Тонкости выбора оптимальной орбиты для стыковки космических кораблей

:  Из бесконечного множества орбит цели только одна подходит для удовлетворения условий встречи. Вот такую орбиту и называют монтажной орбитой. В общем случае характеристики монтажных орбит (высоты перигея и апогея, период обращения, наклонение) должны удовлетворять целому ряду специфических требований, к которым можно отнести такие как, достаточное время существования для проведения сближения и необходимых операций в совместном полете. Минимум энергетических затрат на проведение этапов сборки. Удовлетворительные условия для наблюдения, измерения параметров орбиты и управления с пунктов наземного командно измерительного комплекса. Удовлетворение других, специфических для данного космического аппарата требований, например минимум энергетических затрат на выполнение цели полета, обеспечение выхода из аварийных ситуаций, удовлетворение условий спуска на полигоны посадки, прохождение трассы полета над интересующими районами и т. д.

Построение монтажной орбиты можно производить при старте с Земли, а также выходе на нее с другой орбиты. В программе ЭПАС монтажная орбита строилась кораблем «Союз» непосредственно после старта с Земли. При смене экспедиций в орбитальных станциях «Скайлэб» и «Салют» монтажная орбита формировалась путем соответствующего маневрирования самими станциями.

Исходя из общих требований, рассмотрим в принципе выбор и формирование монтажной орбиты на примере подготовки к совместному полету «Союза» и «Аполлона».

Выбор наклонения плоскости орбиты

Поскольку космодром Байконур отстоит от экватора дальше, чем стартовая площадка на мысе Кеннеди, то наклонение плоскости монтажной орбиты целесообразно было принять никак не меньше широты Байконура.

В противном случае, если наклонение плоскости монтажной орбиты меньше широты Байконура, то от «Союза» потребовалась бы большая затрата энергии для изменения наклонения плоскости его орбиты. Величина импульса могла достигнуть почти 1 км/сек.

В свою очередь, это привело бы к резкому увеличению стартового веса «Союза», т. е. к перестройке всего стартового комплекса и, как следствие, удорожанию всей экспедиции и сдвигу ее на более поздние сроки.

Вот что значит только одна маленькая величина – наклонение плоскости орбиты! Поэтому проектировщики пошли на увеличение наклонения плоскости орбиты до обычно применяемого в Советском Союзе значения, равного примерно 51,6.

Правда, увеличение наклонения не прошло даром для «Аполлона». Раньше, при старте с малым наклонением, он полностью использовал скорость вращения Земли для «бесплатного» увеличения собственной скорости. Стартовать, очевидно, нужно в тот момент, когда трасса цели пересечет точку старта и будет соответствовать восходящей ветви (движению с юга на север). Конечно, в момент старта активного корабля цель может быть в любой точке своей орбиты, находясь впереди его на 20000 км или отставая от него на такое же расстояние.

Чтобы достигнуть цели, активный корабль вынужден будет выйти на орбиту, плоскость которой совпадает с плоскостью орбиты цели, но с большим отличием по периоду обращения, поскольку в противном случае фазирование будет производиться недопустимо долго.

Если в момент старта цель оказалась впереди активного корабля, то чтоб догнать его активный корабль должен лететь с большей скоростью, то есть по более низкой орбите, а это не всегда можно сделать ввиду сопротивления атмосферы.

Если же цель оказалась сзади, то в этом случае активный корабль должен быть выведен на более высокую орбиту. Тогда цель сама будет догонять активный корабль. Понятно, что в последнем случае потребная энергетика на осуществление фазирования непременно увеличится.

На практике обычно принимают следующую схему. Цель выводится на высокую орбиту (точнее говоря, на более высокую орбиту, чем орбита активного корабля). Период обращения цели выбирается так, чтобы в момент старта активного корабля она оказалась впереди него на расстоянии нескольких тысяч километров.

Тогда активный корабль стартует на низкую орбиту и в процессе полета догоняет цель за счет разности в скоростях полета. Затем орбиту поднимают и входят в зону поиска и захвата цели.

На выбор периода обращения цели, кроме того, накладывают условие видимости ее с пунктов управления в момент осуществления сближения. Эти условия были полностью выполнены при выборе монтажной орбиты «Союза».



Также читайте