नासा स्पेस मलबे के टकराव से बचने के लिए आईएसएस का प्रबंधन कैसे करता है

हमारे से लगभग 400 किलोमीटर ऊपर कक्षा में स्थित, अंतर्राष्ट्रीय अंतरिक्ष स्टेशन मानव जाति के इतिहास में सबसे जटिल और महंगी इंजीनियरिंग परियोजनाओं में से एक है। स्टेशन का वजन लगभग 400 मीट्रिक टन है और इसके आयाम अमेरिकी फुटबॉल के लिए मैदान के आकार से थोड़े बड़े हैं। इसकी विधानसभा को रूस और संयुक्त राज्य अमेरिका (37 अंतरिक्ष शटल उड़ानों सहित) और साथ ही बाहरी अंतरिक्ष में 155 से अधिक स्पेसवॉक और अंतरिक्ष यात्रियों से दर्जनों लॉन्च की आवश्यकता थी - और यह उस समय के स्पेसवॉक की कुल संख्या से दोगुना है।


^{आईएसएस की तुलना और अमेरिकी फुटबॉल के लिए क्षेत्र का आकार}

आईएसएस के निर्माण और लॉन्च में मानव जाति की लागत लगभग 150 बिलियन डॉलर और 13 साल के काम की है। और उसी क्षण, कहीं बाहर, हमारे सिर के ऊपर, छह लोग अंतरिक्ष में काम कर रहे हैं। बेशक, स्टेशन सिर्फ आंदोलन के बिना वहाँ लटका नहीं है। आईएसएस कक्षा में वायुमंडलीय प्रतिरोध के कारण घटने की प्रवृत्ति है - इस कमी की दर प्रति वर्ष लगभग 2 किलोमीटर है - इसलिए स्टेशन को समय-समय पर धकेलने की आवश्यकता होती है ताकि इसे आवश्यक ऊंचाई पर रहने में मदद मिल सके। इसके अलावा, यह पूरी विशाल संरचना काफी मोबाइल है - इसे अंतरिक्ष के मलबे के साथ संभावित टकराव से बचने के लिए तीन आयामों में स्थानांतरित, घुमाया और झुकाया जा सकता है। तो कैसे एक नहीं बल्कि नाजुक आईएसएस के 400 टन को स्थानांतरित करने का प्रबंधन करता है यदि, उदाहरण के लिए, एक क्षुद्रग्रह उस पर बढ़ रहा है?

मेजर टॉम को ग्राउंड कंट्रोल

^{आईएसएस नियंत्रण कक्ष}

स्टेशन को कक्षा में स्थानांतरित करने का तरीका जानने के लिए, मैं जॉनसन स्पेस सेंटर में सवार हुआ और जोश पैरिस से मिला। पैरिस आईएसएस फ्लाइट कंट्रोल रूम में कंसोल पर बैठे लोगों में से एक है। वास्तव में, उनकी स्थिति को TOPO कहा जाता है - एक प्रक्षेपवक्र (ट्रैजेक्टरी ऑपरेशन ऑफिसर) के साथ संचालन का प्रमुख। जैसा कि यह मानव रहित उड़ानों के पहले दिनों से था, ऐसे पदों को रखने वाले लोगों के पास व्यापक अनुभव और ज्ञान का एक व्यापक सेट है - पैरिस और उनके सहयोगियों ने आईएसएस के शीर्ष पर बैठने का अधिकार अर्जित करने के लिए अध्ययन करने में वर्षों बिताए।


^{जोश का पैरिस}

"हम इस बात के लिए ज़िम्मेदार हैं कि स्टेशन वर्तमान में कहाँ स्थित है और जो जहाज़ इसके साथ डॉक करना चाहते हैं, वे एक निश्चित समय के बाद कहाँ होंगे, और यह भी कि वे किसी भी चीज़ से न टकराएँ," पेरिस बताते हैं। आईएसएस ऑर्बिट (400 किमी) पर बहुत से उपग्रह नहीं हैं, लेकिन वहां काफी जगह मलबा है। पिछले कुछ वर्षों में, मलबे के साथ स्टेशन के संभावित टकरावों के बारे में सैकड़ों रडार संदेश प्राप्त हुए हैं। केवल 2013 में 67 ऐसी संभावित खतरनाक स्थितियां थीं।

