¿Cómo operar el acoplamiento de la estación espacial (1)?
De hecho, se puede decir que el encuentro y el acoplamiento de la estación espacial tripulada es la única forma y medio de conectar la estación espacial con otras aeronaves, y también es una habilidad básica. También es una tecnología extremadamente compleja y exigente. Por lo tanto, el encuentro y el acoplamiento ocupan una posición importante en la tecnología espacial tripulada.
De hecho, ya sea la estación espacial rusa o la estación espacial estadounidense, no operan solas durante mucho tiempo, sino que deben formar un todo con otras aeronaves, lo que requiere tecnología de encuentro y acoplamiento.
Rendezvous se refiere al proceso de hacer que una nave espacial y otra nave espacial lleguen a una posición predeterminada en la órbita espacial al mismo tiempo y a la misma velocidad. Para decirlo de manera más simple, es como dos personas que quieren completar una tarea juntas y acuerdan una hora y un lugar para reunirse. Lo mismo ocurre con la estación espacial. El encuentro solo los une, volando a la misma velocidad y dirección, pero no están conectados entre sí. El acoplamiento se refiere al proceso de conectar estructuralmente dos naves espaciales que se han cruzado en una a través de mecanismos especializados de cada una. Sólo cuando la conexión sea fiable y el sellado esté garantizado, se podrá abrir la escotilla y realizar el cambio de turno de astronauta y la entrega de material. Se puede ver que el encuentro es la base para el atraque. Estados Unidos y la ex Unión Soviética han dominado la tecnología de encuentro y atraque después de mucho trabajo y muchas pruebas.
De hecho, el proceso de encuentro y acoplamiento consiste en lanzar un avión para encontrarse y acoplarse con un avión que ya está en órbita, como una estación espacial. Generalmente llamamos avión de destino al avión que ya está volando en órbita, como la estación espacial, y al avión que se va a acoplar con este avión, como la nave espacial o el transbordador espacial, se le llama avión de atraque. Hay muchos pasos y condiciones para lograr el encuentro y el atraque de dos aviones.
Para lograr un encuentro entre dos aviones, se imponen requisitos estrictos en cuanto al tiempo de lanzamiento del avión que se acopla. Esto se debe a que un avión como una estación espacial ya está volando alrededor de la Tierra en el espacio. Tiene una órbita y un período orbital fijos. A medida que gira alrededor de la Tierra, la Tierra también gira constantemente. El avión que se encuentra con ella se lanza desde la Tierra y, cuando se erige en la plataforma de lanzamiento, está con la Tierra. . Doblar. Después del lanzamiento, se acercará gradualmente y alcanzará a la estación espacial, que es el avión objetivo. Entonces, no es arbitrario cuándo lanzarse y qué órbita volar después del lanzamiento para que puedan encontrarse en el momento y lugar especificados. Por lo tanto, existen restricciones estrictas sobre cuándo lanzarse y la relación posicional entre ellas se determina después del lanzamiento.
Mucha gente cree que las naves espaciales son peligrosas durante el encuentro y el atraque. Debido a que vuelan extremadamente rápido, atracar naves espaciales a velocidades tan altas es, por supuesto, muy peligroso. De hecho, este no es el caso. La alta velocidad de la nave espacial es su velocidad absoluta, lo que no causará ningún peligro para el acoplamiento. Sólo la velocidad relativa entre la nave espacial y el objetivo que está atracando puede causar peligro. Una de las tareas del trabajo de encuentro es hacer que los dos aviones vuelen a la misma velocidad, es decir, hacer que su velocidad relativa sea casi cero. Por lo tanto, siempre que la velocidad relativa esté bien controlada y el acoplamiento sea preciso, hay. No hay peligro por muy rápido que vuelen.
