Космос. Международная космическая станция
Кратко о статье: МКС — самый дорогостоящий и амбициозный проект человечества на пути к освоению космоса. Впрочем, строительство станции в самом разгаре, и пока неизвестно, что будет с ней через пару-другую лет. Мы рассказываем о создании МКС и планах по ее завершению.

Космический дом

Международная космическая станция

Ты остаешься за главную. Но ничего не трогай.

Шутка русских космонавтов в адрес американки Шэннон Люсид, которую они повторяли каждый раз, когда выходили со станции “Мир” в открытый космос (1996).

В далеком 1952 году немецкий ракетостроитель Вернер фон Браун говорил, что человечеству очень скоро понадобятся космические станции: как только оно выйдет в космос, его уже будет не остановить. А для планомерного освоения Вселенной нужны орбитальные дома. 19 апреля 1971 года Советским Союзом запущена первая в истории человечества космическая станция “Салют 1”. Она была длиной всего 15 метров, а объем обитаемого пространства составлял 90 квадратных метров. По нынешним меркам первопроходцы летали в космос на ненадежном металлоломе с начинкой из радиоламп, однако тогда казалось, что в космосе для человека больше нет преград. Сейчас, 30 лет спустя, над планетой висит всего один обитаемый объект “Международная космическая станция”.

Она — самая крупная, продвинутая, но в то же время и самая дорогостоящая станция среди всех, что когда-либо запускались. Все чаще задаются вопросы — а нужна ли она людям? Мол, что вообще нам надо в космосе, если и на Земле осталось так много проблем? Пожалуй, стоит разобраться — что представляет собой этот амбициозный проект?

Рокот космодрома

Международная космическая станция (МКС) — совместный проект 6 космических агентств: Федерального космического агентства (Россия), Национального агентства по аэронавтике и исследованию космического пространства (США), Японского Аэрокосмического Исследовательского Управления (JAXA), Канадского космического агентства (CSA/ASC), Бразильского космического агентства (AEB) и Европейского космического агентства (ESA).

Впрочем, не все члены последнего приняли участие в проекте “МКС” — Великобритания, Ирландия, Португалия, Австрия и Финляндия отказались от этого, а Греция и Люксембург присоединились позднее. По сути, в основе МКС лежит синтез несостоявшихся проектов — русской станции “Мир-2” и американской “Свобода”.

МКС расположена на высоте около 350 километров над Землей (низкая орбита). Каждый день она снижается на 65-100 метров, из-за чего приходится периодически поднимать ее двигателями. На полный оборот вокруг планеты уходит 91,55 минуты. К июню 2005 года станция совершила 37,5 тысяч витков вокруг Земли.

Работа над созданием МКС началась в 1993 году. Станция “Мир” была запущена 19 февраля 1986 года и имела гарантийный срок эксплуатации в 5 лет. Фактически она провела на орбите 15 лет — из-за того, что у страны просто не было денег на запуск проекта “Мир-2”. У американцев были похожие проблемы — холодная война закончилась, и их станция “Свобода”, на одно проектирование которой уже было истрачено около 20 миллиардов долларов, оказалась не у дел.

Россия имела 25-летнюю практику работы с орбитальными станциями, уникальные методики длительного (свыше года) пребывания человека в космосе. Кроме того, у СССР и США имелся неплохой опыт совместной работы на борту станции “Мир”. В условиях, когда ни одна страна не могла самостоятельно потянуть дорогую орбитальную станцию, МКС стала единственной альтернативой.

15 марта 1993 года представители Российского космического агентства и научно-производственного объединения “Энергия” обратились к NASA с предложением о создании МКС. 2 сентября подписано соответствующее правительственное соглашение, а к 1 ноября — подготовлен детальный план работ. Финансовые вопросы взаимодействия (поставки оборудования) были решены летом 1994 года, а к проекту присоединилось 16 стран.

Что в имени твоем?

