¿Cuáles son los pasos entre el lanzamiento del cohete y el acoplamiento a la ISS?

¿Cuáles son los pasos entre el lanzamiento de la nave espacial y la posición de la nave espacial para acoplarse a la ISS?

Esto varía de un vehículo a otro. Algunos vehículos se acoplan a la ISS, otros atracan con la ISS. Algunos vehículos lo hacen muy rápido, otros tardan días. Entre los que atracan, hay una serie de puertos de atraque en la ISS. El momento de la operación, ya sea que el vehículo atraque o atraque, y la ubicación y orientación del puerto de atraque o caja de atraque hacen que los conjuntos de pasos sean muy variados. Veré las cosas desde la perspectiva de cómo el HTV japonés se acopla a la ISS. Cygnus de Orbital y Dragon de SpaceX siguen un patrón muy similar.

La primera fase del vuelo es el lanzamiento. Por lo general, el vehículo que eventualmente se atracará o atracará con la ISS es una carga útil pasiva durante esta fase inicial; es el vehículo de lanzamiento el que está a cargo. Esta fase termina con la inserción en órbita.

La órbita de inserción puede ser bastante baja, tan baja que el vehículo volvería a entrar en poco tiempo sin impulsarse a una órbita más alta. Esta órbita más alta es una órbita en fase, una cuya altitud es más baja que la de la ISS. Esta altitud más baja significa que el período orbital es más rápido que el de la ISS. La cantidad de tiempo que se pasa en esta órbita de fase (u órbitas de fase; algunos vehículos usan más de una) depende de qué tan lejos esté la ISS (el vehículo objetivo) del vehículo en cuestión (el vehículo perseguidor). Algunos vehículos (p. ej., el ATV europeo) pueden pasar varias semanas en su(s) órbita(s) de fase.

Cuando sea el momento adecuado, el perseguidor aumentará su altitud de modo que, idealmente, se encuentre a una distancia previamente planificada detrás de la ISS. Esta no es una transferencia de Hohmann. En cambio, es una secuencia de quemaduras que apuntan a un punto específico en el espacio en un momento específico. Un enfoque para hacer esto es utilizar la segmentación de Lambert, o alguna modificación de la misma. El comienzo de esta secuencia de quemaduras marca el comienzo de la fase de vuelo de encuentro de campo lejano.

Cuando el vehículo alcanza el punto objetivo (normalmente a cientos de kilómetros por detrás de la ISS), realiza otro encendido que hace que su perigeo sea un poco más pequeño que el de la ISS. Con el tiempo, esto mueve el vehículo hacia la ISS. En algún momento, el vehículo entra dentro del rango de comunicaciones de la ISS. Esto marca la transición del encuentro de campo lejano a campo cercano.

Durante las operaciones de campo lejano, el HTV (y Cygnus y Dragon) usa GPS para corregir su estado de navegación. La ISS también usa GPS, pero la distancia entre los dos vehículos significa que la ISS y el perseguidor pueden estar usando diferentes conjuntos de satélites GPS para estimar su estado. Una vez que el HTV (o Cygnus o Dragon) entra dentro del rango de comunicación, cambia a usar el GPS relativo. Esto aumenta significativamente la precisión de la estimación del estado relativo entre los dos vehículos.

Una vez que el perseguidor llega a una distancia prescrita de la ISS, cambia de punto de encuentro de campo cercano a aproximación. En el caso de HTV (y Cygnus y Dragon), el vehículo cambia en este momento del uso del GPS relativo a la navegación visual. El GPS en la Tierra no funciona tan bien en las ciudades como lo hace en el campo debido a las señales que rebotan en los edificios altos (el problema de trayectos múltiples). El GPS relativo no funciona muy bien en las inmediaciones de la ISS por la misma razón.

Durante la fase de aproximación, el cazador debe seguir un corredor prescrito que eventualmente lo llevará al puerto de atraque o caja de atraque. La fase de aproximación tiene una serie de puntos de espera donde el perseguidor debe detenerse con respecto a la ISS. Las desviaciones fuera del corredor o no detenerse en un punto de espera son señales de que el vehículo necesita hacer la transición a otro modo, cancelar o retirarse. Hay múltiples puntos de decisión en el camino donde el perseguidor (o los controladores humanos en el suelo) decidirán que lo mejor que se puede hacer es abortar o retirarse.

La última fase es, por supuesto, el atraque o atraque real.

Todos los lanzamientos espaciales toman un cohete en la tierra y le dan cierta altitud y mucha velocidad lateral hasta que alcanza la órbita. Las formas de hacer esto son bastante conocidas y no son específicas de Soyuz. Usted "solo" tiene que planificar su órbita e introducir los parámetros en el sistema.

Para un acoplamiento ISS, la órbita inicial seleccionada será:

• En plano con la órbita de la ISS. Los cambios de avión son terriblemente caros para el combustible, por lo que el primer requisito es igualarlo. Esto se hace dejando que la Tierra gire hasta que el sitio de lanzamiento quede debajo del plano orbital. Lanza en ese momento en la dirección correcta y el avión queda seleccionado.

• Lo suficientemente alto como para tener algunas órbitas para revisar su equipo, asegurarse de que todo esté funcionando y comenzar a acercarse. Gran parte del equipo necesario para hacer esto no pudo probarse durante el lanzamiento. Ahora es el momento de asegurarse de que funciona.

• Lo suficientemente bajo como para que la nave vuelva a entrar por sí sola. Como contingencia contra ciertas fallas, una órbita de lanzamiento nominal decaerá en unos pocos días, lo que permitirá que la tripulación regrese sin necesidad de un encendido de reingreso.

Eso restringe la órbita de estacionamiento inicial. Si esto fuera anterior en el programa, ahora esperaría hasta que la fase sea correcta. La Soyuz y la ISS estarían en el mismo plano, pero podrían estar a cualquier distancia a lo largo de la órbita en relación con la otra nave. La Soyuz a una altitud más baja orbitaría más rápido. Esto le permitiría "ponerse al día" y cambiar el ángulo de fase. Las quemas de encuentro comenzarían cuando la fase fuera correcta. Esta espera significó que el lanzamiento al muelle tomó hasta 3 días. No está mal en un transbordador que tenía mucho espacio, pero bastante molesto empacado en una Soyuz.

Durante los últimos años, se ha utilizado un perfil de lanzamiento actualizado para los lanzamientos tripulados. La órbita de la ISS se modifica para colocarla en el punto de fase correcto en el tiempo de lanzamiento previsto. Esto requiere mucha planificación y usa combustible en la ISS, por lo que no se hace para vuelos de carga. Cuando funciona, el paso de fase se completa en el lanzamiento y el proceso total pasa de unos pocos días a 6 horas.

El resto es solo jugar al golf. Sabes (básicamente) dónde estás y (básicamente) dónde quieres estar, pero no con tanta precisión como para esperar hacer un swing y llegar allí de una sola vez. Cuando se desarrolló la Soyuz, no tenía la inteligencia suficiente para realizar encuentros orbitales por sí misma. En su lugar, tendría que pasar por estaciones terrestres para analizar el estado y comunicar nuevos comandos. Entonces, en lugar de algo como volar un avión o conducir un automóvil donde tienes un control constante, envías comandos para realizar acciones y luego esperas a ver qué tan bien lo has hecho. Las quemas de enfoque múltiple hacen que las cosas sean agradables y cercanas de una manera que reduce la posibilidad de colisionar con la estación y no requiere una precisión imposible en cada quema.