Американский сегмент МКС

    Лабораторный модуль Destiny ("Судьба") - ключевой элемент американского сегмента (АС). С его прибытием на МКС действительно появился американский сегмент. Ведь уже находящиеся в составе станции Узловой модуль Unity, секции фермы Z1 и P6 - в общем-то вспомогательные элементы. Кроме того, Destiny еще заслуженно называют первой орбитальной станцией США после "Скайлэба".
    В Destiny расположены целый ряд служебных систем МКС. Но самое главное - американский Лабораторный модуль (LAB) теперь позволит экипажу приступить к выполнению программы научных исследований. По мнению американских ученых, Destiny позволит сделать прорыв в таких областях, как лечение рака и диабета, материаловедение, биотехнология, физика.
    К 2008 г. в состав МКС должны войти еще несколько космических лабораторий. Это присоединяемый

LAB - один из старейших элементов АС МКС. Его история началась более 20 лет назад. За эти годы модуль побывал в нескольких проектах американских орбитальных станций и, наконец, вошел в состав МКС. Окончательный проект LAB Boeing выпустил в 1995 г. и в том же году начал изготовление летного образца модуля в Центре космических полетов имени Маршалла (Хантсвилл, Алабама).

Развертывание орбитального комплекса МКС (2001)

герметичный модуль APM (Attached Pressurized Module) Columbus ЕКА, японский экспериментальный модуль JEM (Japanese Experimental Module) Kibo, два российских научных модуля, модуль для биологических исследований Centrifuge (изготавливаемый японским NASDA по заказу NASA).
    LAB - один из старейших элементов АС МКС. Его история началась более 20 лет назад. За эти годы модуль побывал в нескольких проектах американских орбитальных станций и, наконец, вошел в состав МКС. Окончательный проект LAB Boeing выпустил в 1995 г. и в том же году начал изготовление летного образца модуля в Центре космических полетов имени Маршалла (Хантсвилл, Алабама). 11 марта 1997 г. модуль вернули в "чистую комнату" Центра Маршалла для установки летных элементов конструкции и агрегатов и заключительной покраски. 16 ноября 1998 г. LAB прибыл в Космический центр им. Кеннеди. Заключительную предстартовую подготовку модуль прошел в Корпусе обслуживания космической станции. А 1 декабря в Центре Кеннеди Д.Голдин объявил, что LAB назван Destiny. В июне-августе 1999 г. Destiny совместно с модулем снабжения MPLM Leonardo участвовал в третьих Многоэлементных комплексных испытаниях (Multi-Element Integration Tests, MEIT).
    Сроки запуска Destiny многократно переносились "вправо" как из-за собственных проблем, так и из-за отсрочек начала сборки МКС. По итогам объединения проектов Freedom и "Мир-2" он был запланирован на май-июнь 1998 г., затем намечался на октябрь, ноябрь, и декабрь, а в апреле 1997 г. был перенесен на май 1999 г. В мае 1998 г. последовала новая пятимесячная отсрочка. В октябре 1998 г. в качестве даты запуска назывался уже февраль 2000 г., в июне 1999 г. - апрель 2000 г. Наконец, в марте 2000 г. было объявлено, что LAB отправится на орбиту в январе 2001 г. И этот срок удалось бы выдержать, если бы не месячная заминка "по вине" твердотопливных ускорителей шаттлов. 9 августа Boeing официально передал LAB NASA для приемочных испытаний. Заключительные испытания модуля продолжались до 14 декабря. К 22 декабря он был помещен в транспортный контейнер и 2 января доставлен на стартовый комплекс.
    Изготовление, испытания и подготовка Destiny к запуску обошлись американскому аэрокосмическому ведомству в 1380 млн $. Это самый дорогостоящий компонент МКС.
    Основные технические характеристики: Стартовая масса, кг 14056; Длина по корпусу, мм 8534; Максимальный диаметр, мм 4445; Объем герметичных отсеков, куб.м. 117; Общее количество деталей 415000;
Конструкция модуля

