На «Союзе» к МКС и обратно

в 14:03, , рубрики: Orbiter, игры, космонавтика, физика

На «Союзе» к МКС и обратно

В Orbiter есть приключения, от которых веет чем-то неуловимо домашним. В самом деле, что может быть привычнее полёта на «Союзе» к МКС, если это событие происходит в реальности четыре раза в год? Отличное качество аддонов, которые сделали энтузиасты, обещает множество позитивных эмоций, а архивы ЦУПа с информацией о реальном полёте позволяют глубже погрузиться в атмосферу современной космонавтики.

Предупреждение

Этот полёт сложен для начинающих. Если у вас нет опыта полётов в Orbiter и понимания терминологии, рекомендую сначала потренироваться на ПТК НП:

А если лень лететь в симуляторе, посмотрите фильм. Лучше, чем там, сложно рассказать.


План полёта

  1. Старт с Земли.
  2. Маневры для рандеву с МКС.
  3. Сближение и стыковка.
  4. Возврат на Землю.

Подготовка к полёту

Для полёта нам потребуются:

  1. Orbiter.
  2. Аддон Soyuz FG/U v1.2.
  3. Аддон International Space Station v.3.2.
  4. Аддон Aerobrake MFD.
  5. Аддон Baikonur Surface Tiles v1.1 (необязательно).

Установка и настройка

Аддоны устанавливаются в следующем порядке: первым Soyuz FG/U, вторым ISS. Архивы просто распаковать в папку Orbiter.
Если вы хотите установить текстуры Байконура и сделать старт более красивым:

  1. Текстуры распаковать в папку текстур Orbiter'а.
  2. Строки из readme добавить в файл baikonur.cfg не в ORBITERCONFIGEARTHBASE, а в OrbiterConfigEarthM. Дело в том, что сценарии ISS используют «другую» Солнечную систему с другими конфигурационными файлами.

Убедитесь, что во вкладке Parameters установлена опция Limited fuel (ограниченное топливо).
Orbiter будет показывать окно ошибки программы после выхода из сценария. Если это раздражает — во вкладке Extra — Debugging options — Orbiter shutdown options выберите режим Respawn Orbiter process.
Для того, чтобы «Союз» не срывался при посадке в баллистический спуск, откройте в папке OrbiterScenariosInternational Space Station200652. Soyuz TMA — 8 единственный находящийся там файл в любом текстовом редакторе и удалите строку ALLOW_BALLISTIC. Иначе из-за бага «Союз» будет всегда при посадке переходить в баллистический спуск вместо управляемого.

Этап 1. Старт с Земли

Я выбрал сценарий полёта «Союза ТМА-8», главным образом потому, что он один из последних в сборнике сценариев (МКС уже достаточно большая), и старт происходит днём. В принципе, никто не мешает вам выбрать любой другой сценарий «Союза».
«Союз ТМА-8» стартовал 30 марта 2006 года с экипажем из космонавта Роскосмоса Павла Виноградова, астронавта NASA Джеффри Уильямса и первого бразильского космонавта Маркоса Понтеса (страница с краткими биографиями):

На «Союзе» к МКС и обратно
Старт рано утром, поэтому на этой фотографии ещё ночь

Старт и выведение происходят полностью автоматически. Единственное замечание — во избежание глюков не советую на выведении ставить ускорение времени больше х10, а во всем последующем полёте больше х100.


Реальный старт

На «Союзе» к МКС и обратно
И Orbiter

На «Союзе» к МКС и обратно
А такие кадры пока только в симуляторе. Третья ступень после отделения дренирует баки, удаляясь от только что выведенного «Союза»

Рекомендую сохранить сценарий по Ctrl-S. Ну и можно включить какой-нибудь космический эмбиент, для пущей атмосферности:

Этап 2. Маневры для рандеву с МКС

Итак, мы на орбите, солнечные батареи и антенны раскрыты, начинаем путь к МКС. Прежде всего, необходимо отметить особенности корабля «Союз» в симуляторе:
У корабля есть четыре экрана дополнительной информации, которые переключаются кнопкой U:

Экран движения:
На «Союзе» к МКС и обратно
На этом экране отображается:

  • Режим работы маневровых двигателей (RCS, они же ДПО). Двигатели могут работать импульсами 0,05; 0,1; 0,25 секунды и в непрерывном режиме. Переключение между режимами по кнопке M
  • Режим работы маршевого двигателя (КТДУ). Возможные режимы: 300 Ньютонов тяги, 700 Н, 6197 Н. Переключение между режимами Ctrl-E.
  • Статус крышки маршевого двигателя. Её нужно открыть перед включением КТДУ. Открытие и закрытие крышки — кнопка E.
  • Запас топлива в килограммах и процентах.

