Dokowanie na ISS. Jak kapsuła Dragon połączy się ze stacją kosmiczną?

Misja AX-4 w końcu wystartowała. O 8:31 polskiego czasu mogliśmy zobaczyć (dosłownie) nieziemski spektakl, którego celem było wyniesienie czwórki astronautów w przestrzeń kosmiczną. Ich celem jest Międzynarodowa Stacja Kosmiczna, na której wykonają około 60 eksperymentów naukowych. Zanim jednak tam dolecą, czeka ich ponad doba oczekiwania. Ale nie oznacza to oczywiście pełnego luzu i odpoczynku, choć obecnie większość pracy rzeczywiście wykonują komputery.

Kiedy kapsuła Dragon zbliży się do Międzynarodowej Stacji Kosmicznej, zacznie się jeden z najprecyzyjniejszych manewrów w całej misji kosmicznej. Choć wygląda to jak powolne zbliżanie się dwóch obiektów w ciszy przestrzeni, w tle pracują setki czujników, silniki korekcyjne i zespoły kontroli lotu z Ziemi. Całość jest w dużej mierze autonomiczna. Oznacza to, że po początkowym etapie zbliżania i kontroli systemów przez załogę, to komputer kapsuły przejmuje kontrolę nad końcową fazą manewru. Astronauci monitorują ten proces, mając możliwość interwencji w razie potrzeby, ale zazwyczaj nie jest to konieczne. Systemy automatyczne są zaprogramowane tak, aby utrzymać optymalny profil podejścia, minimalizując zużycie paliwa i zapewniając bezpieczeństwo.

Po starcie misji Axiom-4 ze Sławoszem Uznańskim-Wiśniewskim na pokładzie kapsuła Dragon wykonuje szereg precyzyjnych manewrów orbitalnych. Z pomocą systemów GPS, kamer i lidarów ustawia się na kurs do ISS. Gdy będzie około 200 metrów od ISS, kapsuła ustawia się w odpowiedniej pozycji. Gdy znajdzie się około 20 metrów od stacji, zatrzymuje się w tzw. punkcie wstrzymania. To moment na ostatnie kontrole systemów. Jeśli wszystko "gra", kapsuła otrzymuje zielone światło do podejścia.

Dragon wykorzystuje silniki manewrowe Draco, aby powoli i precyzyjnie zbliżyć się do portu dokującego, zwykle (tak będzie i w przypadku AX-4) na module Harmony. Na dziobie kapsuły znajduje się mechanizm miękkiego dokowania. Gdy Dragon dotknie portu ISS, wysuwają się "capture latches" - zaczepy, które stabilizują pozycję kapsuły. W tym samym momencie następuje wstępne połączenie elektryczne i wymiana danych między kapsułą a stacją.

Miękkie dokowanie to dopiero początek. Teraz czas na twarde dokowanie, czyli moment, w którym połączenie staje się naprawdę trwałe. Uruchamiane są silne siłowniki, które wciągają kapsułę głębiej do portu. Uszczelki na dokujących powierzchniach są kompresowane, tworząc szczelne, hermetyczne połączenie między kapsułą a ISS.

Po zablokowaniu kapsuły następuje test szczelności. Ciśnienie w przestrzeni między pojazdami jest obniżane i sprawdzane pod kątem ewentualnych nieszczelności. Dopiero po pozytywnym wyniku astronauci mogą otworzyć luki i wejść do stacji.

Bezpieczeństwo jest absolutnym priorytetem na każdym etapie misji kosmicznej i dokowanie nie jest tu żadnym wyjątkiem. Każda kapsuła Dragon jest wyposażona w redundantne systemy, co oznacza, że kluczowe komponenty mają swoje zapasowe odpowiedniki. Jeśli jeden system zawiedzie, inny natychmiast przejmuje jego funkcję, zapewniając ciągłość operacji. Dodatkowo, podczas zbliżania do ISS, istnieje tzw. "keep-out sphere", czyli strefa bezpieczeństwa wokół stacji, której kapsuła nie może przekroczyć bez wyraźnej zgody kontroli misji, o czym było wspomniane wcześniej. W przypadku jakiejkolwiek anomalii, kapsuła automatycznie przerwałaby manewr dokowania i oddaliła się od stacji na bezpieczną odległość.

Choć wzajemna prędkość (relatywna) między ISS a kapsułą Dragon w momencie końcowego podejścia i kontaktu jest bardzo niska, rzędu kilku centymetrów na sekundę (np. 8 cm/s) i na kamerach wygląda to bardzo spokojnie, to musimy pamiętać, że kapsuła i ISS pędzą z zawrotną prędkością 28 tys. km/h.

Crew Dragon i nowsze Cargo Dragony potrafią dokować całkowicie autonomicznie. To wielki krok w porównaniu z wcześniejszymi kapsułami, które musiały być "łapane" przez ramię robotyczne Canadarm2. Autonomiczne systemy pozwalają na większą precyzję, mniejsze ryzyko błędu ludzkiego i możliwość realizacji misji bez udziału załogi po obu stronach.

Wbrew pozorom, to właśnie te "niewidoczne" dla nas momenty (zwolnienie, stabilizacja, wyrównanie ciśnień) są najtrudniejsze i kluczowe w całej operacji. Dzięki zaawansowanej automatyce i standaryzacji portów dokujących (ang. International Docking System Standard), dokowanie kapsuł Dragon stało się niemal rutynową, choć wciąż wymagającą częścią obsługi ISS.

Źródła: NASA, SpaceX, GeekWeek

***

Bądź na bieżąco i zostań jednym z 87 tys. obserwujących nasz fanpage - polub GeekWeek na Facebooku i komentuj tam nasze artykuły!