Жизнь после МКС

zelenyikot — 07.12.2020

Недавно в прессе возобновились дискуссии о будущем российской пилотируемой космонавтики и судьбе Международной космической станции. Слова первого заместителя гендиректора ракетно-космической корпорации "Энергия" Владимира Соловьева процитировал портал "Научная Россия": "Уже сейчас есть ряд элементов, которые серьезно затронуты повреждениями и выходят из эксплуатации. Многие из них не подлежат замене. После 2025 года мы прогнозируем лавинообразный выход из строя многочисленных элементов". Альтернативой МКС Соловьев назвал РОСС — Российскую орбитальную служебную станцию, которую предлагается создавать без американцев.

Совместно с научно-популярным порталом Nplus1.ru разбираемся насколько вероятен отказ от МКС и замена на новую российскую станцию.

Слова специалиста породили вал комментариев, и даже официальное опровержение от Роскосмоса. Попробуем разобраться, действительно ли МКС разваливается, и куда будут летать наши космонавты после 2024 года.

Строительство Международной космической станции началось в 1998 году со стыковки двух американских модулей: "Заря" и «Юнити». "Заря" считается частью российского сегмента МКС и производилась в России на основе советского задела по станции "Мир-2". Но оплачивалось производство и запуск модуля по заказу американской компании Boeing. Сейчас об этом не любят вспоминать в официальных публикациях, но тогда это было частью негласной программы США поддержки российской космонавтики.

В 2000-м году российский сегмент пополнился российским служебным модулем "Звезда", и с этого момента МКС стала полноценно долговременной орбитальной станцией.


МКС в 2000 году, состоящая из трех модулей: «Звезда», «Заря» и «Юнити». Фото: NASA

На борту “Звезды” располагается система управления станцией, системы жизнеобеспечения, ракетные двигатели коррекции и ориентации. Такие необходимые вещи в долговременной пилотируемой станции как туалет, водопровод, каюты экипажа, кухня и тренажеры тоже там. Американско-российская "Заря" же сейчас используется в основном как склад.

В нулевые станция продолжала расти. Американский сегмент пополнился модулями из США, Японии и Европы, нарастил огромные солнечные батареи и панели радиаторов, систему ретрансляции, получил роботизированный манипулятор Canadarm 2 и многое другое. Российский сегмент тоже прибавил в объеме, но значительно скромнее — за счет модулей "Пирс", "Поиск" и "Рассвет". Из них первые два доставляли модернизированные космические грузовики "Прогресс", а "Рассвет" подвезли американцы в одном из последних рейсов Space Shuttle.

В 2010-е строительство станции в основном завершилось. Американцы только добавили экспериментальный надувной модуль Beam и стыковочные узлы для своих новых кораблей.


МКС в 2018 году, вид сверху. В нижней части снимка — модуль «Звезда». Фото: Роскосмос.

Российский же сегмент затормозили технические проблемы: модуль "Наука" застрял на наземных испытаниях и доработках. А из-за этого задержались и узловой модуль “Причал” — он должен стыковаться к "Науке", а через него еще один, Научно-энергетический модуль.

Теперь у американцев на станции есть свои лаборатории, тренажеры, каюты, кухня и туалеты, но ключевое значение "Звезды" для всей Международной космической станции сохраняется. Через кормовой стыковочный узел "Звезды" модули заправляют топливом и пополняют запасы питьевой воды. Но более важно то, что «Звезда» выполняет задачи ориентации и коррекции орбиты.

Коррекция — это изменение высоты орбиты, то есть приращение скорости станции. Коррекция выполняется либо маршевыми двигателями "Звезды", либо двигателями грузовиков "Прогресс", пристыкованных к кормовому узлу модуля.

А ориентация станции нужна для того, чтобы та всегда была развернута солнечными батареями к Солнцу, радиаторами от него, а корпусом — параллельно земной поверхности. Ориентация станции выполняется не только ракетными двигателями "Звезды", но и блоком гиродинов на американском сегменте. Это массивные колеса, которые раскручиваются или тормозятся электродвигателями, чем воздействуют на всю станцию по принципу "сила действия равна силе противодействия". Когда скорость гиродина достигает максимальной, ему требуется "разгрузка", т.е. торможение. Во время разгрузки крутящий момент тормозящегося гиродина компенсируется включением ракетного двигателя ориентации на "Звезде", и ориентация всей станции не меняется.

