14.11.2022

Быстрая стыковка «Тяньчжоу-5»

12 ноября 2022 г. в 10:03:12.374 пекинского времени (02:03:12 UTC) с пусковой установки №201 космодрома Вэньчан был выполнен пуск РН «Чанчжэн-7» (CZ-7 №Y6) с грузовым космическим кораблем «Тяньчжоу-5» (天舟五号). Старт и выведение прошли успешно, изделие было выведено на близкую к расчетной орбиту с параметрами:

* наклонение – 41.57°;

* минимальная высота – 200.0 км;

* максимальная высота – 240.2 км;

* период обращения – 88.90 мин.

Вместо верблюда...

В американском каталоге космических объектов корабль получил номер 54237 и международное обозначение 2022-152A. В свободном полете американцы его не засекли и начали выдавать орбиты с параметрами, соответствующими параметрам китайской орбитальной станции, но при этом умудрились поставить первому набору орбитальных элементов на «Тяньчжоу-5» временную метку (эпоху) за три часа до момента старта. Помимо корабля, в каталог были внесены вторая ступень носителя (54240, 2022-152D) и четыре фрагмента.

 

Вокруг рекорда

Выполнив автономное маневрирование и сближение с Китайской космической станцией «Тяньгун» за рекордно короткое время, «Тяньчжоу-5» произвел причаливание к кормовому стыковочному узлу Базового блока «Тяньхэ» и 12 ноября в 12:10:57 пекинского времени завершил процесс стягивания. Время касания названо не было, но от старта до окончания стыковки прошло всего 2 час 07 мин 45 сек.

Это – новый рекорд в полетах транспортных кораблей к орбитальным станциям (предыдущий был установлен российским кораблем «Союз МС-17», который дошел до касания к МКС за 3 час 03 мин), но не самая быстрая стыковка в истории космонавтики. Для пилотируемых кораблей рекорд принадлежит американскому Gemini 11, который в сентябре 1966 г. состыковался со своей мишенью через 94 мин после запуска, а среди беспилотных непревзойденным достижением остается стыковка 15 апреля 1968 года двух кораблей «Союз», запущенных под обозначениями «Космос-212» и «Космос-213», – она была выполнена через 47 минут после старта.

Несложно создать оптимальные условия для быстрой встречи в специально поставленном эксперименте (что и произошло в 1968 году), и намного труднее – в ходе регулярной эксплуатации космической станции.

Чтобы выведенный на орбиту корабль вообще мог достичь цели, нужно запустить его в строго определенное время, когда космодром в ходе вращения Земли вокруг оси оказывается в плоскости орбиты станции; такой случай предоставляется раз в сутки, если разрешен один возможный азимут пуска, или дважды, если можно «стрелять» в обоих направлениях, в северо-восточном и юго-восточном. Но если на момент окончания выведения станция и корабль находятся на противоположных участках орбиты, вы не сможете при разумных затратах топлива достичь ее менее чем за 15 часов.

В самом деле, период обращения «Тяньгуна» по орбите высотой 388 км составляет 92.3 мин, а сколько-нибудь устойчивая орбита корабля может иметь период около 88 минут. Двигаясь по ней, «Тяньчжоу» будет догонять цель со скоростью около 17° за виток, так что начальный фазовый угол будет выбран примерно за 10 витков. Теоретически можно сделать «ход конем» и не догонять станцию, а отстать от нее на полвитка, поднявшись на значительно более высокую орбиту, но это дико невыгодно с точки зрения затрат топлива и в практическом смысле не рассматривается.

Чем меньшее время между стартом и стыковкой закладывается в план полета, тем меньшим должен быть начальный фазовый угол и тем жестче ограничения на отклонения от оптимальной его величины. (Для «Тяньчжоу-5» этот начальный угол составлял 6.8±0.5°, а максимально допустимое отклонение по периоду обращения составляло 4 секунды.)

Если мы вспомним, что период вращения Земли относительно плоскости орбиты и период обращения станции по этой орбите несоизмеримы, да последний еще и сокращается постоянно и неравномерно из-за торможения в верхней атмосфере, то подбор годной даты старта оказывается весьма сложной задачей. Для быстрых схем встречи он фактически невозможен без точной подстройки высоты орбиты и периода обращения самой станции.

Далее, расход топлива на коррекцию заданной величины пропорционален массе объекта. Если учесть, что у китайской станции он пока не превышает 90 тонн, а у МКС впятеро больше, становится понятно, что китайцам намного проще заниматься точным подбором условий быстрой стыковки, чем их зарубежным конкурентам.

