Космос стыковочный узел это

Стыковка

Стыковка — это, выражаясь научным языком, соединение двух космических кораблей в одну систему физически, а выражаясь популярно — это проблема из разряда «попади в мишень размером от двух до полутора метров с дистанции в 60 километров».

Для осуществления стыковки применяется стыковочный узел, который бывает в основном двух типов: это классическая система «штырь-конус» и АПАС [1] [2] (Андрогинно-периферийный агрегат стыковки). Главное их различие в том, что «штырь-конус» — система несимметричная: если на вашем корабле установлен «штырь», вы можете пристыковаться только к «конусу»; если же у вас «конус» — вы вообще не можете стыковаться сами, только ждать обладателя «штыря». АПАС же позволяет стыковку любого корабля с любым другим (если, конечно, на «любом другом» установлен стыковочный узел той же системы. А систем этих довольно много, на одной МКС используется не меньше трёх несовместимых разновидностей).

Суть стыковки в том, чтобы попасть стыковочным узлом одного корабля в узел другого, чтобы они закрепились, притянули корабли шлюз в шлюз и прижали друг к другу поплотнее, чтобы встать на замки.

Для того, чтобы провести стыковку, если вкратце, требуется следующее:

• Попасть на орбиту. Это обычно делается с помощью ракеты носителя или с помощью торможения, если космический корабль возвращается с другого небесного тела.
• Из-за того, что точность наведения ракеты-носителя не позволяет подвести космический корабль ближе чем на 30 км, дальше придётся вручную: двухимпульсный маневр с помощью сближающе-корректирующих двигателей — изменение скорости, дабы соприкоснуться с орбитой цели в тот момент, когда цель будет поблизости, затем изменение скорости до уравнивания со скоростью и вектором движения цели.
• Если всё сделано правильно, космический корабль теперь в нескольких километрах от цели.
  • Если есть компьютер, он должен уже поймать сигнал от цели и договориться о манёвре — оба корабля разворачиваются друг к другу стыковочными узлами и сближаются до стыковки.
  • Если компьютер отказал или его нет — кружим вокруг цели, пока не увидим стыковочный узел, затем гасим скорость до нуля относительно цели, направляем на мишень стыковочный узел и легонько даём импульс на сближение, после чего держим мишень в прицеле, не давая дёргаться туда-сюда (чем дальше от цели, тем больше дёргается — орбита-то круглая), или, если она не уползает (с близкого расстояния стыковаться легче), расслабляемся и ждём, пока защёлкнутся замки и табло возвестит о стыковке. Если не получается с первого раза — не беда, можно отойти назад и попробовать ещё. Главное — не разгоняться слишком сильно, не подкрадываться слишком медленно и не бояться. Посадка на самолёте — куда страшнее.

Стыковка важна тем, что позволяет не выводить корабли и станции одним куском [3] , а собирать их непосредственно на орбите, пристыковывая модули друг к другу. В случае выхода модуля из строя его можно отстыковать и сбросить с орбиты, а на его место пристыковать другой; помимо прочего, это также важно для межпланетных миссий — КК для этого состоит из орбитального модуля, посадочного и возвращаемого [4] .

Источник

Стыковка и швартовка космических кораблей — Docking and berthing of spacecraft

Стыковка и швартовка космических кораблей — это стыковка двух космических аппаратов . Это соединение может быть временным или частично постоянным, например, для модулей космической станции.

Под стыковкой понимается соединение двух отдельных свободно летающих космических аппаратов. Швартовка относится к операциям по стыковке, когда пассивный модуль / транспортное средство помещается в стыковочный интерфейс другого космического корабля с помощью роботизированной руки . Поскольку современный процесс отшвартовки требует больше труда экипажа и занимает много времени, швартовочные операции не подходят для быстрой эвакуации экипажа в случае возникновения чрезвычайной ситуации.

