НАВИГАЦИЯ И УПРАВЛЕНИЕ ПРИ ТЕЛЕОПЕРАТОРНОМ СБЛИЖЕНИИ С ОРБИТАЛЬНОЙ СТАНЦИЕЙ

© О.В.Половников, В.В.Циблиев
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и проблемы профессиональной деятельности космонавтов"
2002 г.

В настоящее время идет активное развертывание международной космической станции (МКС). Важнейшей задачей на всех этапах развертывания МКС является безопасная и надежная доставка новых модулей, грузов и научной аппаратуры. В связи с этим актуальным является решение задачи безопасного сближения и последующей стыковки транспортных и грузовых кораблей с МКС.

«Спейс Шаттл» и транспортный корабль (ТК) «Союз», доставляющие на МКС экипажи и полезные нагрузки, имеют как автоматические, так и резервные полуавтоматические и ручные системы сближения, обеспечивающие определение относительных параметров сближения и управление данными космическими аппаратами. Такой же принцип должен быть заложен при реализации сближения и стыковки грузовых кораблей, доставляющих на МКС грузы и научную аппаратуру. Данный принцип реализован на российских транспортных грузовых кораблях (ТКГ) «Прогресс» в виде системы телеоператорного ручного управления (ТОРУ). При отказе автоматического контура управления возможно использование ТОРУ для продолжения или повторной попытки сближения и стыковки с МКС.

Наиболее «узким» местом при сближении в режиме ТОРУ является решение задачи управления активным объектом с дальностей прямой видимости — 10–20км, когда относительную дальность и скорость невозможно оценить по угловым размерам орбитальной станции и скорости их изменения, т. к. станция на мониторе космонавта при благоприятных условиях освещенности представляется яркой светящейся точкой. Сближение в соответствии с методом свободных траекторий минимизирует затраты топлива ТКГ. Однако, для реализации данного метода необходимо знание вектора состояния активного объекта. Таким образом, важнейшей задачей дальнего участка сближения в ручном (телеоператорном) режиме является определение текущей пассивной относительной траектории транспортного средства. После решения данной задачи возможно решение задачи коррекции (или серии коррекций) текущей относительной траектории для формирования условий перехода в конечную фазу сближения с МКС.

Предлагаемые в докладе итерационные алгоритмы определения относительной траектории ТКГ используют измерительную информацию, полученную экипажем МКС: измерения углового положения линии визирования, измерения относительной дальности, а также известную перед сближением информацию об относительной траектории грузового корабля. В алгоритмах используется принцип подобия относительных траекторий сближения с орбитальной станцией, находящейся на околокруговой орбите.

В докладе представлено математическое обеспечение телеоператорного режима сближения, созданное на базе предлагаемых алгоритмов определения относительной траектории. Математическое обеспечение телеоператорного режима сближения применимо для различных баллистических схем сближения и использует измерительную информацию, полученную экипажем с использованием штатной аппаратуры ТОРУ. Предлагаемое математическое обеспечение позволяет определять текущие параметры относительного движения, прогнозировать относительную траекторию движения и представлять ее космонавту в наглядном виде. Оно также решает задачи расчета и выполнения последующих коррекций относительной траектории ТКГ в соответствии с методом свободных траекторий, обеспечивающих безопасное сближение с МКС.