Модуль "Наука" и международная космическая станция

статья выходного дня

МКС - международную космическую станцию - не случайно называют "восьмым чудом света". Объект размером как у египетской пирамиды летает на высоте более 400 км, обеспечивая постоянное присутствие человека на орбите Земли. Станция состоит из 15 основных герметичных модулей и множества вспомогательных конструкций - ее наблюдают астрономы, используют ученые, посещают туристы... Осенью 2021 года на МКС намечается визит артистов для съемок художественного фильма.

Международная станция дополняется новыми узлами, созданными государственными космическими агентствами и частными предприятиями. 21 июля к ней был запущен российский модуль "Наука", который находится на пути к станции. Расскажем об этом модуле и его значении для пилотируемой космонавтики.

Российский сегмент МКС и модуль МЛМ-У "Наука"

Российский сегмент МКС не поражает своими размерами. В его составе было всего 2 больших и 3 малых модуля - "Заря", "Звезда", "Рассвет" (МИМ-1), "Поиск" (МИМ-2) и "Пирс". Малый модуль "Пирс", проработавший на орбите с 2001 года, 26 июля был отстыкован от МКС, чтобы на его место пристыковать "Науку". По свои размерам и вместимости российский сегмент намного меньше орбитальной станции "Мир", которая является (и еще долго будет являться) самой большой национальной орбитальной станцией, когда-либо созданной в мире.

Российский сегмент ключевой для МКС, поскольку именно с него началось создание международной станции - когда 20 ноября 1998 года на орбиту был выведен ФГБ (функционально-грузовой блок) "Заря". А с помощью двигателей модуля "Звезда", который пристыковали к "Заре" 26 июля 2000 года, выполняется важнейшая операция - периодическое поднятие орбиты МКС, которая тормозится верхними слоями земной атмосферы. Без работы надежных и долговечных ракетных двигателей "Звезды" космический колосс давно бы сошел с орбиты, притянутый к себе нашей планетой.

Увы, малый объем российского сегмента МКС ограничивает возможности по проведению научных экспериментов. Фактически они локализованы в малом исследовательском модуле (МИМ) "Рассвет". Объем герметичных отсеков "Рассвета" составляет всего 17.4 куб. метров, а жилой объем - всего 5.85 куб. метров. Примерно такой же объем имеет транспортный космический корабль "Союз", который сейчас стремятся заменить более вместительной техникой. Фактически, российский сегмент МКС является всего лишь прихожей грандиозной международной космической станции.

Модуль "Наука" призван выправить незавидное положение России на заложенной ею же орбитальной станции. Официальное название "Науки" - усовершенствованный многофункциональный лабораторный модуль (МЛМ-У). А создавался он с 2004 на основе дублера "Зари" - модуля ФГБ-2. Объем герметичных отсеков "Науки" - 70 куб. метров! Энергетику не менее 2.5 кВт обеспечивают две солнечные батареи.

После стыковки с МКС на модуле "Наука" остается два пассивных стыковочных агрегата:

• надирный (обращенный к Земле) для космических кораблей "Союз", "Прогресс" и нового модуля "Причал" с шестью стыковочными узлами;
• передний для автоматизированной шлюзовой камеры, которая прибыла на МКС в 2009 году вместе с модулем "Рассвет".

Шлюзовую камеру "Науки" (на схеме выделена красным светом) предполагается перенести с модуля "Рассвет", к которому она прикреплена в транспортном положении. В составе "Науки" в космос выводится европейский робот-манипулятор ERA, созданный для обслуживания российского сегмента МКС - он позволит сократить число выходов в открытый космос. Робот ERA может перемещать крупные модули, а точность его работы составляет 5 мм.

В помещениях "Науки" располагается рабочая зона, мастерская, санузел, прибор регенерации воды и каюта третьего космонавта с защитой от радиации.

В "малометражном" российском сегменте МКС предусмотрены только две каюты, поэтому третьему участнику российской экспедиции приходится ночевать "за границей" - у американцев.

Именно с "Наукой" Россия получит полноценные возможности по исследовательской работе на орбите и наконец-то сможет возместить утраченную ради МКС станцию "Мир". Ну а сама МКС поставит новый рекорд по массе рукотворного объекта на околоземной орбите - 436.5 тонн.

