Что значит надирный стыковочный узел
Роскосмос проверил состояние стыковочного узла надирного порта модуля «Звезда», он готов к приему модуля «Наука»
Изображение стыковочного узла надирного порта модуля «Звезда», полученное 26 июля с помощью камер манипулятора Canadarm2 на МКС.
27 июля 2021 года Роскосмос рассказал, что после отстыковки модуля «Пирс» специалисты Центра управления полётами изучили стыковочный узел надирного порта модуля «Звезда», куда планируется пристыковать многоцелевой лабораторный модуль «Наука». В результате анализа ими было констатировано отсутствие механических помех для стыковки.
Роскосмос подтвердил готовность стыковочных агрегатов российского сегмента МКС для запланированной стыковки модуля «Науки», который сейчас находится на орбите сближения со станцией.
Вчера начальник отдела баллистики Ракетно-космической корпорации «Энергия» Рафаил Муртазин уточнил, что проверка порта стыковочного узла надирного порта модуля «Звезда» была необходима для изучения возможных мест загрязнения, которые не дадут полную герметизацию модуля «Звезда» после стыковки. Роскосмос планировал, в случае обнаружения нештатного состояния стыка, вывод космонавтов в открытый космос для дополнительного исследования и очистки этого элемента станции. Теперь эта процедура не понадобится. На нее могло уйти от 2 до 3 суток, а это могло отложить дату причаливания «Науки».
Космический журналист Анатолий Зак пояснил, что он проанализировал мозаику изображений порта и, по его словам, тот выглядит безупречно.
Обработанные и собранные вместе фрагменты изображений стыковочного узла надирного порта модуля «Звезда».
Роскосмос не сообщил текущие параметры орбиты модуля «Наука», как и дополнительную информацию о работоспособности ее элементов. Стыковка модуля с МКС была запланирована на 29 июля 2021 года в 16:26 по московскому времени. Пока что это время после старта модуля Роскосмосом скорректировано не было.
Сегодня специалисты группы управления полётом модуля «Наука» сообщили о штатном выполнении нового корректирующего манёвра для подъема орбиты модуля. Следующий импульс двигателей для дальнейшего выстраивания орбиты «Науки» запланирован Роскосмосом на 28 июля.
Текущие параметры орбиты модуля «Наука».
26 июля Роскосмос провел расстыковку связки из транспортного грузового корабля «Прогресс МС-16» и стыковочного отсека-модуля «Пирс» от МКС. Спустя 4 часа аппараты были затоплены в Тихом океане. Место модуля «Пирс» на МКС займет модуль «Наука»
24 июля Роскосмос выполнил двухимпульсную коррекцию орбиты МЛМ «Наука». Следующий запуск двигателей модуля состоится 27 июля.
23 июля специалисты группы управления полетом «Науки» провели первые два корректирующих маневра двигателями модуля.
22 июля СМИ сообщили о неполадках в работе двигателей коррекции и стабилизации модуля. Роскосмос после этого отчитался, что «Наука» находится в работоспособном состоянии.
21 июля 2021 года Роскосмос запустил к МКС многоцелевой лабораторный модуль (МЛМ) «Наука».
Прекрасная РОСС будущего
Что мы знаем о станции, куда переедут российские космонавты с МКС
В этом апреле Россия, кажется, определилась с будущим своей пилотируемой космонавтики. Международная космическая станция в ближайшее десятилетие опустится с орбиты Земли на дно Тихого океана. А после этого, судя по всему, наши космонавты будут летать на околоземную станцию РОСС, первые элементы которой в минувшую пятницу показала журналистам РКК «Энергия». Давайте разберемся в анатомии будущей станции: что уже построено, а что еще в проекте.
Краткая история национальных станций
Идея создать свою высокоширотную национальную станцию (ВШНС) обсуждалась еще в 2014 году. Роскосмос тогда предлагал развернуть ее к 2019 году и выйти из программы МКС в 2020-м. В апреле 2015 года на нее откликнулся президент РФ, когда объявил, что к 2023 году планируется создать на орбите собственную станцию.
В концепции 2014 года станцию собирались строить из российских модулей, исходно предназначавшихся для достройки российского сегмента МКС. Базовым модулем должен был стать многоцелевой лабораторный модуль (МЛМ) «Наука». Прямо сейчас он — на Байконуре, готовится лететь к МКС в июле (о его сложной судьбе читайте в нашем материале «Роковая стружка»). К «Науке» предполагалось пристыковать узловой модуль (УМ) «Причал» — он тоже уже построен и ждет отправки к МКС. Третьим «кирпичиком» станции должен был стать Научно-энергетический модуль (НЭМ), который тоже строился для МКС. А шлюзовую камеру для выходов космонавтов в открытый космос потом думали приспособить для программы российского участия в окололунной станции.
