Современная ракетно-космическая техника. Транспортные системы

Внутри Тяньчжоу

на конической переходной секции (на торможение). Четыре пары ЖРД разворотов по тангажу и рысканью установлены на боковых поверхностях в хвостовой части ПАО. Четыре пары двигателей тягой 25 Н для придания кораблю вращения вокруг продольной оси также находятся у кормового среза, а еще четыре пары для разворотов по тангажу и рысканью – на передней конической части. Компоненты топлива хранятся в восьми сферических баках в ПАО. Баки бортовой двигательной установки и системы дозаправки являются специализированными, однако возможно использовать для дозаправки избыток собственного топлива и наоборот – перенаправить компоненты из системы дозаправки на

Стыковка с орбитальным модулем Тяньгун-2

двигатели корабля при необходимости парирования нештатных ситуаций. Доставляемые грузы размещаются в стандартных мешках (сумках) в стеллажах по четырем плоскостям грузового модуля (под них отведено по 12 ячеек на левом и правом борту, по восемь – на зенитном и надирном), а также перед стеллажами. Некоторые ячейки специализированы под определенные виды грузов, такие как научная аппаратура, перевозимая в запитанном рабочем состоянии. Заявленный срок активного существования «Тяньчжоу» в автономном полете – три месяца.

Спроектированы три варианта «Тяньчжоу» с разной конфигурацией отсека доставляемых грузов. Помимо испытываемой в первом полете герметичной версии, для снабжения китайской космической станции «Тяньгун» будут использоваться вариант с полностью негерметичным отсеком для доставки внешних грузов и комбинированная версия, в которой передняя половина цилиндра большого диаметра выполнена как герметичная секция, а задняя – как негерметичный объем. Доставляемые в открытых секциях негерметичные грузы планируется извлекать с использованием манипулятора станции.

Тяньчжоу в автономном полёте

Cygnus

Грузовой космический корабль Cygnus

Cygnus («Лебедь») – частный автоматический грузовой космический корабль снабжения, разработанный и эксплуатирующийся компанией Orbital Sciences Corporation (сейчас – Orbital АТК) в рамках проекта COTS и в настоящее время выполняющий грузовые полеты по программе CRS. Cygnus состоит из двух цилиндрических отсеков – герметичного грузового модуля PCM (Pressurized Cargo Module) и приборно-агрегатного модуля SM (Service Module). Первый изготовлен фирмой Thales Alenia Space (Италия) на основе Многоцелевого грузового модуля MLM, который применялся совместно с кораблями системы Space Shuttle для доставки герметичных грузов на МКС. Второй построен Orbital АТК на основе собственной спутниковой платформы Geostar и элементов зонда Dawn. Компания-разработчик имела

Корабль в техническом комплексе

возможность выполнить одну демонстрационную миссию на МКС в рамках программы COTS и в общей сложности восемь рейсов CRS. В первых четырех полетах корабль летал в стандартной конфигурации, с «коротким» модулем PCM-S. Запуск осуществлялся с помощью РН Antares фирмы Orbital АТК, стартующей из космопорта MARS в штате Вирджиния. Когда носитель Antares был усовершенствован путем установки двигателя Castor 30XL в качестве второй ступени, планировалось перейти к расширенной конфигурации с «удлиненным» РСМ-Е,

Укладка грузов

вмещающей больше груза. В передней части грузовой модуль РСМ имеет люк размерами 94x94 см, который интегрирован в 127-сантиметровое кольцо единого причального механизма СВМ (Common Berthing Mechanism). Как американский корабль Dragon («Дракон») и японский Kounotori («Аист»), Cygnus оснащен пассивной частью СВМ, в то время как МКС имеет активную часть причального механизма. Перед стартом модуль РСМ загружается большим спектром разнообразных грузов: продукты питания для шести членов экипажа МКС, расходные материалы, такие как комплекты гигиенического оборудования, блоки для технического обслуживания различных систем МКС и научных экспериментов и прочее. Корабль не имеет возвращаемых отсеков и перед спуском с орбиты загружается отработанным оборудованием и ненужными более на станции вещами. Он может «захоронить» при входе в атмосферу до 3500 кг мусора. Расположенный в кормовой части корабля сервисный модуль SM обеспечивает выработку и хранение электроэнергии, управление аппаратом, наведение и ориентацию, а