Сочетание американских гиродинов и российских двигателей ориентации — это один из ключевых элементов "брачного контракта", который делает невозможным "развод" двух сегментов на две отдельные станции. Если использовать для ориентации только ракетные двигатели, то топливо быстро иссякнет. Поэтому пока нет аналогичных гиродинов на российском сегменте, любые разговоры про отделение от американцев — профанация. На советских станциях были свои гиродины. Если окажетесь в павильоне "Космонавтика и авиация" на ВДНХ, обратите внимание на черно-белые "шары" которые размещены на макете станции "Мир".


Макеты гиродинов системы ориентации станции «Мир» в павильоне «Космонавтика и авиация» на ВДНХ. Фото автора.

Это те самые шары, которых сейчас не хватает нашей пилотируемой космонавтике для самостоятельности.

Кроме того, сейчас российский сегмент МКС обеспечивается электропитанием от американских солнечных батарей, а до недавнего времени значительная доля информации передавалась через американскую спутниковую систему связи TDRS. На снимках МКС можно увидеть спутниковые тарелки направленные вверх — к геостационарным ретрансляторам, а не к Земле.


Фрагмент МКС со спутниковыми тарелками американского сегмента. Фото: Роскосмос

У России есть аналогичная система — "Луч", но она долгое время не использовалась. Спутниковая тарелка "Звезды" была модернизирована под "Лучи" только в феврале 2018 года, а внутреннее оборудование подключили еще позже. И, возможно, именно эта работа привела к очередному обострению вопроса о будущем МКС. Точнее не сама работа, а царапина/трещина, из которой уже больше года сочится воздух в космос. Возможно, появилась она по ходу монтажа оборудования связи через "Лучи", т. как находилась прямо за ним.

Соглашение о совместной эксплуатации МКС действует до 2024 года . Никакого разделения после этого срока не предполагается. Станция должна быть управляемо сведена с орбиты двигателями российского сегмента.

Но при этом обе страны заинтересованы в том, чтобы МКС продолжала летать и дальше, до 2028 или 2030 года в совместной конфигурации. Основная причина такой заинтересованности в отсутствии какой-либо замены для МКС у всех участников программы. США потратили немало денег и времени на создание нескольких грузовых и пилотируемых кораблей исключительно для снабжения станции: Dragon, Cygnus, Crew Dragon, Starliner, Dream Chaser. Причем последние два еще находятся в разработке. Создавать в течение десяти лет такой "автопарк", чтобы гонять его лишь четыре года NASA не выгодно.



Окололунная станция Gateway, которую планирует создать NASA в этом десятилетии, не заменит МКС. Она будет меньше, полеты туда будут редки, надолго астронавты там задерживаться не будут. Под Gateway также разрабатывается отдельная линейка кораблей снабжения.


Проект лунной орбитальной станции Gateway NASA. Иллюстрация: NASA

У "Роскосмоса" немного иной интерес. Во-первых, российский сегмент МКС до сих пор не достроен (как называет это глава Роскосмоса: "Россия продолжает расширение своего сегмента"). Модули должны были пристыковаться еще 5-10 лет назад. Но стыковку "Науки" мы ждем самое раннее через полгода, а Научно-энергетический все еще находится в сборке и не долетит до МКС раньше 2024 года. Во-вторых, сколь бы ни была притягательна идея собственной космической станции для сотрудников РКК "Энергия", платить за неё придется из российского бюджета. Сейчас, для сравнения, Россия обладает примерно 1/5 жилого объема МКС, почти половина всех экипажей МКС — россияне, но в деньгах российская доля составляет около 10 процентов. Притом, что раньше расходы частично компенсировались за счет доставки американских астронавтов, а в будущем планируются полеты туристов.

Разработка и эксплуатации собственной станции — это намного дороже. Сегодня такое по силам только Китаю — который выделяет на космос как минимум в три раза больше России — и США, чей космический бюджет превышает российский примерно в 10-12 раз.

На пути к собственной российской станции есть проблемы и политического характера. Сейчас единственная пусковая площадка для пилотируемых кораблей "Союз" — это Байконур, то есть Казахстан. Роскосмос спокойно ею пользуется поскольку в этих полетах заинтересована не только Россия, но и США. Этой паре Казахстан возражать не будет никогда. Но создание российской станции "под Байконур" автоматически передаст «ключи» от неё Казахстану. И как он этим воспользуется, никто не предскажет. Хотя у России и Казахстана дружба, Таможенный союз и даже совместный космический проект "Байтерек", нет гарантий, что это продолжится хотя бы 15-20 лет, нужных на постройку и работу станции. Единственный выход — запускать экипажи с Восточного. Это уже в планах Роскосмоса, но для начала таких полетов нужна стартовая площадка для "Ангары" (сейчас строится, но там еще не меньше года бетон лить). И новый пилотируемый корабль "Орел", но для него пока сделали только "днище и отдельные силовые конструкции".

