Модуль наука для мкс параметры орбиты
Модуль «Наука» состыковался с МКС
Точное время касания «Науки» и МКС, согласно поступившей телеметрической информации: 16:29:01 по московскому времени.
Роскосмос на 29 июля 2021 года в 16:30 по московскому времени успешно произвел стыковку многоцелевого лабораторного модуля (МЛМ) «Наука» с российским сегментом МКС.
Вид на МКС с бортовой камеры модуля «Наука».
Первый вид на модуль «Наука» с МКС.
Несколько метров до МКС.
«Наука» во всей красе.
Есть стыковка.
Модуль «Наука» пристыковался к надирному порту служебного модуля «Звезда». Космонавты на борту станции были готовы к приему модуля. Ранее Роскосмос подтвердил готовность стыковочных агрегатов российского сегмента МКС для запланированной стыковки модуля «Науки», который находился на орбите сближения со станцией.
Прямая трансляция стыковки
В течение полутора часов после завершения стыковки космонавты проведут контроль герметичности стыковочных соединений и технологических коммуникаций. В 18:15 мск планируется открытие люка переходного отсека модуля «Звезда» и еще через несколько минут открытие люка нового российского модуля, а также вход экипажа в жилую зону приборно-герметичного отсека. Программа космонавтов на сегодня при работе в модуле заключается только в установке приборов для анализа и очистки атмосферы на борту прибывшей «Науки».
Текущая конфигурация МКС.
Последний раз российский модуль стыковался к МКС в 2010 году. Это был малый исследовательский модуль «Рассвет».
Модуль «Наука» начали строить еще в 1995 году. Изначально его позиционировали в качестве дублера блока «Заря» — первого модуля МКС. Через 9 лет, в 2004 году его решили преобразовать в полноценный летный модуль научного назначения со стартом в 2007 году. С тех пор запуск модуля постоянно откладывали. МЛМ «Наука» в обновленной версии ждала запуска с 2017 года. Эта процедура постоянно откладывалась из-за недоделок и проблем. Некоторые из них были устранены буквально перед стартом. Финальная версия сборки модуля «Наука» на Байконуре прошла более 700 проверок, включая электрические тесты и испытания в вакуумной камере.
Изменение параметров орбиты модуля «Наука» после старта. Он медленно поднимался и приближался к МКС в течение 8 суток.
Модуль «Наука» предназначен для реализации российской программы научно-прикладных исследований и экспериментов. После ввода в эксплуатацию МЛМ «Наука» российский сегмент МКС получит дополнительные объемы для обустройства рабочих мест и хранения грузов, размещения аппаратуры для регенерации воды и кислорода. Российские космонавты получат второй туалет, каюту для третьего члена экипажа, а также европейский манипулятор ERA, который позволит выполнять некоторые работы без выхода в открытый космос.
Модуль «Наука» в Государственном космическом научно-производственном центре имени М.В. Хруничева во время испытаний.
На старте в составе модуля полетело 200 кг научного оборудования и 300 кг специальных кронштейнов и креплений. Всего в дальнейшем на транспортных кораблях Роскосмос выведет еще 1,6 тонны научного оборудования для проведения экспериментов на МЛМ «Наука».
Заявленный срок службы модуля на МКС — 15 лет. Роскосмос планирует его использовать на МКС как минимум до 2030 года. Первые 12 месяцев после пуска модуль будет проходить различные этапы летных испытаний.
21 июля 2021 года Роскосмос запустил к МКС многоцелевой лабораторный модуль (МЛМ) «Наука». Его полет был не без проблем, но Роскосмос их решил. Модуль «Наука» занял место модуля «Пирс», который был отстыкован и затоплен в Тихом океане 26 июля.
Обновление публикации: Международная космическая станция развернулась на 45 градусов из-за внештатного включения двигателей модуля «Наука». Наземные специалисты вернули контроль над станцией и все системы МКС в норме. Согласно трансляции NASA, для компенсации импульса пришлось задействовать двигатели модуля «Звезда» и грузового корабля «Прогресс». В Роскосмосе объяснили инцидент работой с остатками топлива в модуле «Наука».
Орбита модуля «Наука» поднялась после коррекции примерно на 20 километров
Орбита российского модуля МЛМ «Наука», который летит к Международной космической станции, после включения двигателей в пятницу, 23 июля, выросла примерно на 20 километров, свидетельствуют данные американских военных, опубликованные на специализированном сайте Space-track.org. «Роскосмос» подтвердил, что в пятницу прошли два корректирующих маневра, но данных о новой орбите не сообщил.