Стыковка корабля к МКС с помощью роботизированного комплекса

также несет такелажный узел для захвата корабля манипулятором станции. Модуль SM оснащен выдвижными панелями солнечных батарей (СБ), аккумуляторами и радиоэлектронным оборудованием. Стандартный вариант оснащался двумя трехсекционными «крыльями» СБ от компании Dutch Space; усовершенствованный Cygnus имеет сверхгибкие круглые панели с фотоэлементами на арсениде галлия, построенные Alliant Techsystems (АТК) – новым партнером Orbital. Последние вырабатывают до 3500 Вт – несколько меньше стандартных, но при массе всего в 25% от них. Кроме того, в транспортном положении они более компактны. Мощность, потребляемая РСМ, не превышает 850 Вт. SM также содержит основную двигательную установку и систему управления ориентацией. Для выполнения маневров коррекции орбиты Cygnus оснащен двигателем ВТ-4, разработанным японской компанией IHI Aerospace. Он имеет «сухую» массу 4 кг, длину 0.65 м и развивает тягу 100 фунтов (45.4 кгс), используя смесь окислов азота MON-3 и гидразин. Компоненты топлива (828 кг) хранятся в сферических резервуарах и вытесняются в двигатель сжатым гелием. Система управления, оснащенная 32 микродвигателями тягой по 7 фунтов (3.2 кгс), служит для переориентации и малых маневров при сближении. В модуле SM также находятся блоки системы наведения, навигации и управления, оборудование для связи корабля с наземными станциями, МКС и спутниками системы слежения и передачи данных TDRS (Tracking and Data Relay Satellite). Cygnus оснащен звездным датчиком и системой определения абсолютного положения в пространстве по навигационным сигналам GPS во время свободного полета по орбите. Во время встречи и стыковки

Интерьер грузовика

с МКС корабль переходит на систему, определяющую его положение по отношению к станции, – так называемую навигационную систему ближнего действия (proximity navigation system). После выведения на орбиту Cygnus активизирует передатчики и раскрывает панели СБ, а также проводит ряд проверок, чтобы убедиться, что все системы функционируют штатно. Используя звездные датчики и навигацию по GPS, корабль выполняет несколько включений двигателя, чтобы увеличить высоту и подобраться к МКС. Фазирование орбиты в норме занимает примерно 2.5 дня. После попадания в зону 28-километровой «ближней» связи осуществляется переход на дифференциальную GPS-навигацию. Cygnus приближается к станции снизу, со стороны Земли и зависает непосредственно под МКС. На заключительном этапе сближения с комплексом корабль переключается на систему навигации TriDAR. Члены экипажа МКС могут инициировать аварийный отвод аппарата с помощью командной панели, если обнаружат отклонение режимов сближения от номинала. В случае успешного подхода Cygnus останавливается на дальности 10 м от станции и переходит в режим свободного дрейфа, чтобы его мог захватить член экипажа станции с использованием манипулятора Canadarm2. Этот же механизм используется для пристыковки корабля к одному из модулей станции

Приборно-агрегатный модуль

Союз ГВК (проект)

Грузовой корабль Союз ГВК

«Союз ГВК» – российский грузовой космический корабль, находящийся в стадии разработки. Как и грузовой корабль «Прогресс», «Союз ГВК» базируется на корабле «Союз» с экипажем. Однако «Союз ГВК» будет способен вернуться на Землю и доставить груз обратно, тогда как «Прогресс» сгорает в атмосфере Земли по окончании своей миссии. В настоящее время единственным грузовым космическим аппаратом, способным возвращать груз с орбиты, является грузовой космический аппарат SpaceX Dragon. «Союз ГВК» сможет доставлять на орбиту 2000 кг и возвращать 500 кг обратно на Землю. Его планируется запускать на борту ракеты-носителя «Союз 2.1 б».

