Диссертация (Метод обеспечения безопасного спуска пилотируемого КА при возникновении нештатной ситуации на любом этапе орбитального полета), страница 4

Задача увеличения безопасности спуска неразрывно связана сзадачей увеличения точности работы СУС, т.е. при уменьшении рассеивания20приспускепоявляетсявозможностьрасширениядопустимыхпобезопасности районов посадки, что в свою очередь позволяет сократитьвремя ожидания между принятием решения о спуске и включением ДУ наторможение.Еслирассматриватьпервыйпилотируемыйполет,топередразработчиками КА «Восток» стояла задача создания наиболее простого инадежного спускаемого аппарата, который обеспечивал бы саму возможностьвозвращения космонавта на Землю. Этим требованиям наилучшим образомотвечал СА сферической формы, спуск на котором, осуществлялся понеуправляемой баллистической траектории с перегрузкой » 10 ед.

Размерыобласти рассеивания точек посадки при таком спуске составляют порядканескольких сотен километров. Безопасность космонавта при таком режимевозвращения на Землю обеспечивалась путем его катапультирования споследующим спуском на парашюте. Безопасность местного населения иобъектов наземной инфраструктурыобеспечивалась путем спуска вмалонаселенные районы СССР.

Уточнение параметров КА и характеристикатмосферы, а также усовершенствование системы управления при сходе сорбиты позволили уменьшить рассеивание в продольном и боковомнаправлениях до 300 км и 60 км соответственно. Появление САуправляемого спуска («Союз» в конце 60-х годов) с простейшей аналоговойсистемой управления спуском позволило ещё более снизить размеры областирассеивания точек посадки и довести их до 120 км на 60 км. Созданиесистемы управления спуском на базе бортового цифрового спецвычислителя(«Союз Т», «Союз ТМ») обеспечило точность посадки не хуже 30 км как попродольной, так и по боковой дальности.На сегодняшний день самой последней версией отечественногопилотируемого транспортного корабля, является «Союз ТМА-М», системауправления спуском которого использует достаточно мощную цифровуювычислительную машину для расчета спуска на борту. Несмотря на это,21точность посадки по прежнему составляет не хуже 30 км.

Это обусловленотем, что СУС КА “Союз ТМА-М” по своим возможностям управленияпродольнойдальностьюспускаотносительноопорнойтраектории,практически достигла предела для систем с жестко закреплёнными накорпусе СА акселерометрами [2, 9].В разное время были предприняты попытки создания различныхкосмических аппаратов, способных обеспечивать точность посадки до 1 км,предусматривавших беспарашютную мягкую посадку [10]. В таких проектахпланировалось применение комбинированной системы управления спуском сиспользованием внешнетраекторных радиоизмерений и терминальногоалгоритма наведения на конечном участке спуска [11, 12], таким образомможно было бы довести размеры области рассеивания точек приземления до± 1 км по продольной и боковой дальности.Сейчас разрабатывается перспективный пилотируемый корабль новогопоколения, предусматривающий движение на парашюте с высоты порядка 5км и применение комбинированной системы управления спуском сиспользованием аппаратуры спутниковой навигации.

Заявленная точностьпосадки у такого корабля составляет не хуже 5 км, что однозначноопределяет требования к точности СУС, а именно приведение возвращаемогоаппарата в точку ввода основной системы парашютирования с точностью нехуже 1 км.Однакониводномизвышеперечисленныхпроектовнерассматривались вопросы обеспечения безопасного завершения космическойэкспедиции в случае возникновения нештатной ситуации за минимальноевремя между принятием решения о спуске и приземлением экипажа.Скаждымновымэтапомразвитиякосмическойтехники,прослеживается тенденция к увеличению точности посадки. Сейчас активноразвиваются глобальные навигационные системы, с помощью которых22можно существенно повысить точность спуска для любого витка полета, авместесэтимпоявляетсявозможностьувеличениябезопасностикосмических полетов в целом.

Однако для решения таких задач необходимаразработка методов и алгоритмов обеспечения безопасного завершенияполета, которые соответствовали бы современному состоянию развитиякосмической техники.1.2Методы обеспечения безопасного завершения полетасовременных транспортных пилотируемых кораблей типа«Союз ТМА-М»1.2.1 Основные факторы, влияющие на безопасность спуска ТПК сорбитыКак было сказано выше, для обеспечения безопасного спусканеобходимо обеспечить безопасность экипажа, местного населения иобъектов наземной инфраструктуры.Для обеспечения безопасности экипажа в программу управлениядвижением на атмосферном участке вводятся основные фазовые ограниченияпо перегрузке и тепловому режиму. Для автоматического управляемогоспуска перегрузка должна находиться в пределах от 4 до 4.5 ед.