"Наука" на пути к МКС

"Наука" очень долго готовилась к своему полету. Тому было много причин - и недостаток финансирования, и пресловутая стружка, обнаруженная в баках в 2013 году, и невозможность изготовить новые баки уникальной конструкции из-за закрытия завода "Серп и молот". В 2019 году в Роскосмосе было принято волевое решение о запуске модуля в существующем оснащении.

Предыдущие запуски тяжелых российских модулей МКС - "Зари" и "Звезды" проходили более 20 лет тому назад, потому работы над "Наукой" проводились в режиме повторного освоения техники специалистами. 21 июня ракета-носитель Протон-М наконец-то взмыла в вечернее небо Байконура с новым модулем. Выведение на опорную орбиту с перигеем 190 км и апогеем 344 км прошло штатно.

Это было первое выведение тяжелого модуля МКС российской ракетой-носителем Протон-М (модернизированный). Все предыдущие орбитальные станции выводились советской ракетой-носителем Протон-К.

Ну а дальше начались проблемы. Двигатели коррекции и сближения ДКС, с помощью которых "Наука" должна была самостоятельно добраться до МКС, не заработали. Причины сбоя до сих пор не объяснены Роскосмосом, но наиболее ожидаемая версия - ошибка в управляющей программе. Также сообщалось о неполадках с датчиками построения инфракрасной вертикали (они отрезервированы звездными датчиками) и в системе сближения и стыковки "Курс-А" (которая заработала 25 июля).

Началась спешная работа по исправлению софта, которая проводилась в условиях жесткого дефицита времени. Орбита, на которую ракета "Протон" вывела "Науку", близкая к орбите Гагарина, не позволяет космическим аппаратам долго находиться в полете - они в течении около недели возвращаются на Землю из-за торможения в ее атмосфере.

При полетах первых советских космонавтов постепенное торможение их космических кораблей в атмосфере было страховочным планом на случай отказа ТДУ - тормозной двигательной установки. Модули орбитальных станций выводятся на орбиту с низким перигеем по другой причине - для оптимизации небесной баллистики, чтобы взять на борт больше груза и меньше ракетного топлива. Но с этой орбиты они должны уйти вверх как можно быстрее. Поскольку в конструкции модулей не предусмотрена возможность возвращения их на Землю для сервисного обслуживания и повторного запуска. Это как если автомобиль выехал из гаража по автостраде с односторонним движением - в пункт назначения надо добраться, невзирая на поломки, развернуться для ремонта нельзя.

Сначала орбиту модуля "Наука" поднимали с помощью ДПС - двигателей причаливания и стабилизации малой тяги, чтобы хотя бы немного уйти от обволакивающей "подушки" земной атмосферы. 22 июля ими удалось поднять орбиту до 225/347 км. 23 июля наконец-то удалось запустить ДКС и на одном из этих двигателей (второй играет роль резервного) и течение двух дней орбита была поднята до 334/406 км. На этой переходной высоте проводится т.н. фазирование для окончательного введения "Науки" к МКС, которое произойдет 27-28 июля.

Ближайшим аналогом фазирования орбит в мире автомобилей является "полоса ускорения", на которой автомобили вливаются в общий поток. Но в небесной механике дело обстоит намного сложнее, поскольку процесс фазирования проходит в трех измерениях и при в сотни раз больших скоростях. Без вычислений на компьютерах тут не обойтись.

Подготовка к стыковке "Науки"

Модуль "Наука" будет пристыкован к надирному (условно обращенному к Земле) стыковочному узлу модуля "Звезда". На этом узле с 2001 года находился стыковочный модуль "Пирс", который 26 июля был отделен от станции и затоплен в Тихом океане. После отстыковки "Пирса" освобожденный стыковочный узел был осмотрен с помощью установленного на МКС манипулятора "Канадарм" и признан исправным.

Отделение модуля "Пирс", который провел в пристыкованном состоянии 20 лет - важный технический момент. Еще ни один космический аппарат не провел в пристыкованном состоянии так много времени.