Exoliner-Jupiter (проект)

Транспортная система Exoliner- Jupiter

Exoliner-Jupiter – транспортный комплекс Lockheed Martin, состоящий из двух различных транспортных средств. Одно из них (Jupiter) представляет собой космический буксир, оснащенный двигательными установками и рукой-манипулятором, а другое (ExoLiner) – собственно грузовой аппарат, который является вариантом грузового отсека европейского ATV для перевозки грузов на МКС. В метафоре железнодорожного транспорта, приведенной компанией на пресс-конференции (состоявшейся на вокзале Union Station в Вашингтоне), Jupiter – это «локомотив», в то время как Exoliner – «вагоны». Lockheed Martin начнет доставку грузов путем совместного запуска Jupiter и Exoliner на Atlas V. Аппарат будет стыковаться с МКС с помощью робота-манипулятора станции, во многом так же, как Cygnus и Dragon.

Отсеки корабля

После разгрузки до 5000 кг груза, а затем загрузки мусора для утилизации, отстыковываются и уводятся в сторону. Вместо того чтобы сразу же сойти с орбиты, два КА будут оставаться на ней недели или даже месяцы. В течение этого времени они могут выполнять дополнительные задачи, такие как запуск малых спутников или дистанционное зондирование с помощью размещенных датчиков. Дорогой компонент этой системы остается на орбите и может использоваться в каждой миссии. Следующим пуском Atlas V запустит только Exoliner с грузом. Jupiter вместе со «старым» Exoliner встретится с новым кораблем, который

Стыковка корабля к МКС с помощью робота-манипулятора

соединен с верхней ступенью Centaur. С помощью манипулятора Jupiter поменяет модули Exoliner: «новый» будет пристыкован к МКС, а «старый» – к «Центавру», который затем включит двигатель и сойдет с орбиты.

Перестыковка грузового модуля Exoliner с помощью манипулятора на буксире Jupiter

Арго (проект)

Многоразовый грузовой космический корабль Арго

Арго – многоразовый грузовой космический корабль. Проектируемый корабль, запускаемый с помощью ракеты-носителя, будет способен доставлять на орбиту полезный груз массой до 2 т и

Модули грузовика

Возвращаемый аппарат

затем возвращать на Землю груз массой до 1 т. Спуск про-исходит по баллистической схеме с торможением посадочными двигателями, включаемыми на высоте 250 м. Приземление осуществляется на выдвижной амортизированный щит, выдвигаемый на высоте 100 м. Основное назначение корабля – снабжение орбитальной пилотируемой станции. Предполагается провести экспериментальную отработку конструкции на ракете-

Компоновка корабля

Схема полёта

носителе «Союз-2.1Б», в дальнейшем планируется использовать разрабатываемую новую ракету «Союз-5». Полная масса корабля «Арго» – 11,5 т, объем грузового отсека – 11 м?, диаметр – 4,1 м, высота – 5,6 м. Баки комбинированной двигательной установки (обеспечивает маневрирование на орбите, перед спуском отделяется) вмещают до 1200 кг топлива, такая же емкость у баков объединенной двигательной установки (обеспечивает управление спуском и посадку). 52% от суммарной массы корпуса корабля будут составлять композитные элементы. Время полета в составе орбитальной пилотируемой станции – до 300 суток; схожий по параметрам американский Dragon может находиться в составе станции до 720 суток. Корабль предусматривает возможность автономного полета до 30 суток для проведения исследований, экспериментальной отработки, выполнения прикладных задач с возможностью возвращения оборудования и грузов заказчика; обеспечивает высокую точность посадки в заданный район, а также спасение грузов на этапе выведения на ракете-носителе.