    Герметичный корпус модуля Destiny состоит из цилиндрической части и двух конических днищ. Он изготовлен из алюминиевого сплава 2219. Стенки корпуса имеют "вафельный" профиль, позволяющий достичь максимальной прочности при минимуме массы. Масса гермокорпуса без систем и агрегатов - 2.72 т.
    Цилиндрическая часть корпуса модуля образована тремя обечайками диаметром 4267 мм и длиной 2608 мм каждая (общая длина цилиндрической части корпуса - 7823 мм). Между собой обечайки (секции) соединены сваркой. К цилиндру приварены два конических днища длиной 279 мм, максимальным диаметром 4267 мм и минимальным - 2515 мм. В днищах имеются два люка квадратной формы со скругленными углами (сторона квадрата - 1168 мм). Размеры и форма люков были выбраны исходя из размеров и габаритов стандартных стоек, которые будут стоять в Destiny. Каждый люк имеет иллюминатор. Люки могут быть легко открыты или закрыты с любой стороны одним членом экипажа. Они имеют специальное устройство блокировки открытия при внешнем давлении, превышающем внутреннее, которое предотвращает самопроизвольное открытие люка. Рядом с люками установлены клапаны выравнивания давления.
    Люки оснащены стыковочными узлами типа CBM (Common Berthing Mechanism - единый механизм пристыковки): один (носовой) - активный ACBM, другой (хвостовой) - пассивный PCBM. Внешний диаметр узла CBM - 2032 мм. Хвостовым пассивным узлом Destiny будет пристыкован к переднему узлу Node 1 Unity, а на активный CBM после расконсервации модуля будет переставлен гермоадаптер PMA-2. (Позже к активному узлу будет пристыкован узловой модуль Node 2.)
    В одной из крайних обечаек (дальней от модуля Unity) имеется один круглый иллюминатор диаметром 508 мм. Иллюминатор разработан компанией Aerospace Corp., представляет собой четырехслойную конструкцию с применением оптического стекла и может использоваться для наблюдения Земли с борта МКС. Оптические характеристики иллюминатора измерены заранее, так что их можно будет учесть при обработке наблюдений. Снаружи иллюминатор закрыт откидывающейся крышкой ("затвором"), которую члены экипажа МКС могут открыть вручную.
    Гермокорпус снаружи покрыт многослойной экранно-вакуумной термоизоляцией для защиты Destiny от резких перепадов температуры в космосе. Поверх ЭВТИ для защиты модуля от космического мусора и микрометеоритов установлен промежуточный противометеоритный экран из неметаллических материалов, многослойная конструкция которого напоминает пуленепробиваемый жилет. Наконец, снаружи модуля стоят алюминиевые панели наружного противометеоритного экрана. Этот экран, отражая солнечный свет, также используется как дополнительная теплоизоляция для снижения нагрузки на систему терморегулирования модуля.
    На наружной поверхности модуля имеются четыре цапфы для его крепления в грузовом отсеке шаттла, узел крепления захвата дистанционного манипулятора шаттла, узел крепления захвата дистанционного манипулятора станции SS RMS с передачей энергии и данных PDGF (Power Data Grapple Fixture), поручни для фиксации астронавтов во время выходов в открытый космос, узлы фиксации основной фермы. На поверхность Destiny также нанесены мишени Системы космического зрения OSVS (Orbiter Space Vision System). На торцевых шпангоутах цилиндрической секции модуля закреплены платы с гидро- и электроразъемами систем станции.
    Внутри модуля имеется силовой каркас с механическими узлами крепления 23 (по другим источникам 24) стандартных стоек: по шесть на потолке и стенах и пять на полу. Среди них будет 12 научных стоек ISPR с различным экспериментальным оборудованием и 11 системных стоек.
    В четырех угловых нишах между торцами стоек проходят кабели и трубопроводы различных систем модуля, которые подстыковываются к каждой стойке "снизу". Каждая стойка высотой 1854 мм и шириной 1067 мм имеет массу около 550 кг. Силовая конструкция стоек изготовлена из углепластика. К каждой из стоек подходят гибкие разъемы для подключения трубопровода первичного (водяного) контура системы терморегулирования, кабелей электропитания, управления бортовым комплексом и передачи данных.
    В системных стойках расположены блоки систем управления движением, электропитания, сбора и передачи данных, вакуумирования, кондиционирования и очистки воздуха от углекислого газа и микропримесей, терморегулирования, связи. При запуске на борту Destiny находилось лишь пять служебных стоек (две стойки системы терморегулирования, две стойки авионики и одна с аппаратурой жизнеобеспечения). Остальные шесть служебных стоек доставляются в следующем полете шаттла в грузовом модуле MPLM Leonardo.
    Разрабатываемые сейчас оборудование и аппаратура для научных стоек ISPR будут предназначены для проведения исследований и экспериментов в областях биотехнологии, физики жидкости, физики горения, космического материаловедения, космической медицины и биологии. полете 5A.1 на Destiny будет доставлено оборудование для фотосъемки Земли и стойка для медицинских исследований (Human Research Facility). На ней будут начаты изучение влияния на организмы астронавтов космического излучения, психологическое тестирование и изучение нервной системы человека, находящегося в длительном полете. В полете 6A к ней добавятся две стойки Express с аппаратурой для исследований в области микрогравитации и с коммерческими ПН.
    В последующих полетах трех модулей MPLM (Leonardo, Rafaello и Donatello) LAB будет дооснащаться штатными научными стойками ISPR.
Системы модуля

