Олексій Парновський
У світлі щоденних новин про якийсь черговий негаразд на російському сегменті МКС (РС МКС), я вирішив пояснити, як цей сегмент влаштований, яка його роль в забезпеченні роботи МКС і як вони дійшли до такого життя.
Конфігурація РС МКС
На малюнках наведені поточні конфігурації РС МКС і всієї станції (російський сегмент знаходиться у лівій верхній частині схеми).
У 1995 році, коли було ухвалено рішення про побудову МКС, NASA провела тендер на виготовлення центрального модуля, який мав забезпечувати енергопостачання, життєзабезпечення, зберігання пального і вантажів і таке інше. У тендері брали участь Lockheed Martin і Центр Хрунічева (колишнє КБ Челомея). Центр Хрунічева переміг зі своїм проектом, який був оснований на технології транспортного корабля постачання (ТКС), які застосовувалися для військових орбітальних станцій “Алмаз” починаючи з другої половини 1970-х років. На базі ТКС також були створені 4 модулі станції “Мир”, тому ця технологія вважалася достатньо відпрацьованою і надійною.
По аналогії з ТКС, модуль отримав назву “функціональний вантажний блок” (ФГБ), друга назва — “Заря”. Він побудований за кошти NASA і є власністю NASA. ФГБ має 3 стикувальні вузли:
– носовий, до якого пристикований адаптер, що з’єднує його з модулем Unity американського сегменту;
– надірний, до якого раніше стикувалися транспортні кораблі “Союз” та “Прогресс”, а зараз пристикований малогабаритний дослідницький модуль (МИМ-1) “Рассвет”, до якого вже стикуються “Союзи” та “Прогреси” (на практиці він використовується як ще одне сховище);
– кормовий, до якого пристикований службовий модуль (СМ) “Звезда”.
На початковому етапі побудови МКС “Заря” була центральним і основним модулем станції. Згодом, по мірі її розбудови, її функції передавалися іншим модулям, і станом на зараз вона служить лише сховищем вантажів і палива для російського сегменту. Панелі сонячних батарей ФГБ наразі згорнуті, а електроенергію РС МКС отримує зі службового модуля (СМ) “Звезда” та з американського сегменту.
Другим модулем РС МКС є службовий модуль “Звезда”. До нього перенесені системи життєзабезпечення, в ньому розташовані каюти космонавтів, побутові елементи і більшість обладнання. Через брак місця в ньому, довелося скоротити екіпаж РС МКС з 3 до 2 космонавтів. СМ має настільки високий рівень шуму, що космонавтам доводиться постійно носити беруші. СМ має 4 стикувальні вузли:
– кормовий, до якого стикуються транспортні кораблі “Союз” та “Прогресс”;
– три стикувальні вузли у перехідній камері (в якій наразі утворилася тріщина, через яку стається виток повітря):
– носовий, який з’єднаний з ФГБ;
– зенітний, до якого пристикований малогабаритний дослідницький модуль (МИМ-2) “Поиск”, до якого також стикуються “Союзи” і “Прогреси”;
– надірний, до якого пристикований стикувальний відсік-модуль “Пирс”, який може використовуватися як для стикування ще одного “Союзу” чи “Прогресу”, так і для виходів у відкритий космос у скафандрі “Орлан”.
Конструктивно модулі “Пирс” та “Поиск” ідентичні. Планується, що цього року модуль “Пирс” має бути відстикований і замінений модулем “Наука”.
Загалом РС МКС становить 13% за масою і 20% за внутрішнім об’ємом МКС. Його поточна конфігурація більш-менш відповідає базовій конфігурації планованої (та скасованої) радянської орбітальної станції “Мир-2”. У забезпеченні роботи американського сегменту він наразі не задіяний. Єдина важлива функція для підтримки станції в цілому залишилася у СМ “Звезда”: транспортні кораблі, пристикувані до її кормового шлюзу, використовуються для підтримання орбіти МКС.
Плани розвитку
На малюнках показана проектна конфігурація РС МКС на різних етапах модернізації:
1 — поточний,
2 — на кінець 2021 року,
3 — на кінець функціювання МКС,
4 — після завершення функціювання МКС як Національної орбітальної космічної станції.
Зміст цієї модернізації наступний: замість стикувального відсіку “Пирс” до надирного шлюзу СМ “Звезда” буде пристикований багатофункціональний лабораторний модуль (МЛМ-У) “Наука” (влітку цього року), потім до нього буде пристикований універсальний модуль (УМ) “Причал”, а до УМ — науково-енергетичний модуль (НЭМ).
В такому вигляді РС МКС проіснує до завершення функціювання МКС у 2024 році, потім ці нові модулі будуть відстиковані від СМ “Звезда”, до них додасться трансформований модуль (ТМ) і в такому вигляді воно стане Національною орбітальною космічною станцією. Але це все на папері, а в реальності все набагато цікавіше.