«Фишкой» ВШНС был космический аппарат «ОКА-Т», проект которого разрабатывался с начала 2010-х годов. Этот модуль предназначен для проведения экспериментов в невесомости вне станции — чтобы избежать вибраций от динамических операций и жизнедеятельности экипажа. «ОКА-Т» работала бы отдельно от станции и стыковалась к ней только для заправки топливом и смены расходных материалов и образцов в научной аппаратуре. Также к станции мог быть пристыкован трансформируемый модуль, патент на который был получен в РКК «Энергия» — внутри размещалась центрифуга короткого радиуса, созданная в Институте медико-биологических проблем РАН для профилактики воздействия невесомости на космонавтов. Для доставки экипажей и грузов планировалось использовать корабли «Союз-МС» и «Прогресс-МС».
Концепция российской орбитальной станции 2014 года. В центре шарообразный узловой модуль «Причал», справа к нему пристыкован НЭМ, слева — МЛМ («Наука»), в зенит смотрит шлюзовой модуль, в надир — трансформируемый (надувной) модуль, а над ним — свободнолетающий модуль ОКА-Т
На «Союзе» к МКС и обратно
В Orbiter есть приключения, от которых веет чем-то неуловимо домашним. В самом деле, что может быть привычнее полёта на «Союзе» к МКС, если это событие происходит в реальности четыре раза в год? Отличное качество аддонов, которые сделали энтузиасты, обещает множество позитивных эмоций, а архивы ЦУПа с информацией о реальном полёте позволяют глубже погрузиться в атмосферу современной космонавтики.
Предупреждение
Этот полёт сложен для начинающих. Если у вас нет опыта полётов в Orbiter и понимания терминологии, рекомендую сначала потренироваться на ПТК НП:
План полёта
Подготовка к полёту
Установка и настройка
Этап 1. Старт с Земли
Я выбрал сценарий полёта «Союза ТМА-8», главным образом потому, что он один из последних в сборнике сценариев (МКС уже достаточно большая), и старт происходит днём. В принципе, никто не мешает вам выбрать любой другой сценарий «Союза».
«Союз ТМА-8» стартовал 30 марта 2006 года с экипажем из космонавта Роскосмоса Павла Виноградова, астронавта NASA Джеффри Уильямса и первого бразильского космонавта Маркоса Понтеса (страница с краткими биографиями):
Старт рано утром, поэтому на этой фотографии ещё ночь
Старт и выведение происходят полностью автоматически. Единственное замечание — во избежание глюков не советую на выведении ставить ускорение времени больше х10, а во всем последующем полёте больше х100.
И Orbiter
А такие кадры пока только в симуляторе. Третья ступень после отделения дренирует баки, удаляясь от только что выведенного «Союза»
Рекомендую сохранить сценарий по Ctrl-S. Ну и можно включить какой-нибудь космический эмбиент, для пущей атмосферности:
Этап 2. Маневры для рандеву с МКС
Итак, мы на орбите, солнечные батареи и антенны раскрыты, начинаем путь к МКС. Прежде всего, необходимо отметить особенности корабля «Союз» в симуляторе:
У корабля есть четыре экрана дополнительной информации, которые переключаются кнопкой U:
Пустой экран
В этом режиме дополнительная информация не выводится и не может помешать другим МФД.
Общее правило полётов на «Союзе» — никуда не торопимся, не злоупотребляем автоматическими режимами поддержания ориентации, экономим топливо.
Лучше развернуться за две-три минуты парой импульсов, чем потратить несколько килограмм топлива на автоматическом развороте.
Импульсный режим очень необычен для Orbiter’а, у других кораблей он практически не встречается, поэтому к нему надо привыкнуть.
Также в клавишах управления есть очень неэргономичная и мешающая ролевой составляющей клавиша — разгерметизация бытового отсека (в норме производится перед разделением отсеков на этапе посадки) — кнопка A без каких-либо модификаторов. Неосторожное нажатие (а по Shift-A вызывается МФД совмещения орбит) — и разгерметизация бытового отсека делает невозможным нормальное ролевое продолжение дальнейшего полёта.
Совмещение плоскостей орбит
Посмотрим параметры орбиты реального полёта:
| Параметр | Реальное значение | Значение в симуляторе |
|---|---|---|
| Апоцентр | 242 (±42) км | 245 км |
| Перицентр | 200 км (+7/-22) км | 195 км |
| Наклонение орбиты | 51,67° ±0,058° | 51,60° |
Если бы не ошибка по наклонению, выведение было бы практически идеальным. А так нам придётся сначала совместить плоскости орбит «Союза» и МКС:
Целых полградуса. Многовато, но деваться некуда. Предлагаю выполнить коррекцию на первом витке (в реальности первый маневр выполнялся через четыре часа после старта). Следующий узел восходящий, значит, надо будет развернуть корабль «вниз» от плоскости орбиты. Не забудьте открыть крышку КТДУ за несколько минут до узла — во первых, она блокирует запуск двигателя, во-вторых, МФД с закрытой крышкой не может посчитать длительность импульса. Вспомним эмпирическое правило — двигатель запускается в момент, когда до узла остается половина расчетного времени работы двигателя:
Начало маневра
Результат
В конце маневра стоит подработать маневровыми двигателями для максимального совмещения орбит. Обратите внимание, что мы потратили целых 20% топлива.