Название “МКС” родилось в спорах. Первый экипаж станции с подачи американцев дал ей имя “Станция Альфа” и некоторое время использовал его в сеансах связи. Россия была не согласна с таким вариантом, поскольку “Альфа” в переносном смысле означало “первая”, хотя Советский Союз уже запускал 8 космических станций (7 “Салютов” и “Мир”), да и американцы экспериментировали со своей “Skylab”. С нашей стороны было предложено имя “Атлант”, однако американцы отвергли его по двум причинам — во-первых, оно было слишком похоже на название их шаттла “Атлантис”, а во-вторых, ассоциировалось с мифической Атлантидой, которая, как известно, утонула. Было решено остановиться на словосочетании “Международная космическая станция” — не слишком звучный, но компромиссный вариант.

Американская станция «Skylab».

Поехали!

Развертывание МКС было начато Россией 20 ноября 1998 года. Ракета “Протон” вывела на орбиту функционально-грузовой блок “Заря”, который, наряду с американским стыковочным модулем NODE-1, доставленным в космос 5 декабря того же года шаттлом “Индевер”, составил “костяк” МКС.

“Заря” — наследник советского ТКС (транспортный корабль снабжения), разработанного для обслуживания боевых станций “Алмаз”. На первой стадии сборки МКС она стала источником электроэнергии, складом оборудования, средством навигации и корректировки орбиты. Все остальные модули МКС сейчас имеют более конкретную специализацию, в то время как “Заря” практически универсальна и в будущем станет выполнять функции хранилища (питание, топливо, приборы).

Запуск «Зари» на «Протоне». Первый шаг в создании МКС.

Полет «Зари».

“Заря” весит 19,3 тонны, имеет в длину 12,55 метров и максимальный диаметр 4,1 метра.

Официально “Заря” находится в собственности США — они оплатили ее создание — однако фактически модуль собирали с 1994 по 1998 годы в Государственном космическом центре имени Хруничева. Он был включен в состав МКС вместо модуля “Bus-1”, спроектированного американской корпорацией “Локхид”, поскольку тот стоил 450 миллионов долларов против 220 миллионов за “Зарю”.

«Заря» слева, «Звезда» в центре, «Прогресс» справа.

ФГБ-2 — дублер «Зари».

У “Зари” три стыковочных шлюза — по одному с каждого конца и один сбоку. Ее солнечные батареи достигают 10,67 метров в длину и 3,35 метров в ширину. Кроме того, на модуле установлено шесть никель-кадмиевых аккумуляторов, способных выдавать около 3 киловатт мощности (первое время с их зарядкой возникали проблемы).

По внешнему периметру модуля расположено 16 топливных баков общим объемом в 6 кубометров (5700 килограммов горючего), 24 поворотных реактивных двигателя большого размера, 12 маленьких, а также 2 главных двигателя для серьезных орбитальных маневров. “Заря” способна на автономный (беспилотный) полет в течение 6 месяцев, однако из-за задержек с российским служебным модулем “Звезда” ей пришлось летать пустой в течение 2 лет.

Модуль “Unity” (создан корпорацией “Боинг”) отправился в космос вслед за “Зарей” в декабре 1998 года. Будучи оборудованным шестью стыковочными шлюзами, он стал центральным соединительным узлом для последующих модулей станции. “Unity” жизненно важен для МКС. Рабочие ресурсы всех модулей станции — кислород, вода и электричество — проходят именно через него. На “Unity” также установлена базовая система радиосвязи, позволяющая использовать коммуникационные возможности “Зари” для общения с Землей.

Модуль «Unity».

В “Unity” имеется около 50000 механических подвижных частей, 216 газовых и жидкостных магистралей, а также 121 электрический кабель (внутри и снаружи). “Unity” сделан в основном из алюминия и весит 11642 килограмма.

