Баллистическое
обеспечение полетов
космических аппаратов
Баллистический центр (БЦ) ИПМ им. М.В.Келдыша был создан по предложению С.П.Королева и М.В.Келдыша. На него возложены работы по баллистико-навигационному обеспечению (БНО) управления полетом пилотируемых кораблей и автоматических космических аппаратов научного и народно-хозяйственного назначения. Вместе с баллистическими центрами Минобороны и Росавиакосмоса он успешно обеспечивает полеты отечественных КА.
М.В.Келдыш подчеркивал, что наш БЦ не должен быть просто мощным вычислительным центром, оперативно выполняющим необходимые расчеты. Он требовал, чтобы Центр принимал непосредственное участие во всех этапах работ по созданию и испытаниям нового КА. Следуя этому, Центр работает в тесном взаимодействии с разработчиками КА. Его важная особенность - тесная связь с ведущими специалистами Института в области механики, управления, программирования, прикладной математики и вычислительной техники, опора на современные высокопроизводительные ЭВМ.
Сотрудниками БЦ разработаны методы автоматического приема, статистической обработки, отбора и небесно-механической интерпретации траекторных измерений, оперативно поступающих в БЦ по каналам связи от разнесенных по территории страны радиотехнических и оптических измерительных средств. Созданы высокоточные методы определения и прогнозирования параметров движения КА по данным наземных и бортовых траекторных измерений, методы контроля в реальном масштабе времени траекторий выведения ракетой-носителем КА при старте с Земли. Разработаны эффективные методы определения параметров маневров и коррекций траектории, необходимых для сближения и стыковки транспортных кораблей с орбитальной станцией, спуска и посадки на заданный полигон пилотируемых кораблей и потопления грузовых кораблей, выведения автоматических КА в заданные районы Луны и планет. Созданы методы оценки точности навигации и управления полетом КА. Эти методы реализованы в виде программных комплексов.
Работы Института положили начало новому направлению - разработке автоматизированных высокопроизводительных интерактивных аппаратно-программных систем реального времени для БНО управления полетом КА. Для наиболее ответственных и трудоемких участков работ здесь впервые реализованы целевые полностью автоматические режимы работы системы. Операторы-баллистики выполняют лишь функции контроля за процессами в системе и, при необходимости, оперативно вмешиваются в них. Достигнутый в системе высокий уровень автоматизации повысил оперативность и надежность управления полетами.
Сотрудниками БЦ создана, успешно используется и развивается аппаратно-программная система для небесно-механического обеспечения планирования, проведения и физической интерпретации результатов бортовых научных экспериментов. С помощью этой системы успешно выполнены работы по небесно-механическому обеспечению всех научных экспериментов КА "Астрон", "Гранат", "Интербол-1" и "Интербол-2", работы по дистанционному зондированию Земли с орбитального комплекса "Мир" (программа "Природа") и др.
Более 40 лет БЦ ИПМ успешно решает сложные проблемы баллистико-навигационного обеспечения управления полетами пилотируемых кораблей "Восток", "Восход", "Союз", долговременных орбитальных станций "Салют" и "Мир", грузовых кораблей "Прогресс", многоразовой космической системы "Буран", автоматических КА "Луна", "Венера", "Марс", "Вега", "Фобос", "Астрон", "Гранат", "Интербол" и др. Эти работы БЦ проводит в тесном взаимодействии с организациями-разработчиками КА - РКК "Энергия", НПО им. С.А.Лавочкина и др.
Среди проектов, в выполнении которых участвовал Центр
* первый пилотируемый полет вокруг Земли Ю.А.Гагарина на корабле "Восток";
* первая мягкая посадка на поверхность Луны автоматической станции "Луна-9" (рис. 8);
* первый искусственный спутник Луны "Луна-10";
* полет станции "Луна-16" (высокоточная посадка в заданное на поверхности Луны пятно размером в 10 км), впервые обеспечившей забор и доставку на Землю образцов лунного грунта;
* первые искусственные спутники Венеры "Венера-9" и "Венера-10" и посадочные аппараты, обеспечившие передачу на Землю первых панорам с поверхности этой планеты (рис. 9);
* решение проблемы навигационного обеспечения эксперимента по радиокартографированию Венеры с помощью КА "Венера-15" (рис. 10) и "Венера-16", позволившего построить качественные изображения планеты и ее рельефа, создать первый атлас Венеры.
БЦ успешно выполнил работы по баллистико-навигационному обеспечению пятнадцатилетней безупречной службы на орбите гордости российской космонавтики - научно-исследовательского комплекса "Мир" (рис. 11). Начиная с запуска станции "Мир" в 1986 г. и ее работы на орбите, включая полеты к станции и стыковку к ней 5 научных модулей ("Квант", "Квант-2", "Кристалл", "Спектр" и "Природа"), 31 пилотируемого корабля "Союз" и 64 грузовых кораблей "Прогресс", БЦ оперативно и регулярно обрабатывал траекторные измерения, определял орбиты, прогнозировал движение и рассчитывал параметры маневров каждого из этих космических аппаратов. По данным бортовых измерений проводился выборочный анализ динамики движения орбитального комплекса около центра масс. БЦ Института участвовал в выборе схемы схода комплекса с орбиты, анализе и подготовке к возможным нештатным ситуациям. Эти завершающие операции были уникальны по своей сути и носили исключительно ответственный характер. Работы по баллистико-навигационному обеспечению управления полетом орбитального комплекса "Мир" проводились совместно с ЦНИИМАШ и РКК "Энергия".
В Институте разработан и пополняется каталог космических объектов и событий техногенного и естественного происхождения, содержащий в настоящее время более 30 тыс. объектов. В информационной системе описаны более 4300 запусков космических аппаратов, 167 событий разрушения объектов на орбитах, около 18 тыс. событий прекращения объектами баллистического существования, более 30 млн. записей реальных определений орбит различных объектов на интервале с 1959 г. по настоящее время. Работы по сбору, хранению, обработке и анализу научной информации по "космическому мусору" продолжаются. Подобных информационно-аналитических систем в России в настоящее время не существует. Наряду с фундаментальной научной значимостью, система имеет большое прикладное значение.