"ये टुकड़े क्या हैं?" मैंने पूछा, "क्या यह उपग्रहों को नष्ट करने के चीनी प्रयोगों के कारण है?"
"काफी हद तक, हाँ," पैरिस जवाब देता है, इसके अलावा, कॉसमॉस और इरिडियम उपग्रहों की टक्कर के बाद बड़ी संख्या में मलबे बने रहे। ध्यान दें कि ये सभी टुकड़े पहले से ही हमारी कक्षा की ऊंचाई तक उतर चुके हैं। उच्च कक्षाओं में भी, सभी कचरे से भरा हुआ है जो हमारे नीचे आ सकते हैं। "
“और कौन इस सब पर नज़र रख रहा है? क्या आपके पास सुंदर ग्राफिक्स के साथ एक बड़ा कंप्यूटर-जनरेटेड मैप है, जैसा कि फिल्मों में दिखाया गया है? "
पेरिस बताते हैं, "USSTRATCOM के लोग [ यूएस आर्म्ड फोर्सेस की स्ट्रैटेजिक कमांड , लगभग।] वैंडेनबर्ग एयर बेस में ऐसा कर रहे हैं।" "वे अंतरिक्ष मलबे के सभी ज्ञात टुकड़ों की एक सूची को बनाए रखते हैं, और दिन में लगभग तीन बार वे सूची से डेटा के साथ आईएसएस प्रक्षेपवक्र की तुलना करते हैं। तो यह वे हैं जो हमें खतरनाक निकटता की सूचना देते हैं। "

खतरनाक तालमेल? यह डरावना लगता है। मैंने पैरिस से और विस्तार से पूछा, और उन्होंने समझाया कि आईएसएस के चारों ओर पिज्जा बॉक्स के रूप में एक "सुरक्षात्मक परिधि" है जो चार किलोमीटर ऊंची (स्टेशन से 2 किलोमीटर ऊपर और नीचे) है, और 25 किलोमीटर लंबी और चौड़ी है। यदि मलबे में से एक इस परिधि में गिरता है, तो USSTRATCOM इस बारे में नासा को सूचित करता है।


^{मुख्य प्रदर्शन जो आईएसएस की स्थिति और प्रक्षेपवक्र को प्रदर्शित करता है, और यह सेवा करने वाले मुख्य ग्राउंड स्टेशन हैं}

ऑपरेटर इस "पिज्जा बॉक्स" के अंदर आने वाली हर चीज की निगरानी करते हैं और प्रत्येक मॉनिटर की गई वस्तुओं के लिए टकराव की संभावना की गणना करते हैं। इस मामले में, प्रत्येक वस्तु को टक्कर की संभावना के आधार पर एक खतरनाक वर्ग प्राप्त होता है। 1/10000 से 1/100000 तक टकराव की संभावना वाली वस्तुओं को "पीला" स्तर मिलता है। जब तक यह पैंतरेबाज़ी वर्तमान कार्यक्रमों को प्रभावित नहीं करती है - उदाहरण के लिए, अगर पैंतरेबाज़ी समय पर यूनियन लॉन्च करने का अवसर खो देगी, तो उड़ान नियम निर्धारित करते हैं कि स्टेशन ऐसी वस्तुओं को प्रदर्शित करता है। किसी भी वस्तु के लिए एक लाल खतरे का स्तर टकराव की संभावना के साथ घोषित किया जाता है जिसके साथ 1 (100%) से 1/10000 तक होता है। ऐसे मामलों के लिए, नियम अधिक कठोर हैं - स्टेशन को तब तक स्थानांतरित किया जाना चाहिए, जब तक कि स्थानांतरण कचरे के टुकड़े से अधिक खतरनाक न हो (उदाहरण के लिए, यदि आईएसएस उपकरण क्षतिग्रस्त हो गए हैं, और स्टेशन के स्थानांतरण का पैंतरेबाज़ी इसे और नुकसान पहुंचाएगी)।

त्वरक और gyrodines

अपने आकार और नाजुकता के लिए आईएसएस, काफी मोबाइल है। यह चार gyrodynes (Control Momentum Gyros - CMG) से लैस है, जो इसे अंतरिक्ष में अपने अभिविन्यास को बदलने की अनुमति देता है। जाइरो का नियंत्रण उस व्यक्ति द्वारा किया जाता है, जिसकी स्थिति ADCO (मनोवृत्ति निर्धारण और नियंत्रण अधिकारी) कहलाती है, और जो TOPO को कचरे से टकराने से बचने का सबसे अच्छा तरीका तय करने में मदद करता है।