После маневра рекомендую перевести ДПО на минимальный импульсный режим, включить автоматическую систему поддержания солнечной ориентации (она достаточно экономная) кнопкой K и сохранить сценарий.
Синхронизация орбиты с МКС
Смотрим параметры орбиты «Союза» и МКС по МФД «Орбита»:
30 марта, 03:52 UTC, заканчивается первый виток
30 марта, 19:40 UTC, пора готовиться к маневру
Небольшой совет: подготовиться к маневру будет легче, если не торопясь сориентировать корабль на противоположной стороне орбиты против вектора орбитальной скорости (на торможение). Спустя пол-витка «Союз» «сам» займет практически верное положение, которое останется только слегка подкорректировать.
Результата маневра по МФД «Переход» толком не видно — линии сливаются. Переключаемся на МФД «Синхронизация орбит»:
Неплохо, у нас ещё четыре орбиты на то, чтобы подготовиться к синхронизации орбит. Снова включаем режим ориентации на Солнце и ждём:
Наша задача — поднимая перицентр уменьшить параметр DTmin до нуля:
Сближение и стыковка — через виток. Забавно, счетчик времени показывает, что вместо реальной двухсуточной схемы получилась односуточная — так когда-то «Союзы» летали к орбитальным станциям «Салют». Схема не очень удачная — к концу первых суток ярче всего проходит период адаптации к невесомости, и 40-60% экипажа (по статистике) страдают от тошноты. Но нам в виртуальном полёте это не грозит, так что смело идём на стыковку.
Необходимые операции по подготовке стыковки:
Узнать, к какому узлу мы стыкуемся. Исторически, «Союз ТМА-8» стыковался к надирному узлу модуля «Заря», в нумерации сценария это узел номер 1.
Настроить МФД «Стыковка». Включаем МФД «Стыковка», выбираем целью первый стыковочный узел и выводим данные на ИЛС.
Выключить систему ориентации МКС. Нажатием F3 открываем меню кораблей и выбираем ISS. Нажатием кнопки End над блоком курсорных клавиш выключаем систему ориентации. Переключая экраны аналогично «Союзу» по U убеждаемся, что система выключена:
Теперь МКС перестала медленно поворачиваться вокруг своей оси, и мы можем спокойно стыковаться.
Рассчитать дальность начала торможения. С одной стороны, мы не хотим врезаться в МКС. Но, с другой стороны, мы не хотим затормозить слишком далеко, чтобы не пришлось снова тратить топливо на разгон, торможение и ориентацию. Используя только школьные формулы ускорения, скорости и пройденного расстояния, не учитывая расход топлива и уменьшение массы корабля, получаем следующую простую табличку, которая говорит нам, на каком расстоянии надо начинать торможение для данной скорости сближения: 
Обратите внимание, что при разнице в скоростей 100 м/с хватит всего 6 км, а при разнице скоростей 200 м/с нужно уже 23 км! Поэтому мы всячески старались уменьшить разницу скоростей ранее в сценарии.
Этап 3.Сближение и стыковка
Вот схема реального сближения и стыковки «Союза ТМА-8» отсюда: 
У нас, конечно же, другие параметры полёта, потому что мы выполняли другие маневры. Но из этой картинки есть один полезный совет — стыковаться удобнее днём.
А мы тоже приближаемся к МКС:
Дальность 30 км, пора разворачиваться против вектора скорости относительно МКС.
Дальность 3 км, скорость сближения 20 м/с. Если вы снова посмотрите на схему реальной стыковки, мы идем со скоростью того же порядка, ЦУП не будет нас штрафовать за превышение скорости и опасные маневры.
Дальность 1,2 км. МКС ясно различима и приближается просто с пугающей быстротой. Единственное, что успокаивает — видно, что мы немного промахиваемся и пролетим чуть в стороне, а не врежемся в станцию.
Я начал тормозить с 400 м, пусть будет небольшой запас. Расстояние 200 м, относительная скорость 0. Если у вас ночь, лучше подождать выхода из тени Земли — удобнее стыковаться будет.
Стыковка
А где, собственно говоря, надирный стыковочный узел модуля «Заря»? Вот фото МКС от июля 2006 года с миссии STS-121 «Спейс шаттла»:
Эта фотография сделана с противоположной стороны МКС относительно предыдущей картинки. Таким образом, нам надо теперь сместиться назад и вниз (где у МКС верх, низ, право и лево), повернуть корабль стыковочным узлом вверх и приступить к стыковке. Напоминаю, что топлива у нас не так уж и много, поэтому стоит маневрировать аккуратно и не спешить.