Служебный модуль “Звезда” — главный российский сегмент МКС — запущен 12 июля 2000 года и состыковался с “Зарей” 2 недели спустя. Его каркас построили еще в 1980-х годах для проекта “Мир-2” (дизайн “Звезды” очень напоминает первые станции “Салют”, а ее конструктивные особенности — станцию “Мир”).

Сборка модуля «Звезда».

Сергей Крикалев внутри модуля «Звезда».

Упрощенно говоря, этот модуль — жилье для космонавтов. Он оснащен системами жизнеобеспечения, связи, управления, обработки данных, а также двигательной установкой. Общая масса модуля — 19050 килограммов, длина — 13,1 метра, размах солнечных батарей — 29,72 метра.

В “Звезде” имеется два спальных места, велотренажер, беговая дорожка, туалет (и другие гигиенические установки), холодильник. Наружный обзор обеспечивают 14 иллюминаторов. Российская электролитическая система “Электрон” разлагает отработанную воду. Водород выводится за борт, а кислород поступает в систему жизнеобеспечения. В паре с “Электроном” работает система “Воздух”, поглощающая углекислый газ.

Астронавт Джон Филлипс и «Электрон».

Теоретически, отработанную воду можно очистить и использовать повторно, однако на МКС такое практикуется редко — свежую воду доставляют на борт грузовые “Прогрессы”. Надо сказать, что система “Электрон” несколько раз барахлила и космонавтам приходилось использовать химические генераторы — те самые “кислородные свечи”, которые однажды вызвали пожар на станции “Мир”.

Главный недостаток “Звезды” — повышенный уровень шума внутри модуля. При длительном пребывании в космосе это может вызвать серьезные психологические проблемы у экипажа. По словам очевидцев, космонавты часто пользуются затычками для ушей.

В феврале 2001 года к МКС (на один из шлюзов “Unity”) присоединен лабораторный модуль “Destiny” (“Судьба”) — алюминиевый цилиндр весом 14,5 тонн, длиной 8,5 метров и диаметром 4,3 метра. Он оборудован пятью монтажными стойками с системами жизнеобеспечения (каждая весит 540 килограммов и может производить электричество, остужать воду и контролировать состав воздуха), а также доставленными чуть позже шестью стойками с научным оборудованием. Оставшиеся 12 пустых установочных мест будут заняты со временем.

Модуль «Destiny» в космосе.

Астронавт Лерой Чиао внутри «Destiny».

Монтаж «Destiny».

«Quest Joint Airlock» — главный шлюз МКС.

В мае 2001 года к “Unity” присоединили главный шлюзовой отсек МКС — “Quest Joint Airlock”. Этот шеститонный цилиндр размерами 5,5 на 4 метра оснащен четырьмя баллонами высокого давления (2 — кислород, 2 — азот), позволяющими компенсировать утрату выпущенного наружу воздуха, и стоит сравнительно недорого — всего 164 миллиона долларов.

Его рабочее пространство в 34 кубометра используется для выходов в открытый космос, причем размеры шлюза позволяют использовать скафандры любых типов. Дело в том, что устройство наших “Орланов” предполагает их применение только на российских переходных отсеках, аналогичная ситуация с американскими EMU.

Стыковочный модуль «Пирс».

В этом модуле космонавты, выходящие в космос, также могут отдыхать и дышать чистым кислородом, чтобы избавиться от декомпрессионной болезни (при резкой смене давления азот, количество которого в тканях наших тел достигает 1 литра, переходит в газообразное состояние).

Последним из собранных модулей МКС является российский стыковочный отсек “Пирс” (СО-1). Создание СО-2 было прекращено из-за проблем с финансированием, поэтому на МКС сейчас имеется только один модуль, к которому можно без труда пристыковать корабли “Союз-ТМА” и “Прогресс” — причем сразу три штуки. Кроме того, из него можно выходить наружу космонавтам, одетым в наши скафандры.