^{कार्यस्थल ADCO। बेसबॉल के बल्ले पर ध्यान दें - अभिविन्यास को समायोजित करने के लिए}

इसके अलावा, स्टेशन में एक्सेलेरेटर के कई सेट हैं जो इसे स्थानांतरित करने और घुमाने की अनुमति देते हैं। स्टार सेवा मॉड्यूल त्वरक के साथ सुसज्जित है; स्टेशन पर जाने वाले जहाजों पर भी त्वरक हैं (उदाहरण के लिए, प्रगति पर)। एक सामान्य स्टेशन चोरी पैंतरेबाज़ी के लिए, आमतौर पर 1 m / s के डेल्टा V की आवश्यकता होती है।

जिन महत्वपूर्ण मापदंडों पर नजर रखी जानी है, उनमें से एक स्टेशन का द्रव्यमान है, क्योंकि वांछित डेल्टा-वी को प्राप्त करने के लिए आवश्यक थ्रस्ट की पर्याप्त मात्रा स्थानांतरित किए गए द्रव्यमान पर निर्भर करती है। मूलतः, स्टेशन का द्रव्यमान तब बदलता है जब जहाज डॉक या अनडॉक करते हैं। पैंतरेबाज़ी के दौरान प्राप्त डेल्टा-वी का मूल्य किसी भी तरह से चालक दल के दैनिक कार्य को प्रभावित करने के लिए बहुत छोटा है - वे जानते हैं कि युद्धाभ्यास कब होता है, लेकिन आंदोलन स्वयं पृथ्वी से नियंत्रित होता है, और चालक दल को कुछ विशेष करने की ज़रूरत नहीं है।

"तो वे जॉयस्टिक के साथ वहाँ नहीं बैठते, स्टेशन को स्टीयरिंग?"
"नहीं," हंसी Parris, "सब कुछ पूरी तरह से पृथ्वी से नियंत्रित किया जाता है।"

लड़ाई के लिए!

इसलिए, जब एक पीले या लाल कोड को मलबे के एक टुकड़े को सौंपा जाता है, तो कार्य करने का समय आता है। स्टेशन के निकटतम दृष्टिकोण से 28.5 घंटे पहले, ऑपरेटर चोरी की पैंतरेबाज़ी की योजना बनाने की प्रक्रिया शुरू करते हैं। लेकिन ठीक 28.5 घंटे क्यों? यह एक अजीब संख्या की तरह दिखता है। पेरिस बताते हैं, "स्टेशन के रूसी खंड द्वारा मोड़ दिया जाएगा।" "रूस में विशेषज्ञों के लिए ह्यूस्टन और रूसी एमसीसी के बीच के समय के अंतर को देखते हुए, 28.5 घंटे तथाकथित साइक्लोग्राम को खींचने के लिए पर्याप्त है - स्टेशन पर प्रसारित होने वाले पैंतरेबाज़ी को पूरा करने के लिए आवश्यक क्रियाओं का सटीक क्रम। ठीक है, इसके अलावा, इस तरह के एक रिजर्व कचरे को ट्रैक करने के लिए हमें अधिक समय देता है। ”

TOPO, रूस के बैलिस्टिक विशेषज्ञों के साथ मिलकर, डेल्टा के लिए पर्याप्त मानों को निर्धारित करता है, जिसमें डेल्टा-वी का मान भी शामिल है। फिर वे यह सुनिश्चित करने के लिए USSTRATCOM से संपर्क करते हैं कि नियोजित पैंतरेबाज़ी उन्हें एक खतरनाक मलबे को चकमा देने की अनुमति देगी, लेकिन साथ ही वे उन्हें किसी अन्य वस्तु के प्रक्षेपवक्र तक नहीं ले जाएंगे। जब पैंतरेबाज़ी को आखिरकार किया जाता है, तो स्टेशन कंप्यूटर इसके लिए जिम्मेदार होते हैं, और पृथ्वी पर विशेषज्ञ केवल प्रक्रिया का पालन करते हैं। इसलिए वास्तव में केवल स्टीयरिंग व्हील और "स्टीयर" आईएसएस को हड़पना असंभव है - इसके सभी आंदोलनों को सावधानीपूर्वक योजना के बाद किया जाता है, और किसी भी इंजन का प्रक्षेपण हमेशा कार्यक्रम के अनुसार, स्वचालित रूप से होता है।

