Dokovanie a kotvenie kozmickej lode

Dokovanie a kotvenie kozmickej lode je postup spájania dvoch kozmických plavidiel. Toto spojenie môže byť dočasné, alebo dlhodobé (napr. moduly kozmických staníc).
"Dokovanie" prebieha pri dvoch samostatne letiacich kozmických plavidlách, napr. kozmickej lode a kozmickej stanice, kedy sa kozmická loď po priblížení samostatne pripojí ku kozmickej stanici a ukotví sa. "Kotvenie" sa týka aj kozmických lodí neschopných dokovania, keď po priblížení k cieľovému telesu sú zachytené robotickým ramenom, napríklad ramenom DEXTRE, alebo Kanadskou rukou, s následným pripojením ku kozmickej stanici, kde sa ukotvia.
Dokovanie.
História.
Dokovanie je závislé na vlastnej schopnosti kozmických lodí nájsť sa, priblížiť sa a zotrvať na rovnakej obežnej dráhe, s následným priblížením a spojením. Prvýkrát túto techniku a postup použili USA pri spojení lode Gemini s cieľovým telesom Agena v októbri 1965. USA používali od počiatku ručne riadené dokovanie, Sovietsky zväz od počiatku uprednostnil plnoautomatický dokovací mechanizmus. V prípade zlyhania plnoautomatického dokovania Sojuzu je možné poloautomatické alebo ručne riadené dokovanie. Osobitný postup má pripojenie k nespolupracujúcemu telesu, kedy napríklad po zlyhaní kozmickej stanice Saljut 7 sa k nemu priblížila kozmická loď Sojuz T-13, spojila sa s ňou a opravila ju.
Priblíženie.
Prvým krokom pred dokovaním je priblíženie sa k cieľovému telesu. Dôležitým je vyrovnanie smeru letu a rýchlosti, aby vzájomný pohyb bol čo najmenší, až nulový. Napríklad ATV má v záverečnej fáze priblíženia rýchlosť len 0,07 m/s. To znamená dosiahnuť rovnakú výšku, rovnakú rýchlosť a rovinu orbity. Rovina orbity sa navyše stáča podľa rotácie Zeme, preto vhodné štartovacie okno trvá len niekoľko minút až hodín. Pre úsporu času a paliva je vhodné voliť štart tak, aby sa orbitálne parametre kozmickej lode vyrovnali s cieľovým telesom práve vo chvíli dosiahnutia orbity a súčasne ich vzdialenosť bola čo najmenšia. V prípade odchýlok nasleduje stíhanie kozmickej stanice kozmickou loďou, čo môže predĺžiť prílet až na niekoľko dní. "Zjednodušene povedané, ak dosiahnem správnu výšku, smer a rýchlosť na nejakom mieste, tak mám štartovať v tak, aby tým miestom cieľové teleso prelietalo práve v okamihu, keď tam priletím." V súčasnosti za optimálnych podmienok najkratší čas v trvaní priblíženia a zadokovania na ISS dosahuje Sojuz, ktorý je so stanicou schopný spojiť sa už za tri hodiny od štartu.
Záverečné priblíženie a spojenie.
Vlastné dokovanie spočíva v záverečnom priblížení, kedy sa vyrovnajú axiálne osi stykovacích uzlov na jednu priamku a bez vzájomnej rotácie. V polohe stykovacieho uzla proti uzlu sa tieto priblížia k sebe a spoja. Na vykompenzovanie drobných nepresností sú stykovacie uzly konštruované s rôznymi kónusmi. Najmodernejšie systémy sú schopné polohu záchytného mechanizmu stykovacieho uzla prispôsobiť smeru príletu a navyše aj stlmiť energiu nárazu. Presnosť a rýchlosť priblíženia sa riadi automaticky, alebo s pomocou automatiky, v prípade zlyhania automatiky sa používajú záložné postupy manuálneho merania polohy a vzdialenosti, napríklad ručným laserovým diaľkomerom cez okienko.
Po spojení sa stykovacie uzly pevne spoja / ukotvia, čím je dokovanie ukončené. V prípade spojenia kozmickej lode so stanicou sa následne kontroluje stav a kvalita atmosféry na druhej strane uzavretého prielezu a až následne, po vyrovnaní tlakov na oboch stranách, sa prielezy môžu otvoriť.
Automatický dokovací systém.
Automatické priblíženie a dokovanie je riadené riadiacim počítačom so zameriavacím zariadením. V ideálnom prípade cieľové teleso spolupracuje minimálne v rozsahu aktívneho navádzania.
Zoznam stretávacích a dokovacích systémov:
Kotvenie.
História.
Kotvenie je možné vysledovať minimálne od éry raketoplánov, ktoré umiestňovali moduly kozmickej stanice na kotevné miesta pomocou robotického ramena. Niektoré moduly kozmickej stanice ISS boli ukotvené bez použitia robotického ramena, ale za pomoci nákladnej kozmickej lode Progress, napr. (modul Pirs). Podobne pri kozmických lodiach a moduloch neschopných samostatného dokovania sa vykonáva aj opačný postup, uvoľnenie z dokovacieho portu, za asistencie iného technického prostriedku.
Priebeh kotvenia.
Postup kotvenia začína rovnako ako pri dokovaní priblížením. Záverečné priblíženie však končí vyrovnaním rýchlostí v blízkosti kozmickej stanice a v dosahu robotického ramena.
Následne je kozmická loď zachytená robotickým ramenom, a premiestnená k stykovaciemu uzlu, kde sa ukotví. Dokončenie ukotvenia prebieha opäť rovnako ako pri dokovaní.
Špecifické kotvenia.
Špecifickým kotvením je kotvenie dvoch nepilotovaných prostriedkov, napríklad za účelom doplnenia paliva, zmeny orbity, prípadne opravy. Osobitné je spojenie s nespolupracujúcim objektom, napríklad aj za účelom odstránenia z orbity.
Stykovací uzol.
Spájané telesá môžu byť spojené len pomocou dokovacieho alebo kotviaceho zariadenia. Niektoré stykovacie uzly, napr. podľa medzinárodného štandardu, IDSS, umožňujú aj samostatné dokovanie, aj ukotvenie kozmickej lode s pomocou robotického ramena. Stykovacie uzly používajú alebo "neadrogýnnu konštrukciu", kedy sa pripojovací port zasúva do cieľového telesa, alebo "androgýnnu konštrukciu", kedy sú obe strany rovnocenné. V prípade nekompatibility konštrukcií stykovacieho uzla, je možné použiť prepojovací adaptér. Napríklad adaptér PMA, umožňuje pripojenie kozmickým lodiam s dokovacím systémom APAS-95 na dokovací port CBM, slúžiacemu pre spájanie modulov ISS. Prstencový adaptér IDA-1 umožňuje kozmickým lodiam s dokovacím portom kompatibilným s IDSS pripojenie na pôvodný dokovací systém APAS-95.