Специалисты центра им. Хруничева обращают внимание на очень долгий срок работы функционального грузового блока «Заря». Об этом говорится в статье из сборника тезисов XLIII Академических чтений по космонавтике (стр. 263−265 в сборнике).
«Анализ данных по расходу ресурса работы бортовых систем ФГБ за отчётный период показал, что наиболее критичной является система телеметрического контроля БР-9ЦУ-8, ресурс которой выработан более чем в 14 раз, — сказано в докладе. — Поэтому в ФГБ производится управление работой бортовых систем с включением режима записи только при выполнении регламентных работ СЭС и при проведении технических экспериментов. При выполнении рутинных операций используется статусная телеметрия ФГБ, получаемая через американский сегмент МКС».
В течение 1998–2018 гг. проводились работы по восстановлению работоспособности отказавшего бортового оборудования. Сейчас значительная часть электронного оборудования находится далеко за пределами гарантийных сроков или гарантийной наработки.
К настоящему времени инженеры классифицировали всё оборудование «Зари» по четырём категориям критичности: «Катастрофическая», «Критическая», «Влияет на полёт», «Не влияет на полёт») и установили оборудование, отказ которого может вызвать катастрофические последствия. Разработано программное обеспечение, позволяющее на основе оценки параметров распределений наработок на отказ и прогнозирования лавинообразных отказов аппаратуры определять наиболее предпочтительный порядок замены оборудования ФГБ.
20 лет назад ФГБ «Заря» стал первым функциональным блоком на строящейся МКС. В его создании и оснащении участвовали около 150 российских и украинских предприятий. ФГБ создавался с учётом наработок по «Транспортному кораблю снабжения», созданного под руководством академика В.Н. Челомея, и модулей орбитальной станции «Мир», при этом техническое задание многократно уточнялось при проектировании, испытаниях и изготовлении модуля, поскольку в процессе создания следующих по порядку сборки модулей МКС появлялись новые требования, что приводило к необходимости доработок многочисленных интерфейсов ФГБ с модулями российского и американского сегментов.
«Сертифицированный срок службы ФГБ истёк в ноябре 2013 года, — говорится в статье. — Учитывая ход сборки станции и состояние бортового оборудования, было принято решение о продлении срока службы до 2020 года, а позднее было принято решение продлить полёт МКС до 2024 года. В настоящее время эта дата согласована со всеми партнёрами по программе МКС»
По мнению инженеров, некоторые ресурсы «Зари» пригодны для использования в течение всего срока эксплуатации: это гермоотсеки для размещения грузов и запасами топлива в баках топливной системы. За 20 лет эксплуатации грузовой модуль доказал свою надёжность.
Возможные направления коммерческого использования ФГБ «Заря»
Основные технические характеристики
Масса на орбите выведения
20040 кг
Длительность функционирования на орбите
Гарантированная среднесуточная мощность электроснабжения напряжением 28 В
Высота рабочей орбиты
Наклонение рабочей орбиты
Мощность электроснабжения американского орбитального сегмента
Количество циклов дозаправки
Описание
Конструктивно-компоновочная схема модуля была выбрана исходя из основных требований к конструкции и компоновке, а также основываясь на опыте создания КА “Космос-1443,-1686”, модулей станции «Мир».
Модуль «Заря» состоит из приборно-герметичного отсека (ПГО) и герметичного адаптера (ГА), разделенных днищем с люком. Основой конструкции всех отсеков является единый сварной герметичный корпус. Максимальный диаметр корпуса 4.1 м, длина 12.6 м, объем 80 м3.
ПГО предназначен для размещения оборудования служебных систем, связанных с выполнением функций управления, систем обеспечения стыковки с элементами МКС, систем жизнеобеспечения, электроснабжения и научного оборудования. Значительная часть оборудования модуля установлена на его внешней поверхности.
ГА служит для размещения оборудования, обеспечивающего механическую стыковку с элементами МКС, а также комплекта антенн для пассивной стыковки.На адаптере, имеющем осевой и боковой стыковочные узлы, расположены микродвигатели и некоторая датчиковая аппаратура. Снаружи ГА установлен узел захвата для обеспечения стыковки с манипулятором Шаттла.
Основой конструкции всех отсеков является единый сварной герметичный корпус. Максимальный диаметр корпуса 4.1 м, длина 12.6 м, объем 80 м3.