सबसे खराब स्थिति

यदि यह आपको लगता है कि ऊपर वर्णित प्रक्रिया अत्यधिक जटिल है, तो याद रखें कि मानव जीवन दांव पर है। पेरिस कहते हैं, "अगर हम निगरानी किए गए स्थलों में से एक में भाग लेते हैं, तो इससे स्टेशन का नुकसान हो सकता है।" "ISS इतनी तेज़ गति से आगे बढ़ रहा है [लगभग 7.6 किमी / सेकंड, लगभग प्रति।] कि कोई भी टक्कर एक आपदा होगी।" ट्रैक किए जा रहे अंतरिक्ष मलबे के आकार की निचली सीमा 10 सेंटीमीटर है। और हाँ - “स्टेशन लॉस” वही है जिसके बारे में आपने सोचा था। कचरे का एक पर्याप्त बड़ा टुकड़ा न केवल स्टेशन के उपकरणों को नुकसान पहुंचा सकता है, बल्कि चालक दल की मृत्यु भी हो सकती है।

सौभाग्य से, पैरिस स्टेशन पर कक्षा में 10 सेमी से अधिक के हमारे मलबे के आंकड़ों का अनुमान लगाते हैं। "इसके अलावा, स्टेशन में ढाल है [यह एक अफ़सोस की बात है कि यह एक बल क्षेत्र नहीं है, - लगभग प्रति।] माइक्रोमीटर और अन्य समान चीजों के खिलाफ सुरक्षा के लिए। दुर्भाग्य से, ढाल की तन्यता ताकत और मलबे के न्यूनतम आकार के बीच एक छोटा अंतर है जिसे हम ट्रैक कर सकते हैं। हालांकि, हम किसी भी आपातकालीन स्थितियों को रोकने के लिए अपनी पूरी कोशिश कर रहे हैं। ”

बहुत उदास नहीं दिखने की कोशिश करते हुए, मैंने सोचा कि सबसे खराब स्थिति में क्या होगा - अगर नासा को पता चलता है कि आईएसएस एक अप्रत्याशित टक्कर का सामना कर रहा है। अक्सर, यूएसटीएसएसीओएम कर्मचारी नासा को संभावित टकरावों के बारे में तीन दिन की चेतावनी देते हैं, लेकिन कभी-कभी वे कुछ याद कर सकते हैं। "आमतौर पर हम पहले से जानते हुए किसी चीज़ के चारों ओर उड़ने का एक रास्ता खोज सकते हैं," पैरिस बताते हैं। लेकिन अगर उसके पास 28.5 घंटे नहीं हैं, तो हमें अपने रूसी सहयोगियों के साथ चोरी करने के लिए काम करने की आवश्यकता है, वे तथाकथित पीडीएएम - पूर्व निर्धारित मलबा परिहार पैंतरेबाज़ी को अंजाम दे सकते हैं। यह 0.5 मीटर / सेकंड के क्रम के डेल्टा-वी के साथ होने वाला एक पूर्व-दर्ज पैंतरेबाज़ी है, जिसे बहुत तेज़ी से प्रदर्शन किया जा सकता है। अंत में, भले ही इसे अंजाम नहीं दिया जा सकता है - उदाहरण के लिए, यदि यह आईएसएस को मलबे के किसी अन्य टुकड़े के प्रक्षेपवक्र पर ले जाएगा - स्टेशन चालक दल सोयुज डॉक किए गए जहाज पर सवार होगा और टकराव की प्रतीक्षा करेगा, यदि आवश्यक हो, तो पूरी तरह से तैयार । जिस क्षण से पहला व्यक्ति स्टेशन पर दिखाई दिया, इस प्रक्रिया को तीन बार किया जाना था।


^{मई 2013 के लिए स्टेशन कॉन्फ़िगरेशन। डॉक किए गए सोयुज और प्रगति जहाजों को दिखाते हुए}

वास्तव में, पीडीएएम पैंतरेबाज़ी 2011 की घटना के बाद विकसित की गई थी। तब नासा को संभावित टक्कर के बारे में बहुत देर से चेतावनी मिली, और स्टेशन के चालक दल को संघ में शामिल होना पड़ा। यह एक टुकड़े के साथ समाप्त हुआ जो लगभग 725 मीटर की दूरी पर आईएसएस से चूक गया। नासा को उम्मीद है कि पीडीएएम के विकास के साथ, ऐसी परिस्थितियां फिर से नहीं होंगी।

