Tiempo mínimo de acoplamiento de la nave espacial

¿Cuál es el tiempo mínimo absoluto en el que se puede lograr el acoplamiento de la nave espacial?

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Esta pregunta no es tanto sobre el tiempo para hacer coincidir las órbitas, sino sobre el tiempo que lleva maniobrar en la orientación adecuada y ejecutar los pasos de acoplamiento individuales.

Para un mejor ejemplo que el original, suponga que tiene un Dragon V2 acercándose a la ISS cuando de repente se da cuenta de que sus depuradores de CO 2 han fallado. Necesitan atracar lo más rápido posible; cada segundo cuenta. La cápsula ya está en un curso que la llevará directamente a la alineación para el acoplamiento, pero aún tendrá que orientarse, acoplarse, etc. Si actúan lo más rápido posible, ¿cuánto tiempo pasará antes de que puedan respirar aire fresco nuevamente (ignorando el tiempo restante que les toma cerrar la distancia con la ISS)?

Obviamente, habría redundancias en el lugar por la falla de los depuradores de CO 2 (si el Dragon V2 los tiene). Este escenario es solo por el bien de la discusión.

¿Está preguntando sobre las naves existentes y la maquinaria existente (dudo que las cápsulas Dragon puedan acoplarse juntas hoy en día), o sobre lo que se podría lograr con el tiempo para diseñar nuevos equipos?
Creo que los únicos tiempos que pudimos establecer de manera confiable son los tiempos necesarios para presurizar el espacio entre las puertas de los buques y abrir, cerrar y sellar las puertas. Eso dependería mucho de los vehículos en cuestión, sospecho...
Las cápsulas Dragon tienen OMS completo y poseen los puertos andróginos utilizados por la ISS, por lo que pueden acoplarse fácilmente; ese es realmente el caso que me interesaba. Pero no me preocupa el lado mecánico de las cosas o la presurización; Estoy más interesado en la cantidad de tiempo que tomaría maniobrar juntos en la orientación correcta.
"juntos y en la misma trayectoria" implica que necesitaría ajustar la órbita de cualquiera lo suficiente para lograr un encuentro físico real dentro del tiempo permitido; es probable que el tiempo para hacerlo dependa en gran medida de la órbita específica y la distancia involucrada. Debido a que "ya están en una trayectoria de frenado aerodinámico", supongo que tendrá muchas dificultades para hacerlo lo suficientemente rápido. ¿Por qué la tripulación de la embarcación con la fuga no selló la fuga lo mejor que pudo antes de intentar el aerofrenado? La interfaz de entrada no es el momento para arreglos de última hora...
Necesitaría saber lo siguiente: ¿las cápsulas tienen propulsores de traslación completos (las referencias no están claras; de lo contrario, los módulos de servicio aún están conectados); cuál es la aceleración proporcionada por estos; ¿Cuál es la distancia entre las dos naves espaciales? Es imposible responder a la pregunta en su forma actual.
El ejemplo de la trayectoria de aerofrenado fue más un escenario hipotético que el escenario real. Editaré la pregunta para que sea más específica.
A 100 metros de distancia, en la misma órbita para empezar, y suponiendo un insignificante impulso de 0,1 m/s^2 (no tengo idea de lo que puede hacer el Dragon V2) en uno de ellos para un total de diez segundos de tiempo de combustión, estás mirando qué; dos minutos para interceptar, más o menos? El punto hecho en el comentario de Andy sobre los propulsores de traslación completos es ciertamente válido, pero durante ese período, no tendría tiempo para desalinearse mucho, por lo que debería poder ir solo con aceleración y distancia por primera vez. aproximación de orden. Sin embargo, a 100 metros, prácticamente ya has atracado...
Muy bien, editando de nuevo para intentar ser más claro.

Respuestas (1)

Esto depende principalmente de la distancia inicial y la velocidad relativa, pero, sin embargo, es tan peligroso que resulta totalmente impráctico.