На борту модуля имеется американское оборудование (бортовой компьютер МДМ, узел захвата для манипулятора «Шаттла»).
В состав модуля входит 31 бортовая система, включающая около 3000 блоков, предназначенных для выполнения основных функций по управлению движением, управлению бортовым комплексом, обмену информацией между бортом и Землей, а также выполнения задач в составе МКС.
В мае 1997 г. Контрольным Советом МКС с участием международных партнеров было принято решение о внесение изменений в техническое задание и модификации ряда систем, что потребовало значительных доработок документации, оборудования и программного обеспечения. Эти модификации позволили обеспечить стыковку американского модуля управления (ICM) к модулю «Заря» с помощью Шаттла, ориентацию МКС до полета 7А включительно, стыковку грузового корабля «Прогресс М» к боковому стыковочному агрегату модуля «Заря» и его электропитание, расширение возможностей по управлению движением модуля «Заря», дозаправку ФГБ «Заря» через нижний стыковочный модуль. Также была увеличена заправляемая масса топлива. Эти модификации обеспечили дополнительные резервные функции, которые расширят возможности МКС на ранних этапах развертывания.
При выведении на орбиту весь блок защищается сбрасываемым после прохождения плотных слоев атмосферы головным обтекателем. А к третьей ступени ракеты-носителя «Протон-К» он крепится через промежуточный отсек, остающийся со ступенью после её отделения.
ГКНПЦ разработал и изготовил конструкторско-технологический макет, стендовые изделия для проведения экспериментальной отработки (для динамических испытаний, для холодных проливок, для отработки двигательной установки, для отработки антенно-фидерных устройств, для отработки солнечных батарей, для автономной отработки агрегатов, электроаппаратуры и интерфейсов между российскими и американскими сегментами), гидромакет для тренировки экипажа в условиях имитации невесомости в ЦУП (Москва, Россия) и ЦУП ( Хьюстон, США), тренажер для тренировки экипажа.
Проделан большой объем работ по подготовке технического и стартового комплексов, всей инфраструктуры к приему модуля и экспедиции, которая готовила модуль к запуску.
Экипажи американских астронавтов и российских космонавтов провели тренировки на модуле «Заря», высказали ряд замечаний, которые были учтены в конструкции. Проведено большое количество совместных технических совещаний с американскими специалистами по оценке соответствия модуля техническим требованиям, готовности технического и стартового комплексов.
В создании модуля «Заря» в общей сложности участвовало около 240 российских предприятий.
20 ноября 1998 года модуль «Заря» был успешно выведен на орбиту с помощью ракеты-носителя «Протон».
Гарантированная среднесуточная мощность электроснабжения напряжением 28 в, кВт
Мощность электроснабжения Американского сегмента, кВт
Масса заправляемого топлива, кг
Примечание: в настоящее время солнечные батареи ФГБ «Заря» сложены, электроснабжение осуществляется от Американского сегмента МКС.
ФГБ «Заря» создан по схеме, отработанной при создании, подготовке и эксплуатации модулей для комплекса «Мир». Системы ФГБ были разделены на служебный и станционный борты. Служебный борт обеспечивает функционирование модуля в автономном полете и при его сближении и стыковке со служебным модулем, а задачи управления модулем в составе станции выполняет станционный борт.
20 ноября 1998 г. в 8 ч 40 мин по московскому времени ракета-носитель «Протон» успешно вывела ФГБ «Заря» на околоземную орбиту.
26 июля 2000 г. функциональный грузовой блок состыковался со служебным модулем «Звезда».
Активный гибридный стыковочный агрегат установлен на переднем торцевом шпангоуте ПГО и используется для стыковки со служебным модулем. На заднем торцевом шпангоуте ГА имеется пассивный андрогинный периферийный агрегат стыковки (АПАС), предназначенный для стыковки с американским герметичным адаптером РМА-1, через который ФГБ будет соединен с модулем Node-1 «Единство» (Unity).
На ГА находится также пассивный стыковочный агрегат типа «конус». Он установлен перпендикулярно продольной оси ФГБ и предназначен для стыковки с пилотируемыми и грузовыми кораблями и со стыковочно-складским модулем MCC-1/DSM-1.
Реактивные двигатели
В качестве двигателей причаливания и стабилизации (ДПС) используются 24 жидкостных реактивных двигателя типа 1 1Д45 8 многократного включения с вытеснительной системой подачи компонентов топлива. Эти двигатели предназначены для стабилизации ФГБ. Каждый из ДПС имеет тягу 40 + 2,0 кгс.
