Що знаходиться на орбіті приблизно в 400 кілометрах над нами Міжнародна Космічна Станція - це один з найбільш складних і дорогих інженерних проектів за всю історію людства. Станція важить близько 400 метричних тонн, а розміри її трохи перевищують розміри поля для американського футболу. Для її складання потрібні були дюжини і дюжини запусків з боку Росії і США (включаючи 37 польотів шатлів), а так само більше 155 виходів космонавтів і астронавтів у відкритий космос - а це вдвічі більше, ніж загальна кількість виходів у відкритий космос на той момент.
Порівняння розмірів МКС і поля для американського футболу
Споруда і запуск МКС обійшлася людству приблизно в 150 мільярдів доларів і 13 років роботи. І в цей самий момент, десь там, високо над нашими головами, шість чоловік працюють в космосі. Звичайно, станція не просто висить там без руху. Сама по собі орбіта МКС має тенденцію до зниження через опір атмосфери - швидкість цього зниження становить близько 2 кілометрів в рік - тому станцію потрібен час від часу підштовхувати, щоб допомогти їй залишатися на необхідній висоті. Більш того, вся ця величезна структура є досить мобільною - її можна рухати, повертати і нахиляти в трьох вимірах для того, щоб уникнути можливих зіткнень з космічним сміттям. Так як же вдається перемістити 400 тонн досить крихкою МКС в разі, якщо на неї, наприклад, рухається астероїд?
Ground control to Major Tom
Кімната управління МКС
Для того щоб з'ясувати як рухати станцію по орбіті, я прокотився в Космічний Центр Джонсона і зустрівся з Джошем Перріс (Josh Parris). Перріс - один з людей, що сидять за консоллю в кімнаті управління польотом МКС. Насправді його посада називається TOPO - керівник операцій з траєкторією (Trajectory Operations Officer). Як це і було з перших днів пілотованих польотів, люди, що займають подібні посади, мають великий досвід і великий набір знань - Перріс і його товариші по службі витратили роки на навчання, щоб заслужити право сидіти «за штурвалом» МКС.
«Що ж являють собою ці уламки?» - поцікавився я, - «Це через китайських експериментів зі знищення супутників?»
«Значною мірою так», - відповідає Перріс, - «Крім цього, велика кількість уламків залишилося після зіткнення супутників Космос і Iridium. Зауважте, що всі ці уламки - це те, що вже спустилося на висоту нашої орбіти. На більш високих орбітах теж повно всякого сміття, який може спуститися до нас ».
«І хто ж все це відстежує? У вас є велика згенерувала комп'ютером карта з гарною графікою, як показують в кіно? »
«Цим займаються хлопці з USSTRATCOM [Стратегічне командування збройних сил США. - прім.пер.] На авіаційній базі Ванденберг », - пояснює Перріс. «Вони підтримують каталог усіх відомих шматків космічного сміття, і приблизно три рази в день вони порівнюють траєкторію МКС з даними з каталогу. Так що саме вони сповіщають нас про небезпечних зближеннях »
Небезпечне зближення? Звучить страшнувато. Я попросив Перріс розповісти детальніше, і він пояснив, що навколо МКС існує «захисний периметр» в формі коробки для піци розміром в чотири кілометри у висоту (по 2 кілометри вгору і вниз від станції), і 25 кілометрів в довжину і ширину. Якщо один з уламків потрапляє в цей периметр, USSTRATCOM повідомляє про це NASA.
Основний дисплей, що відображає стан і траєкторію МКС, і основні наземні станції, які обслуговують її
Оператори стежать за всім, що потрапляє всередину цієї «коробки для піци», і розраховують імовірність зіткнення для кожного з відслідковуються об'єктів. Кожен об'єкт при цьому отримує клас небезпеки, грунтуючись на ймовірності зіткнення. Об'єкти з шансом зіткнення від 1/10000 до 1/100000 отримують «жовтий» рівень. Правила польотів наказують переміщати станцію в разі появи подібних об'єктів, якщо тільки цей маневр не вплине на поточні програми - наприклад якщо через маневру буде втрачено можливість вчасно запустити Союз. Червоний рівень небезпеки оголошується для будь-якого об'єкта, ймовірність зіткнення з яким становить від 1 (100%) до 1/10000. Для таких випадків правила більш суворі - станція повинна бути обов'язково переміщена, якщо тільки переміщення не є більш небезпечним, ніж сам шматок сміття (наприклад, якщо на МКС є пошкоджене обладнання, а маневр переміщення станції ще більш зашкодить його).