(рис. 1.2.1).4,543,5Перегрузка, ед. g032,521,510,500100200300Время, сек400Рис 1.2.1 Изменение перегрузки по времени в режиме АУС.50060023Однако основным фактором, влияющим на выполнение всех трехкритериев безопасности спуска, является выбор района посадки. Насегодняшний день все районы посадки, использующиеся для спускапилотируемых кораблей должны соответствовать всем основным требованияпо безопасности, включающим: общий характер местности, плотностьнаселения, величина углов уклона к местной горизонтали и др.Такимобразом,еслиприцельнаяточкасоответствуетвсемвышеперечисленным условия, то можно сделать заключение, что спуск будетгарантированно безопасным.1.2.2 Классификация режимов спуска в зависимости от ситуациина бортуВ зависимости от типа нештатной ситуации на борту, спуск можетбыть досрочным, срочным и экстренным.При возникновении ситуации, требующей спуска с ОИСЗ до окончанияпрограммы полёта, но не угрожающей жизни и здоровью экипажа, т.е.

когдаесть время на подготовку спуска, производится досрочный спуск КА сорбиты в режиме АУС по указанию ЦУП на основной полигон посадки.Посадку СА при досрочном спуске корабля рекомендуется осуществлять водин из заранее выбранных районов, расположенных на территорииКазахстана, т.е. досрочный спуск, предполагает наличие у экипажа запасавремени, позволяющего обеспечить приземление возвращаемого аппарата вштатные полигоны посадки.При возникновении ситуации, угрожающей жизни и здоровью экипажа(разгерметизация КА, болезнь кого-либо из экипажа и др.) производитсясрочный спуск КА с ОИСЗ. Программой полёта предусматриваетсявозможность срочного спуска с любого витка орбиты в основной илизапасной полигон посадки.

Срочный спуск по возможности проводится с24посадкой СА в заранее выбранные специалистами ОАО «РКК «Энергия»резервные районы, при выборе которых учитывались следующие положения:- срочный спуск с ОИСЗ осуществляется в режиме БС;- возможность посадки на каждом витке полёта;- временной интервал между последовательными возможностямисрочного спуска примерно равен периоду обращения по орбите;- посадкадолжнаосуществлятьсяврайонысотносительноблагоприятными условиями для приземления СА его поиска и эвакуации сприоритетом территориального расположения районов:1) основной полигон, используемый для штатного спуска;2) территория России;3) территория стран СНГ;4) территория стран Европы;5) территория стран Северной Америки;6) акватории морей, прилегающих к территории России (Чёрное,Охотское, Японское);Размеры резервных районов определены исходя из возможных величинрассеивания точек посадки при баллистическом спуске с учётом аварийнойситуации на борту.При возникновении ситуации, угрожающей жизни и здоровью экипажа,при которой нет необходимого запаса времени на ожидание заранеерассчитанного момента включения ДУ, производится экстренный спуск КАс ОИСЗ.251.2.3 Основные недостатки существующих методов обеспечениябезопасного спускаВ настоящее время, при возникновении нештатных ситуаций на бортуроссийскихтранспортныхпилотируемыхкораблей(ТПК)типа«Союз ТМА-М», требующих срочного завершения миссии и посадку наЗемлю,спускбаллистическогопроходитспуска)повбаллистическойодинизштатныхтраектории(режимполигоновпосадкирасположенных по всему земному шару.При таком режиме, отклонение точки посадки от номинальногозначения может достигать до 500км (по дальности ± 250 км; по боку ± 30 км),значения перегрузки могут составлять порядка 10g.

Этот режим обеспечиваетгарантированное безопасное возвращение экипажа на каждом витке полета,но только в определенное, заранее рассчитанное время. Однако в реальномполете могут возникать нештатные ситуации, требующие экстренногозавершения полета, т.е. у космонавтов нет времени ждать заранеерассчитанного на Земле момента включения тормозного двигателя. Такиминештатными ситуациями могут быть возгорание элементов КА, болезньэкипажа, разгерметизация отсеков, отказ системы жизнеобеспечения и др. Вэтом случае после построения ориентации и стабилизации аппаратапредусмотрено срочное включение двигательной установки на торможение.Как следствие посадка экипажа осуществляется в неопределенный районЗемли в режиме баллистического спуска. Исходя из этого, можно сделатьвывод, что существующие методы обеспечения спуска при возникновениинештатной ситуации, не способны обеспечить безопасное завершениекосмической экспедиции за кратчайшее время между возникновениемнештатной ситуации и посадкой на Землю.При спуске в режиме БС в случае возникновения нештатной ситуации,требующей срочного спуска, максимальное значение рассеивания точекпосадки, не позволяет гарантировать безопасное возвращение экипажа даже26в случае спуска в заранее выбранные полигоны посадки.