«Задачи БНО можно сравнить с задачами штурмана на корабле»

04.10.2021



Космическая обсерватория «Спектр-РГ» — совместный проект Роскосмоса, Германского центра авиации и космонавтики и NASA. Аппарат позволит составить карту видимой Вселенной в рентгеновском диапазоне. Источники такого излучения — черные дыры, квазары, нейтронные звезды. Об управлении полетом Спектр-РГ рассказал Тучин Андрей Георгиевич, главный научный сотрудник Института прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН, руководитель Баллистического центра института. Материал подготовлен в рамках специального проекта Российской академии наук и издания InScience.News.

— Андрей Георгиевич, какие вообще задачи БНО (баллистико-навигационного обеспечения полета)? Это то же самое, что и управление полетом?

— Задачи БНО можно сравнить с задачами штурмана на корабле: определение параметров движения космического аппарата по траекторным измерениям, расчет маневров, коррекций, синтез справочной баллистической информации, необходимой для управления полетом. Цель маневров на траектории перелета — приведение «Спектра-РГ» на рабочую орбиту в окрестности точки L2.

Упрощая, точка Лагранжа L2 — это место в космосе, в котором гравитационные силы Земли и Солнца компенсируют друг друга, позволяя аппарату продолжительное время оставаться на месте. В чем сложности вывода обсерватории в эту точку?

— Ни для кого не секрет, что в системе Солнце-Земля существует пять точек Лагранжа. Для космонавтики сейчас представляют интерес две: L1 и L2. Если провести линию от Солнца к Земле, то между Солнцем и Землей на этой линии располагается точка L1, а за Землей – точка L2. Эти точки располагаются примерно на расстоянии полутора миллионов километров от Земли. Напомню, что расстояние от Солнца до Земли составляет 150 миллионов километров. Космический аппарат в этих точках находится в равновесии за счет не только гравитационных сил, но и действия центробежной силы. К сожалению, это равновесие неустойчиво: небольшие возмущения могут приводить к тому, что космический аппарат, как на чертовом колесе, будет слетать и удаляться от точки L2. Чтобы парировать их, необходимо периодическое проведение коррекций. А для этого нужно иногда включать двигатели аппарата. Выгоднее держать аппарат на номинальной траектории, по которой он совершает облет точки L2. При движении по рабочей орбите «Спектр-РГ» совершает облет точки L2 примерно за 180 суток. Проекция траектории облета на плоскость эклиптики показана на рисунке, представленном на сайте Института космических исследований.

 (jpg, 41 Kб) 

Проекция траектории космического аппарата (КА) «Спектр-РГ» на плоскость эклиптики. Пунктиром обозначена орбита Луны. Зеленые квадраты – моменты проведения трех коррекций траектории на перелете: К1, К2, К3. Оранжевым обозначен момент «замыкания» рабочей орбиты после полного оборота (орбита незамкнута). Красный кружок — положение КА через полгода после выхода на рабочую орбиту © ИПМ им. М.В. Келдыша РАН

— Пришлось ли Вам столкнуться с каким-то крупными вызовами в управлении полетом?

— За несколько десятилетий работы Баллистического центра накоплен большой опыт проведения работ по БНО. Коррекции космического аппарата тщательно готовятся и многократно проверяются. Поэтому никаких серьезных нештатных ситуаций у нас не было.

— Насколько результаты сканирования Вселенной «Спектром-РГ» вообще зависят от БНО?

Напрямую зависят. Без БНО аппарат совершал бы в космосе хаотическое движение, и выполнение научной программы было бы невозможно.

Как часто вы получаете координаты обсерватории?

— Ежедневно со станций слежения приходят радиотехнические траекторные измерения ее наклонной дальности и радиальной скорости. Кроме этого, от обсерваторий периодически поступают оптические измерения прямого склонения и восхождения. По этим измерениям в Баллистическом центре и определяется орбита обсерватории. Для надежного определения орбиты необходима мерная база длительностью не менее 10 суток.

— Для управления обсерваторией требуется учитывать множество критериев. Есть ли проблема их хранения и обработки? И вы используете свое собственное ПО?

Для БНО полета космического аппарата «Спектр-РГ» используется программное обеспечение, разработанное в нашем Баллистическом центре. Это дальнейшее развитие программного комплекса, использованного для БНО в проекте «Спектр-Р». Но потребовалась серьезная доработка и модификация ПО. Это обусловлено и принципиально другой орбитой, и совершенствованием наземных станций слежения. К слову, в 2014 году я и мои коллеги описали программный комплекс для «Спектр-Р» в статье, опубликованной в журнале «Космонавтика и ракетостроение». Статья называется «Баллистико-навигационное обеспечение полета космического аппарата «Спектр-Р».

— Есть ли что-то уникальное в конструкции обсерватории или платформы «Навигатор», что отражается на БНО аппарата? Отличается ли обеспечение полета «Спектра-РГ» от других аппаратов линейки «Спектр»?

— Основное отличие от предшествующих проектов – использование так называемого Xдиапазона для траекторных измерений. Это позволяет обеспечивать связь с аппаратом и выполнение измерений на расстоянии полутора миллиона километров. Заметно повысилась и точность траекторных измерений. Уникальность миссии «Спектр-РГ» заключается в том, что впервые в отечественной космонавтике аппарат выведен на рабочую орбиту в окрестности точки Лагранжа системы Солнце-Земля. Пришлось решать вопросы удержания обсерватории на этой неустойчивой орбите. Сложность в том, что проводимые коррекции не должны быть помехой выполнению научной программы.

Срок эксплуатации задан в 6,5 лет. Возможно ли продление этого срока? И что будет после вывода из эксплуатации? Вы будете участвовать в этом?

— У нас уже был такой опыт. Космическая обсерватория «Спектр-Р» проработала в полтора раза дольше запланированного срока и получила немало ценных наблюдений. Будем надеяться, что космический аппарат «Спектр-РГ» последует этому примеру. Аппарат продолжит сканирование небесной сферы, чтобы зафиксировать изменения в источниках рентгеновского излучения, как ранее рассказал в своем интервью А.А. Лутовинов. Будут выполняться наблюдения в соответствии с заявками астрофизиков. Мы, как баллистики, очень заинтересованы в сборе информации о рентгеновских пульсарах. Ведь их в дальнейшем планируется использовать в качестве навигационных «маяков» при межпланетных перелетах.

После вывода обсерватории из эксплуатации она станет «космическим объектом» и покинет окрестность точки Лагранжа. За объектом будет продолжено наблюдение наземными оптическими средствами. На основе этих наблюдений Баллистический центр будет определять параметры движения объекта.

В будущем планируются еще миссии, например, «Спектр-УФ» и «Спектр-М». Планирует ли Ваш институт участвовать в их БНО?

— Да, мы уже начали подготовку. Сейчас проводится баллистическое проектирование полетов этих космических обсерваторий.

Подразделы

Объявления

©РАН 2021