Многофункциональный лабораторный модуль «Наука» успешно стартовал с космодрома Байконур 21 июля, однако вскоре после запуска на борту модуля, по информации источников в отрасли, возникли неполадки в топливной системе, которые не давали возможность запустить основные двигатели. Вечером 22 июля «Роскосмос» сообщил, что «Наука» смогла запустить двигатели, это позволило увеличить перигей орбиты со 190 до 224 километров. Однако по характеру работы двигателей стало ясно, что коррекция орбиты выполнялась не с помощью главных двигателей коррекции и сближения (ДКС), а вспомогательных двигателей причаливания и стабилизации — ДПС (подробнее о них мы рассказывали в нашем блоге «Какие двигатели включала „Наука“?»).
Серия снимков «Науки», сделанная астрономом-любителем Ральфом Вандебергом
Ralf Vandebergh / Spaceweather.com
Судя по данным американских военных, большая полуось орбиты МЛМ с ночи на 23 июля выросла почти на 20 километров. На 03:04 по московскому времени пятницы, 23 июля, перигей орбиты «Науки» находился на высоте 224,3 километра, апогей — 347,5 километра. В 07:55 субботы, 24 июля, перигей поднялся до 238,4 километра, а апогей — до 370,3 километра.
«Роскосмос» не дает информации о том, какие двигатели модуля использовались для коррекции орбиты. На субботу, по информации госкорпорации, планируются новые «импульсы для дальнейшего выстраивания орбиты».
Об истории модуля МЛМ вы можете прочитать в нашем материале «Роковая стружка», а о том, как модуль должен был лететь к МКС — в материале «Провожаем „Науку“».
Роскосмос штатно провел две коррекции орбиты модуля «Наука»
Многоцелевой лабораторный модуль (МЛМ) «Наука» за несколько дней перед стартом.
Роскосмос сообщил о штатном проведении 24 июля двухимпульсной коррекции орбиты МЛМ «Наука». Следующий запуск двигателей модуля состоится 27 июля. МКС уже близко.
Роскосмос не сообщил текущие параметры орбиты модуля «Наука», как и дополнительную информацию о работоспособности ее элементов. Последний раз, когда госкорпорация отчиталась о параметрах орбиты модуля было 22 июля.
Изменения параметров орбиты «Науки» после старта по данным астронома Джонатана МакДауэлла.
Роскосмос до сих пор не провел отстыковку модуля «Пирс», хотя планировал это сделать сначала 23 июля, а потом объявил о переносе на сутки.
По информации космического журналиста Анатолия Зака, Роскосмос собирается теперь 26 июля провести на МКС процедуру отстыковки грузового корабля «Прогресс МС-16» и модуля «Пирса» от стыковочного узла, куда предстоит пристыковать модуль «Наука». После этого через 4 часа состоится затопление модуля «Пирс» и «Прогресс МС-16» в Тихом океане. Модуль «Пирс» был запущен с космодрома Байконур 15 сентября 2001 года. Это был дополнительный порт причаливания пилотируемых и грузовых кораблей серии «Союз» и «Прогресс». Он также служил для обеспечения выхода экипажа в космос по российской программе.
Данные о переносе отстыковки «Пирса» также подтвердили на американском сегменте МКС. Сейчас в модуле проводится частичная разгерметизация.
Ранее 23 июля специалисты группы управления полетом «Науки» провели 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». Стыковка модуля с МКС была запланирована на 29 июля 2021 года в 16:26 по московскому времени. Теперь это время может быть скорректировано.
Догоняем «Науку»: что мы узнали о полете модуля из отчетов ЦУПа
Полет «Науки» к МКС оказался не менее волнительным, чем его многолетнее ожидание. Модуль не сразу смог включить двигатели, чтобы после отсоединения от ракеты-носителя лечь на курс к МКС, космонавты во время стыковки чуть было не перешли в режим ручного управления, а после всего этого «Наука» еще и попыталась выйти из состава станции, включив двигатели на увод. В распоряжение редакции попали «отчеты по работе экипажа МКС-65», которые каждое утро рассылаются в организации российской космической отрасли, связанные с этим проектом. С 22 по 30 июля в них есть раздел «Автономный полет МЛМ», где коротко сообщалось о том, что происходит с «Наукой»: какие операции проводились, что планируется на следующий день, параметры орбиты, состояние систем. Давайте посмотрим, что нового можно из этих сообщений извлечь.
Модуль «Наука» отделился от третьей ступени ракеты «Протон-М» и вышел на орбиту через 580 секунд после запуска с космодроме Байконур, примерно в шесть вечера 21 июля. Аппарат успешно развернул солнечные батареи и антенны.
