Путешествие в космос - Баллистика и навигация космических аппаратов - 19.4. Практическая реализация завершающих динамических операций по спуску ОК «Мир»

Баллистика и навигация космических аппаратов

<<<Назад Страница 161 Далее>>>

19.4. Практическая реализация завершающих динамических операций по спуску ОК «Мир»

В соответствии с намеченными планами к моменту достижения ОК «Мир» средней высоты полета Лср = 250 км (рис. 19.11) было принято окончательное решение о разработке детального плана реализации «односуточного» варианта проведения динамических операций с учетом реального состояния необходимых бортовых систем, имеющихся запасов топлива и возможных нештатных ситуаций. К этому времени все намеченные мероприятия были выполнены, ГК «Прогресс-М1» был пристыкован к станции и находился в рабочем состоянии; ОК «Мир» осуществлял полет в режиме закрутки (без расхода топлива на стабилизацию), а большее число его систем работало в дежурном режиме. В оставшееся до проведения динамических операций время (это менее двух недель) с особой тщательностью определялись параметры орбиты и осуществлялся прогноз полета ОК «Мир» с целью выбора даты начала динамических операций. Это чрезвычайно ответственный момент, когда как промедление, так и преждевременное начало работы чревато большими неприятностями. Действительно, в течение всего времени подготовки к проведению операции по затоплению ОК «Мир» приходилось

помнить о нештатных ситуациях, когда потребуется физическое время для их парирования и продолжения «цивилизованного» решения поставленной задачи. Надо помнить и о том, что работа в последние дни ведется при достаточно быстром естественном снижении ОК, когда каждый день промедления может оказаться роковым. С другой стороны, более поздние сроки выдачи импульсов ДУ при прочих равных условиях повышали надежность решения задачи «захвата» ОК атмосферой после сообщения последнего импульса.

В условиях этих противоречивых требований и проходил выбор даты начала завершающих операций. Были проведены итоговые исследования с учетом всех возможных возмущающих факторов, реального (и прогнозируемого) состояния атмосферы, запасов топлива и др. по определению максимально допустимой высоты спусковой орбиты над районом затопления НЭК (hтш)т4х: надежный «захват» ОК «Мир» атмосферой при величине завершающего импульса скорости »23,5...25 м/с обеспечивался при (hт1П)тах < 158 ± 2 км. При располагаемом запасе топлива, обеспечивающем суммарное изменение скорости торможения ДV, + ДV2 + ДV, = 43...45 м/с, сформулированное выше требование по выходу на спусковую орбиту удовлетворялось при проведении динамических операций 23.03.2001 г. (при hср « 213 км).

20 марта 2001 г. на заседании Межведомственной комиссии была принята следующая циклограмма проведения основных операций (интересно сравнить запланированную программу с практически реализованной, см. рис. 19.11):

► 22 марта — восстановление активной ориентации для обеспечения импульсов скорости;

► 23 марта — ввод массивов цифровой информации в БЦВМ для формирования команд на включение двигателей: в 3 ч 33 мин на 15-м суточном витке — первое включение двигателей причаливания и ориентации для выдачи импульса скорости ДУ = 9 м/с; в 5 ч 02 мин на 16-м суточном витке — второе включение двигателей причаливания и ориентации для выдачи ДУ = 10 м/с; в 8 ч 09 мин на 2-м суточном вигке — третье включение двигателей причаливания, ориентации и корректирующей двигательной установки ГК «Прогресс-М1» для выдачи ДVв 25 м/с, обеспечивающей вход ОК в плотные слои атмосферы;

► 24 марта — резервный день.

Последующие двое суток после принятия окончательного решения не внесли каких-либо принципиальных изменений в основной план работы. Были уточнены следующие основные исходные данные и ограничения при расчете импульсов ДV,, ДV2, ДV3:

► работа в режиме инерциальной ориентации ОК при проведении динамических операций;

► суммарная величина ДV, и ДV2 — не более 20 м/с; AV3 = 25 м/с;

► ориентация продольной оси ОК во время проведения AVl и AV2 остается неизменной; смена ориентации продольной оси ОК перед заключительным импульсом ДУ,;

► продолжительность первого и второго включений двигательной установки, а также время ее включений при формировании спусковой орбиты ОК должны выбираться с учетом окончания работы ДУ в зоне видимости российских наземных станций слежения за полетом ОК «Мир» (за 2...3 мин для первого и 5...6 мин для второго включения ДУ);

► ири работе ДПО направление суммарной тяги ДУ ОК смещается на = 4° от его продольной оси;

► максимальная суммарная величина погрешностей ДУ, и ДУ2 не превышает 1 м/с, а отклонение ориентации оси — не более 10°;

► отклонение от заданной ориентации комплекса перед приложением импульса AV3 — не более 10°;

► при отработке заключительного импульса торможения ОК ошибка его ориентации не превышает ±10°, а в нештатных ситуациях ±40°;

► при расчете маневров ОК принимаются следующие характеристики ДV (по продольной оси):

8 ДПО — тяга 95 кг, удельная тяга 270 с; СКД + 8 ДПО — тяга 393 кг, удельная тяга 292,5 с. С учетом последних данных, включая реальные параметры орбиты, была скорректирована прицельная точка центра группирования НЭК. Дело в том, что работа с использованием режима инерциальной ориентации ОК «Мир» в совокупности с дополнительными необходимыми жесткими ограничениями не позволила баллистикам найти удовлетворительное решение по реализации первоначально принятой прицельной точки падения НЭК. В частности, первыми двумя маневрами, исходя из имеющихся энергетических ресурсов, оказалось невозможным обеспечить требуемую ориентацию оси апсид спусковой орбиты ОК с учетом обязательного расположения минимальной высоты над выбранной прицельной точкой района падения НЭК. Для исправления этого положения и улучшения условий «захвата» ОК атмосферой, при расчете третьего, заключительного маневра прицельная точка НЭК была смещена ва 850 км по трассе в северо-западном направлении: с 47° ю. ш. и 140° з. д. (исходная прицельная точка группирования НЭК первого суточного витка) на 44° ю. ш. и 150° з. д. для принятого второго посадочного витка.