СОДЕРЖАНИЕ

История

Стыковка

Возможности стыковки космических аппаратов зависят от сближения в космосе , способности двух космических аппаратов находить друг друга и удерживать станции на одной орбите . Впервые он был разработан в США для проекта Gemini . В октябре 1965 года планировалось, что экипаж « Джемини-6» под командованием Уолли Ширры стыкуется и стыкуется вручную с беспилотным автомобилем- мишенью Agena , но во время запуска машина Agena взорвалась. Во время обновленной миссии Gemini 6A, Ширра успешно выполнил встречу в декабре 1965 года с экипажем Gemini 7 , приблизившись на расстояние 0,3 метра (1 фут), но не было возможности стыковки между двумя космическими кораблями Gemini. Первая стыковка с Agena была успешно произведена под командованием Нила Армстронга на Gemini 8 16 марта 1966 года. Ручные стыковки были выполнены в трех последующих миссиях Gemini в 1966 году.

Программа « Аполлон» зависела от сближения на лунной орбите для достижения своей цели — высадки людей на Луну. Это потребовало сначала перестановки, стыковки и маневра эвакуации между головным космическим кораблем командно-служебного модуля (CSM) Apollo и посадочным космическим кораблем Lunar Module (LM), вскоре после того, как оба корабля были отправлены с орбиты Земли на путь к Луне. Затем, после завершения миссии по посадке на Луну, два астронавта в LM должны были встретиться и состыковаться с CSM на лунной орбите, чтобы иметь возможность вернуться на Землю. Космический корабль был спроектирован так, чтобы обеспечить возможность перемещения экипажа внутри корабля через туннель между носовой частью командного модуля и крышей лунного модуля. Эти маневры были впервые продемонстрированы на низкой околоземной орбите 7 марта 1969 года на Аполлоне-9 , затем на лунной орбите в мае 1969 года на Аполлоне-10 , затем в шести лунных посадочных миссиях, а также на Аполлоне-13, где LM использовался в качестве спасательный автомобиль вместо того, чтобы совершить посадку на Луну.

В отличие от США, которые использовали ручную пилотируемую стыковку в программах Apollo, Skylab и Space Shuttle , Советский Союз использовал автоматизированные системы стыковки с самого начала своих попыток стыковки. Первая такая система, « Игла» , была успешно испытана 30 октября 1967 года, когда два беспилотных испытательных корабля «Союз», Космос 186 и Космос 188, автоматически состыковались на орбите. Это была первая удачная советская стыковка. Переходя к попыткам стыковки с экипажем, Советский Союз впервые достиг сближения корабля «Союз-3» с беспилотным кораблем «Союз-2» 25 октября 1968 года; попытка стыковки была неудачной. Первая советская стыковка с экипажем была осуществлена ​​16 января 1969 года между кораблями «Союз-4″ и » Союз-5″ . У этой ранней версии космического корабля «Союз» не было внутреннего переходного туннеля, но два космонавта совершили внекорабельный перелет с «Союза-5» на «Союз-4», приземлившись на другом космическом корабле, чем они запускали.

В 1970-х годах Советский Союз модернизировал космический корабль «Союз», добавив в него внутренний переходный туннель, и использовал его для перевозки космонавтов во время программы космической станции « Салют ». Первое успешное посещение космической станции началось 7 июня 1971 г., когда « Союз-11» стыковался с « Салютом-1» . Соединенные Штаты последовали их примеру, стыковав свой космический корабль Apollo с космической станцией Skylab в мае 1973 года. В июле 1975 года две страны сотрудничали в испытательном проекте Apollo-Soyuz , стыковав космический корабль Apollo с Союзом с использованием специально разработанного стыковочного модуля для размещения различные стыковочные системы и атмосферы космических кораблей.