Экран электросистемы и управления
На «Союзе» к МКС и обратно
На этом экране отображаются:

  • Статус антенн и солнечных батарей.
  • Статус режима управления.
  • Режим работы фар. Включение/выключение Alt-L, включение/выключение автоматического режима работы фар Ctlr-L.
  • Остаток заряда батарей и режим работы солнечных панелей. Если батареи сядут, корабль потеряет управление!

Экран стыковки
На «Союзе» к МКС и обратно
Содержит полезные данные об ориентации и скорости вращения корабля, а также о состоянии стыковочного штыря.

Пустой экран
В этом режиме дополнительная информация не выводится и не может помешать другим МФД.

Общее правило полётов на «Союзе» — никуда не торопимся, не злоупотребляем автоматическими режимами поддержания ориентации, экономим топливо.
Лучше развернуться за две-три минуты парой импульсов, чем потратить несколько килограмм топлива на автоматическом развороте.
Импульсный режим очень необычен для Orbiter'а, у других кораблей он практически не встречается, поэтому к нему надо привыкнуть.
Также в клавишах управления есть очень неэргономичная и мешающая ролевой составляющей клавиша — разгерметизация бытового отсека (в норме производится перед разделением отсеков на этапе посадки) — кнопка A без каких-либо модификаторов. Неосторожное нажатие (а по Shift-A вызывается МФД совмещения орбит) — и разгерметизация бытового отсека делает невозможным нормальное ролевое продолжение дальнейшего полёта.

Совмещение плоскостей орбит

Посмотрим параметры орбиты реального полёта:

Параметр Реальное значение Значение в симуляторе
Апоцентр 242 (±42) км 245 км
Перицентр 200 км (+7/-22) км 195 км
Наклонение орбиты 51,67° ±0,058° 51,60°

Если бы не ошибка по наклонению, выведение было бы практически идеальным. А так нам придётся сначала совместить плоскости орбит «Союза» и МКС:

На «Союзе» к МКС и обратно

Целых полградуса. Многовато, но деваться некуда. Предлагаю выполнить коррекцию на первом витке (в реальности первый маневр выполнялся через четыре часа после старта). Следующий узел восходящий, значит, надо будет развернуть корабль «вниз» от плоскости орбиты. Не забудьте открыть крышку КТДУ за несколько минут до узла — во первых, она блокирует запуск двигателя, во-вторых, МФД с закрытой крышкой не может посчитать длительность импульса. Вспомним эмпирическое правило — двигатель запускается в момент, когда до узла остается половина расчетного времени работы двигателя:

На «Союзе» к МКС и обратно
Начало маневра

На «Союзе» к МКС и обратно
Результат

В конце маневра стоит подработать маневровыми двигателями для максимального совмещения орбит. Обратите внимание, что мы потратили целых 20% топлива.
После маневра рекомендую перевести ДПО на минимальный импульсный режим, включить автоматическую систему поддержания солнечной ориентации (она достаточно экономная) кнопкой K и сохранить сценарий.

Синхронизация орбиты с МКС

Смотрим параметры орбиты «Союза» и МКС по МФД «Орбита»:

На «Союзе» к МКС и обратно

Между нами и МКС почти половина оборота (т.н. фазовый угол). Это сделано специально, чтобы за двое суток полёта (напомню, на дворе 2006 год, о шестичасовой схеме стыковки и речи пока не идёт) «Союз» мог не торопясь догнать МКС.
Как мы будем синхронизировать орбиту? Предлагаю разделить это на следующие этапы:

  1. Подождать, пока не уменьшится фазовый угол.
  2. Поднять апоцентр до пересечения с орбитой МКС. Маневр рекомендую производить в апоцентре текущей орбиты, чтобы минимизировать разницу скоростей между нами и МКС. Если поднять апоцентр из перицентра текущей орбиты, то в апоцентре наша скорость будет заметно ниже, и разница между почти постоянной скоростью МКС на круговой орбите — больше.
  3. Синхронизировать орбиты, поднимая перицентр.
  4. Выполнить маневр торможения относительно МКС в ближней зоне.