Итак, орбита китайской станции высотой 380.2x387.0 км, построенная перед стыковкой 1 ноября 2022 г. модуля «Мэнтянь» ( https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/85017.html ), не годилась для быстрого сближения грузового корабля. Поэтому 4 ноября ее подняли до 382.5x395.3 км, а 11 ноября подправили еще раз, и получилось 381.4x394.7 км.

 

«Тяньчжоу-4»: ушли вдвоем

9 ноября в 14:55 пекинского времени предыдущий грузовой корабль «Тяньчжоу-4» отстыковался от кормового узла модуля «Тяньхэ», освободив место для нового «грузовика», и снизился до 374.5x394.1 км.

"Тяньгун" с дистанции 200 м после расстыковки "Тяньчжоу-4"

В ходе автономного полета 14 ноября в 06:02 пекинского времени из пускового контейнера на внешней поверхности «Тяньчжоу-4» был запущен спутник «Чжисин-3A» (智星三号A星, Zhixing-3A). Этот экспериментальный кубсат формата 6U был создан Пекинской космической научно-технической компанией «Чжисин» (北京智星空间科技有限公司, бэйцзин чжисин кунцзянь кэцзи юсянь гунсы, англ. Beijing Zhixing Space Technology Co. Ltd., торговая марка Smart Satellite) и, по неофициальной информацией, оснащен миниатюрным радиолокатором с синтезированием апертуры. Ранее этой фирмой был изготовлен и запущен экспериментальный эфиопский спутник дистанционного зондирования «Чжисин-1A» (см. https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/77795.html ).

"Чжисин-3A" в пусковом контейнере

15 ноября в 07:21 пекинского времени «Тяньчжоу-4» был сведен с орбиты тормозным импульсом и вошел в атмосферу над южной частью Тихого океана.


Пятый грузовик

«Тяньчжоу-5» стал первым грузовым кораблем, прибывшим на Китайскую космическую станцию «Тяньгун» ( https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/79873.html ) во время нахождения на ней экипажа, и первым, кому предстояло стыковаться со станцией полного состава массой порядка 80 тонн.

Эмблема "Тяньчжоу-5"

Напомним, что «Тяньчжоу-1» стыковался в 2017 г. к космической лаборатории «Тяньгун-1», а три следующих корабля приходили на станцию перед прибытием пилотируемых кораблей с 1-й, 2-й и 3-й основными экспедициями соответственно, причем двух боковых исследовательских модулей на ней еще не было.

С 5 июня 2022 г. на борту «Тяньгуна» работают командир Чэнь Дун и члены его экипажа Лю Ян и Цай Сюйчжэ ( https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/83837.html ). Контролируя подход грузового корабля, космонавты имели возможность перейти в режим телеоператорного управления, что повысило безопасность стыковки.

"Тяньчжоу-5" на подготовке

«Грузовик» имеет массу около 13 т при максимальном диаметре 3.35 м и длине 10.6 м. Разработчиком «Тяньчжоу» является Китайская исследовательская академия космической техники CAST. Вклад Шанхайской исследовательской академии космической техники SAST составляют двигательный отсек и его кабельная сеть, подсистема электропитания, стыковочное устройство, подсистема измерений, управления и связи. С учетом возросшей массы станции корабль оснащен стыковочным устройством версии 2.0, рассчитанным на соединение с объектами массой от 8 до 180 т. Другими особенностями данного корабля является вновь созданный интегрированный блок представления информации и выдачи команд управления и улучшенные осветительные приборы внутри и снаружи его.

 "Тяньчжоу-5" на подготовке

«Тяньчжоу-5» доставили на Хайнань морским транспортом, и 5 сентября два контейнера с отсеками корабля были приняты в 505-м сооружении космодрома Вэньчан. Испытания и загрузка прошли по графику, 21 октября «грузовик» отправили на сборку с носителем, а 22 октября укрыли створками обтекателя.

Старт первоначально планировался на 6 ноября, но предшествующий ему модуль «Мэнтянь» задержался на четверо суток, с 27 на 31 октября, и запуск грузовика отодвинули на шесть суток. Новая дата стала известна из уведомления о закрытии района падения в Южно-Китайском море, опубликованного 27 октября.

Контейнеры со ступенями ракеты везут из порта на космодром

На ракете CZ-7 №Y6 было реализовано 17 новых технических решений в части точности выведения, оптимизации предстартовых операций и повышения надежности. Носитель доставили в Вэньчан морским путем 11 октября, и вся полигонная подготовка уложилась в 27 суток. 2 ноября на собранную ракету установили головной блок с кораблем, а 9 ноября ее вывезли на старт. Утром 12 ноября Канцелярия программы пилотируемой космонавтики Китая объявила расчетное время пуска с внутренним обозначением TGHY3/TZ-5.