Прискорювачі і гіродіни
МКС, для свого розміру і крихкості, досить рухома. Вона оснащена чотирма гіродінамі (Control Momentum Gyros - CMG), які дозволяють їй міняти висоту. За гіродіни відповідає людина, чия посада називається ADCO (Altitude Determination and Control Officer), і який допомагає TOPO прийняти рішення про те, як найкращим способом уникнути зіткнень зі сміттям.
Робоче місце ADCO. Зверніть увагу на бейсбольну біту - для регулювання висоти
У доповненні до цього, станція має кілька наборів прискорювачів, що дозволяють їй переміщатися і повертатися. Сервісний модуль Зірка укомплектований прискорювачами; також прискорювачі є на пристикувався до станції кораблях (наприклад, на прогрес). Для типового маневру ухилення станції зазвичай необхідна величина дельта-V порядку 1 м / с.
Один з важливих параметрів, за якими доводиться стежити - це маса станції, так як точну кількість тяги, необхідної для досягнення потрібного дельта-V, залежить від переміщуваної маси. В основному маса станції змінюється коли до неї пристиковуються або розстиковує кораблі. Величина дельта-V, що досягається під час маневру, занадто мала, щоб якось вплинути на щоденну роботу екіпажу - вони знають, коли відбувається маневр, але саме переміщення контролюється з Землі, і екіпажу не доводиться робити нічого особливого.
«Тобто вони не сидять там з джойстиками, керма станцією?»
«Ні», - сміється Перріс, - «Все повністю контролюється з Землі».
Отже, коли якомусь шматку уламків присвоюється жовтий або червоний код, приходить час діяти. За 28.5 годин до моменту найбільшого зближення зі станцією, оператори починають процес планування маневру ухилення. Але чому саме 28.5 годин? На вигляд це досить дивне число. «Поворот здійснюватиме російський сегмент станції», - пояснює Перріс. «З огляду на різницю в часі між Х'юстоном і російським ЦУПом, 28.5 годин - це цілком достатньо, щоб фахівці в Росії склали так звану циклограму - точну послідовність дій, необхідних для здійснення маневру, яку передають на станцію. Ну і до того ж такий запас залишає нам більше часу на відстеження сміття. »
TOPO спільно з фахівцями з балістики з Росії визначає параметри, достатні для ухилення, включаючи величину дельта-V. Потім вони зв'язуються з USSTRATCOM для того щоб переконатися, що запланований маневр дозволить ухилитися від небезпечного уламка, але в той же час не виведе їх на траєкторію руху якогось іншого об'єкта. Коли сам маневр нарешті виконується, за нього відповідають комп'ютери станції, а фахівці на Землі тільки стежать за ходом процесу. Так що насправді неможливо просто схопитися за баранку і «покерувати» МКС - все її переміщення здійснюються після ретельного планування, і запуск будь-яких двигунів завжди відбувається тільки автоматично, відповідно до програми.
найгірший сценарій
Якщо вам здається що описаний вище процес надмірно складний, то згадайте, що на кону стоять людські життя. «Якщо ми зіткнемося з одним з відслідковуються об'єктів, то це може привести до втрати станції», - заявляє Перріс. «МКС переміщається з такою великою швидкістю [близько 7,6 км / с, - прім.пер.]. що будь-яке зіткнення буде катастрофою ». Нижня межа розміру відслідковується космічного сміття становить 10 сантиметрів. І так - «втрата станції» це саме те, про що ви подумали. Досить великий шматок сміття може не тільки зашкодити обладнання станції, але і привести до смерті екіпажу.
На щастя, Перріс оцінює наші дані про уламках більше 10 см на орбіті станції як вичерпні. «До того ж, у станції є щити [шкода, що не силові поля, - прім.пер.] Для захисту від мікрометеоритів, і інших подібних речей. На жаль, між межею міцності щитів і мінімальним розміром уламків, які ми можемо відстежувати, є невеликий зазор. Однак ми з усіх сил намагаємося запобігти будь-яким позаштатні ситуації ».
