Стыковка

Сближение Джемини-8 с Аджена (фотография с Джемини, последняя ступень Аджена в центре кадра)

Стыковка — процесс (или способ) соединения космических аппаратов (КА) с помощью стыковочного механизма (агрегата стыковки), допускающего позднее рассоединение (расстыковку) КА и продолжение их полётов по отдельности. При этом осуществляется механическое соединение, достаточно прочное для управления полётом одного аппарата с помощью состыкованного с ним другого. Соединение электрических схем и гидравлических систем аппаратов при стыковке может происходить, а может и не происходить.

Проблема стыковки встала перед создателями космических аппаратов вплотную в связи с программой осуществления пилотируемых облётов Луны и высадок на Луну. Первые технически реализуемые предложения по стыковке относятся к 1962 году.

Стыковка позволила осуществить полёт пилотируемых экспедиций на Луну — была достигнута экономия массы за счёт того, что на Луну садился и с Луны взлетал не весь экспедиционный комплекс, а только специальный лунный корабль-модуль комплекса, максимально облегчённый и не способный к посадке на Землю. Лунно-орбитальный и лунно-посадочный корабли-модули комплекса использовали стыковку и в реализованной американской программе «Аполлон» и в неосуществлённой советской программе Л3. Также готовился к полётам вариант корабля «Союз-Контакт» для отработки системы стыковки «Контакт» кораблей-модулей 7К-ЛОК и ЛК советского комплекса Л3, но в связи с недоведением лунно-посадочной программы Л3 до стадии пилотируемых полётов, необходимость полётов «Союза-Контакта» отпала.

Первая в мире стыковка в ручном режиме была осуществлена с ракетной ступенью «Аджена» пилотируемым кораблём США «Джемини-8» с экипажем в составе Нил Армстронг и Дэвид Скотт 16 марта 1966 года.

Первая в мире полностью автоматическая стыковка двух космических аппаратов (беспилотных кораблей «Союз» под названиями «Космос-186» и «Космос-188») произведена 30 октября 1967 года в СССР.

Первая в мире стыковка двух пилотируемых кораблей должна была быть осуществлена в СССР в апреле 1967 года (корабли «Союз-1» и «Союз-2А»), но в связи с аварийным полётом первого корабля (с гибелью космонавта) состоялась позже — в январе 1969 года (корабли «Союз-4» и «Союз-5»).

Далее стыковки очень широко использовались в лунной программе «Аполлон» и для создания и снабжения орбитальных станций, как в СССР/России («Салют-ДОС», «Алмаз-ОПС», «Мир»), так и в США («Скайлэб»), а в настоящее время — Международной космической станции и станций Китая.

Процесс

Процессу стыковки предшествует дальнее сближение, затем ближнее, затем с причаливания начинается собственно стыковка. Специальные выступающие элементы стыковочных агрегатов входят в механическое зацепление, после чего начинается стягивание объектов, по окончании которого происходит сцепка замков. В этот момент электро- и гидроразъёмы уже соединены. Далее производится проверка герметичности стыка, после чего можно открыть люки и переходить из объекта в объект.

При стыковке объектов большой массы (более массы транспортного корабля класса «Союз» или «Прогресс» — около 7 тонн) стык дополнительно усиливается изнутри съёмными стяжками.

Если объект будет находиться в состыкованном состоянии достаточно долго, возможен частичный демонтаж стыковочных механизмов и замена их на компактные плоские люки.

Стыковочный агрегат

Стыковка КА Союз и Аполлон с универсальными (андрогинными) стыковочными модулями (рисунок)

Стыковочные агрегаты делятся на два больших класса — активно-пассивные и универсальные.

Активно-пассивные стыковочные агрегаты (чаще всего типа « штырь-конус») различаются по конструкции и устройству на двух стыкующихся космических аппаратах. При этом активный корабль не может состыковаться с другим активным, а пассивный — с другим пассивным.
Универсальные стыковочные агрегаты (обычно андрогинно-периферийные) этого недостатка лишены.

Однако, существующие системы с универсальными стыковочными агрегатами (например, АПАС-75, созданный по программе «Союз-Аполлон», и АПАС-89, предполагавшийся для «Бурана», АПАС-95, использовавшийся на станции «Мир», а также использовавшийся на Международной космической станции для челноков Шаттл и модулей) уступают по массогабаритным параметрам и требованиям к точности наведения КА более распространённым штырь-конусным системам.

Впервые активно-пассивные стыковочные агрегаты появились на американских КА «Джемини», и предназначались для стыковки с ракетной ступенью «Аджена» с целью отработки процессов сближения и стыковки по программе подготовки к программе «Аполлон».

Ранние активно-пассивные стыковочные агрегаты, установленные на кораблях «Джемини» и кораблях «Союз» с номерами 1, 2 (беспилотный корабль), 3, 4, 5, 7, 8, не имели люка для внутреннего перехода, и космонавтам приходилось выходить в открытый космос в скафандрах. Такая же схема была предусмотрена и в лунно-орбитальном 7К-ЛОК и лунно-посадочном ЛК кораблях-модулях комплекса Л3 советской лунной экспедиции ради экономии массы стыковочного агрегата.

В американской лунной программе «Аполлон» лунно-орбитальный и лунно-посадочный корабли-модули комплекса использовали усовершенствованный стыковочный узел с внутренним переходом.

В СССР стыковочные агрегаты начали разрабатываться по программе 7К-9К-11К, целью которой был пилотируемый облёт Луны без использования тяжёлой ракеты-носителя. Несмотря на то, что программа была отменена, космический корабль «Союз», выросший из проекта 7К, был оснащён активно-пассивным стыковочным агрегатом и системой поиска, сближения и стыковки «Игла», позволившей осуществить первую автоматическую стыковку беспилотных аппаратов. Далее стыковочные агрегаты гражданских («Салют-ДОС», «Мир») и военных («Алмаз-ОПС») орбитальных станций и пилотируемых («Союз») и грузовых («Прогресс» и ТКС) кораблей и модулей к ним были унифицированными и использовали внутренний переход.

Китай освоил технологию андрогинно-периферийный стыковки (автоматической и ручной) для реализации программы национальных космических станций «Тяньгун», посещаемых кораблями «Шэньчжоу» к 2011 г.