В модуле Destiny находятся (полностью или частично) следующие системы, жизненно важные для АС МКС: - система управления движением; - система электропитания; - система связи и телеметрии; - система жизнеобеспечения; - система терморегулирования; - система управления бортовым комплексом и обработки данных; - система обеспечения внекорабельной деятельности; - робототехническая система для обеспечения внекорабельной деятельности; - система обеспечения деятельности экипажа.

Система управления движением GN&C (буквально: система ориентации, навигации и управления движением), установленная внутри Destiny в двух служебных стойках, позволяет ввести в действие американские гиродины - моментные управляющие гироскопы CMG. Они возьмут на себя безрасходную ориентацию МКС, что позволит более плавно проводить развороты станции и снизить уровень микроускорений во время проведения научных исследований, требующих высокой "чистоты" невесомости. До сих пор ориентацию станции обеспечивали двигатели российских модулей "Заря" и "Звезда". Они и теперь будут использоваться для разгрузки гиродинов и для коррекций орбиты МКС. Кроме того, вектор состояния станции и данные по ориентации станции будут поступать с российского сегмента (РС). Для этого компьютеры обеих систем управления движением в "Звезде" и Destiny будут связаны в единый комплекс. СУД Destiny будет также управлять ориентацией солнечных батарей на ферме P6. До ее включения батареями приходилось управлять вручную. Что касается работы бортовых систем, то управление аппаратурой РС будет, как и ранее, осуществляться из российских модулей.

Мультиплексор-демультиплексор MDM в модуле Unity продолжит обеспечивать управление параметрами атмосферы, нагревателями, терморегулированием и электропитанием в самом Unity, в гермоадаптерах PMA-1, -2, -3 и секциях фермы Z1 и P6. Компьютеры MDM в Destiny будут отвечать за управление всеми остальными элементами АС.

Система электропитания EPS обеспечивает контроль, управление и распределение электропитания по герметичным модулям АС МКС. Электроэнергию для Destiny вырабатывают солнечные батареи на секции P6. Затем по кабелям через секцию Z1, через шарнирные разъемы в поворотном коробе на Z1 электроэнергия попадает в LAB. В нем установлены два преобразователя постоянного тока DDCU (DC to DC Converter Unit), после которых в бортовую кабельную сеть модуля

Команда STS-98 установила новый лабораторный модуль "Destiny" после отстыковки космического шаттла Атлантис. Контрольные гироскопы были включены сразу после поставки лабораторного оборудования.

Развертывание орбитального комплекса МКС (2001)

Достаточно хороший обзор американского сегмента станции - со стороны модуля Destiny. На изображении видны "руки" - манипуляторы станции. Видны стыковочные блоки и системы панелей солнечных батарей. Новая UHF антена.