МКС сильно меньше сегодняшней, но все равно впечатляет.
Выключаем МФД кнопкой PWR на экране, переводим экран дополнительной информации в режим стыковки, по Ctrl-O выбираем цель стыковки (ISS), нажатием кнопки O выбираем порт 0 (явно айтишники сценарий делали, раз нумерацию с нуля начинают 🙂 ) и выпускаем стыковочный штырь кнопкой Y.
Надирный узел модуля «Заря» обозначен стрелкой. Но наша задача прицелиться не непосредственно в него, а в мишень для ручной стыковки. Дело в том, что точка, из которой мы смотрим, расположена на месте перископа, и мы видим картинку, как если бы смотрели в ВСК (визир специальный космический). «Точка взгляда» перископа находится чуть в стороне от узла, поэтому и целиться мы должны в специальную мишень. Главная неприятность — мишень может быть не видна, и даже включенная фара её не освещает. Если вы не понимаете, как и куда целиться, включите снова МФД «Стыковка», с ним всё становится понятней. Вот правильное положение:
Внешний вид
Есть стыковка! Что особенно приятно — топлива ещё 513 кг, целых 58%!
Этап 4. Возвращение на Землю
Отстыковываемся от МКС по Ctrl-D.
Смотрим схему посадки реального «Союза ТМА-8» и координаты этапов посадки:
Для нас важно, что долгота начала торможения 324°, т.е. 36° западной долготы. Долгота места посадки 67°, таким образом, «Союз» начинает тормозить за
100° градусов до места посадки.
Готовимся к посадке. Включаем МФД «Аэродинамическое торможение», выбираем как цель «Soyuz Landing Site» и переключаем его в режим карты. Ориентируем корабль против вектора орбитальной скорости (кормой вперед). Ждём 36° западной долготы и начинаем торможение. Тормозим до тех пор, пока расчетный недолёт не составит примерно 100 км.
На высоте примерно 150 км разгерметизируем бытовой отсек (кнопка A) и двумя нажатиями J производим разделение отсеков:
После разделения отсеков выбираем как цель место посадки заново. Спускаемый аппарат в реальности управляется только по крену и тангажу, в симуляторе есть ещё и рыскание. Занимаем положение «кормой вперед» и на первых порах не вмешиваемся в управление — корабль в атмосфере сориентируется самостоятельно:
При необходимости можно выполнять небольшие маневры креном, управляя подъемной силой. Необходимо отметить, что пространство для маневра весьма ограничено, можно исправить только небольшие ошибки:
Парашюты и двигатели мягкой посадки вводятся автоматически:
Ошибка в 15 км, максимальная перегрузка 4,7 g — для ручной посадки отличный результат!
Маркос Понтес вернулся на Землю на «Союзе ТМА-7», третьей на «Союзе ТМА-8» приземлилась Ануше Ансари — уроженка Ирана, гражданка США и четвертый космический турист.
Прекрасная РОСС будущего
В этом апреле Россия, кажется, определилась с будущим своей пилотируемой космонавтики. Международная космическая станция в ближайшее десятилетие опустится с орбиты Земли на дно Тихого океана. А после этого, судя по всему, наши космонавты будут летать на околоземную станцию РОСС, первые элементы которой в минувшую пятницу показала журналистам РКК «Энергия». Давайте разберемся в анатомии будущей станции: что уже построено, а что еще в проекте.
Краткая история национальных станций
Идея создать свою высокоширотную национальную станцию (ВШНС) обсуждалась еще в 2014 году. Роскосмос тогда предлагал развернуть ее к 2019 году и выйти из программы МКС в 2020-м. В апреле 2015 года на нее откликнулся президент РФ, когда объявил, что к 2023 году планируется создать на орбите собственную станцию.
В концепции 2014 года станцию собирались строить из российских модулей, исходно предназначавшихся для достройки российского сегмента МКС. Базовым модулем должен был стать многоцелевой лабораторный модуль (МЛМ) «Наука». Прямо сейчас он — на Байконуре, готовится лететь к МКС в июле (о его сложной судьбе читайте в нашем материале «Роковая стружка»). К «Науке» предполагалось пристыковать узловой модуль (УМ) «Причал» — он тоже уже построен и ждет отправки к МКС. Третьим «кирпичиком» станции должен был стать Научно-энергетический модуль (НЭМ), который тоже строился для МКС. А шлюзовую камеру для выходов космонавтов в открытый космос потом думали приспособить для программы российского участия в окололунной станции.
