Već mesecima, da ne kažem godinama, nemamo zanimljivih vesti o ISS. Iz te letargije su nas malo trgle fanfare posle političke pomame izazvane prvim američkim privatnim lansiranjem ljudi na stanicu posle decenije suše i zavisnosti od Rusa. Od kako je orbitna stanica u kosmosu, ako ne računamo 28 poseta šatlova, do sada ju je posetilo stotinjak ruskih putničkih brodova 'Sajuz' i teretnjaka 'Progress'. To je za Ruse danas rutina, ali kako oni to rade? Spojiti se sa ISS koja juri po orbiti brzinom od 27.600 km/h i obilazi Zemlju 19 puta dnevno nemoguća je misija bez napredne elektronike. Upoznajmo se malo kako to oni rade, obzirom da su i Amerikanci osmislili jedan sistem u davno vreme kada su na stanicu leteli šatlovima.
Spoljnja oprema broda 'Sajuz-MS' za siguran randevu sa orbitnom stanicom. Sistem je proizvodio 'Kijevski Radiozavod' (Ukrajina), a posle sukoba proizvodnja se prebacila u Iževsk, u Rusiji.
Danas ću reći nešto o navigacionom sistemu za pristajanje na stanicu i spajanje s njom, koji se zove 'Kurs'. U suštini, to je automatizovani radiotehnički sistem za uzejamna merenja parametara kretanja radi potrage, pristajanja i spajanja broda sa orbitnom stanicom.
'Kurs' je naslednik prethodnog sovjetskog radio-telemetrijskog sistema 'Igla' i danas pruža navigacione usluge za ruske svemirske letilice, uključujući 'Sajuze' i 'Progresse'. Glavna razlika između ovih sistema je u tome što je 'Igla', zamenjena 1986, zahtevala da orbitna stanica (tada je to bila stanica 'Mir') sarađuje u manevrima za pristajanje preusmeravajući se kako bi centrirala otvor za spajanje sa brodom, dok 'Kurs'omogućuje pristajanje s potpuno stacionarnom orbitnom stanicom. Glavni razlog ove promjene je bio taj što je 'Mir' trebalo da bude mnogo veća stanica od starijih 'Saljuta'/'Almaza', pa bi potrošnja pogonskog goriva bila prevelika. 'Kurs' je osiguravao automatizovano pristajanja za sve ruske letilice koje su dolazile u poseti stanici 'Mir'. Prilikom pristajanja, letilica 'Sajuz' ili 'Progress' emituju radarske impulse sa više antena. Varijacija snage između antena omogućava sistemu da izračuna relativni položaj, orijentaciju i brzinu približavanja. Sistem je konstruisan za automatsko pristajanje i spajanje, ali u nuždi kosmonauti mogu da preuzmu komandu nad letilicom, bilo lokalno, bilo sa Međunarodne orbitne stanice.
Nakon raspada Sovjetskog Saveza 1991. godine, sistem 'Kurs' je postao vlasništvo Ukrajine; njegov proizvođač[1] je odjednom postao konkurent u biznisu s Ruskom saveznom svemirskom agencijom 'Roskosmos'. Zbog problema sa deviznim tržištem, Kijev je takođe podigao cenu sistema 'Kurs'. Zbog svega toga, 'Roskosmos' je nastojao da postupno redukuje upotrebu tog sistema na svojim brodovima. Testiranje ruskog manuelnog bekap sistema 'TORU' radi smanjenja oslanjanja na 'Kurs', doveo je 1997. do sudara 'Mira'i 'Progressa M-34' i oštećenje modula 'Spektr', zbog čega je 'Mir' zamalo napušten. Nakon sudara i popravki, sledeći brod 'Progress' je imao kvar na 'Kursu', ali je uspešno pristao koristeći isti sistem 'TORU'. Od 2002. 'Kurs' za sebe proizvode Rusi, i to se sad zove 'Kurs-NA' – novi aktivni; sistem je koristio pojedine komponente 'Elmiza' sve do 2016. godine.