И, наконец, нельзя не назвать еще один модуль МКС — багажный многоцелевой модуль обеспечения. Строго говоря, их три — “Леонардо”, “Рафаэлло” и “Донателло” (художники эпохи Возрождения, а также трое из четырех ниндзя-черепашек). Каждый модуль представляет собой практически равносторонний цилиндр (4,4 на 4,57 метра), перевозимый на шаттлах.

В нем может храниться до 9 тонн груза (собственный вес — 4082 килограмма, с максимальной загрузкой — 13154 килограмма) — припасов, доставляемых на МКС, и отходов, увозимых с нее. Весь багаж модуля находится в обычной воздушной среде, поэтому космонавты могут добраться до него, не используя скафандры. Багажные модули были изготовлены в Италии по заказу NASA и относятся к американским сегментам МКС. Они используются поочередно.

«Леонардо» на «Дискавери». 10 марта 2001 года.

Полезные мелочи

Помимо основных модулей, на МКС находится большое количество дополнительного оборудования. Оно уступает по размерам модулям, но без него эксплуатация станции невозможна.

Одна из ферм МКС.

Прежде всего, стоит упомянуть массивные металлические фермы — своеобразный позвоночник, развернутый между модулями и вне их, на котором располагаются вспомогательные системы МКС. Часть подобных конструкций смонтирована в период с 1 октября 2000 по 23 ноября 2003.

«Canadarm2» — пока что единственная «рука» МКС.

Рабочие “руки”, вернее, “рука” станции — манипулятор “Canadarm2”, смонтированный на МКС в апреле 2001. Эта высокотехнологичная машина стоимостью 600 миллионов долларов способна передвигать объекты весом до 116 тонн — например, помогать в монтаже модулей, стыковать и разгружать шаттлы (их собственные “руки” очень похожи на “Canadarm2”, только меньше и слабее).

Астронавт Лерой Чиао управляет манипулятором «Canadarm2» из модуля «Destiny».

Собственная длина манипулятора — 17,6 метров, диаметр — 35 сантиметров. Он управляется космонавтами из лабораторного модуля. Самое интересное заключается в том, что “Canadarm2” не закреплен на одном месте и способен передвигаться по поверхности станции, обеспечивая доступ к большинству ее частей.

К сожалению, из-за различий в портах подключения, расположенных по поверхности станции, “Canadarm2” не может перемещаться по нашим модулям. В недалеком будущем (предположительно, 2007 год) на российском сегменте МКС планируется установить ERA (European Robotic Arm) — более короткий и слабый, но более аккуратный манипулятор (точность позиционирования — 3 миллиметра), способный работать в полуавтоматическом режиме без постоянного управления космонавтами.

Европейский манипулятор ERA.

В соответствии с требованиями безопасности проекта МКС, на станции постоянно дежурит спасательный корабль, способный в случае необходимости доставить экипаж на Землю. Сейчас эту функцию выполняет старый добрый “Союз” (модель ТМА) — он способен принять на борт 3 человек и обеспечить их жизнедеятельность в течение 3,2 суток. “Союзы” имеют небольшой гарантийный срок пребывания на орбите, поэтому их меняют каждые 6 месяцев.

«Союз ТМА-6» на подлете к МКС.

Рабочими лошадками МКС в настоящее время служат российские “Прогрессы” — родные братья “Союзов”, работающие в беспилотном режиме. За сутки космонавт потребляет около 30 килограммов груза (еда, вода, средства гигиены и т. п.). Следовательно, для штатного шестимесячного дежурства на станции одному человеку необходимо 5,4 тонны припасов. Возить столько на “Союзах” невозможно, поэтому снабжением станции занимаются в основном шаттлы (до 28 тонн груза).

Трудяга «Прогресс».

После прекращения их полетов, с 1 февраля 2003 до 26 июля 2005 вся нагрузка по вещевому обеспечению станции лежала на “Прогрессах” (2,5 тонны нагрузки). После разгрузки корабля он заполнялся отходами, отстыковывался в автоматическом режиме и сгорал в атмосфере где-нибудь над Тихим океаном.

Подробности

МКС. Фотография с шаттла «Атлантис», сделанная в октябре 2002 года.

Экипаж: 2 человека (по состоянию на июль 2005), максимум — 3

Высота орбиты: От 347,9 км до 354,1 км

Наклон орбиты: 51,64 градуса

Суточных оборотов вокруг Земли: 15,73

Пройденное расстояние: Около 1,5 миллиарда километров

Средняя скорость: 7,69 км/с

Нынешняя масса: 183,3 тонны

Масса топлива: 3,9 тонны

Объем жилого пространства: 425 квадратных метров

Средняя температура на борту: 26,9 градусов Цельсия

Предполагаемое завершение строительства: 2010 год

Планируемый срок работы: 15 лет

Полная сборка МКС потребует 39 полетов шаттлов и 30 полетов “Прогрессов”. В готовом виде станция будет выглядеть так: объем воздушного пространства — 1200 кубометров, масса — 419 тонн, энерговооруженность — 110 киловатт, общая длина конструкции — 108,4 метра (по модулям — 74 метра), экипаж — 6 человек.

Так должна выглядеть МКС в готовом виде.

На перепутье

До 2003 года постройка МКС шла своим чередом. Некоторые модули отменялись, другие задерживались, иногда возникали проблемы с деньгами, неисправным оборудованием — в общем, дело шло туго, но все же за 5 лет своего существования станция стала обитаемой и на ней периодически проводились научные эксперименты.

1 февраля 2003 при входе в плотные слои атмосферы погиб шаттл “Колумбия”. Американская программа пилотируемых полетов была приостановлена на 2,5 года. Учитывая, что ждущие своей очереди модули станции могли выводиться на орбиту только шаттлами, само существование МКС оказалось под угрозой.

К счастью, США и Россия смогли договориться о перераспределении расходов. Мы взяли на себя обеспечение МКС грузами, а сама станция была переведена на режим ожидания — на ее борту постоянно находились два космонавта, следившие за исправностью оборудования.

Запуски на шаттлах

После успешного полета шаттла “Дискавери” в июле—августе 2005 года появилась надежда на то, что строительство станции будет продолжено. Первым в очереди на запуск стоит близнец соединительного модуля “Unity” — “Node 2”. Предварительная дата его старта — декабрь 2006.

«Node 2» в сборочном цехе.

Модуль «Колумб», компьютерная модель.

Европейский научный модуль “Колумб” будет вторым: запуск намечен на март 2007. Эта лаборатория уже готова и ждет своего часа — ее необходимо будет присоединить к “Node 2”. Она может похвастаться хорошей противометеоритной защитой, уникальным аппаратом по исследованию физики жидкостей, а также Европейским физиологическим модулем (комплексное медицинское обследование прямо на борту станции).

Лаборатория «Кибо» в сборочном цехе.

Схема «Кибо» в рабочем виде.

Следом за “Колумбом” пойдет японская лаборатория “Кибо” (“Надежда”) — ее старт назначен на сентябрь 2007. Она интересна тем, что имеет свой собственный механический манипулятор, а также закрытую “террасу”, где можно проводить эксперименты в условиях открытого космоса, фактически не покидая корабля.

Третий соединительный модуль — “Node 3” должен отправиться на МКС в мае 2008. В июле 2009 планируется запустить уникальный вращающийся модуль-центрифугу CAM (Centrifuge Accommodations Module), на борту которого будет создаваться искусственная гравитация в пределах от 0,01 до 2 g. Он рассчитан, в основном, на научные исследования — постоянное проживание космонавтов в условиях земного тяготения, так часто описываемое фантастами, не предусматривается.

Так будет выглядеть центрифуга CAM.