Намагаючись не виглядати занадто похмурим, я поцікавився, що ж станеться в найгіршому випадку - якщо NASA дізнається, що МКС загрожує непередбачене зіткнення. Найчастіше співробітники USSTRACOM дають NASA триденне попередження про можливі сутички, але іноді вони можуть щось пропустити. «Зазвичай ми можемо знайти спосіб облетіти щось про що ми заздалегідь знаємо», - пояснює Перріс. Але якщо у нього немає потрібних нам 28.5 годин для того, щоб спільно з колегами з Росії скласти маневр ухилення, вони можуть здійснити так званий PDAM - Предрассчітанний Маневр Ухилення від Уламків (Predetermined Debris Avoidance Maneuver). Це заздалегідь записаний маневр, що проходить з дельта-V порядку 0.5 м / с, який може бути виконаний дуже швидко. Нарешті, якщо навіть він не може бути приведений у виконання - наприклад, якщо це вивело б МКС на траєкторію будь-якого іншого шматка сміття - то екіпаж станції сідає в пристикований корабель Союз і чекає зіткнення, в повній готовності до евакуації, якщо це буде необхідно . З моменту, коли на станції з'явилася перша людина, цю процедуру доводилося проводити тричі.
День за днем
Якщо TOPO не займається розрахунком положення станції щодо якогось космічного сміття, він зайнятий сотнею інших речей. «Якщо ми не відстежуємо ніякі уламки - зараз, здається, якраз таке затишшя - у нас є ряд завдань на кожен день тижня, які ми повинні виконувати. Я вже говорив, що ми відстежуємо точне положення станції, так що ми працюємо з різними ЦУПамі, особливо з центром динаміки польотів в Годдард ». Перріс пояснив, що TOPO постачають людей в Годдарда інформацією про точне місцезнаходження станції, щоб різні системи спостереження NASA могли точно позиціонувати свої антени.
Перріс на своєму робочому місці
В цілому, за винятком планування маневрів ухилення, робота TOPO полягає в основному в пасивному моніторингу. На своєму робочому місці Перріс і його колеги працюють за трьома моніторами. «На першому моніторі - наші наземні дані GPS. Зліва, там де ви бачите три стовпці, ми зіставляємо дані на землі з даними телеметрії станції ». Це необхідно для порівняння того, де, на думку МКС, вона знаходиться, з тим де вона знаходиться на думку наземних станцій спостереження. Середній монітор також відстежує просторове положення МКС. «Графіки показують різницю між різними джерелами даних. Зазвичай вони все виглядають як одна пряма лінія », - пояснює Перріс.
На правій частині середнього монітора, за графіками порівняння, знаходиться віконце яке показує стан того обладнання станції, яке необхідно TOPO. Нарешті, на правому моніторі знаходиться ПО, яке NASA використовує для розрахунку ефемерид. «Зверху ви бачите список векторів руху станції, а знизу - каталог всіх ефемерид, які у нас є для МКС». Перріс також підкреслив, що якби TOPO був в процесі роботи над маневром ухилення, то на екранах був би зовсім інший набір додатків. Самі комп'ютери - це звичайні PC, що працюють під управлінням Linux (в кімнаті управління польотом є також комп'ютери на Windows 7, але основні контрольні монітори працюють на Linux). Це є наслідком тих давніх днів, коли кожна консоль була унікальна, і її переконфігурація займала годинник, а то й дні.
Що в підсумку?
Кімната управління МКС знаходиться на другому поверсі будівлі 30 Космічного Центру Джонсона, і займає одне з двох приміщень, які колись використовувалося як кімнати управління місій Аполло (друга кімната, на третьому поверсі, була відновлена в приблизно той же стан, що і вчасно місій Аполло, і ви можете відвідати її як частину екскурсії в Космічний Центр Джонсона). Коли я йшов, Перріс вже зайняв своє робоче місце, вивчаючи параметри станції, що летить крізь космічний простір, і уважно спостерігаючи за можливими сутичками. Це робота яка ніколи не закінчується, і яка вимагає постійної пильності.