Ждём уменьшения фазового угла.
Терпение — одно из необходимых качеств настоящих космонавтов. Полёта в космос ждёшь и готовишься несколько лет (особо невезучие астронавты ждали своего полёта 19 лет!), подождать пару дней на орбите — это ерунда. Планируем маневр в МФД «Переход»:

На «Союзе» к МКС и обратно
30 марта, 03:52 UTC, заканчивается первый виток

На «Союзе» к МКС и обратно
30 марта, 19:40 UTC, пора готовиться к маневру
Небольшой совет: подготовиться к маневру будет легче, если не торопясь сориентировать корабль на противоположной стороне орбиты против вектора орбитальной скорости (на торможение). Спустя пол-витка «Союз» «сам» займет практически верное положение, которое останется только слегка подкорректировать.
Результата маневра по МФД «Переход» толком не видно — линии сливаются. Переключаемся на МФД «Синхронизация орбит»:

На «Союзе» к МКС и обратно

Неплохо, у нас ещё четыре орбиты на то, чтобы подготовиться к синхронизации орбит. Снова включаем режим ориентации на Солнце и ждём:

На «Союзе» к МКС и обратно

Наша задача — поднимая перицентр уменьшить параметр DTmin до нуля:

На «Союзе» к МКС и обратно

Сближение и стыковка — через виток. Забавно, счетчик времени показывает, что вместо реальной двухсуточной схемы получилась односуточная — так когда-то «Союзы» летали к орбитальным станциям «Салют». Схема не очень удачная — к концу первых суток ярче всего проходит период адаптации к невесомости, и 40-60% экипажа (по статистике) страдают от тошноты. Но нам в виртуальном полёте это не грозит, так что смело идём на стыковку.

Необходимые операции по подготовке стыковки:
Узнать, к какому узлу мы стыкуемся. Исторически, «Союз ТМА-8» стыковался к надирному узлу модуля «Заря», в нумерации сценария это узел номер 1.
Настроить МФД «Стыковка». Включаем МФД «Стыковка», выбираем целью первый стыковочный узел и выводим данные на ИЛС.
Выключить систему ориентации МКС. Нажатием F3 открываем меню кораблей и выбираем ISS. Нажатием кнопки End над блоком курсорных клавиш выключаем систему ориентации. Переключая экраны аналогично «Союзу» по U убеждаемся, что система выключена:

На «Союзе» к МКС и обратно

Теперь МКС перестала медленно поворачиваться вокруг своей оси, и мы можем спокойно стыковаться.
Рассчитать дальность начала торможения. С одной стороны, мы не хотим врезаться в МКС. Но, с другой стороны, мы не хотим затормозить слишком далеко, чтобы не пришлось снова тратить топливо на разгон, торможение и ориентацию. Используя только школьные формулы ускорения, скорости и пройденного расстояния, не учитывая расход топлива и уменьшение массы корабля, получаем следующую простую табличку, которая говорит нам, на каком расстоянии надо начинать торможение для данной скорости сближения:
На «Союзе» к МКС и обратно
Обратите внимание, что при разнице в скоростей 100 м/с хватит всего 6 км, а при разнице скоростей 200 м/с нужно уже 23 км! Поэтому мы всячески старались уменьшить разницу скоростей ранее в сценарии.

Этап 3.Сближение и стыковка

Вот схема реального сближения и стыковки «Союза ТМА-8» отсюда:
На «Союзе» к МКС и обратно

У нас, конечно же, другие параметры полёта, потому что мы выполняли другие маневры. Но из этой картинки есть один полезный совет — стыковаться удобнее днём.
А мы тоже приближаемся к МКС:

На «Союзе» к МКС и обратно

Дальность 30 км, пора разворачиваться против вектора скорости относительно МКС.

На «Союзе» к МКС и обратно

Дальность 3 км, скорость сближения 20 м/с. Если вы снова посмотрите на схему реальной стыковки, мы идем со скоростью того же порядка, ЦУП не будет нас штрафовать за превышение скорости и опасные маневры.

На «Союзе» к МКС и обратно

Дальность 1,2 км. МКС ясно различима и приближается просто с пугающей быстротой. Единственное, что успокаивает — видно, что мы немного промахиваемся и пролетим чуть в стороне, а не врежемся в станцию.

На «Союзе» к МКС и обратно

Я начал тормозить с 400 м, пусть будет небольшой запас. Расстояние 200 м, относительная скорость 0. Если у вас ночь, лучше подождать выхода из тени Земли — удобнее стыковаться будет.