Начиная с « Салюта-6» в 1978 году, Советский Союз начал использовать беспилотный грузовой космический корабль « Прогресс» для пополнения запасов своих космических станций на низкой околоземной орбите, что значительно увеличило продолжительность пребывания экипажа. В качестве беспилотного космического корабля «Прогресс» полностью автоматически встречался и стыковался с космическими станциями. В 1986 году стыковочный комплекс «Игла» был заменен на обновленный комплекс » Курс» на корабле «Союз». Несколькими годами позже космический корабль «Прогресс» получил такую ​​же модернизацию. Система Kurs до сих пор используется для стыковки к России орбитальный сегмент на Международной космической станции .

Причал

Причаливание космических кораблей можно проследить, по крайней мере, еще с момента стоянки грузов в отсеке для грузового шаттла. Такой полезной нагрузкой может быть либо свободно летящий космический корабль, захваченный для обслуживания / возврата, либо полезная нагрузка, временно открытая для космической среды в конце системы удаленного манипулятора . В эпоху космических шаттлов использовалось несколько разных причальных механизмов. Некоторые из них были элементами отсека полезной нагрузки (например, узел фиксации полезной нагрузки), в то время как другие были бортовым вспомогательным оборудованием (например, структура поддержки полета, используемая для миссий по обслуживанию HST ).

Аппаратное обеспечение

Андрогиния

Системы стыковки / швартовки могут быть как андрогинными ( неотделенными ), так и неандрогинными ( гендерными ), что указывает на то, какие части системы могут спариваться вместе.

Ранние системы для стыковки космических кораблей были не андрогинными конструкциями систем стыковки. Неандрогинные конструкции — это форма гендерного спаривания, при которой каждый космический корабль, который должен быть соединен, имеет уникальный дизайн (мужской или женский) и особую роль в процессе стыковки. Роли нельзя поменять местами. Кроме того, два космических корабля одного пола вообще не могут быть соединены.

Андрогинная стыковка (а позже и андрогинная стыковка), напротив, имеет идентичный интерфейс на обоих космических кораблях. В андрогинном интерфейсе есть единый дизайн, который может подключаться к своей копии. Это обеспечивает резервирование на системном уровне (смена ролей), а также спасение и сотрудничество между любыми двумя космическими кораблями. Это также обеспечивает более гибкий дизайн миссии и сокращает количество уникальных анализов миссии и обучения.

Список механизмов / систем

Первая стыковка с двумя беспилотными космическими кораблями «Союз» — первая полностью автоматизированная стыковка в истории космических полетов — была произведена с помощью миссий « Космос 186» и «Космос 188» 30 октября 1967 года.

Неандрогинный Система стыковки Kontakt Стыковка Нет Предназначен для использования в советской лунной программе с экипажем для обеспечения стыковки корабля «Союз 7К-ЛОК» («Лунный орбитальный корабль», активный) с лунным посадочным модулем LK (пассивный). Неандрогинный SSVP-G4000 Стыковка да SSVP-G4000 также более расплывчато известен как российский зонд или просто Российская стыковочная система (RDS). В переводе с русского SSVP расшифровывается как « Система Стыковки и Внутреннего перехода», что буквально означает «Система стыковки и внутренней пересылки».

Он использовался для первой стыковки с космической станцией в истории космических полетов, когда в 1971 г. были пристыкованы космические корабли « Союз-10» и « Союз-11» к советской космической станции « Салют-1» . В середине 1980-х годов система стыковки была модернизирована, чтобы позволить стыковка 20-тонных модулей к космической станции » Мир «. Он имеет круговой передаточный канал диаметром 800 мм (31 дюйм), произведенный РКК «Энергия».

Система «зонд-якорь» позволяет посещать космические корабли с помощью стыковочного интерфейса зондов, таких как « Союз» , « Прогресс» и космические корабли ATV ЕКА , для стыковки с космическими станциями, которые имеют порт с стыковочным интерфейсом, например, бывшие « Салют и Мир» или нынешняя МКС. космическая станция. Всего на российском орбитальном сегменте МКС имеется четыре таких стыковочных порта для посещения космических аппаратов; Они расположены на модулях «Звезда», «Рассвет», «Пирс» и «Поиск». Кроме того, на МКС для полупостоянной стыковки « Рассвета» с «Зарой» использовалась система «зонд-тормоз» .