Точная стабилизация ФГБ, необходимая при стыковке с кораблем «Спейс шаттл», обеспечивается с помощью 16 жидкостных реактивных двигателей типа 17Д58Э многократного включения с вытеснительной системой подачи компонентов топлива. Каждый из двигателей точной стабилизации (ДТС) имеет тягу 1,36 + 0,06 кгс.
Топливная система
Топливная система предназначена для хранения компонентов топлива и подачи их к двигателям.
Горючее и окислитель хранятся в 16 топливных баках (по 8 баков для каждого компонента). В пяти баках горючее и в пяти баках окислитель находятся под высоким давлением, в остальных под низким.
Все баки вмещают в себя 6100 кг топлива. ФГБ запускается с частично заправленными баками, содержащими 3800 кг топлива. Дозаправка баков на орбите осуществляется от грузовых кораблей снабжения через гидравлические разъемы в стыковочных агрегатах. Такие разъемы имеются на нижнем стыковочном узле, который находится на ГА, а также на осевом стыковочном узле в передней части ПГО.
Система энергоснабжения
Первичным источником энергии на ФГБ являются солнечные батареи (СБ). В состав СБ входят две панели. Площадь фотоэлектрических преобразователей на каждой из них составляет 28 кв.м (7 м в длину и 4 м в ширину). Фотоэлектрические ячейки защищены с обеих сторон прозрачным покрытием из стекла и лицевой поверхностью обращены в одну сторону. 90% солнечной энергии улавливается поверхностью батарей, обращенной к Солнцу, и 10% энергии улавливается обратной стороной, что дает возможность использовать солнечный свет, отраженный от Земли.
Механизм раскрытия СБ позволяет производить их складывание и повторное раскрытие. В случае отказа электропривода панели СБ могут быть раскрыты или сложены вручную экипажем во время выхода в открытый космос.
Системы служебного борта и станционного борта
Функционально бортовые системы ФГБ разделяются на системы служебного борта и системы станционного борта.
Системы служебного борта обеспечивают работу ФГБ во время выведения его на орбиту, автономного полета и частично, когда он находится в связке с другими модулями МКС. В состав систем служебного борта входят:
Системы станционного борта предназначены для обеспечения работы ФГБ в составе МКС. В состав станционного борта входят:
На третий день после старта «Индевор» подходит к ФГБ и захватывает его своим манипулятором. Для этого на герметичном адаптере (ГА) ФГБ имеется специальный узел. После механического захвата с помощью манипулятора ФГБ состыковывается с американским герметичным адаптером РМА- 1, который соединен с модулем Node-1. На следующии день двое a cтронавтов выходят в открытый космос для стыковки электроразъемов между ФГБ и РМА-1.
В последующие двое суток производится наддув РМА-1, выравнивание давления в ГА и РМА-1, контроль герметичности стыка между ГА и РМА- 1, контроль параметров атмосферы в ФГБ. Затем начинается подготовка к входу экипажа «Индевора» в ФГБ. Выравнивается давление в ГА и в приборно-агрегатном отсеке (ПГО) ФГБ. Астронавты входят сначала в ГА, затем открывают люк в ПГО и переходят туда. Предусматривается проведение телевизионной передачи из ФГБ во время нахождения там экипажа. В тот же день экипаж возвращается в свой корабль, герметично закрыв за собой люки.
Еще примерно сутки продолжается полет первых модулей МКС в связке с кораблем «Индевор». Затем корабль отстыковывается и, совершив облет, возвращается на Землю. МКС в составе ФГБ и Node-1 будет продолжать автономный полет. Ее следующим элементом должен стать служебный модуль, после прихода которого на МКС уже может постоянно находиться экипаж.
По материалам проспекта «Международная космическая станция. Функциональный грузовой блок «Заря» Центра управления полетами Российского космического агентства
Конструктивно-компоновочная схема модуля была выбрана исходя из основных требований к конструкции и компоновке, а также основываясь на опыте создания КА “Космос-1443,-1686”, модулей станции «Мир».
ХОШИДЕ
НОВИЦКИЙ
Дубров
ВАНДЕ ХАЙ
КИМБРОУ
МАКАРТУР
ПЕСКЕ