El delta-V total de Dragon V2 es difícil de encontrar, pero algunas estimaciones lo sitúan en unos 390 m/s.

Primero, la cápsula acelera hasta la mitad de su delta-V, es decir, a una velocidad de 195 m/s. Podríamos tratar de obtener el tiempo tomado del empuje y la masa de la cápsula, pero Wikipedia nos proporciona convenientemente "Tiempo de combustión: 25 segundos" para los motores, sigamos con eso, por lo que la aceleración toma 12.5 segundos. A 15,6 m/s^2 hemos cubierto 1218 m fuera de la distancia inicial.

Luego está el vuelo inerte a 195 m/s hasta que estamos a 1218 m de la estación. El tiempo en segundos es la distancia en metros dividida por 195

Luego frenamos durante 12,5 s y chocamos suavemente contra el puerto de atraque cuando los motores se apagan.

Por supuesto, si cometemos el más mínimo error en el camino, nos estrellamos contra la ISS o flotamos inertes en el espacio sin propulsor.

Por lo general, a distancia d más de 2436m el tiempo será t = 25 + ( d − 2436 ) / 195 [ s ] . Para una distancia menor, será correspondientemente inferior a 25 s, puede encontrarlo usted mismo para una aceleración de 15,6 m/s^2. Y por supuesto cualquier mínimo error terminará en un desastre.

Aish: buenas matemáticas, pero no realmente lo que estaba buscando. Supuse que la trayectoria de intercepción ya está establecida. Lo que estoy tratando de averiguar es el tiempo mínimo para los pasos de orientación, acoplamiento y acoplamiento. Cuando he visto videos de cápsulas libres acoplándose a la ISS, siempre hay un soplo lento y gradual de los propulsores RCS para empujar gradualmente la cápsula a su posición y luego un acoplamiento lento. ¿Cuánto más rápido se pueden completar ESOS pasos?
@sevenperforce: Bastante arbitrariamente más corto. Está la breve secuencia fija de acoplamiento: el contacto y bloqueo de la sonda, luego el establecimiento de un acoplamiento duro, la compensación de presión y la apertura de la escotilla. Algunos de estos pueden acelerarse, por lo que solo se trata de llevar la velocidad a cero (y rociar toda la ISS con grandes cantidades de propulsor en el proceso, definitivamente no es bienvenido, pero sobrevivirá, aunque un poco peor por el desgaste) y mantener la trayectoria, que depende de las habilidades del piloto. Todo este baile lento es el efecto de la precaución y de ahorrarle a la ISS aerosoles adicionales de propulsor.
Entonces, con un piloto experto... o, tal vez, un piloto automático experto... ¿qué tipo de marco de tiempo mínimo estamos viendo desde el punto en que comienzan a orientarse para atracar hasta que se establece el atraque? ¿Diez minutos? ¿Cinco minutos? ¿Treinta segundos?
@sevenperforce: algo así como mis cálculos anteriores modificados con una velocidad inicial distinta de cero, para acortar el tiempo de aproximación según lo permita el combustible disponible, más menos de un minuto desde que la sonda hace la conexión cuando la escotilla está abierta. Hay tiempo suficiente para perfeccionar x,y, balanceo, cabeceo y guiñada durante la aproximación, mientras se lleva z a cero. por lo tanto, el tiempo de aproximación sigue siendo el obstáculo final superado acelerando hacia y luego desacelerando contra la estación.
Aunque no estoy seguro de cómo funciona el puerto andrógino en comparación con el puerto Soyuz, por ejemplo, cuánta inexactitud permite. El puerto Soyuz permite mucho y es bastante rápido. Se supone que el nuevo debería ser mejor. (Además, el puerto Soyuz requiere una velocidad de aproximación relativamente alta; ¡no será un buen atraque duro si golpea demasiado suavemente! Fue un problema con los primeros atraques donde los pilotos hacían un acercamiento demasiado perfecto y demasiado suave).
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