El encuentro y atraque es un proceso complicado. En resumen, se puede dividir en cuatro etapas:
(1) Guía de larga distancia
Después de que la nave espacial se lanza a órbita, la posición relativa de la nave espacial con respecto al espacio Se determina la estación. Pero están muy separados y no vuelan en la misma órbita. Por lo tanto, la primera tarea es la orientación a larga distancia, que se basa principalmente en la cooperación entre la estación de medición y control en tierra y el sistema de medición y control de la nave espacial. Primero, corregir varios errores causados por la precisión de la guía del cohete hacia la nave espacial; luego, la nave espacial acelera en una determinada posición para moverla desde la órbita elíptica en el lanzamiento a una órbita circular más alta, guiando a la nave espacial para acelerar y cambiar de órbita continuamente; , de modo que la posición relativa entre ellos cumpla con los mejores requisitos para el encuentro, y continúan acercándose a la estación espacial, de modo que la distancia entre los dos esté dentro de un rango de aproximadamente 100 kilómetros.
(2) Guía de corto alcance
En esta etapa, la nave espacial y la estación espacial están equipadas con varios equipos de radar de encuentro por radio y equipos ópticos, y están dentro del alcance de interacción. Visiblemente, confiar en estos dispositivos de encuentro permite a la nave espacial encontrar el objetivo, la estación espacial, y acelerar para rastrearlo y acercarse gradualmente a él. En este momento, la distancia entre ellos se ha vuelto cada vez más cercana, tan cercana como. dentro de los 500 metros.
(3) Fase de acoplamiento
Cuando la distancia entre los dos aviones se acerca gradualmente a 100 ~ 300 metros, la nave espacial entra en la fase de acoplamiento a una velocidad relativa de 1,5 ~ 3 metros por segundo. En este momento, la nave espacial puede tener desviaciones de posición y ángulo con respecto a la estación espacial. Por lo tanto, es necesario realizar un control de traslación y ajuste de ángulo hacia arriba, abajo, izquierda y derecha, e inclinarse lentamente hacia adelante. Cuando la nave espacial alcanza una distancia de unos 100 metros, deja de avanzar. Los dos aviones están a cero, uno al frente y otro al frente, volando juntos en órbita.
(4) Momento de acoplamiento espectacular
La distancia entre ellos era muy cercana en este momento, y llegó el momento crítico final. Bajo la acción del radar y las miras, los dos aviones lentamente. acercarse, luego acercarse y finalmente encontrarse. Cuando los mecanismos de acoplamiento de los dos aviones entran en contacto, el dispositivo de bloqueo del mecanismo de acoplamiento los tira y los cierra y bloquea gradualmente. Las superficies de acoplamiento de los dos aviones alcanzan un nivel de sellado, de modo que los dos aviones quedan estrechamente conectados entre sí.
Resulta que este proceso de acoplamiento es bastante complicado y debe ser muy preciso y cuidadoso. Esto se debe a que no solo los dos aviones se unen, sino que hay múltiples enchufes y tomas de cables en la superficie de acoplamiento de los dos aviones, y cada enchufe tiene docenas de clavijas y tomas, así como gases y líquidos. conectado correctamente. Una vez que todo está conectado, la nave espacial y la estación espacial se han convertido en una sola y vuelan juntas en órbita. Luego, los astronautas abrieron la escotilla y los astronautas de la nave espacial ingresaron a la estación espacial. Los astronautas de la estación espacial ingresaron a la nave espacial, instalaron los dispositivos probados en la estación espacial y trajeron los elementos traídos desde la tierra. y nuevo equipo en la nave espacial. El dispositivo de prueba fue enviado a la estación espacial para su entrega y cambio de turno.
Por lo tanto, el encuentro y el acoplamiento es una tecnología extremadamente compleja. Para dominar la tecnología de encuentro y acoplamiento, Rusia ha realizado muchos experimentos entre sus propias estaciones espaciales y entre naves espaciales y estaciones espaciales. Los estadounidenses Rusia y Estados Unidos también han realizado vuelos conjuntos para completar misiones de encuentro y atraque.
Según registros históricos, Estados Unidos y la antigua Unión Soviética firmaron un acuerdo bilateral de cooperación en exploración espacial en 1972. En julio de 1975, los astronautas de ambos países realizaron la primera prueba de acoplamiento espacial con las naves espaciales "Apollo" y "Soyuz", respectivamente. En la parte estadounidense participaron el comandante de la nave espacial "Apollo" Thomson Stanford, los astronautas Donate Slaton y Vance Brontë; en la parte soviética participaron el comandante de la nave espacial "Soyuz" Alley Ksay Levonov y el cosmonauta Valery Kubasov.
