, Parris și colegii săi lucrează la trei monitoare. "Pe primul monitor sunt datele GPS de la sol. În stânga, unde vedeți trei coloane, comparăm datele de la sol cu ​​datele de telemetrie ale stației. " Acest lucru este necesar pentru a compara unde, în opinia ISS, este localizat, unde este în opinia stațiilor de urmărire a solului. Monitorul mediu urmărește, de asemenea, poziția spațială a ISS. "Graficele arată diferența dintre diferitele surse de date. De obicei, toate arată ca o linie dreaptă ", explică Parris.

În partea dreaptă a monitorului din mijloc, în spatele graficelor de comparație, este o fereastră care arată starea echipamentului de stație pe care TOPO are nevoie. În cele din urmă, pe monitorul drept este software-ul folosit de NASA pentru a calcula efemerida. "Mai sus vedeți o listă de vectori ai mișcării stației și, de jos, un catalog al tuturor efemeridelor pe care le avem pentru ISS". Parris a subliniat, de asemenea, că, dacă TOPO ar fi în curs de elaborare a unei manevre de evaziune, atunci ecranele ar avea un set complet diferit de aplicații. Calculatoarele ele însele sunt PC-uri obișnuite care rulează Linux (în camera de comandă a zborului există și computere pe Windows 7, dar monitoarele monitorului principal lucrează pe Linux). Aceasta este o consecință a acelor zile vechi, când fiecare consola a fost unică, iar reconfigurarea acesteia a durat ore, dacă nu zile.

În cele din urmă?

ISS Camera de control este la al doilea etaj al clădirii 30, Johnson Space Center, și este una dintre cele două camere, care a fost o dată folosit ca o camera de control al misiunii Apollo (a doua camera, la etajul al treilea, a fost restaurată în aproximativ aceeași stare ca în momentul Apollo misiuni, și puteți vizita, ca parte a turului în Johnson Space Center). Când am plecat, Parris a ocupat deja locul lor de muncă, de învățare parametri stație, care zboară prin spațiu, și urmăresc îndeaproape posibile coliziuni. Aceasta este o lucrare care nu se termină niciodată și care necesită vigilență constantă.

Trimiteți-le prietenilor: