Модуль наука для чего
Большой фоторепортаж о модуле «Наука» для МКС
Корреспонденты «Комсомольской правды» Александр Милкус и Владимир Веленгурин первыми (из СМИ) побывали внутри долгожданного жилого отсека, который скоро отправится на Международную космическую станцию. Вашему вниманию предлагается сделанный ими большой фоторепортаж.
Прим. Все фотографии кликабельны и могут при желании увеличиваться еще больше.
Переодевались мы дважды
На проходной Космического центра имени Хруничева (входит в Госкорпорацию «Роскосмос») нам выдали белоснежные халаты с рисунком орбитальной станции «Салют», очень похожей на тот модуль, в гости к которому мы с фотографом Владимиром Веленгуриным и приехали.
А уже возле самого модуля мы сменили халаты на одежку со специальными антистатическими свойствами — кремовые рубашку, широкие штаны, шапочку и бахилы.
Так мы стали первыми «гражданскими», которым разрешили заглянуть внутрь уже готового к отправке на Байконур нового отсека российского сегмента Международной космической станции — многофункционального лабораторного модуля «Наука» (он же сокращенно МЛМ).
Поздний ребенок
«Наука» — модуль долгожданный, как поздний ребенок. И потому, как мне показалось, особенно тут, на Хруничева, трепетно любимый. По крайней мере о «машине» (так здесь называют изделия для космоса) рассказывали мне трогательно, даже, я бы сказал, с нежностью. Впрочем, это понятно: сколько сил и времени потрачено, чтобы МЛМ довести до ума и подготовить к самостоятельной, «взрослой» жизни.
Пока я натягиваю бахилы, зам. гендиректора Центра Хруничева Роман Хохлов отговаривает Веленгурина тащить с собой в модуль висящую на поясе тяжеленную «разгрузку» со сменными объективами и аккумуляторами. Места мало, вдруг он ненароком снесет какую-то стойку. Володя держится за экипировку, как солдат перед боем за последний рожок с патронами.
У МЛМ витиеватая судьба. Начали его создавать еще 25 лет назад — в 1995 году — как дублер функционально-грузового блока «Заря» — модуля, с которого строилась Международная космическая станция. В 2004-м решили, что его дооснастят приборами и он «не позднее 2007 года» полетит на орбиту как многофункциональная лаборатория.
Проблемы с финансированием… Следующая дата пуска — 2012 год. Но МЛМ из цеха «Хруничева» добрался до контрольно-испытательного центра РКК «Энергия» (эта «королевская фирма», как ее по старой памяти именуют и теперь, отвечает за российский сегмент МКС, входит в Госкорпорацию «Роскосмос») только в конце 2012. И тут начались чудеса…
Была ли грязь?
В середине 2013-го окольными путями (официального заявления, по-моему, так и не было) становится известно: в РКК «Энергия» в системах МЛМ обнаружили грязь в трубопроводах системы подачи топлива. Нужно переделывать. «Науку» возвращают на «Хруничева».
Я разговаривал со многими специалистами из РКК «Энергия», и из «Хруничева». Однозначного ответа на вопрос: «А был ли брак?» так и не получил.
В «Энергии» ссылаются на заключение специалистов, разобравших один из блоков топливной системы и обнаруживших там загрязнения. Но как посторонние частицы выглядели? Пожимают плечами. Как они могли попасть в замкнутую систему? «Ну с 1995-го года мало ли что могло произойти…»
Генеральный директор Центра имени Хруничева Алексей Варочко, пока Веленгурин фотографирует модуль, рассказывает:
— Решили не рисковать. С участием головных институтов отрасли приняли решение: вернули машину. Снимать, чистить и собирать всю систему заново было не эффективно. Мы все клапаны и трубопроводы срезали. А назад их уже не поставишь.
Для того, чтобы «Наука» смогла летать на «Хруничева» освоили новое производство, чтобы изготовить агрегаты и трубопроводы.
— 19 лет назад был выпущен крайний клапан, который использовался тогда на МЛМ, — объясняет Алексей Григорьевич. — Завода, который лил металл, из которого сделаны были топливные баки, тоже уже давно нет… Нами заново создано 576 трубопроводов.
Много слухов ходило про топливные баки. Мол, старые не реанимировать, в них грязь и микротрещины, на модуль поставят баки от разгонного блока «Фрегат». На самом деле на «Хруничева» проблему решили сами — топливные емкости разобрали, придирчиво проверили, испытали — никаких микротрещин и грязи не обнаружили. А потом поставили на место.
Но, как говорится, нет худа без добра. Теперь на МЛМ все, кроме маршевых двигателей и баков, новое.
— Нынешняя «Наука» — совсем другая машина! — аргументирует Варочко.
— В 2005-2006 годах на МКС был недостаток места для хранения научной аппаратуры, — поясняет генеральный конструктор КБ «Салют» (входит в Центр Хруничева) Сергей Кузнецов. — Поэтому предусматривалось много места в МЛМ отдать под склад. Наши американские коллеги готовы были доплачивать за то, чтобы лишний ящик поставить в модуль на хранение. Была идея разобрать стойки под аппаратуру и поставить стеллажи. Но к началу 2010-х дефицита мест под хранение уже не было. NASA пристыковало дополнительные модули. И запускать наш модуль под склад не было никакой необходимости. Поэтому его доработали с тем, чтобы мы могли в нем проводить максимальное количество научных экспериментов. Каюту для космонавта поставили. Снаружи будет манипулятор. Теперь это большая летающая лаборатория.
А я добавлю еще, забегая немного вперед. Гарантийный срок «Науки» — семь лет (потом его можно продлевать и, судя по модулям МКС, для таких «машин» и двадцать лет не предел). Если в 2024-м будет решено прекратить полет МКС (а пока такой срок объявлен) — свежую «Науку» с узловым модулем и научно-энергетическим модулем, который сейчас доделывают в РКК «Энергия», можно будет отстыковать и у России будет своя орбитальная станция. Прерывать пилотируемые полеты нельзя — если мы даже несколько лет «просидим» на земле, восстанавливать и темп производства пилотируемой техники, и ритм подготовки космонавтов будет труднее и дороже.
— Перспективный полет на Луну и Марс тоже сейчас изучается, — заглядывает еще дальше в будущее (надеюсь, не очень далекое) Сергей Кузнецов. — Речь может идти и о том, что российский сегмент на околоземной орбите станет перевалочной базой. Здесь будут заправляться лунные модули, экипаж отдыхать. Такую возможность мы прорабатываем.
Больше места
Осторожно по проложенному через люк трапу мы вползаем в модуль. Внутри полутьма. Лишь дает луч лампа дневного света. Испытания в Центре закончены. Модуль начинают разбирать, чтобы перевезти на Байконур.
Сейчас вся орбитальная квартира российских космонавтов — служебный модуль «Звезда», малый исследовательский модуль «Поиск», модуль «Рассвет». Функционально-грузовой модуль «Заря» даже в расчет брать не стоит — он и есть склад. Да и статус у него странный — считается частью российского сегмента, но построен на американские деньги. В общем, всего жилого объема около 70 кубометров. Не густо. У американцев с партнерами в 10 раз больше.
Если пересчитать в земных метрах, получается, у наших космонавтов на орбите весь доступный объем — это двушка в панельке с 6-метровой кухней. С той лишь разницей, что на земле нельзя полежать на стене или поработать на потолке. Было время, когда на станции летал наш экипаж из трех человек. Двое засыпали в каютах в нашей «Звезде», а третий на постой плыл к американцам.
Когда астронавты начнут регулярно летать на МКС на своих кораблях, российский экипаж увеличится до трех человек (сейчас двое, третье кресло в «Союзе» занимает представитель NASA). И третьего космонавта можно будет загрузить научными исследованиями — тут как раз «Наука» и подлетит.
Важно, что программа научных исследований будет гибкой. Прежде эксперименты, которые проводили в космосе, согласовывали по несколько лет. Пока все бумаги подпишут, прибор разработают — глядишь, и актуальность пропадет. Теперь Роскосмос создал «службу одного окна» — научный институт может обратиться с предложением провести эксперимент и, если его важность будет подтверждена, довольно быстро получить ответ.
Примеры быстрого включения в научную повестку уже есть. В 2018 году частная компания «Инвитро» отправила на МКС 3D биопринтер и наши космонавты напечатали образцы живой ткани. Смысл такой: со временем в невесомости печатать органы человека с тем, чтобы затем трансплантировать их на земле.
Внутри
…В модуле я встаю в полный рост. Проход похож на коридор в пассажирском вагоне. С той лишь разницей, что окон нет — с двух сторон бордовые панели с замками.
Роман Хохлов поддевает за кольцо, и панель легко снимается. Это сделано для того, чтобы космонавты могли добраться до любого прибора и любой системы.
К панелям крепятся съемные поручни. Мешает — отстегнул или перенес на другое место, где будешь работать. Я нажимаю на кнопку, и поручень у меня в руке. Еще одно движение — щелк — и он снова на своем месте.
Рабочих мест для занятия наукой в МЛМ будет около тридцати.
— Посадочные места под научную аппаратуру универсальные, можно будет один блок снять, когда эксперимент закончат, и поставить другой, — показывает Роман Хохлов.
Справа от меня ящик для инструментов. Здесь будет все, что нужно космонавтам для ремонта аппаратуры и ее установки.
Чуть ниже под ним кронштейны — здесь будет крепиться откидной стол. Слева закуток с туалетом. Почему-то этим устройством интересуются чаще всего. Туалет тут «классический», такой стоит и в служебном модуле «Звезда». По этой же схеме РКК «Энергия» разработала туалет и для американского сегмента. Когда МЛМ долетит — у нашего экипажа будет два туалета, как в квартире ВИП-класса.
Справа — два компьютера, вмонтированные в стойку. Клавиатура и жидкокристаллические экраны. Не сенсорные. Протестированы для работы в невесомости. На экранах будет отображаться информация со всех систем модуля.
Возле одного из компьютеров — гнездо под рукоятку манипулятора европейского робота ERA. Слева и справа от компьютеров будут петельки, чтобы космонавты могли зафиксироваться у пульта управления.
Прежде на подобные модули устанавливали систему управления харьковского КБ «Хартрон». Теперь, понятно, на спецов с Украины рассчитывать сложно. Систему управления разработали в РКК «Энергия».
Слева под условным потолком — печь, в которой можно выращивать кристаллы.
Манипулятор ERA
Еще один уникальный элемент МЛМ разработан Европейским космическим агентством. 1800-килограммовый робот-манипулятор, который прикрепят на внешней поверхности модуля, может как таскать до 8 тонн грузов по поверхности станции, так и доставлять что-то из модуля наружу или наоборот. Например, устанавливать новое оборудование. А может и «катать» космонавтов к нужному месту.
Робот, длина которого 11 метров, умеет сам «шагать» по модулю. На его поверхности есть четыре точки, куда он может перешагивать и там сам себя закреплять. Точность перемещения грузов — до 5 мм.
Кстати, часть научного оборудования для МЛМ закидывали грузовыми кораблями еще с 2016 года. Оно до поры до времени закреплено на внешней поверхности других модулей (ну не загромождать же внутри станции). Вот ERA и будет переносить их в «Науку», а космонавты — устанавливать.
Каюта
…Дальше можно передвигаться на корточках. Проход широкий, но над нами нависает шкаф с желтой дверцей и окошком в ней. Свечу фонариком, чтобы разглядеть, что внутри. Веленгурин кряхтя пытается снять скудно подсвеченную каюту.
На орбите нет пола и потолка. Космонавты смогут подлетать, открывать дверцу и залетать в каюту. Внутри просторно — больше места, чем на верхней полке в плацкарте. Есть вентиляция и средства связи с другими членами экипажа. А вот нам развернуться трудно.
— Правильно устроить систему климат-контроля — это серьезная научная работа, — говорит Хохлов. — В нее входят и вентиляторы, и специальные теплообменники. На станции не должно быть застойных зон, где может собираться пыль, поэтому движение воздуха должно быть по всему объему, в том числе и за панелями. Воздух гонится к специальным пылефильтрам.
Система, вырабатывающая кислород, тоже расположена в «Науке». Причем он будет вырабатываться в избытке, чтобы можно было поделиться с другими российскими модулями.
Отдельная история с вентиляторами. Космонавты жаловались, что в служебном модуле они слишком шумные. Для МЛМ их доработали с тем, чтобы шумели не так сильно. Специально проводили акустические испытания. Хотя…
— Шумят не только вентиляторы, — продолжает экскурсию Хохлов. — Треть приборов модуля требуют охлаждения. Система терморегулирования отводит или приводит тепло к приборам. Работают насосы. По всему модулю протянуты трубы с охлаждающей жидкостью вроде антифриза, только состав посложнее. Лишнее тепло отводится наружу на специальные панели. В каждом отсеке — извещатели дыма. Есть СРВУ — система регенерации воды из урины. Только почему-то космонавты не очень охотно ею пользуются. Есть и система регенерация кислорода — иначе воздуха не навозишься. Возят с земли топливо, питьевую воду и еду.
Один иллюминатор
Заканчивается модуль гермоадаптером. Это отдельный шар, внутри которого два стыковочных узла и единственный на всю «Науку» иллюминатор. Сюда будет стыковаться узловой модуль, а уже к нему научно-энергетическая платформа. Если закрыть крышку люка между основным помещением модуля и гермоадаптером, последний может быть и шлюзовой камерой, откуда космонавты выходят в открытый космос.
— А наступать куда можно? — осторожно спрашивает Веленгурин, который уже выбрался в гермоадаптер и ищет точку для съемки.
Стыковочное устройство у «Науки» универсальное — усовершенствованная система, которую разрабатывали еще для полета «Союз»-«Аполлон». Теперь АПАС — андрогинно-периферийное стыковочное устройство — международный стандарт. И, если будет необходимо, к нашей «Науке» сможет пристыковаться даже Crew Dragon Илона Маска.
Поедет «скелет»
— Вы чего там застряли? — в люке с другой стороны появляется встревоженная голова Варочко.
А мы все еще изучаем закоулки «Науки».
— Здесь внутри в проходе будет специальная рама, на которую тоже установим оборудование. Пустым МЛМ не полетит. Он будет набит под завязку … —объясняет Хохлов.
Вылезаю из модуля и сталкиваюсь взглядом с Феликсом Дзержинским. Портрет главного чекиста повешен прямо перед лестницей, ведущей вниз.
— Контролирует качество, — полушутя комментируют мне.
Вокруг «Науки» снуют люди в белых халатах. Максимальный диаметр, который можно провезти по нашим железным дорогам, — 4 метра. «Наука» в собранном состоянии будет существенно толще. Поэтому солнечные батареи, панели и другое оборудование повезут отдельно в десяти железнодорожных вагонах. И все уже окончательно, включая манипулятор, соберут на Байконуре. Там же пройдут заключительные испытания.
— Поедет «скелет», накрытый технологическим обтекателем, — объясняет генеральный конструктор.
Время на сборку
На Байконуре на МЛМ поставят микрометеоритную защиту, укутают экранно-вакуумной изоляцией.
Пока в графике пусков отправка ракетой «Протон» «Науки» к МКС запланирована на апрель 2021 года.
— Писали в СМИ, что понадобится десять выходов космонавтов в открытый космос, чтобы собрать МЛМ… — говорю я Варочко. Тот удивленно разворачивается ко мне:
— Зачем?! Модуль состыкуется, а когда откроются люки, его сразу можно будет использовать. И причаливать он будет сам. Вон видите движки по периметру — двигатели ориентации. Их много. Тяжелая машина массой больше 20 тонн способна к микроперемещениям. В отличие от американских модулей, которые подводили к станции специальной рукой-манипулятором.
Выходы в открытый космос понадобятся, чтобы забрать с поверхности станции приборы, которые на ней хранятся, и занести в «Науку».
— Если бы тогда команда РКК «Энергия» и Центра Хруничева работала также слаженно, как сейчас… — Варочко не отпускают события начала нынешнего десятилетия. — Теперь у нас нет такого — чтобы позвонил в «Энергию» с вопросом — а они «хорошо, завтра ответим». Бывает, в 12 часов ночи в субботу возник вопрос. А в 2 часа утра они уже здесь, в цеху, разбираемся.
— Правда ли, что Россия потеряла опыт создания таких сложных корпусов, вроде корпуса МЛМ? — спрашиваю я, вспомнив еще одну статью «эксперта».
И снова Варочко смотрит на меня удивленно:
— Сейчас по соседству — еще шесть таких «корпусов»! Это же части первой ступени ракеты «Протон»! Никаких навыков мы не растеряли, и изготавливать можем, и разводку техники проводить. Но нам важно такие станции и дальше создавать. Если следующую начнем строить через 20 лет — понятно, все придется начинать с нуля. А сейчас в цеху есть профессионалы, которые работали еще при создании первого варианта МЛМ. И они передают опыт молодым инженерам. В этом смысле, может, тоже хорошо, что с пуском «Науки» задержались. На ней училось новое поколение хруничевцев.
И это абсолютная правда — в бригаде, которая занимается МЛМ — в основном молодые ребята, лет около тридцати, а то и меньше. Сосредоточенные, внимательные.
Если все пойдет по плану, «Науку» будут принимать космонавты Сергей Рыжиков и Сергей Кудь-Сверчков, которые полетят на МКС в октябре. Либо Олег Новицкий и Петр Дубров, которые должны стартовать в апреле 2021 года. Пока на третье кресло в этом экипаже претендует американец Марк Ванде Хай. Но контракт на этот полет еще не заключен. И если NASA начнет летать на МКС на своих кораблях, есть шанс, что в экипаж включат еще одного российского космонавта.
— С 2012 года двенадцать экипажей учились работать с «Наукой», — говорит Варочко. — В гидролаборатории в Центре подготовки космонавтов есть стенд для входа и выхода в модуль. А в другом корпусе ЦПК — тренажер.
…На прощание мы с Веленгуриным обходим МЛМ по периметру. Володя доснимает последние кадры. Весь корпус «Науки» увит трубопроводами, проводами, закрыт панелями и баками. На нем, как говорится, живого места нет. И тут понимаешь, насколько «космическая цистерна» сложное сооружение. В окончательном виде она будет напоминать многослойный гамбургер. А над всеми панелями еще установят поручни для передвижения космонавтов в открытом космосе.
4 августа «Наука» и все ее части, погруженные в специальные железнодорожные вагоны, поедут, наконец, на Байконур. Очень надеюсь, что приключения «Науки» на земле на этом закончатся, она все экзамены сдаст на отлично и отправится в следующем году на орбиту.
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.