Сразу не раскрылась только одна из двух антенн системы автоматической стыковки «Курс-А» (2АСФ1М-ВКА) — но и это случилось чуть позже, в тот же день. Также не удалось протестировать основную и резервную системы управления из-за отказов двух датчиков инфракрасной вертикали (ИКВ), которые используются для определения ориентации модуля относительно Земли — но из сообщений за 24 июля видно, что работу системы управления также удалось наладить. В последующих отчетах есть сведения и о других отказах, с которыми справлялись в ЦУПе. Например, 29 июля, перед самой стыковкой не удалось сориентировать модуль с помощью звездного датчика БОКЗ1. На следующем витке специалисты порекомендовали использовать резервный БОКЗ2, и на этом сюжет закончился.
Звездный датчик БОКЗ (слева) и ИКВ (справа)
Но в день старта произошел сбой в еще одной системе — топливной. И он оказался как будто бы серьезнее всех прочих. Из-за него плановое включение двигателей для первой коррекции орбиты «Науки» заставило поволноваться всех, кто следил за ее полетом. Неизвестно, однако, разделяли ли это волнение в ЦУПе: циклограмма — то есть план полета модуля к МКС не публиковалась, а двигатели «Науки» российские специалисты в конце концов включили.
Вот на какие вопросы мы искали ответы в отчетах:
Что могло случиться с баками
22 июля о неполадках в топливной системе сообщил наш источник в отрасли. По его словам, данные телеметрии указывали либо на разрыв сильфона в одном или нескольких баках «Науки» (о том, что это такое и какую роль они сыграли в истории МЛМ, читайте в материале «Роковая стружка») — либо на сбой в системе клапанов.
Чтобы понять, в чем разница, надо разобраться с устройством топливной системы МЛМ.
Фрагмент схемы пневмогидравлической системы модуля «Наука»: видны шесть баков для горючего и окислителя, черными линиями обозначены трубопроводы для топлива, серыми — для газа наддува
Топливо (под этим термином понимают горючее и окислитель вместе) на борту МЛМ хранится в шести емкостях объемом по 400 литров каждая. Это четыре бака низкого давления: по два для горючего и окислителя (БНДГ1 и БНДО1, БНДГ3 и БНДО3), а также два бака высокого давления (БВДГ и БВДО).
Из баков низкого давления берут топливо два двигателя коррекции и стабилизации (ДКС), самые мощные двигатели на борту модуля. Они оснащены турбонасосами.
Остальные двигатели, 24 двигателя причаливания и стабилизации (ДПС) и 16 двигателей точной стабилизации (ДТС), предназначены для изменения ориентации модуля, стабилизации его положения и «тонких» маневров при стыковке. Они имеют значительно меньшую тягу и получают топливо из баков высокого давления, поскольку у них нет собственных турбонасосов. Эти двигатели работают именно благодаря давлению газа наддува, то есть топливо подается в их камеры сгорания с помощью вытеснительной системы подачи.
Так же — от баков высокого давления — работают дополнительные двигатели управления креном. Два блока по шесть таких двигателей (на схеме МДДК) — новшество, их не было в исходной конструкции ФГБ, и формально в состав двигательной установки модуля они не входят, а образуют вместе с ней комбинированную систему двигательной установки — КсДУ.
Каждый бак модуля «Наука» разделен внутри на две полости сильфонами. С одной стороны сильфона в бак подается гелий из системы наддува, в другой находится жидкий компонент топлива. Газ создает давление в топливной системе, необходимое для корректной работы двигателей (разным двигателям нужно топливо под разным давлением). Повреждение сильфона могло привести к тому, что в баке вместо разделенных топлива и газа появилась «газировка» — топливо с разнокалиберными пузырями газа. Топлива с газом может привести к сбоям в работе двигателей, в частности, их турбонасосных агрегатов.
Сбой в работе клапанов может поменять давление в системе — если будет открыт «неправильный» вентиль, то давление тоже может измениться не так, как должно. Однако пузыри газа в топливе никакой комбинацией открытых и закрытых вентилей не создашь: трубопроводы системы наддува и топливные магистрали везде разделены.
Что в отчетах?
В данных ЦУПа ни за 21-е число, ни за следующие дни, о механических повреждениях сильфонов или попадании в топливо газа наддува — ни слова.
Вместо этого там сообщается, что вечером в день запуска, когда модуль начал выстраивать солнечную ориентации по данным со звездного датчика, «произошло объединение баков высокого и низкого давления горючего и окислителя».