АПАС-75 Стыковка да Используется на стыковочном модуле испытательного проекта «Аполлон-Союз» и корабле «Союз 7К-ТМ» . Между американской и советской версиями были различия в конструкции, но они все еще были совместимы по механике. Андрогинный АПАС-89 Стыковка да Используется на «Мир» (« Кристалл» , стыковочный модуль «Мир» ), « Союз ТМ-16» , « Буран» (планировалось). Он имел проходной канал круглой формы диаметром 800 мм (31 дюйм). Андрогинный (Союз ТМ-16), Неандрогинный (Кристалл, стыковочный модуль «Мир») АПАС-95 Стыковка да Он использовался для стыковки космических челноков с Миром и МКС, на МКС он также использовался на модуле Заря, российский орбитальный сегмент, для взаимодействия с PMA-1 на модуле Unity, орбитальный сегмент США. Он имеет диаметр 800 мм (31 дюйм). ). Описывается как «по сути то же самое, что и» APAS-89. Андрогинные (Шаттл, Заря и ПМА-1), Неандрогинные (ПМА-2 и ПМА-3) SSVP-M8000 ( гибридная стыковочная система ) Стыковка да SSVP-M8000 или более известный как «гибридный», представляет собой комбинацию механизма мягкой стыковки «зонд и якорь» с жесткой перемычкой APAS-95. Его начали производить в 1996 году. Производит РКК «Энергия».

Используется на МКС (связывает Звезду с Зари , Пирсом и Поиском )

Неандрогинный Общий механизм швартовки Причал да Используется на МКС ( USOS ), MPLM , HTV , Dragon Cargo , Cygnus . Стандартный CBM имеет проход в форме квадрата с закругленными краями и имеет ширину 1300 мм (50 дюймов). Люк меньшего размера, который использует Cygnus, дает переходной канал той же формы, но имеет ширину 940 мм (37 дюймов). Неандрогинный Китайский стыковочный механизм Стыковка да Используется космическими кораблями Шэньчжоу , начиная с Шэньчжоу 8, для стыковки с китайскими космическими станциями. Китайский стыковочный механизм основан на российской системе АПАС-89 / АПАС-95; некоторые назвали это «клоном». Китайцы противоречат друг другу в сообщениях о его совместимости с APAS-89/95. Он имеет круговой проходной канал диаметром 800 мм (31 дюйм). Андрогинный вариант имеет массу 310 кг, а неандрогинный вариант имеет массу 200 кг.

Впервые используется на космической станции Tiangong 1 и будет использоваться на будущих китайских космических станциях и с будущими китайскими транспортными средствами для пополнения запасов.

Андрогинный (Шэньчжоу)
Неандрогинный (Тяньгун-1) Система стыковки НАСА Швартовка или швартовка да Используется на Международном стыковочном адаптере МКС , SpaceX Dragon 2 и других будущих транспортных средствах США. Соответствует международному стандарту системы стыковки . Он имеет круговой проходной канал диаметром 800 мм (31 дюйм). Андрогинный ( коммерческий экипаж , Орион)
Неандрогинный ( IDA ) Международный механизм стоянки и швартовки Швартовка или швартовка да Планируется, что европейская стыковочная система будет способна стыковать и швартовать большие и малые космические корабли.

IBDM разработан , чтобы быть совместимым с Международной Стыковка Standard System (IDS) и , следовательно , совместима с будущим ISS International стыковочного адаптера (IDA) на американской стороне МКС . Он имеет круговой проходной канал диаметром 800 мм (31 дюйм).

Американская компания Sierra Nevada Corporation (SNC) разрабатывает Dream Chaser , небольшой космический корабль многоразового использования, который является кандидатом для перевозки астронавтов и / или экипажа на МКС . Европейское космическое агентство приступило к сотрудничеству с SNC потенциально обеспечить IBDM для крепления этого нового автомобиля на МКС в будущем.

Андрогинный