Svi koji čitaju ovo što pišem znaju da mogu o istoriji beskonačno, pa ću da kratim doživljaj. Da kažem još ovo: 'Kurs' se sastoji od opreme 'aktivnog' broda, koji izvodi sve neophodne manevre, i opreme 'pasivne' letilice (orbitalne stanice), čijim položajem ne upravlja sustav 'Kurs'. U početku se oprema aktivne letilice zvala 'Kurs-A', a orbitalna stanice 'Kurs-P'. Do 2018. godinu razvijeno je nekoliko varijanti i modernizacija opreme aktivnog broda. Sve ove modernizacije kompatibilne su s opremom pasivne stanice.
Glavne osobenosti novog sistema bile su odsustvo potrebe za okretanjem orbitalne stanice, redundantnost opreme za povećanje pouzdanosti, ugrađeni sisstemi za kontrolu, androgenost (merenja udaljenosti i brzine na obe letilice), veliki rasponi izmerenih parametara, visoka tačnost itd.
Ovo je bila neka opšta i neinteresantna priča za većinu. Ali kako to zapravo radi? Kada putnički kosmički brod najnovije generacije 'Sajuz-TMA-M' (ili 'Progress-M') približi ISS i počne manevrisanje radi pristajanja, na TV slici koju šalje kamera orbitnog modula[2] vidimo nizove slika sa slovima brojevima poput ove:
To su informacije o brodskim parametrima prezentovane u formatu koji bi svaki kosmički manijak koji drži do sebe trebalo da poznaje.
Prvo što treba znati jeste da se tokom prilaženja stanici koristi lokalni koordinatni sustav (rus. ЛСК,локальная система координат). Ovaj referentni sistem je centriran prema svemirskom brodu, a osa X odgovara uzdužnoj osi 'Sajuza', s pozitivnim smerom u pravcu linije gledanja. Osa Y mora da bude smeštena u orbitalnoj ravni broda, iako je radi jednostavnosti smatramo osom koja pokazuje na vrh 'Sajuza'. Kako slika vredi više od hiljadu reči, bolje da to vidimo ovako:
Lokalni koordinatni sistem ruskih brodova.
Tоkom manevara približavanja, 'Sаjuz' (ili 'Progress') prima informacije o svom položaju u odnosu na ISS preko dva kanala: sistema 'Kurs' i brodskog računara (rus. БЦВК, Бортовой Цифровой Вычислительный Комплекс). Radarski sistem 'Kurs' koristi signale šest antena van broda za izračunavanje položaja i relativne brzine 'Sajuza' u odnosu na ISS. Računar kombinuje ove podatke s podacima senzora ugaone brzine (БДУС, Блок Датчиков Угловых Скоростей) kako bi prikazao vlastiti skup podataka o položaju i brzini.
'Kurs' koristi 6 antena: 4 na orbitnom modulu i 2 na servisnom modulu. Sistem je odgovoran za merenje udaljenosti do cilja, brzine približavanja, pozicione uglove i ugaone brzine. Antena AS (rus. Антенна Автосопровождения) odgovorna je za merenje gotovo svih parametara, osim ugla aksijalne ose broda, dok antena 2ASF takođe meri uglove približavanja i nagiba, poput antene 2AO. Antena AKR-1 koristi se za merenje približne brzine i udaljenosti. AKR-2 ispunjava istu funkciju, ali se nalazi na servisnom modulu, kao i AKR-3, koja zajedno sa 2AO radi na proveri položaja broda.
U idealnoj aproksimaciji, osa broda je paralelna s osom tzv. docking porta stanice. U ovom slučaju, brod treba samo da izvede manevre vožnje po tri ose kako bi izveo uspešno spajanje. Međutim, u praksi uvek postoje mali uglovi razlike između smera kretanja broda i njegove uzdužne ose (uglovi pitch i yaw), kao i drugih uglova između ose priključnog porta i smera kretanja. Zato svaka letilica mora da poseduje translacioni i rotacioni kapacitet. To manevar pristajanja u orbiti čini izuzetno složenim, pogotovo ako dodamo ograničenja osvetljenja (pristajanje može da se obavi samo na dnevnom delu orbite) i ograničenja potrošnje goriva.