Двигатели «Науки»: ДКС (11Д442), ДПС (11Д458) и ДТС (17Д58Э), масштаб не соблюден
Согласно отчету, на третьем витке «Науки» из одного бака высокого давления с горючим (БВДГ) и бака высокого давления с окислителем (БВДО) топливо начало перетекать в баки низкого давления, БНДГ3 и БНДО3 (тройка, соответственно, обозначает номер бака).
Почему это произошло, мы не знаем. Возможно, что дело в программной ошибке — для того, чтобы это «объединение» произошло, нужно, судя по схеме, открыть как минимум два не связанных друг с другом клапана.
Тем не менее, в результате инцидента половина топлива на борту «Науки» должна была стать недоступна для главных двигателей ДКС — потому что давление в баках № 3 оказалось выше допустимого для них. Судя по параметрам ДКС, они могут работать при давлении топлива на входе от 0,3 до 0,6-0,8 мегапаскаля, в то время как двигатели ДПС и ДТС, которые получают топливо из баков высокого давления рассчитаны на 1,47 мегапаскаля.
Итак, проблемы с двигателями «Науки», по данным из ЦУПа, были связаны не с многострадальными сильфонами, а сбоем пневмогидравлической системы.
Как ЦУП решал проблему
Судя по отчету, 22 июля специалисты провели «отсечку баков высокого давления от баков низкого давления» и наконец выполнили коррекцию траектории полета «Науки».
По сообщению пресс-службы Роскосмоса, первое включение произошло в 18:07, двигатели проработали 17,23 секунды, а скорость выросла на 1 метр в секунду. Второй импульс — в 20:19, время работы — 250,04 секунды, а приращение скорости — 14,59 метра в секунду. Сочетание длительного времени работы и относительно скромной прибавки заставило нас предположить, что МЛМ включил не маршевые двигатели ДКС, а вспомогательные — ДПС (читайте об этом в блоге «Какие двигатели включала «Наука»?»).
В материалах ЦУПа это сказано прямо: маневр проводился на двигателях причаливания и стабилизации (ДПС), причем горючее и окислитель к ним в тот момент поступали не от «штатных» баков, а от баков низкого давления (давление в которых должно было быть выше штатного из-за «объединения»). Вспомогательные двигатели ДПС и ДТС, которые запитываются от баков высокого давления, требуют от 1 до 2 мегапаскалей (номинальное значение 1,47 мегапаскаля).
Основной целью маневра был подъем перигея. Если бы модуль оставался на орбите, на которую был выведен, он очень скоро (примерно через 30 витков, то есть через двое суток) мог зарыться в верхние слои атмосферы и упасть на Землю. Кроме того, можно предположить, что таким образом специалисты ЦУПа не только поднимали орбиту, но и сжигали топливо, чтобы снизить давление в БНДГ3 и БНДО3.
Третий день полета, 23 июля, стал крайне напряженным. Для коррекции снова включались двигатели ДПС, которые опять брали топливо из баков низкого давления (видимо, оно там было все еще достаточно высоким). В отчете впервые говорится, сколько именно двигателей включалось — шесть из 24 ДПС. Они добавили модулю 4,4 метра в секунду.
Вероятно, что и в предыдущей коррекции участвовали только шесть ДПС. Дело в том, что двигатели ДПС и ДТС расположены на корпусе «Науки» группами, в виде четырех связок, две со стороны кормы, где находится активный стыковочный узел (именно им модуль стыковался к МКС) и две — со стороны носа (сферической «головы» МЛМ, куда будет пристыкована шлюзовая камера). В каждой связке три двигателя ДПС направлены соплами вдоль продольной оси, то есть их запуск придает «Науке» поступательное движение — в одну или другую сторону.
«Наука» на Байконуре: слева видны сопла блока из шести двигателей МДДК, правее — блок из семи двигателей ДПС
Роскосмос / Космический центр «Южный»
Таким образом, если мы захотим разогнать МЛМ в одну сторону, мы сможем запустить не более шести двигателей ДПС одновременно, в двух связках со стороны носа или кормы — остальные будут, наоборот, тормозить модуль. Можно предположить, что всякий раз, когда коррекция орбиты велась с помощью ДПС, на борту работали не более, чем шесть двигателей.
После коррекции (которая должна была еще несколько снизить давление в баках низкого давления-3) специалисты занялись «переконфигурацией КсДУ». В чем была суть этой переконфигурации, в документе не уточняется.