«Фишкой» ВШНС был космический аппарат «ОКА-Т», проект которого разрабатывался с начала 2010-х годов. Этот модуль предназначен для проведения экспериментов в невесомости вне станции — чтобы избежать вибраций от динамических операций и жизнедеятельности экипажа. «ОКА-Т» работала бы отдельно от станции и стыковалась к ней только для заправки топливом и смены расходных материалов и образцов в научной аппаратуре. Также к станции мог быть пристыкован трансформируемый модуль, патент на который был получен в РКК «Энергия» — внутри размещалась центрифуга короткого радиуса, созданная в Институте медико-биологических проблем РАН для профилактики воздействия невесомости на космонавтов. Для доставки экипажей и грузов планировалось использовать корабли «Союз-МС» и «Прогресс-МС».
Концепция российской орбитальной станции 2014 года. В центре шарообразный узловой модуль «Причал», справа к нему пристыкован НЭМ, слева — МЛМ («Наука»), в зенит смотрит шлюзовой модуль, в надир — трансформируемый (надувной) модуль, а над ним — свободнолетающий модуль ОКА-Т.
РКК «Энергия»
Авторы проекта предполагали, что станция будет выведена на орбиту с наклонением 64,8 градуса, то есть выше чем у орбиты МКС (51,6 градуса). И разработчики, и руководство Роскосмоса подчеркивали, что такое наклонение улучшит обзор территории России с борта станции и позволит использовать для снабжения космодром «Плесецк» и «Восточный».
Однако в этом виде проект национальной станции осуществлен уже не будет. В 2016 году, когда была принята Федеральная космическая программа на срок до 2025 года, было решено завершить строительство российского сегмента МКС, пристыковав к нему МЛМ «Наука», УМ «Причал» и НЭМ. Планируемый ранее НЭМ-2 был отменен.
Пришествие РОСС
Осенью 2020 года идея собственной станции вернулась: руководитель полета российского сегмента МКС и заместитель гендиректора РКК «Энергия» Владимир Соловьев на Совете по космосу РАН заявил, что на российском сегменте МКС часть модулей и оборудования серьезно изношены, а после 2025 года начнется лавинообразный выход из строя оборудования на борту.
Тогда же Соловьев продемонстрировал новый проект — Российской орбитальной служебной станции (РОСС). Ее предполагалось вывести на орбиту с наклонением либо 51,6 градусов (в плоскости МКС), либо 71,6 градусов. Во втором случае со станции можно было бы наблюдать за полярными районами Земли, в том числе за Северным морским путем.
Сразу после этого выступления Роскосмос попытался успокоить страсти, заявив, что речи немедленном выходе из проекта МКС не идет, Россия выполнит свои обязательства и останется в проекте как минимум до 2025 года, а выступление Соловьева носило «информационный характер».
Прошло полгода, и о национальной станции заговорили уже высшие чиновники. 18-го апреля профильный вице-премьер Юрий Борисов заявил, что России следует честно предупредить партнеров о выходе из проекта МКС после 2025 года, а Соловьев опять выступил перед РАН — с рассказом о новом варианте национальной станции.
РОСС: начало
Однако эта орбита наименее выгодна с точки зрения выведения полезной нагрузки: носителю здесь никак не помогает вращение Земли. Кроме того, в приполярных областях выше всего уровень космической радиации — лучевая нагрузка для космонавтов здесь будет примерно в три раза выше, чем на орбите МКС.
Чтобы избежать длительного воздействия радиации на экипаж (и для экономии средств) новая станция будет не обитаемой, а посещаемой, то есть часть времени РОСС будет оставаться в беспилотном режиме.
Как стало ясно позже, вопрос о будущем МКС обсуждался 12-го апреля на юбилейном совещании — по случаю Дня космонавтики — с участием президента РФ. Как сообщил 23-го апреля на встрече с журналистами в РКК «Энергия» исполнительный директор Роскосмоса по перспективным проектам Александр Блошенко, на этом совещании были представлены предложения, одобренные правительством: свернуть участие в МКС в 2025 году и сконцентрировать усилия на собственной станции.
«Решение подготовлено, но еще не принято, процесс выхода занимает не один день. Политическое решение еще не подписано, есть предложение, поддержанное правительством. Чтобы оно вступило в силу, нужно, чтобы глава государства издал директивный акт о начале переговоров с партнерами по МКС», — сказал Блошенко.
План на «после МКС»
Все понимают, что станция не будет вечной. Ее планируемое завершение работы сейчас назначено на 2029-30 годы. NASA, как главный интегратор проекта, выбрало две стратегии продолжения полетов людей в космос.
Агентство выбрало компанию Axiom Space (среди руководства которой в основном выходцы из NASA) для строительства в составе МКС коммерческого сегмента из трех модулей. Эти модули должны пристыковаться к станции за период 2024 по 2030 год, а перед затоплением МКС отстыковаться, чтобы остаться на орбите в той же плоскости.