Este acoplamiento espacial es una cooperación seria entre las dos principales potencias espaciales basada en sus propios intereses y necesidades mutuas. El objetivo principal es ver si las naves espaciales tripuladas de los dos países pueden atracar en el espacio, lo cual es de gran importancia para el trabajo de rescate orbital; en segundo lugar, también esperamos que los dos países trabajen juntos en física espacial y ciencia de materiales; Realizaremos algunos experimentos científicos y tecnológicos en medicina, biología, etc. Ambas partes quieren beneficiarse de los experimentos.
Dado que Estados Unidos y la antigua Unión Soviética desarrollaron sus propias naves espaciales tripuladas de forma completamente independiente, las dos partes también esperan aprovechar la oportunidad del acoplamiento para inspeccionar la tecnología de las naves espaciales de cada uno en el lugar, lo que sin duda es de gran utilidad. beneficio. . Para cooperar, la otra parte debe entenderse a sí misma hasta cierto punto, lo que perjudica la competencia. Por eso, tras el exitoso acoplamiento, una de las partes suspendió el acuerdo para continuar la cooperación espacial por razones de confidencialidad técnica.
De hecho, si se quiere atracar las naves espaciales "Apollo" y "Soyuz" en la órbita espacial, no es una tarea fácil y es necesario resolver muchos problemas técnicos espinosos.
En primer lugar, el acoplamiento significa que las dos naves espaciales deberían poder encontrarse en el espacio; en segundo lugar, se deben determinar las coordenadas de encuentro de las dos naves espaciales en el espacio.
Sin embargo, los sistemas de búsqueda y encuentro por radar de las naves espaciales Apollo y Soyuz eran en realidad incompatibles. En general, los muelles de atraque de las dos naves espaciales también son diferentes. Las atmósferas necesarias para que los astronautas mantengan la vida en las dos cabinas de las naves espaciales son aún más incompatibles entre sí: la nave "Apollo" utilizaba una atmósfera de oxígeno puro con una presión de 260 mm de mercurio, mientras que la "Soyuz" tenía una presión de 760; mm de mercurio en la atmósfera normal de la Tierra. Este problema por sí solo descarta la posibilidad de que los astronautas de ambos países simplemente salten de una nave espacial a otra para visitas mutuas.
También existen algunas dificultades a las que se enfrentan los expertos en balística. Por ejemplo, el sistema de coordenadas utilizado por los expertos de la antigua Unión Soviética en sus cálculos es diferente del utilizado por los expertos estadounidenses. El centro de control y medición terrestre de naves espaciales en Moscú utiliza la hora de Moscú, mientras que el centro de Houston, EE.UU., utiliza la hora de vuelo; El tiempo es el tiempo desde el lanzamiento de la nave espacial; los científicos de la antigua Unión Soviética utilizan unidades métricas, mientras que Estados Unidos utiliza unidades imperiales tradicionales. ¿Cómo se resuelven todos estos problemas? Obviamente no hay forma de presentarlos uno por uno. Aquí solo presentamos cómo se resuelve la transición atmosférica cuando los astronautas de los dos países se visitan.
Las estructuras básicas de las naves espaciales "Apollo" y "Soyuz" que participan en la prueba de acoplamiento no han cambiado mucho para resolver la diferencia en el ambiente atmosférico en las cabinas de las dos naves, según los científicos. También se diseñó especialmente un módulo de transición de atraque como sección de transición entre los dos barcos. Se trata de un cilindro hecho de gruesas placas de aluminio con una longitud de 3,15 metros y un diámetro de aproximadamente 1,42 metros. En ambos extremos se pueden acoplar dos naves espaciales, lo que formará un pasaje para que los astronautas se visiten entre sí. . Fuera de la cabina de transición hay dos bombonas de gas. La cabina está equipada con equipos de radiocomunicación y televisión, un sistema de control de temperatura y un equipo que muestra la composición y presión atmosférica.