Затем специалисты разделили «первые» и «третьи» баки по наддуву, то есть трубопроводы с газом наддува к этим бакам оказались разделены. К «первым» бакам подключили маршевые двигатели ДКС, а затем с помощью системы наддува подняли на 1,47 мегапаскаля давление в «третьих» баках (из которых до сих пор получали топливо двигатели ДПС) — это номинальное давление для работы ДПС.
Наконец в этот же день впервые в тестовом режиме был запущен маршевый двигатель ДКС1, который до этого подключили к «первым» бакам. Судя по всему тест прошел удачно, прибавка скорости оказалась почти точно равна расчетной — 7,04 против 7 метров в секунду.
Пресс-служба Роскосмоса не стала говорить об этих подробностях, сообщив лишь, что специалисты «провели два корректирующих маневра».
На четвертый день полета, 24 июля, была проведена полноценная коррекция орбиты с помощью ДКС1. Два включения двигателя обеспечили приращение скорости в 24,02 и 14,03 метра в секунду.
После этого манипуляции с топливной системой и системой наддува из отчетов ЦУПа исчезают. ДКС1 благополучно поднимает орбиту модуля и успешно работает до самой стыковки.
Чего мы не узнали
Можно ли свести баланс и понять, сколько топлива могло остаться в баках? Всего в шесть 400-литровых бака МЛМ могло быть залито около 950 килограммов горючего и 1730 килограммов окислителя (различие возникает за счет разной плотности компонентов), то есть суммарно около 2680 килограмма топлива.
Сколько именно было заправлено в баки МЛМ, мы не знаем, но знаем, сколько потратила по дороге на орбиту «Заря». По данным журнала «Новости космонавтики», через две недели после вывода первого модуля МКС на орбиту на его борту оставалось еще 2648 килограмма топлива без учета недоступного для двигателей остатка (около 200 килограммов). То есть все ее двигатели: и ДКС, и двигатели ориентации, потратили 559 килограммов топлива за все путешествие. Можно предположить, что примерно столько же могла сжечь и «Наука».
Фото модуля «Наука» после стыковки с МКС. Справа ближе к «хвосту» видно сопло ДКС (в данный момент закрыто крышкой) и черный лоток отвода газов от корпуса модуля
Кроме того, на момент стыковки в баках модуля должен был оставаться «неприкосновенный запас» запас топлива, необходимый на отвод от МКС и управляемый свод с орбиты. «Союзам» на эти операции требуется суммарный запас скорости около 80-100 метров в секунду, то есть «Науке» для этого нужно 450-580 килограммов топлива.
Таким образом, если «Наука» не была сильно недозаправлена (например, если в ее баках было меньше 1000 килограммов топлива), угрозы, что модуль не сможет повторить попытку стыковки с МКС, не было — если не предположить, что в результате сбоя какая-то часть топлива оказалась недоступной для двигателей — например, если часть баков оказалась изолирована, или в топливо попал газ наддува из-за разрыва сильфона.
Если это все-таки произошло, то из общего запаса могло быть выключено порядка 400-500 килограммов горючего или окислителя, то есть примерно 800-900 килограммов топлива (оставшийся «лишний» окислитель или «лишнее» горючее бесполезно). В этом случае, если «Наука» на старте была заправлена полностью, на борту должно было остаться примерно 1200 килограммов топлива — даже если один бак был бы выключен.
Можно ли определить, сколько топлива сожгли двигатели «Науки» уже после стыковки? Модуль «Наука» самопроизвольно включил двигатели и привел МКС в движение примерно через три часа после успешной стыковки. Из данных ЦУПа, мы знаем, что причиной инцидента была «некорректная работа программного обеспечения МЛМ», которое выдало на двигатели ДПС команду «на отвод» — то есть они «оттаскивали» «Науку» от МКС. Двигатели, по данным ЦУПа, отключились только после того, как кончилось топливо в баках высокого давления.
По данным NSF, двигатели ДПС работали 55 минут. Но сколько именно топлива они сожгли, определить сложно. Суммарно в двух баках высокого давления около 890 килограммов. Если предположить, что все 55 минут работал только один двигатель ДПС (а чтобы уводить модуль как можно быстрее можно было включить шесть из них), то при расходе топлива 158 граммов в секунду, он мог сжечь 521 килограмм топлива.
Но и это не минимально возможное количество топлива в баках высокого давления. Двигатели ДПС, как правило, не работают непрерывно — продолжительность непрерывного импульса не должна превышать 1000 секунд. Сколько было импульсов, какие были паузы между ними, сколько в них участвовали двигателей, из бумаг ЦУПа неизвестно.
Поэтому каким был риск, и могли ли специалисты провести вторую попытку стыковки — мы не знаем.