Сейчас ведутся переговоры о включении в состав станции Axiom японского модуля Kibo и европейского грузового модуля «Леонардо». Информации о том, какая ракета будет использоваться для вывода модулей на орбиту пока нет, как нет и описания «космического буксира», который довезет каждый модуль непосредственно к МКС (все крупные модули МКС доставлялись на орбиту в грузовых отсеках шаттлов).
Частные астронавты будут доставляться на Axiom Station на кораблях Crew Dragon по отдельным контрактам с компанией SpaceX.
Второе направление для NASA — это продолжение работы с основными партнерами по МКС для чего и создан проект окололунной станции Gateway, где совместно с США будут работать Европа, Канада и Япония.
Европейское космическое агентство, кроме партнерства с NASA по пилотируемым исследованием Луны, планирует партнерство с Китаем, чтобы иметь возможность отправлять астронавтов на китайскую орбитальную станцию — европейские астронавты уже провели совместные тренировки с китайскими космонавтами.
Россия продолжит работать в составе МКС минимум до конца 2024 года, пока действует межправительственное соглашение всех партнеров. Также заключены три контракта с компанией Space Adventures по полетам космических туристов на российский сегмент МКС — по одному кораблю «Союз МС» с командиром и двумя участниками космического полета в 2021, 2022 и 2023 годах.
Схема пристыковки модулей Axiom к МКС
Axiom Space, Inc.
Когда и как это решение будет принято, неясно. Но облик будущей российской станции уже очерчен. Попробуем определить, какие ключевые ингредиенты для нее у нас уже есть, а какие еще предстоит найти.
НЭМ: есть только корпус
Научно-энергетический модуль строился не так долго, как многострадальная «Наука», но его история тоже началась не вчера. Еще на заре истории МКС российские специалисты рассчитывали отправить к станции научно-энергетическую платформу — доставить ее должен был шаттл. Но после катастрофы «Колумбии» от этих планов отказались, и в проектах появились два одинаковых модуля НЭМ — уже с собственными двигателями и с запуском на «Протонах».
В 2009 году руководители Роскосмоса говорили что НЭМ полетит к МКС в 2014 году, а в 2015 году к нему присоединится НЭМ-2. Однако только в 2012 году «Энергия» выиграла контракт на создание модуля: запуск был сдвинут на 2015 год, затем вообще на 2019-й. В дальнейшем, в том числе из-за сдвига запуска «Науки», отправка НЭМа съехала еще раз — на 2024-й.
Теперь НЭМу предстоит стать базовым модулем новой российской станции. К этой судьбе его никто не готовил. НЭМ планировался как периферийный модуль, который должен был в первую очередь обеспечить независимость российского сегмента по электропитанию. Его солнечные батареи должны были добавить около 18 киловатт, избавив российский сегмент от необходимости импортировать часть электричества с американского. Вторая его функция — склад, а третья — лаборатория: в модуле должны были стоять стандартные стойки для научного оборудования, подобные тем, что устанавливали в МЛМ.
Это интерьер эргономического макета модуля НЭМ. Тут пока нет ни систем управления, ни элементов систем СЖО
Марк Серов
НЭМ — один из самых крупных модулей в истории российской космонавтики. Объем его герметичного отсека — 92 кубометра. Для сравнения, гермообъем ФГБ «Заря» — 71,5 кубометра, а служебного модуля «Звезда» — 89,3 кубометра. Однако у него есть существенный недостаток: он «тупиковый», то есть стыковочный узел у него лишь один, а корма занята негерметичной частью модуля, на которой смонтированы солнечные батареи, система охлаждения, а также маршевые двигатели и топливные баки с сильфонами — сделанные по тем же принципам, что и баки МЛМ (о них мы подробно рассказывали в материале «Роковая стружка»).
Но даже единственный стыковочный узел необходимо будет заменить: раньше предполагалось, что НЭМ будет стыковаться с МКС, и там стоял «активный» узел со штырем. В роли базового модуля РОССа ему предстоит принимать корабли с космонавтами, а также узловой модуль, которые сами оснащены активными узлами, а значит узел на модуле надо будет заменить на пассивный.
Сейчас в РКК «Энергия» стоит только корпус летного экземпляра НЭМа, изготовленный на РКЦ «Прогресс»:
Корпус летного экземпляра НЭМа
Илья Ферапонтов
Самые существенные переделки проекта касаются внутренней начинки модуля. Его предстоит превратить из склада-лаборатории в центр управления будущей станции и сделать пригодным для жизни космонавтов, которым нужны места для сна, тренажеры для поддержания физической формы, вода, воздух и пища. Наконец им не обойтись без АСУ — ассенизационно-санитарного устройства, попросту туалета.