подается напряжение 123+2 В. Система коммутации распределяет электроэнергию между вторичными потребителями тока и доставляемыми грузами.

Система терморегулирования TCS состоит из активной и пассивной подсистем. С приходом Destiny начнут работать ранее доставленные на МКС элементы обеспечения теплового режима: два аммиачных радиатора PVR ранней внешней активной системы терморегулирования EEATCS, смонтированные на проставке LS секции P6, гидро- и электроаппаратура на P6 и Z1. Система TCS Лабораторного модуля связана с этими элементами через шаровые разъемы в поворотном коробе секции Z1. Блоки системы TCS занимают внутри Destiny две служебные стойки. Активная подсистема терморегулирования включает два контура - первичный водяной и вторичный аммиачный. Использование воды в качестве теплоносителя в первичном контуре, видимо, было выбрано американцами на основе опыта полетов на станции "Мир". Там теплоносителем был этиленгликоль С₂Н₄(ОН)₂ - вещь достаточно ядовитая. После 10 лет полета станции трубы внутреннего контура системы терморегулирования "Мира" стали разрушаться, и этиленгликоль начал вытекать в атмосферу станции, отравляя ее в буквальном смысле этого слова. Есть у этиленгликоля и другой недостаток: он самовоспламеняется при 380њС. Вода же совершенно нетоксична и не горит. Однако ее использование имеет другой недостаток: она замерзает при более высокой температуре, а кипит при более низкой, чем этиленгликоль (у этиленгликоля tпл=-12њС, tкип=+198њС). Аммиак вторичного контура системы TCS еще более капризен, чем вода: он закипает при -36њС и замерзает при -80њС. Полностью отключенным от источников питания LAB может находиться не более четырех часов. Тепло от первичного водяного контура вторичному аммиачному передается в теплообменнике на борту Destiny. Затем уже аммиак несет тепло через трубопроводы секций Z1 и P6 в радиаторы PVR. Прокачку аммиака обеспечивают два мощных насосных блока PFCS на секции P6.

Система жизнеобеспечения ECLS (буквально система регулирования параметров среды и жизнеобеспечения) обеспечивает в модулях АС МКС поддержание требуемых температуры и влажности, удаление углекислоты, контроль газового состава атмосферы, регенерацию и очистку воздуха от микропримесей, сбор, обработку и хранение конденсированной воды, обнаружение возгорания и пожаротушение. Основная часть оборудования и аппаратуры системы ECLS на этапе сборки МКС находится в LAB.

Подсистема контроля и регулирования атмосферы содержит сборку регулирования давления PCA, сборку вентилей сброса давления, ручные клапаны выравнивания давления и трубопроводы.

Подсистема контроля температуры и влажности THC обеспечивает поддержание температуры на заданном уровне от 18.3 до 29.4њC и влажности в пределах 40-60%, а также вентиляцию воздуха. Подсистема включает два унифицированных блока кондиционеров, комплект вентиляторов, обеспечивающих циркуляцию воздуха в модулях, не оснащенных средствами жизнеобеспечения, а также блоки охлаждения авионики в нескольких стойках. Для контроля влажности используется теплообменник. Атмосферная влага конденсируется, сепарируется от потока воздуха и накапливается в баке для последующей обработки или сброса в открытый космос. Этот бак считается частью подсистемы регенерации воды, но пока конденсат может быть лишь передан для регенерации на российский сегмент. Американская аппаратура регенерации должна появиться лишь в узловом модуле Node 3 (2004-2005 гг.).

Подсистема регенерации атмосферы ARS предназначена для контроля газового состава внутри Лабораторного и Жилого модулей и оформлена в виде отдельной системной стойки. Частью ее являются сборка общего назначения CCAA, которая обеспечивает вентиляцию, и сборка CDRA, в которой производится удаление углекислого газа с использованием сорбентных фильтров. Информацию об основных составляющих атмосферы дает газоанализатор MCA, определяющий концентрации кислорода, азота, водорода, углекислого газа, метана и водяного пара с частотой до 200 измерений в минуту. Этот масс-спектрометр изготовлен Отделением систем датчиков компании Orbital Sciences Corp. Пробы воздуха из разных мест модулей попадают в газоанализатор по специальным трубопроводам доставки образцов.