В марте 2009 на МКС полетит “Cupola” (“Купол”) — итальянская разработка, которая, как следует из ее названия, представляет собой бронированный обзорный купол для визуального контроля над манипуляторами станции. Для безопасности иллюминаторы будут оборудованы наружными заслонками, предохраняющими от метеоритов.

Модуль «Купол» — компьютерная модельи реальный вид изнутри.

Последним модулем, доставленным на МКС американскими шаттлами, станет “Научно-силовая платформа” — массивный блок солнечных батарей на ажурной металлической ферме. Он обеспечит станцию энергией, необходимой для нормального функционирования новых модулей. На нем также будет установлена механическая “рука” ERA.

Схема «Научно-силовой платформы».

“Научно-силовая платформа” изначально разрабатывалась для станции “Мир-2”.

Запуски на “Протонах”

Российскими ракетами “Протон” предполагается довезти до МКС три крупных модуля. Пока что известен лишь очень приблизительный график полетов. Так, в 2007 году планируется добавить к станции наш запасной функциональный грузовой блок (ФГБ-2 — близнец “Зари”), который будет превращен в многофункциональную лабораторию.

В том же году “Протоном” должна быть развернута европейская рука-манипулятор ERA. И, наконец, в 2009 году надо будет ввести в эксплуатацию российский исследовательский модуль, функционально похожий на американский “Destiny”.

Это интересно

Космические станции — частые гости в научной фантастике. Наиболее известны две — “Вавилон 5” из одноименного телесериала и “Deep Space 9” из сериала “Звездный путь”.

Хрестоматийный облик космической станции в НФ создан режиссером Стэнли Кубриком. В его фильме “2001: Космическая одиссея” (сценарий и книга Артура Кларка) показывалась большая кольцевая станция, вращающаяся вокруг своей оси и создающая таким образом искусственную гравитацию.

Наибольший срок пребывания человека на космической станции — 437,7 дней. Рекорд поставлен Валерием Поляковым на станции “Мир” в 1994—1995.

Советские станции “Салют” первоначально должны были носить имя “Заря”, однако оно было оставлено для следующего подобного проекта, которым, в конце концов, стал функционально-грузовой блок МКС.

В одной из экспедиций на МКС появилась традиция вешать на стену жилого модуля три купюры — 50 рублей, доллар и евро. На счастье.

На МКС был заключен первый в истории человечества космический брак — 10 августа 2003 года космонавт Юрий Маленченко, находясь на борту станции (она пролетала над Новой Зеландией) женился на Екатерине Дмитриевой (невеста была на Земле, в США).

Орбитальная станция из фильма «2001: Космическая одиссея».

Юрий Маленченко. Первый космический жених.

* * *

МКС — самый крупный, дорогой и долгосрочный космический проект за всю историю человечества. Пока станция еще не достроена, ее стоимость можно оценить лишь приблизительно — свыше 100 миллиардов долларов. Критика в адрес МКС чаще всего сводится к тому, что на эти деньги можно осуществить сотни непилотируемых научных экспедиций к планетам Солнечной системы.

В подобных обвинениях есть доля правды. Однако это очень ограниченный подход. Во-первых, здесь не учитывается потенциальная прибыль от разработки новых технологий при создании каждого нового модуля МКС — а ведь ее приборы действительно стоят на переднем крае науки. Их модификации могут быть использованы в повседневной жизни и способны принести гигантский доход.

Нельзя забывать о том, что благодаря программе МКС человечество получает возможность сохранить и преумножить все драгоценные технологии и навыки пилотируемых полетов в космос, которые были добыты во второй половине 20 века за неимоверную цену. В “космической гонке” СССР и США потрачены бешеные деньги, погибло множество людей — все это может оказаться напрасным, если мы прекратим двигаться в том же направлении.

“Мир фантастики” обязательно вернется к этой теме. Через некоторое время мы расскажем ио легендарной станции “Мир”, и о программе военных орбитальных станций — словом, читайте “Мир фантастики” и следите за анонсами статей в конце каждого номера.