Kako je ovo praktični mini-kurs, najbolje je pogledati primer slike i identifikovati različite kodove:
Na slici možemo da vidimo dve uzejamno normalne isprekidane linije: vertikalna odgovara osi Y (pitch), a horizontalna osi Z (yaw). Pogledajmo šta znače ostali kodovi:
- ф44 причал: Ovaj kod označava format prezentacije podataka. F44 je onaj koji se koristi za fazu spajanja. Drugi formati se koriste za različite faze leta 'Sajuza'.
- причал: Označava da smo u režimu spajanja (причал znači 'spajanje').
- ЛСК: Koristi se goreopisani lokalni koordinatni sistem. Tokom ostalih faza leta se koristi sistem ОСК(Орбитальная Система Координат), malo drugačiji i ovde ga ne treba komentarisati.
- АВТ: Skraćenica za 'automatski'. Označava da sistem nije u ručnom režimu rada.
- Р (R): Ovaj parametar označava preostalu količinu goriva, ali ne u kg, već u m/s. Odnosno, daje nam delta-vdostupan za fazu pristajanja.
- КУРС: Pod ovom oznakom su podaci koje pruža radar 'Kursa' i ovde dolazimo do srži problema. Prvi parametar je ugao γ, koji označava ugao rotacije oko X (uzdužne) ose broda. ηp i ϑp označavaju 'yaw' ugao (Z osa), odn. 'pitch' sugao (Y osa). Najlakše je razumjeti ρ i ρ': ρ je udaljenost između 'Sajuza' i ISS-a u km, a ρ' prilazna brzina u m/s. U trenutku spajanja brzina bi trebala biti 0,1-0,35 m/s. ΩZ je ugaona brzina rotacije broda oko 'pitch' ose (Z osa) a ΩY oko ose 'jaw' (osa Y). Svi ovi parametri se mere u odnosu na položaj i ugaonu brzinu ISS, tako da nisu apsolutni. Tokom manevra pristajanja, normalno je promatrati drastične fluktuacije parametara Kursa zbog smetnji, što obično stvara veliku napetost među posadama Sojuza.
- ωX, ωY i ωZ su ugaone brzine po tri ose broda mjerene senzorima ugaone brzine broda (БДУС). Te brzine su nezavisne od brzina izmerenih 'Kursom', jer nisu zavisni od ISS. Ako je osa broda dobro poravnata s osom priključnog porta, ti bi parametri trebali da budu slični ugaonim brzinama koje meri 'Kurs'.
- Ovde su takođe predstavljeni ρ, ρ', ΩY i ΩZ, ali filtrirani uz pomoću brodskog računara. Ti su podaci obično precizniji od podataka koje predstavlja sistem 'Kurs', budući da nemaju radio smetnje.
- A НЕТ: Označava da nema grešaka.
- ИН НЕТ: Nema ček-liste.
- TП: Proteklo vreme mereno računarom.
- Poruka ВКЛ ДПО (paljenje trastera) pojavljuje se u ovom području svaki put kad se uključe manevarski motori ДПО (rus. Двигатели Причаливания и Ориентации). Istovremeno, u sredini slike se pojavljuje simbol koji pokazuje koji su motori uključeni, na primjer '+ Y' znači da su motori na gornjem delu broda bili uključeni, pa će brod krenuti u smer uY.
Je li nam jasno? Pa, sada samo treba da pogledamo video o pristajanju kako bismo vežbali, poput ovog iz 'Sajuza TMA-11':
https://www.youtube.com/watch?v=kepJfb6Dof8
[1] Nekad je to bio 'Kijevski radiozavod', a od 1996. se zovu PAO 'Elmiz'. Nekada su zarađivali proizvodeći preciznu mehaniku za sebe i Ruse, a danas žive od kredita i rade za SAD i njihovu namensku industriju.
[2] Ko ne zna, samo da podsetim: Sovjetsko/ruski brod 'Sajuz' ima tri modula ('otseka') – orbitni (БО), sletni (СА) i pogonski (servisni)(ПАО).