Наиболее сложным элементом подсистемы ARS является аппаратура контроля малых составляющих атмосферы TCCS, разработанная и изготовленная компанией Lockheed Martin Space Systems. Она способна не допустить превышения допустимой концентрации в атмосфере станции более чем 200 различных химических примесей от газов, выделяющихся из материалов, и до продуктов человеческого метаболизма. Блоки TCCS будут стоять в двух модулях АС МКС: в Destiny и в одной из системных стоек Node 3. В TCCS имеются адсорбционный фильтр и высокотемпературный каталитический окислитель. Воздух из помещений станции прокачивается через TCCS с расходом до 0.25 м³/мин и попадает в первый адсорбционный слой (активированный уголь, пропитанный 10-процентным раствором фосфорной кислоты), для удаления высокомолекулярных загрязнений и аммиака. Затем воздух проходит высокотемпературное каталитическое (шарики глинозема, содержащие 0.5% палладия) оксидирование при 400њС, в ходе которого удаляются низкомолекулярные углеводороды (метан и т.п.) и формальдегиды. Гидроокись лития во втором адсорбционном слое используется для хемосорбции летучих кислотных примесей - побочных продуктов каталитического окисления. Адсорбционный фильтр и каталитический окислитель изготовлены как сменные блоки. Оборудование обнаружения возгорания и пожаротушения включает лазерные датчики дыма, размещенные в проходе и позади панелей, и переносные углекислотные огнетушители. Частью ECLS считается также блок вакуумирования, позволяющий поместить одну или несколько полезных нагрузок в условия открытого космоса для обезгаживания и других целей.

Технические системы связи и системы выхода в космос

Система связи и телеметрии C&T включает системы звуковой и видеосвязи с наземными пунктами, систему связи "космос-космос", системы связи в Ku- и S-диапазоне. Система Destiny позволит использовать высокоскоростные каналы передачи информации в S-диапазоне вместо работавшей до сих пор "ранней" системы связи ECS. Начиная с полета 5A система высокоскоростной передачи данных S-диапазона станет основной системой связи на МКС. Она будет работать по каналам "борт-Земля" и "Земля-борт" через спутники-ретрансляторы американской системы TDRSS. Система обеспечит передачу команд и телеметрической информации, голосовую связь, передачу данных. Кроме того, с доставкой Destiny на АС появляется система внутристанционной голосовой связи. Она позволит членам экипажа связываться друг с другом в разных модулях станции, длина герметичных отсеков которой с приходом Destiny достигла почти 50 м. Системы голосовой связи диапазонов Ku и UHF (УВЧ), а также система видеосвязи, элементы и аппаратные средства которых уже имеются на борту МКС, будут активизированы только в марте 2001 г. после следующего полета STS-102/5A.1. Тогда для этих систем в Destiny будут установлены соответствующие системные стойки.

Система управления бортовым комплексом и обработки данных C&DH получает с прибытием Destiny 11 мультиплексоров-демультиплексоров MDM (Multiplexer/Demultiplexer) различного назначения. По существу это компьютеры для управления системами АС, включая полезную нагрузку. Система CD&H имеет интерфейсы с российским сегментом.

Система обеспечения внекорабельной деятельности EVA включает в себя поручни, места крепления рабочих площадок, интерфейсы для подключения вспомогательного рабочего оборудования, установленные снаружи модуля.

Робототехническая система для обеспечения внекорабельной деятельности EVR включает два узла крепления захвата дистанционного манипулятора. Узел PDGF обеспечивает энергопитание и передачу данных на дистанционный манипулятор станции SS RMS. До сборки основной фермы и установки на ней мобильного транспортера MT манипулятор будет находиться на узле PDGF модуля Destiny. Поэтому, кроме собственно узла, в модуле расположены интерфейсы для подключения пульта системы SS RMS и оборудования рабочего места управления манипулятором (Robotic Workstation). Рабочее место прибудет в марте на "Дискавери".

Строение комплекса МКС Строение комплекса МКС