Dragon

Многоразовый грузовой космический корабль Dragon

Dragon – многоразовый грузовой космический корабль. Корабль состоит из двух отсеков – герметичного спускаемого аппарата и негерметичного грузового отсека (по терминологии SpaceX – «кузов»). Полная длина изделия составляет 6.1 м при диаметре 3.6 м. Таким образом, «Дракон» чуть короче «Союза», но значительно больше по диаметру. Сухая масса корабля составляет 4200 кг, масса топлива – до 1290 кг. В первом полете стартовая масса «Дракона» была примерно 5200 кг; предельная масса с грузом, задаваемая характеристиками носителя, составляет 9800 кг. В отличие от всех других кораблей «капсульного» типа («Союз», Apollo, «Шэньчжоу», Orion, CST-100), служебные системы «Дракона», включая двигательную установку, расположены в СА. По мнению разработчиков, такое решение обеспечивает возможность многократного использования самых ценных частей корабля.

Схема корабля Dragon

Кроме служебных систем, в СА объемом 10 м

можно разместить до 3310 кг полезного груза, требующего особо бережного обращения. Размер переходного люка позволяет доставлять на МКС крупногабаритные грузы, в том числе и стандартные стойки оборудования. На Землю Dragon может вернуть до 2500 кг грузов. Такая возможность выгодно отличает корабль Маска от существующих беспилотных «грузовиков», используемых для снабжения МКС. Система жизнеобеспечения позволяет поддерживать внутри герметичного отсека давление около 1 атм, температуру в диапазоне 10—46°С и относительную влажность 25—75%. В беспилотных полетах это будет просто кондиционирование. Двигательная установка включает 18 ЖРД Draco тягой по 41 кгс, работающих на долгохранимых самовоспламеняющихся компонентах – азотном тетроксиде (AT) и монометилгидразине (ММГ). Двигатели применяются для ориентации, орбитального маневрирования,

Стыковка корабля к МКС с помощью роботизированного манипулятора

сведения корабля с орбиты в конце полета и (в импульсном режиме) для управления спуском. СА оснащен единым стыковочным механизмом СВМ (Common Berthing Mechanism), который может быть выполнен как в стандарте стыковочной системы с низким уровнем нагрузок LIDS (Low-Impact Docking System), принятом для американского «правительственного» корабля Orion, так и в варианте с андрогинным периферийным агрегатом стыковки АПАС. Во время полетов к МКС корабль будет подходить к станции и зависать рядом с ней, после чего экипаж сможет захватить его манипулятором SSRMS и пристыковать к соответствующему узлу станции. Стыковочный механизм установлен в носовой части СА и во время запуска прикрыт полусферическим обтекателем. Система электропитания со средневитковой мощностью 1500 Вт (пиковая – до 4000 Вт) имеет в своем составе две панели солнечных батарей, устанавливаемые на негерметичном отсеке, и литий-ионную аккумуляторную батарею в СА. Напряжение постоянного тока в бортовой сети 28 и 120 В. Система управления корабля позволяет реализовать полностью автономный режим сближения и стыковки с МКС с возможностью ручного управления в пилотируемой конфигурации, бортовое радиоэлектронное оборудование имеет резервирование, позволяющее парировать до двух отказов. СА оснащен двумя видами теплозащиты: облегченной боковой (по

Внутри грузовика

типу легких белых «матов», закрывающих самые «холодные» участки верхней поверхности орбитальных кораблей системы Space Shuttle) и мощным донным экраном из абляционного материала PICA-X (Phenolic Impregnated Carbon Ablator) на основе углеродных волокон, пропитанных фенолформальдегидной смолой. На разработку экрана диаметром З.6 м, способного выдержать температуру до 2200°С, потребовалось четыре года. Специалисты SpaceX считают, что он не будет повреждаться при спуске и сможет повторно использоваться для многих рейсов; судя по отличному состоянию экрана после первого полета, это вполне реально. Спуск с аэродинамическим качеством обеспечивает

Захват корабля манипулятором

малые перегрузки и высокую точность посадки. Посадка осуществляется на воду (возможна аварийная – на сушу) с помощью парашютной системы, состоящей из двух тормозных куполов, раскрываемых на высоте около 13 км, и трех основных куполов, вводимых в действие на высоте немного более 3 км. Каждый из основных куполов имеет диаметр 35.4 м, что соответствует суммарной площади парашютной системы около 2950 м