Первый лунный аэропорт получил правила движения – как корабли будут ждать стыковки с Gateway

Околунная станция Gateway, которую NASA называет первым космопортом у Луны, может столкнуться с проблемой, знакомой любому земному аэропорту, очередью на посадку.

Исследователи из Техасского университета A&M, Космического центра имени Джонсона и Университета Пердью разработали математическую модель, описывающую, где и как кораблям ждать своей очереди на стыковку.

Gateway станет узловой точкой программы Artemis. К станции будут причаливать пилотируемые капсулы Orion, грузовые корабли и лунные посадочные модули. Запуск первых модулей запланирован "не ранее 2027 года".

Сложность в том, что станция пойдёт по околопрямолинейной гало-орбите (NRHO). Эта вытянутая траектория яйцевидной формы проводит Gateway примерно в 1600 км над северным полюсом Луны, после чего уносит почти на 64 000 км за южный полюс.

Такая орбита обеспечивает практически непрерывную связь с Землёй и требует минимального расхода топлива на поддержание. Расплата за экономию – совместное гравитационное влияние Земли и Луны, которое делает поведение нескольких близко расположенных аппаратов трудно предсказуемым.

Главная особенность орбитальной "парковки" в том, что припарковаться там невозможно. Всё продолжает двигаться, и кораблю может потребоваться ждать свободный стыковочный порт часами, днями или неделями, постоянно корректируя своё положение.

Команда прогнала тысячи симуляций, чтобы понять, как несколько аппаратов могут безопасно делить одну орбиту. В расчёты закладывались реальные источники ошибок:

• погрешности навигации и определения положения аппарата

• неточности при отработке импульсов двигателей

• внешние возмущения, включая гравитационные эффекты системы Земля–Луна

Предложенное решение расставляет ожидающие корабли на рассчитанных интервалах впереди и позади станции. Такое построение авторы работы назвали "нитью жемчуга".

Вместо того чтобы каждый аппарат самостоятельно удерживал собственную версию орбиты, применяется алгоритм относительного удержания. Он отслеживает положение корабля не в абсолютных координатах, а относительно самой Gateway.

Моделирование показало, что чуть более частые коррекции курса позволяют держать строй заметно плотнее, при этом расход топлива растёт незначительно. Позиции аппаратов становятся предсказуемее, а риск сближения на опасное расстояние снижается.

Это технический каркас, на который можно опираться при планировании прибытий, отбытий и орбитальных зон ожидания.

У NASA уже есть стандарты взаимодействия, описывающие стыковку с Gateway, сближение, связь и работу роботизированных систем. Новое исследование закрывает отдельный вопрос, оставшийся без ответа, где именно кораблям находиться до получения разрешения на подход.