Автомобилисты знают, как трудно бывает открутить пригоревшую гайку 20-летней давности. А тут - целый стыковочный узел, который надо освободить от прикрученного к нему многотонного модуля, сохранив узел в исправном состоянии.

Будущая национальная орбитальная РОСС, как намечается, будут "вечной" - поскольку ее модули с истекшим сроком эксплуатации будут заменять вновь изготовленными. ​Именно эта технически непростая процедура впервые в мировой истории отрабатывается в космосе при замене модуля "Пирса" на модуль "Наука".

Да, будущие космические орбитальные станции можно будет обновлять, как ретро-автомобили, продлевая срок их работы до века!

Стыковка МЛМ-У "Наука" будет проводиться с автоматически с помощью установленной на модуле системы "Курс-А" или в телеоператорном режиме с борта МКС. Космонавты, кроме управляющих процессом стыковки, находятся в своих космических кораблях, готовые к экстренной эвакуации со станции в случае аварийного столкновения. А затем, после стыковки, экипаж МКС будет в течение нескольких месяцев выполнять выходы в открытый космос для подключения к модулю "Наука" внешних коммуникаций.

Запуск "Науки" - ключевой шаг к созданию национальной орбитальной станции

Не лишне отметить, что "Наука" сама по себе является полноценной базовой орбитальной станцией, к которой могут подключаться дополнительные модули. И она в самом деле может ею стать, если стыковка с МКС по каким-либо причинам окажется невозможной. Но оптимальным вариантом является использование "Науки" в составе МКС, где ее ресурс рассчитан на 10 лет и соответствует предполагаемому сроку эксплуатации международной станции.

Модуль "Наука" состыковался с МКС 29 июля в 16:29 по московскому времени. Отныне он - часть российского сегмента международной космической станции.

Но открыть люк МЛМ-У в тот же день, как планировалось, не удалось - поскольку вместо этого центру управления полетами пришлось бороться с самопроизвольным включением двигателей "Науки", которые закрутили всю орбитальную станцию. Как сообщают наблюдатели, нештатная ситуация завершилась после полной выработки остатков топлива в баках "Науки". МКС стабилизирована, люк открыт 30 июля в 20:48.

Что касается национальной орбитальной станции - то ее создание станет следующим шагом после завершения международного проекта. Национальная космическая станция "Тяньхэ" уже создается Китаем, а в 2030-х годах или раньше наступит очередь российской станции РОСС. Будущие орбитальные станции не будут такими огромными, как МКС, поскольку их размеры будут ограничиваться бюджетами космических агентств. Но они тоже создаются с международным участием и станут опорными базами человечества в освоении космоса.

Видео запуска МЛМ-У "Наука" с помощью РН Протон-М (21 июля)

Видео стыковки МЛМ-У "Наука" с МКС (29 июля)

Мини-экскурсия по "Науке" - проводят космонавты Олег Новицкий и Петр Дубров

Сокращения:
РН - ракета-носитель
РД - ракетный двигатель
ОС - орбитальная станция
МКС - международная космическая станция
МЛМ - многофункциональный лабораторный модуль
МИМ - малый исследовательский модуль
ФГБ - функционально-грузовой блок
ДКС - Двигатели коррекции и сближения
ДПС - Двигатели причаливания и стабилизации

С другими статьями Автомалиновки по ракетной технике можно познакомиться здесь:
Американское прошлое и российское будущее космодрома "Морской старт"
Космические гонки XX и XXI века, часть 1: полет Гагарина
Космические гонки XX и XXI века, часть 2: несбывшаяся мечта Королева
Космические гонки XX и XXI века, часть 3: лунные автоматы СССР
Космические гонки XX и XXI века, часть 4: лунные экспедиции Америки
Космические гонки XX и XXI века, часть 5: время крылатых гигантов
Космические гонки XX и XXI века, часть 6: возвращение на Луну
Космические гонки XX и XXI века, часть 7: сверхтяжелые ракеты России
Ракета-носитель "Ангара" приходит на смену советскому "Протону"
Китай собирает модульную космическую станцию на околоземной орбите

Все материалы на космическую тематику