Вот список систем, необходимых для базового модуля, роль которого на МКС играет «Звезда»:
На презентации 23-го апреля в РКК «Энергия» не показали, сколько иллюминаторов будет на новом базовом модуле, переделанном из НЭМа. Например, у служебного модуля МКС «Звезда» в полу — пять иллюминаторов диаметром 228 миллиметра и один кварцевый диаметром 426 миллиметра, что позволяет экипажу вручную фотографировать Землю или устанавливать на иллюминаторы автоматическую научную фотоаппаратуру. Судя по схемам, у НЭМа будет один иллюминатор в полу, и, может быть, по одному в каютах.
Внутреннее устройство модуля НЭМ в роли базового модуля новой станции. АСУ — ассенизационно-санитарное устройство, в полу виден проем для иллюминатора
РКК «Энергия»
Дооснащение модуля всеми этими системами увеличит его массу, которая и так близка к предельной. На НЭМ, например, было решено не ставить гиродины — гигантские гироскопы, которые позволяют управлять ориентацией станции, не используя двигатели. Дополнительная масса гиродинов, несколько сот килограммов, делают невозможным запуск на выбранную для станции полярную орбиту.
Стартовая площадка и ракета: строится и проектируется
Запуск НЭМа в прежней реальности, где ему предстояло отправиться к МКС, должен был выглядеть так же, как скорый старт «Науки»: на «Протоне» с Байконура на орбиту с наклонением 51,6 градуса и высотой около 400 километров.
Ракета-носитель «Протон-М» для запуска НЭМа уже изготовлена, ей присвоен номер 93703, и она уже несколько лет лежит в ожидании пуска в одном из цехов Центра имени Хруничева. Теперь ей придется выводить на орбиту какой-то другой аппарат. НЭМу в роли базового модуля новой российской станции предстоит лететь на ракете, которой еще нет — «Ангаре-А5М» — и стартовать с площадки, которая еще не построена, с космодрома «Восточный».
Так сейчас выглядит стартовый комплекс для ракет «Ангара» на космодроме «Восточный»
Роскосмос
Теоретически НЭМ можно запустить на полярную орбиту и с Байконура на оригинальном «Протоне-М», но к этому есть несколько препятствий. Во-первых, большая часть пусков с этого космодрома — это пуски на геостационарную орбиту или на орбиту МКС, поэтому все штатные районы падения первых ступеней находятся к востоку от Байконура. Когда Роскосмосу потребовались пуски спутников системы OneWeb на полярную орбиту, ему пришлось отдельно договариваться с казахскими властями о новых районах падения к северо-западу от стартовой площадки.
Кроме того, Россия еще в 2014 году договорилась с Казахстаном, что после 2025 года пуски «Протонов» прекращаются. Одна из двух стартовых площадок для этого носителя должна закрыться в конце 2022 года. Наконец, у самих «Протонов» гарантийных срок хранения — около шести лет. Учитывая, что сроки постройки модифицированного НЭМа могут сдвинуться, есть риск, что после 2025 года уже и ракета «испортится», да и стартовать с Байконура ей уже не откуда.
У космодрома «Восточный», с другой стороны, есть поля падения для запусков на орбиты с наклонением около 98 градусов — орбиту РОССа.
Поля падения первых ступеней и обтекателей после пусков с космодрома «Восточный»
Роскосмос
Универсальную пусковую площадку для всех модификаций тяжелой «Ангары» начали строить в сентябре 2018 года, тогда рассчитывали, что первый старт с него состоится в 2021 году, сейчас первый пуск планируется на август 2023 года. Правда на достройку всей пусковой инфраструктуры потребуется еще два года.
При этом НЭМу нужно будет дождаться специальной модификации «Ангары» — «Ангары-А5М», которая будет оснащена форсированными двигателями — РД-191М. Они должны обеспечить прибавку в грузоподъемности примерно на 10 процентов по сравнению с базовыми РД-191, которые сейчас используются на «Ангаре». Это добавка, как пояснил Соловьев журналистам, необходима как «запас прочности» для ракеты, которая будет использоваться в пилотируемой программе.
Огневые испытания новых двигателей планируются на 2022 год, а поставки для «Ангары» — не раньше, чем в 2023 году.
Модули МКС под обтекателем «Протона»
Бидеев А.Г. и др., Космическая техника и технологии, 2015
Узловой модуль: построен, но полетит на МКС
У НЭМа всего один стыковочный узел, в отличие от ФГБ или базового блока «Мира». Поэтому к нему нельзя будет пристыковать сразу и грузовой «Прогресс» и «Союз» с космонавтами, которые смогут разгрузить этот «Прогресс». Нельзя будет и растить станцию дальше, пристыковывая новые модули.
Поэтому к НЭМу необходимо добавить недостающие стыковочные узлы. Такое дополнение уже готово и стоит в цехе «Энергии»: это узловой модуль (УМ) «Причал», шар с шестью стыковочными узлами, который мы видели на картинке выше, в центре одной из первых версий российской станции.