Стрелка по маршруту, входной зеленый

Это был 494-й китайский космический пуск, в том числе 449-й в истории ракет семейства «Великий поход» и 26-й в рамках пилотируемой программы. Он стал 200-м для Центра космических запусков Сичан и 21-м для его удаленной площадки на Хайнане, известной как космодром Вэньчан.

Вывоз CZ-7A на старт 9 ноября 2022 г.

Кнопка «Пуск» была нажата в 10:03:05; через семь с небольшим секунд, отведенных по циклограмме на запуск и проверку двигателей, ракета стартовала. Еще через 605 секунд, в 10:13:17.846, «Тяньчжоу-5» успешно отделился на расчетной орбите и вскоре развернул солнечные батареи.

Красный экран успешного пуска

Первый маневр для сближения с «Тяньгуном» был начат уже в 10:32:39. Быстрая схема включала двухимпульсный переход с орбиты выведения на орбиту станции с выходом в ее близкую окрестность уже на первом витке полета, в то время как в прежней 6.5-часовой схеме на этап дальнего сближения отводилось около четырех часов. Было также сокращено число точек зависания для проверки статуса корабля, благодаря чему ближний этап удалось сократить с двух часов до 40 минут.

Последняя остановка перед стыковкой

Следует подчеркнуть, что быстрая схема была подготовлена задолго до старта «Тяньчжоу-5»: в систему управления и навигации корабля изначально заложена возможность сближения и стыковки за 6.5, 5, 3 и 2 часа. «Накопленный опыт с предыдущим графиком придал нам смелость и уверенность для штурма более высокой вершины», – прокомментировал достижение заместитель главного конструктора системы управления и навигации корабля «Тяньчжоу» Ху Хайся (胡海霞).

Цель справа, корабль слева

Реализация таких маневров немыслима без развитых средств автономной навигации с определением фактических параметров орбит и маневров с использованием спутниковых навигационных систем и надежной работы систем спутниковой ретрансляции данных и изображения; можно считать доказанным, что китайцы овладели соответствующими технологиями.

13 ноября в 14:18 пекинского времени члены экипажа Чэнь Дуна открыли люки и в 15:03 вошли в корабль.

Внутри "Тяньчжоу-5"

«Тяньчжоу-5» доставил на станцию 1400 кг компонентов топлива для ее двигательной установки и около 5300 кг грузов в восьми секциях, в том числе все необходимые припасы для предстоящей полугодовой 4-й основной экспедиции.

Среди доставленных грузов особо оговорены научная аппаратура для регистрации частиц высоких энергий в широком диапазоне спектра и экспериментальный электрохимический генератор на водороде и кислороде. Последний должен быть испытан в реальных условиях космического полета, прежде чем его можно будет применять как штатный источник электропитания в будущих пилотируемых лунных экспедициях.

Менее важными, но более милыми сердцу обывателя были свежие фрукты для космонавтов. В интересах науки были отправлены семена риса, пшеницы, кукурузы и отдельных древесных пород для эксперимента по гибридизации под действием факторов космического полета, а также блок жизнеобеспечения доставляемых образцов и укладка расходуемых материалов для эксперимента по клеточной биологии.

 

Спутники-попутчики

«Тяньчжоу-5» несет также пусковые контейнеры с наноспутниками класса «кубсат», которые должны быть отделены во время полета грузовика – в автономном или в составе станции, неизвестно. Первый перечень спутников был опубликован 10 марта 2022 г. и включал пять КА:

·         Студенческий научный спутник Макао (澳门学生科普卫星一号);

·         Кубсат «Ляньли» (连理);

·         Кубсат для проверки тросовых технологий (绳系技术验证立方星);

·         «Чжисин-3A» (智星三号A星);

·         «Гаосинь-1» (高新一号卫星).

Фактически «Чжисин-3A» успели установить на «Тяньчжоу-4», и его место занял радиолюбительский спутник «Сиван-4» (希望四号, XW-4) с позывным CAS-10, выполненный в формате кубсата 8U и имеющий массу 12 кг.

Студенческий спутник Макао

Научно-образовательный спутник Университета науки и техники Макао также выполнен в виде кубсата формата 8U, имеет массу около 10 кг и несет небольшую оптическую камеру с интеллектуальной системой обработки изображений и радиолюбительский радиокомплекс УКВ-диапазона. Аппарат изготовлен Космической спутниковой компанией «Дунфанхун».

Кубсат "Лянли"

Кубсат «Ляньли», вероятно, также находится на борту «Тяньчжоу-5», во всяком случае, в сентябре сообщалось об его успешной примерке к пусковому контейнеру в Пятой академии. В отношении двух других аппаратов первоначального списка подтверждения пока нет.

Автор: Liss

Поделиться в соц. сетях
324