Почему больше никто в мире не может долететь до МКС за три часа

Классическая схема путешествия к Международной космической станции — двухсуточная. Она использовалась с середины 1980-х, то есть с начала эпохи космических станций. За двое суток, точнее за 50 часов, корабль успевает сделать 34 витка вокруг Земли. Сначала он выводится на низкую опорную орбиту (150–250 километров), потом поднимается повыше на коэллиптическую, то есть на такую, которая полностью повторяет орбиту МКС, и в любой точке эти орбиты друг от друга на одинаковом расстоянии. Далее идёт подъём на орбиту фазирования. Это такая орбита, с которой уже делается финальный манёвр перед стыковкой со станцией.

Станция находится на высоте около 400 километров. Кстати, она постоянно сползает вниз из-за трения об атмосферу. Она там хоть и чрезвычайно разреженная, но всё равно имеется и тормозит станцию, которая мчится по околоземному пространству со скоростью 28 тысяч километров в час. Для сравнения: скорость звука на Земле — примерно 1200 километров в час. Из-за постоянного снижения МКС нужно регулярно приподнимать, то есть корректировать орбиту. И, разумеется, нужно точно знать, на какой именно высоте она окажется в момент сближения.

После пятого витка на пилотируемом корабле начинаются "глухие" паузы: на несколько часов пропадает связь с Землёй. Это время используют для того, чтобы подзарядиться, и для этого корабль всё время "закручивается", то есть поворачивается к Солнцу. И у многих на борту начинается космическая болезнь: тошнота и прочее. Профессионалам ещё сравнительно терпимо, потому что им вестибулярный аппарат в Центре подготовки космонавтов тренируют до такой степени, чтобы организму было в идеале вообще всё равно, как его вращают и с какой скоростью. А вот туристов готовят не так тщательно, и им бывало очень туго.

Вообще, изначально была возможность сделать односуточную схему, но её применять не стали. И именно по причине космической болезни. Хуже всего экипажу именно на исходе первых суток, а если в этот момент надо стыковаться, то это не очень хорошо. Хоть стыковка предусмотрена автоматическая, всё-таки иногда приходится действовать и вручную. А для этого желательно чувствовать себя неплохо. Поэтому и решили растянуть на двое суток: на следующий день экипажу уже полегче.

В 2000-е годы РКК "Энергия" разработала сокращённую схему полёта: четыре витка и шесть часов. За счёт чего? Раньше приходилось уже в космосе делать расчёты и измерения для перехода на третью орбиту (орбиту фазирования), а теперь стало возможно их делать ещё на Земле, и благодаря этому после выведения в космос корабль сразу "перепрыгивал через две ступеньки". Далее несколько часов на то, чтобы встать аккурат на нужную орбиту для сближения — и можно идти навстречу станции. Впервые так слетали в 2013 году Павел Виноградов, Александр Мисуркин и Крис Кэссиди.

С одной стороны, стало гораздо веселее, а с другой, с учётом подготовки к пуску получается, что экипаж в ЦПК позавтракал, а на станции оказался лишь часов через 16, если не 18. Всё равно тяжко. Стали думать, как ещё сократить дорогу. И это оказалось возможно благодаря появлению ракеты "Союз-2.1": у неё цифровая система управления, поэтому она выводит на нужную орбиту очень точно. Раньше, когда была аналоговая, приходилось тратить несколько витков на то, чтобы скорректироваться. Так технический прогресс принёс с собой сверхбыструю схему полёта: два витка и три часа. Осенью 2020 года Сергей Рыжиков, Сергей Кудь-Сверчков и Кэтлин Рубинс добрались до Международной космической станции за рекордные 3 часа 3 минуты.

В апреле 2021 года в "Роскосмосе" рассказали, что намерены в очередной раз превзойти самих себя: придумали одновитковую схему. Два часа — и ты на МКС. На днях сообщили, что уже в 2023 году будет первый такой полёт. Для этого предстоит проделать особый трюк под названием квазикомпланарное выведение.

Суть примерно вот в чём. В принципе технически можно придать кораблю всего два импульса и уже оказаться на маршруте сближения с МКС, однако есть одно огромное но: при этом корабль должен будет "целиться" в станцию с невероятной точностью, он должен двигаться по орбите с очень строго определённым углом наклона к экватору, разброс может быть максимум в полградуса. Но в РКК "Энергия" рассчитали, что если корабль вывести в космос так, чтобы плоскость его орбиты самую малость не совпадала с плоскостью орбиты МКС, то можно добиться гораздо большего диапазона углов наклонения и стыковка заметно облегчается. Такое выведение корабля в космос и называется квазикомпланарным. То есть компланарное — это когда корабль и станция вращаются в одной и той же плоскости, квазикомпланарное — когда не совсем в одной и той же. Ведущий научный сотрудник Института космических исследований РАН Натан Эйсмонт объяснил Лайфу, почему сокращение времени полёта всегда означает более высокие требования к точности.

Как известно, сейчас в мире работают две пилотируемые космические системы: "Союзы" и Crew Dragon компании SpaceX. И в этом смысле любопытно, что при всём совершенстве техники на кораблях Илона Маска они летят к орбитальной станции около суток. На самом деле законы механики никому не запрещают использовать такие же короткие и сверхкороткие схемы полёта, как в российской космонавтике, заверил Натан Эйсмонт. Но у американских коллег несколько другой подход: они предпочитают лететь дольше, но позволить себе большие погрешности в точности. Эта разница ощущалась ещё во времена легендарного проекта "Союз – Аполлон", то есть в 1970-е годы, рассказал эксперт.

И примерно такая же ситуация, по словам Натана Эйсмонта, была в 1990-е годы, когда Россия и США планировали совместно запустить аппарат "Реликт-2" для изучения реликтового излучения.

А самое интересное, что стремлению к простоте и надёжности вместо технического совершенства американцы когда-то тоже учились у русских, заверил ведущий научный сотрудник ИКИ РАН. Он рассказал, что в 1959 году Хрущёв летал в Нью-Йорк к Эйзенхауэру на Ту-114, который тогда был самым большим самолётом в мире. Американские специалисты так заинтересовались машиной, что заслали ночью команду для её изучения. И на основе полученных данных великий Вернер фон Браун написал целую статью под названием "Философия Ту-114".

В наши дни всё наоборот. Российская космонавтика и ракетная техника создают нечто непревзойдённое с технической точки зрения, а в США следуют заветам "Философии Ту-114" и предпочитают нечто более простое и менее требовательное.