Стыковка

А где, собственно говоря, надирный стыковочный узел модуля «Заря»? Вот фото МКС от июля 2006 года с миссии STS-121 «Спейс шаттла»:

На «Союзе» к МКС и обратно

Эта фотография сделана с противоположной стороны МКС относительно предыдущей картинки. Таким образом, нам надо теперь сместиться назад и вниз (где у МКС верх, низ, право и лево), повернуть корабль стыковочным узлом вверх и приступить к стыковке. Напоминаю, что топлива у нас не так уж и много, поэтому стоит маневрировать аккуратно и не спешить.

На «Союзе» к МКС и обратно

МКС сильно меньше сегодняшней, но все равно впечатляет.
Выключаем МФД кнопкой PWR на экране, переводим экран дополнительной информации в режим стыковки, по Ctrl-O выбираем цель стыковки (ISS), нажатием кнопки O выбираем порт 0 (явно айтишники сценарий делали, раз нумерацию с нуля начинают :) ) и выпускаем стыковочный штырь кнопкой Y.

На «Союзе» к МКС и обратно

Надирный узел модуля «Заря» обозначен стрелкой. Но наша задача прицелиться не непосредственно в него, а в мишень для ручной стыковки. Дело в том, что точка, из которой мы смотрим, расположена на месте перископа, и мы видим картинку, как если бы смотрели в ВСК (визир специальный космический). «Точка взгляда» перископа находится чуть в стороне от узла, поэтому и целиться мы должны в специальную мишень. Главная неприятность — мишень может быть не видна, и даже включенная фара её не освещает. Если вы не понимаете, как и куда целиться, включите снова МФД «Стыковка», с ним всё становится понятней. Вот правильное положение:

На «Союзе» к МКС и обратно

На «Союзе» к МКС и обратно
Внешний вид

Есть стыковка! Что особенно приятно — топлива ещё 513 кг, целых 58%!

Этап 4. Возвращение на Землю

Для успешного и комфортного возвращения на Землю нам нужно совпадение следующих параметров:

  • Место посадки «Союзов» находится на траектории движения.
  • В месте посадки день, или, ещё лучше, вечер. Не то, чтобы это было обязательно, просто так удобнее.

На МФД «Карта» выглядит это примерно вот так:

На «Союзе» к МКС и обратно

Отстыковываемся от МКС по Ctrl-D.

На «Союзе» к МКС и обратно

Смотрим схему посадки реального «Союза ТМА-8» и координаты этапов посадки:
На «Союзе» к МКС и обратно
Для нас важно, что долгота начала торможения 324°, т.е. 36° западной долготы. Долгота места посадки 67°, таким образом, «Союз» начинает тормозить за ~100° градусов до места посадки.
Готовимся к посадке. Включаем МФД «Аэродинамическое торможение», выбираем как цель «Soyuz Landing Site» и переключаем его в режим карты. Ориентируем корабль против вектора орбитальной скорости (кормой вперед). Ждём 36° западной долготы и начинаем торможение. Тормозим до тех пор, пока расчетный недолёт не составит примерно 100 км.

На «Союзе» к МКС и обратно

На высоте примерно 150 км разгерметизируем бытовой отсек (кнопка A) и двумя нажатиями J производим разделение отсеков:

На «Союзе» к МКС и обратно

После разделения отсеков выбираем как цель место посадки заново. Спускаемый аппарат в реальности управляется только по крену и тангажу, в симуляторе есть ещё и рыскание. Занимаем положение «кормой вперед» и на первых порах не вмешиваемся в управление — корабль в атмосфере сориентируется самостоятельно:

На «Союзе» к МКС и обратно

При необходимости можно выполнять небольшие маневры креном, управляя подъемной силой. Необходимо отметить, что пространство для маневра весьма ограничено, можно исправить только небольшие ошибки:

На «Союзе» к МКС и обратно

Парашюты и двигатели мягкой посадки вводятся автоматически:

На «Союзе» к МКС и обратно

Ошибка в 15 км, максимальная перегрузка 4,7 g — для ручной посадки отличный результат!

На «Союзе» к МКС и обратно

На «Союзе» к МКС и обратно
Маркос Понтес вернулся на Землю на «Союзе ТМА-7», третьей на «Союзе ТМА-8» приземлилась Ануше Ансари — уроженка Ирана, гражданка США и четвертый космический турист.

Заключение

Переведённый на русский язык мануал.
Вся серия публикаций по Orbiter.
По реальным пилотируемым пускам и посадкам практически всегда бывает трансляция по NASA TV, текстовые и видеотрансляции также можно ожидать, например, в группе Роскосмоса ВК или искать ссылки на трансляции на форуме «Новостей космонавтики».

Автор: lozga

Источник

Поделиться

* - обязательные к заполнению поля