Орбіта міжнародної космічної станції МКС

Орбіта міжнародної космічної станції МКС це, перш за все, траса польоту МКС навколо Землі. Щоб МКС могла літати по строго заданій орбіті, а не полетіла в далекий космос або впала назад на Землю довелося враховувати ряд таких факторів як її швидкість, масу станції, можливості ракет носіїв, кораблів доставки, можливості космодромів і звичайно ж економічні чинники.

Орбіта МКС - це низька навколоземну орбіту, яка знаходиться в космічному просторі над Землею, де атмосфера присутня в украй розрядженому стані і щільність частинок малого до такої міри, щоб не робити істотний опір польоту. Висота орбіти МКС це основна вимога польоту для станції, щоб позбутися від впливу впливу атмосфери Землі, особливо її щільних шарів. Це район термосфери на висоті приблизно 330-430 км

При розрахунку орбіти для МКС враховували ряд факторів.

Другим вагомим аргументом при розрахунку орбіти є кораблі доставки екіпажів і вантажів для МКС. Наприклад «Союзи» і «Прогресси» були сертифіковані для польотів на висоту 460 км. Американські космічні кораблі доставки «Шатли» не могли літати навіть до 390 км. і тому раніше при їх використанні орбіта МКС теж не виходила за ці межі 330-350 км. Після припинення польотів шатл висоту орбіти стали піднімати, щоб звести до мінімуму атмосферний вплив.

Враховано також і економічні параметри. Чим вище орбіта, тим далі летіти, тим більше палива і значить менше необхідного вантажу зможуть доставити кораблі на станцію, значить і літати доведеться частіше.

Розглядають також необхідну висоту з точки зору поставлених наукових завдань і експериментів. Для вирішення заданих наукових завдань і досліджень, що проводяться на сьогоднішній день висоти до 420 км поки достатньо.

Важливе місце займає і проблема космічного сміття, який потрапляючи на орбіту МКС, несе найсерйознішу небезпеку.

Як вже говорилося, космічна станція повинна літати так щоб і не впасти і не вилетіти зі своєї орбіти, тобто рухатися з першою космічною швидкістю, ретельно розрахованої.

Важливим фактором є і розрахунок нахилу орбіти і точка запуску. Ідеальним економічним фактором є запуск з екватора за годинниковою стрілкою, так як тут додатковим показником швидкості присутній швидкість обертання Землі. Наступним порівняно економічно дешевим показником є ​​запуск з нахилом рівним широті, так як потрібно менше палива для маневрів при запуску, враховується і політичне питання. Наприклад, незважаючи на те, що космодром Байконур розташований на широті 46 градусів, орбіта МКС знаходиться під кутом 51,66. Ступені ракет при запуску на орбіту в 46 градусів могли б впасти на територію Китаю чи Монголії що зазвичай призводить до витратним конфліктів. При виборі космодрому для запуску МКС на орбіту міжнародне співтовариство вирішило використовувати космодром Байконур, через найбільш придатною стартового майданчика і траєкторія польоту при такому запуску охоплює більшу частину континентів.

Важливим параметром космічної орбіти є і маса летить по ній об'єкта. Але маса МКС часто змінюється через поновлення її новими модулями і відвідування її кораблями доставки і тому її спроектували дуже мобільною і з можливістю варіювання як по висоті, так і за напрямками з варіантами поворотів і маневрування.

Висоту станції змінюють по декілька разів на рік, в основному для створення балістичних умов для стикування відвідуваних її кораблів. Крім зміни маси станції, відбувається зміна швидкості станції через тертя з залишками атмосфери. Внаслідок цього центрам управління польотом доводиться коригувати орбіту МКС до необхідної швидкості і висоти. Коригування відбувається за допомогою включення двигуні кораблів доставки і рідше включенням двигунів основного базового службового модуля "Зірка", на яких є прискорювачі. У потрібний момент, при додатковому включенні двигунів швидкість польоту станції нарощується до розрахункової. Зміна висоти орбіти розраховується в Центрах управління польотом і проводиться в автоматичному режимі без участі космонавтів.