दिन के बाद दिन

अगर TOPO किसी भी अंतरिक्ष मलबे के सापेक्ष स्टेशन की स्थिति की गणना नहीं करता है, तो यह सैकड़ों अन्य चीजों के साथ व्यस्त है। "अगर हम किसी भी मलबे को ट्रैक नहीं करते हैं - अब, ऐसा लगता है, बस ऐसे ही एक लुल - हमारे पास सप्ताह के प्रत्येक दिन के लिए कई कार्य हैं जो हमें करने चाहिए। मैंने पहले ही कहा है कि हम स्टेशन की सही स्थिति को ट्रैक करते हैं, इसलिए हम विभिन्न MCC के साथ काम करते हैं, विशेष रूप से गोडार्ड में उड़ान डायनेमिक्स सेंटर के साथ। ” पैरिस ने बताया कि TOPO ने गोडार्ड में लोगों को स्टेशन के सटीक स्थान के बारे में जानकारी प्रदान की है ताकि नासा के विभिन्न ट्रैकिंग सिस्टम उनके एंटेना की सही स्थिति का पता लगा सकें।


^{अपने कार्यस्थल पर पैरिस}

सामान्य तौर पर, योजना बना युद्धाभ्यास के अपवाद के साथ, TOPO का काम मुख्य रूप से निष्क्रिय निगरानी में होता है। अपने कार्यस्थल पर, पैरिस और उनके सहयोगी तीन मॉनिटर पर काम करते हैं। “पहले मॉनीटर पर - हमारे ग्राउंड-आधारित जीपीएस डेटा। बाईं ओर, जहां आप तीन कॉलम देखते हैं, हम स्टेशन के टेलीमेट्री डेटा के साथ जमीन पर डेटा की तुलना करते हैं। " यह तुलना करने के लिए आवश्यक है कि, आईएसएस की राय में, यह ग्राउंड-आधारित ट्रैकिंग स्टेशनों की राय में कहां स्थित है। मध्य मॉनिटर आईएसएस की स्थानिक स्थिति को भी ट्रैक करता है। “रेखांकन विभिन्न डेटा स्रोतों के बीच अंतर दिखाते हैं। आमतौर पर वे सभी एक सीधी रेखा की तरह दिखते हैं। ”

मध्य मॉनिटर के दाईं ओर, तुलनात्मक ग्राफ़ के पीछे, एक खिड़की है जो स्टेशन उपकरण की स्थिति दिखाती है जिसे TOPO की आवश्यकता होती है। अंत में, सही मॉनिटर पर सॉफ्टवेयर है जो नासा द्वारा पंचांग की गणना के लिए उपयोग किया जाता है। "सबसे ऊपर आप स्टेशन गति वैक्टर की एक सूची देखते हैं, और सबसे नीचे - सभी एपिसोड की एक सूची जो हमारे पास आईएसएस के लिए है।" पैरिस ने इस बात पर भी जोर दिया कि अगर TOPO एक चोरी की पैंतरेबाज़ी पर काम करने की प्रक्रिया में था, तो स्क्रीन पर अनुप्रयोगों का एक पूरी तरह से अलग सेट होगा। कंप्यूटर स्वयं साधारण लिनक्स पीसी हैं (फ्लाइट कंट्रोल रूम में विंडोज 7 कंप्यूटर भी हैं, लेकिन मुख्य नियंत्रण मॉनिटर लिनक्स पर काम करते हैं)। यह उन दिनों का परिणाम है जब प्रत्येक कंसोल अद्वितीय था, और इसके पुनर्निर्माण में घंटों लगते थे, यदि दिन नहीं।

परिणाम क्या है?

ISS नियंत्रण कक्ष, जॉनसन स्पेस सेंटर के बिल्डिंग 30 की दूसरी मंजिल पर स्थित है, और दो कमरों में से एक पर कब्जा कर लेता है जिसे अपोलो मिशन कंट्रोल रूम (तीसरी मंजिल पर दूसरा कमरा) के रूप में लगभग एक ही राज्य में बहाल किया गया था। अपोलो मिशन, और आप उसे जॉनसन स्पेस सेंटर के भ्रमण के हिस्से के रूप में देख सकते हैं)। जब मैंने छोड़ा था, तो पर्रिस ने पहले ही अपना कार्यस्थल ले लिया था, बाहरी अंतरिक्ष के माध्यम से उड़ान भरने वाले स्टेशन के मापदंडों का अध्ययन किया, और संभावित टकरावों को ध्यान से देखा। यह एक ऐसा कार्य है जो कभी समाप्त नहीं होता है, और जिसके लिए निरंतर सतर्कता की आवश्यकता होती है।