Повернемось у вже далекий 1995 рік. Центр Хрунічева отримав контракт від NASA на виробництво ФГБ “Заря”, але вирішив виготовити ще один ідентичний модуль ФГБ-2 на випадок проблем з ФГБ або невдалого виведення. Після того, як у 1998 році ФГБ був успішно виведений на орбіту, роботи по ФГБ-2 були зупинені на 70% готовності.
У 2004 році було ухвалене рішення використати доробок по ФГБ-2 для виготовлення багатоцільового лабораторного модуля (МЛМ). Наприкінці 2005 року було досягнуто угоду з ESA про розміщення на МЛМ європейської руки-маніпулятора. У 2010 році на РС МКС були доставлені запчастини до неї. Після численних затримок збирання МЛМ завершилося наприкінці 2012 року (початково запуск планувався на 2006-2007 роки).
У 2013 році в ході перевірок виявлено, що МЛМ зібраний з надзвичайно високим рівнем браку. Зокрема, протікали клапани паливної системи (це призвело до необхідності заміни більшості зовнішніх трубопроводів), а також у них виявили значне засмічення, яке трохи згодом знайшли і в паливних баках. Роботи по усуненню цих недоліків призвели до необхідності повного перезбирання модуля з заміною великої кількості деталей, після чого модуль отримав нове позначення МЛМ-У (удосконалений). Зокрема, в ході модернізації були додані зовнішні кріплення для різноманітного обладнання.
Оскільки баки для ФГБ-2 були спеціально спроектовані під цей корпус, замінити їх було нічим і їх розрізали і перезварюювали декілька разів. Крім того, на них була втрачена технічна документація, а завод “Серп и Молот”, на якому вони були виготовлені, вже припинив своє існування. Судячи з якості виготовлення баків, назву “Серп и Молот” слід сприймати як буквальний опис засобів виробництва. Ступінь відчаю був таким, що певний час відпрацьовувалась можливість заміни їх одноразовими баками від розгінного блоку “Фрегат” схожої форми і розмірів. Проблема полягає в тому, що російська космічна галузь втратила спроможність виготовлення таких складних виробів як багаторазові конформні сильфонні баки і взагалі деградувала до рівня зворотного карго-культу.
В результаті тривалих випробувань у 2019 році було вирішено, що баки можна використати один раз для виведення і стикування модуля. При цьому було також вирішено продовжити термін експлуатації рушійної установки. Таким чином, після стикування його баки, рушійна установка і паливна система будуть мертвою вагою, а для підтримання станції будуть використовуватися інші модулі. Станом на зараз МЛМ-У “Наука” проходить випробування на космодромі Байконур, сьогодні (текст був написаний автором 21.01.2021. – Ред. АЦ) виявили чергову порцію недоліків по електриці і конструкції. Залежно від їх серйозності, запуск планується в травні або липні цього року.
Модуль “Наука” матиме місце для розташування наукових приладів і каюту для третього члена екіпажу (дві розташовані у СМ), а також другий санвузол (перший теж у СМ). На зовнішній поверхні буде розташована європейська рука-маніпулятор ERA, покращена версія робота Фьодора і 5 універсальних робочих місць УРМ-Н, на кожному з яких можна закріпити до 3 приладів.
МЛМ-У має 2 шлюзи:
– зенітний, яким він буде пристикований до СМ, а також
– надірний, до якого кріпиться гермоадаптер з ще двома шлюзами:
– надірним, до якого стикуватиметься УМ “Причал”, і
– переднім, на якому розташовуватиметься шлюзова камера для виходу у відкритий космос.
УМ “Причал” буде виведений одразу після МЛМ-У і пристикований до його надірного шлюзу. Він являє собою сферу з 6 шлюзами:
– зенітний, який стикується до МЛМ-У,
– лівий, до якого буде пристикований НЭМ,
– правий, до якого може бути пристикований НЭМ-2 у разі виготовлення,
– передній, кормовий та надірний, до яких можуть стикуватися кораблі “Союз” та “Прогрес”, а також наукові модулі.
НЭМ буде виведений у 2022 році і пристикований до лівого шлюзу УМ. Він матиме масив сонячних батарей високої потужності, баки і рушійну установу, і здебільшого замінить собою СМ. НЭМ матиме лише один шлюз (правий), яким він буде пристикований до УМ. Внутрішній об’єм матиме модульну конструкцію, яку можна буде змінювати залежно від ситуації.
Передбачається, що після завершення підтримки МКС у 2024 році модулі МЛМ-У, УМ та НЭМ будуть відстикувані від СМ і стануть Національною орбітальною космічною станцією. Для збільшення внутрішнього об’єму до них буде додано надувний трансформований модуль і другий НЭМ. Цікаво, що ця конфігурація не передбачає наявності базового блоку станції (такого як СМ “Звезда”), таким чином перебування на ній, скоріше за все, буде не надто комфортним.
Про автора Олексій Парновський, старший науковий співробітник у Інституті космічних досліджень НАН України та ДКА України, провідний інженер у Головному центрі спеціального контролю. Спікер партії Демократична Сокира з питань науки.