Узловой модуль «Причал» в цехе РКК «Энергия»
Илья Ферапонтов
Но уже готовый УМ не станет частью РОССа. Осенью 2021 года он должен полететь к МКС, где он пристыкуется к «Науке». У того надирный стыковочный узел — гибридный ССВП-М (система стыковки внутреннего перехода), его диаметр больше стандартного ССВП, используемого на российском сегменте МКС для транспортных кораблей. Поэтому, чтобы не лишиться четвертого причала на российском сегменте, и нужен УМ, нижний стыковочный узел которого комбинированный — ССВП/ССВП-М. Он подходит и для модулей, и для «Прогрессов» с «Союзами».
Для РОССа потребуется построить новый «Причал», к его стыковочным узлам смогут стыковаться и грузовые и пилотируемые корабли, а главное — новые модули.
Использование отдельного центрального узлового модуля сделает РОСС первой настоящей «модульной станцией», где любой модуль можно заменить при необходимости, включая первый «базовый», что было невозможно на «Мире» и МКС.
Концепция РОСС первого этапа развертывания по версии 2021 года. В центре узловой модуль, к нему пристыкованы два модуля на базе НЭМ и шлюзовой модуль, который разрабатывался в РКК «Энергия» для Lunar Gateway
РКК «Энергия»
Корабли и экипажи
Первая экспедиция к РОССу, по словам Соловьева, должна будет отправиться почти сразу после запуска НЭМа, еще до прибытия узлового модуля — в 2026 году, если НЭМ стартует, как планировалось, в 2025-м.
Первые космонавты, говорит Соловьев, полетят с Байконура на обычном «Союзе»: «Сначала НЭМ, потом нужно прилететь «Союзом», потом — узловой модуль. Причем «Союзы» смогут стартовать даже с Байконура. Возможно с помощью носителя «Союз-2.1б» с несколько уменьшенным экипажем, до двух человек, можно лететь на эту (полярную) орбиту. На первых этапах с Байконура, потом — с Восточного», — сказал он журналистам.
В дальнейшем для экспедиций посещения планируется использовать корабли «Орел».
Соловьев подчеркнул, что экипажи на РОССе будут работать вахтовым методом: держать станцию постоянно обитаемой дорого, кроме того, радиация на полярной орбите слишком высока. Космонавты будут отправляться туда по мере того, как для них накопиться достаточное количество задач.
Шлюз (бывший лунный)
Шлюзовой модуль, необходимый для того, чтобы космонавты могли выходить в открытый космос, — это последний элемент «РОССа первого этапа». Физически этого модуля еще нет, но его проект прорабатывался в РКК «Энергия» — предполагалось, что она станет вкладом России в окололунную станции Gateway.
Фишка модуля в том, что это, по сути, два шлюза: в нем два отсека, где можно провести шлюзование. «Если обнаружится герметичность главного люка, у нас всегда остается возможность для члена экипажа уйти в следующий отсек и провести шлюзование там. Это дополнительный, резервный шлюзовой отсек», — сказал в беседе с N + 1 конструктор НЭМа Алексей Бидеев.
Что дальше?
Первый этап строительства станции предполагается закончить к 2030 году, а на втором этапе дооснастить двумя новыми модулями, созданными на базе того же НЭМа, но со вторым стыковочным узлом вместо негерметичного отсека. Планируется пристыковать к станции производственный модуль и платформу обслуживания космических аппаратов (стапель).
Корпуса всех модулей на базе НЭМа будут делать в РКЦ «Прогресс» в Самаре, где есть оборудование для обработки корпусов больших диаметров. В отличие от корпусов новых ракет «Союз-5», в которых ребра жесткости «вафли» располагаются внутри, у корпуса НЭМа они располагаются снаружи. После того как корпуса модулей будут сделаны, их по железной дороге доставят в РКК «Энергия» для оснащения бортовым оборудованием и первым испытаниям.
Свободнолетающий модуль ОКА-Т из проекта исчез, однако сама идея таких кочующих модулей, где в почти идеальных условиях идут производственные процессы или эксперименты, никуда не исчезла. По словам Соловьева, проект «морально устарел», но от идеи «парка свободнолетающих модулей» конструкторы не отказались.
Новая российская станция, уверяет заместитель гендиректора РКК «Энергия», будет не только научной, но индустриальной площадкой. «На нем будут производственные отсеки, будет выносной стапель, на котором мы можем парковать разные автоматические космические аппараты, ремонтировать, дозаправлять их, юстировать полезную нагрузку и потом опять отправлять в космическое пространство. Мы планируем создать некий парк буксиров, которые будут выводить эти автоматические аппараты на нужные нам орбиты и в нужное нам время» — сказал он.
Также новая станция будет играть роль пересадочного узла для российской лунной пилотируемой экспедиции. Новый сценарий предполагает использование четырех пусков ракеты «Ангара-А5В» с водородным разгонным блоком, чтобы обойтись без сверхтяжелого носителя.