С модулями будущей российской станции тоже не всё гладко, как на бумаге. Ранее предлагалось собрать новую станцию из "Науки", Узлового и Научно-энергетического модуля. Но оказалось, что базового модуля-то среди них нет. Начинать станцию нужно с новой "Звезды", производства которой не сохранилось с советских времен. Его осваивать заново: вероятно, на базе технологии Научно-энергетического модуля. Но чтобы убедиться в его готовности, придется его испытать, и получить опыт эксплуатации.


Проект Российской орбитальной служебной станции. Иллюстрация: РКК "Энергия".

Поэтому можно предположить список условий, которые позволят уверенно говорить о создании и запуске российской космической станции:
1. На Восточном построен стартовый стол для ракеты "Ангара" с функцией пилотируемых запусков.
2. Готов к регулярным полетам новый корабль «Орёл».
3. Прошел летные испытания Научно-энергетический модуль на МКС.
4. Россия вошла в тройку крупнейших экономик мира.

Конечно, прямо в такой очередности им происходит не обязательно, можно приближать их параллельно, и уже сейчас приступать к разработке станции — но зачем, если есть МКС? Нормально же летаем. Решение о продлении полета МКС будет приниматься не инженерами, а политиками США и России. Решат, что жить вместе невмоготу даже в космосе — инженеры будут плакать, но топить самое сложное творение человеческих рук. Решат продолжать совместные полеты — инженеры займутся капитальным ремонтом, и сделают всё возможное, чтобы продолжать полет без отказов. Самый серьезный фактор, способный повлиять на решения политиков — это безопасность экипажа. Именно поэтому РКК "Энергия" и предрекает "лавинообразные отказы" после 2025 года, аккурат когда ожидается выполнение первых трех вышеперечисленных пунктов. Эти предсказания диктуются стремлением уже сейчас обеспечить себя заказами на новую станцию.

РКК "Энергия" — это оператор российского сегмента МКС, там работают профессионалы, и их выводы о будущих угрозах не обязательно продиктованы только корпоративным интересом. Один из объективных аргументов сторонников “старения” МКС — недавно обнаруженная "царапина" в переходной камере модуля "Звезда". Самый важный модуль на станции уже протекает — чем не иллюстрация к тезису о грядущих отказах? Но чтобы оценить серьезность этой пробоины, стоит понять, насколько она критична для эксплуатации МКС.

Сама переходная камера не так уж и важна. Она имеет малый объем, находится в самом "хвосте" МКС, и если её навсегда задраить, то будет потерян только один стыковочный узел для пилотируемых кораблей.


Корпус модуля «Звезда» на заводе, вид со стороны кормы. На переднем плане — переходная камера модуля. Фото: Роскосмос.

Для стыковки останется еще три узла на российском сегменте. Грузовики по-прежнему можно будет стыковать к прохудившейся корме, проводить заправку "Звезды" и "подгонять" МКС ракетными двигателями. Но вот последний момент может оказаться критичнее. Поврежденный элемент обшивки во время коррекции орбиты станции "Прогрессом" участвует в передаче нагрузки от работающего двигателя на остальную станцию. И при стыковке узел переживает повышенное динамическое воздействие. Если такая нагрузка способствует расширению трещины, то это уже повод для серьезных опасений за безопасность всего модуля, а значит и станции.

К счастью, грузовик "Прогресс" — не единственный способ коррекции орбиты МКС, поэтому есть возможность продолжать работу станции и без "звездного" стыковочного узла. Но противникам МКС по обе стороны океана это в любом случае добавит козырей, а космонавтам работы. И недолго осталось ждать, чтобы выяснить, растет ли трещина.

В начале 2021 года ожидается стыковка очередного "Прогресса" к "Звезде", и будет проводится коррекция орбиты МКС, после чего космонавты проверят скорость утечки воздуха из промежуточной камеры. Если всё останется без изменений, то можно выдыхать и заклеивать скотчем, если же утечка увеличится, то работы для инженеров РКК "Энергия" прибавится и без строительства новой станции.

zelenyikot

Выражаю признательность за технические консультации космическому инженеру и научно-популярному автору Александру Хохлову (alien3).

Подготовлено для научно-популярного портала Nplus1.ru

Чтобы не пропускать новые посты, подпишитесь на мои страницы:
в ЖЖ, Facebook, Вконтакте, Twitter.

Вы можете поддержать выход новых обзоров с помощью подписки на Patreon или отечественный аналог «Спонср»

Оставить комментарий

Популярные посты:

• Ранее
• По теме
• Архив