Але особливо необхідна маневреність МКС при можливій зустрічі космічним сміттям. На космічних швидкостях навіть маленький його шматочок може виявитися смертельно небезпечним як для самої станції, так і для її екіпажу. Опускаючи дані про щитах захисту від дрібного сміття на станції, коротко розповімо про проведення маневрів МКС для ухилення від зіткнення зі сміттям і зміни орбіти. Для цього уздовж траси польоту МКС створена зона-коридор з розмірами на 2 км вище і плюс 2км нижче неї, а також на 25 км в довжину І25 км в ширину і ведеться постійне спостереження, щоб в цю зону не попадав космічне сміття. Це так звана захисна зона для МКС. Чистота цієї зони розраховується заздалегідь. У Стратегічного командування збройних сил США USSTRATCOM на авіабазі Ванденберг є каталог космічного сміття. Фахівці постійно порівнюють переміщення руху сміття з рух по орбіті МКС і стежать, щоб їх шляху не дай бог не перетнулися. Точніше вони розраховують імовірність зіткнення якогось шматка сміття в зоні польоту МКС. Якщо зіткнення можливо хоча б з імовірністю 1/100000 або 1/10 000, то заздалегідь за 28,5 годин про це повідомляється НАСА (Х'юстон Космічний Центр імені Ліндона Джонсона) в управління польотом МКС керівництву за операціями з траєкторією МКС Trajectory Operation Officer (скорочено ТОРО). Тут в TORO за моніторами стежать за місцем розташування станції в часі, за космічними кораблями, що йдуть до неї на стиковку і за те, щоб станція перебувала в безпеці. Отримавши повідомлення про можливе зіткнення і координати, ТОРО передає його Російському центру управління польотами імені Корольова, де балістики готують план можливого варіанту маневрів по виключенню зіткнення. Це план з новою трасою польоту з координатами і точними послідовними діями маневру по ухилення від можливого зіткнення з космічним сміттям. Складена нова орбіта повторно перевіряється на предмет чи не виникнуть на новому шляху знову якісь зіткнення і при позитивній відповіді запускається в роботу. Переклад на нову орбіту проводиться з Центрів управління польотами з Землі в комп'ютерному режимі автоматично без участі космонавтів і астронавтів.

Для цього біля станції в центрі мас модуля «Зірка» встановлено 4 американських гіродіна (СМG) Control Moment Gyroscope, розмірами близько метра і вагою около300кг кожен. Це обертаються інерційні пристрої, що дозволяють станції правильно орієнтуватися з високою точністю. Працюють вони узгоджено з російськими двигунами орієнтації. На додаток до цього російські та американські кораблі доставки укомплектовані прискорювачами які при необхідності можна також використовувати для переміщення і поворотів станції.

На випадок якщо космічний уламок буде виявлений менше ніж за 28,5 годин і часу для розрахунків і узгодження нової орбіти на залишається, то МКС дається можливість відходу від зіткнення за заздалегідь складеним стандартному автоматичному маневру виходу на нову орбіту званого PDAM (Predetermined Debris Avoidance Maneuver) . Якщо навіть цей маневр буде небезпечний, тобто може вивести на нову небезпечну орбіту, то екіпаж сідає в заздалегідь, завжди готовий і пристикований до станції космічний корабель «Союз» і в цілковитій готовності до евакуації чекає зіткнення. У разі необхідності екіпаж миттєво евакуюється. За всю історію польотів МКС було 3 таких випадки, але вони все слава богу закінчилися добре, без необхідності космонавтам евакуюватися або взагалі не потрапили в один випадок з 10000. Від принципу «береженого бог береже», тут як ніколи відступати не можна.

Як ми вже знаємо МКС є найдорожчий (більше 150 млрдов доларів) космічний проект нашої цивілізації і є науковим стартом до далеких космічних польотів, на МКС постійно живуть і працюю люди. Безпека станції і знаходяться на ній люди стоять набагато вище витрачених грошей. У цьому плані на першому місці стоїть правильно розрахована орбіта МКС, постійне спостереження за її чистотою і вміння МКС швидко і точно ухилятися і маневрувати в разі необхідності.