Важным является то, что общее решение задачи удалось несколько улучшить. Действительно, в последнем случае зона падения НЭК не только не выходит за пределы объявленного района, но и сокращается до ±2000 км (при величине AV3 = 24 м/с) вдоль трассы полета, вместо объявленного разброса ±3000 км. Боковой разброс остается неизменным: ±100 км.

Расскажем о заключительных операциях с ОК «Мир», про-ведевных в последние двое суток полета. До этого времени ОК осуществлял полет в режиме закрутки в целях экономии топлива на стабилизацию. За сутки до проведения динамических операций, 22 марта 2001 г. при средней высоте полета ОК Лср = 217 км в зоне видимости российских наземных станций слежения была выдана команда на парирование угловой скорости вращения ОК «Мир» (к этому времени = 2,5 град/с) и перевод его в режим инерциальной навигации. При этом основная базовая ось ОК, совпадающая с осью двигательной установки ГК «Прогресс-М1», была выставлена перпендикулярно плоскости его орбиты, что отвечало условию минимизации возмущающего момента и, соответственно, условию минимизации топлива, потребного на поддержание стабилизации комплекса. В таком положении ОК «Мир» находился сутки. Наследующие сутки, 23 марта 2001 г., в зоне видимости 13-го и 14-го суточных витков были оперативно уточнены параметры орбиты (к этому времени ОК «Мир» достиг средней высоты полета hср « 214 км), на борт заложены все необходимые уставки на проведение первых двух мавевров формирования спусковой орбиты и проведена переориентация осей ОК «Мир» в положение, при котором ось результирующей тяги двигателей была совмещена с плоскостью орбиты. Необходимо отметить, что ОК «Мир» 23 марта 2001 г. вышел на более высокую орбиту относительно прогнозируемой: hср а 214 км вместо прогнозируемого значения hср s 212,7 км. Это, естественно, не играло принципиального значения, однако для обеспечения требуемых параметров спусковой орбиты первый и второй импульсы скорости были несколько увеличены относительно расчетных. На рис. 19.12 представлена информация, связанная с проведением заключительных динамических операций с ОК «Мир», а также фактический район падения НЭК. Проведенный анализ показал, что все операции прошли очень близко к расчетным, без каких-либо срывов и возникновения нештатных ситуаций. Тем не менее уже в ходе проведения динамических операций было принято еще одно важное решение, повысившее надежность решения задачи «цивилизованного» затопления комплекса. Как многократно подчеркивалось, вся работа с ОК «Мир» строилась в предположении наихудшего варианта развития событий. В частности, рассматривались случаи переноса одного, двух и даже всех трех маневров на вторые или третьи сутки полета, т. е. на 24.03.2001 г. или 25.03.2001 г. Для сохранения работоспособности в подобных ситуациях предусматривался некоторый запас топлива на обеспечение ориентированного полета ОК в течение дополнительных суток. Однако реальные события проходили штатно, без каких-либо отклонений, и упомянутый запас топлива можно было использовать при проведении заключительного маневра ОК. В результате оперативного анализа было принято решение о работе двигателей до полного выгорания топлива («работа на пронос»}. Это далеко не очевидное решение, учитывая работу двигателей в режиме инерциальной навигации и практически полное отсутствие вре-мени на тщательное исследование всех возможных последствий с учетом конкретно складывающейся обстановки. Дело в том, что в силу многих объективных причин проектанты и «анализаторы» не могли уверенно определить все запасы топлива на борту ОК «Мир» и в каждом конкретном случае сообщали только гарантированные данные. Контроль за работой двигателей во время сообщения завершающего импульса в соответствии с поставленными требованиями осуществлялся с российских станций слежения. Однако в случае реализации импульса, эквивалентного 28 м/с, ОК «Мир» «уходил» из зоны видимости с работающими двигателями. При больших запасах топлива тяга двигателей за счет кривизны Земли постепенно совпадает с направлением полета, т. е. двигатели работают не на торможение, а на разгон ОК. Оперативно проведенные исследования показали практическую безопасность подобной ситуации, как и в случае потери ориентации ОК в ходе снижения после выхода из зоны видимости наземных станций слежения в связи с увеличением плотности окружающей атмосферы. Решение было принято, и в результате был отработан заключительный импульс не менее 28 м/с: ОК «Мир» ушел из зоны видимости российских станций слежения с работающими двигателями. Избыточная величина последнего импульса привела к смещению расчетной точки группирования НЭК в северо-западном направлении и к уменьшению района их рассеивания: не более ±1500 км по трассе полета и ±100 км в боковом направлении в пределах выбранного района в Тихом океане.

Блестящее решение уникальной задачи стало возможным благодаря проведению российскими специалистами всесторонней подготовительной работы, включая тщательные исследования большого числа нештатных ситуаций, а также слаженной и самоотверженной работе всех коллективов, задействованных в этих событиях. Значимость и важность проведенных работ и полученного опыта трудно переоценить при дальнейшем решении практических задач безопасного освоения космоса.

<<<Назад Страница 161 Далее>>>

WalkInSpace.Ru

Правила:

«Путешествие в космос» © 2024

Использование материалов допускается при условии указания авторства WalkInSpace.ru и активной ссылки на www.WalkInSpace.ru.

Используются технологии uCoz