Космический модуль «Наука»: деньги, амбиции и металлическая стружка в топливных баках Он должен был стать звездой российской пилотируемой космонавтики, но стал отражением ее проблем

21 июля, после почти года предполетных испытаний на Байконуре, на орбиту вышел долгожданный многофункциональный лабораторный модуль «Наука» (он же МЛМ-У, «У» здесь от слова «усовершенствованный»). Стыковка к российскому сегменту намечена на 29 июля. Модуль — один из важнейших проектов для российской космонавтики, имеющий откровенно трудную судьбу. «Наука» станет четвертым научным модулем МКС, после американской лаборатории «Дестини», европейской «Коламбус» и японской «Кибо».

Этот текст был впервые опубликован 7 августа 2020 года, когда модуль только отправился из Москвы на Байконур. Мы его немного обновили.

«Наука» — это полноценный космический корабль, который должен стать частью МКС

Модуль — это фактически большой космический корабль, который после выведения ракетой на опорную орбиту может сам в автоматическом режиме долететь до МКС и пристыковаться к станции. Он оснащен системой управления, системой электропитания (аккумуляторные и солнечные батареи), двигательной установкой на горючем гептиле (несимметричный диметилгидразин) и окислителе амиле (тетраоксид диазота). Он значительно больше того же Crew Dragon: 13 метров в длину при внешнем диаметре 4,2 метра. Масса «Науки» составляет 21 тонну, а внутренний герметичный объем — 70 кубических метров, которые могут использоваться для размещения научного оборудования, для жизни и работы экипажа.

Но дело не только в размерах — модуль достаточно автономен и самостоятелен, чем отличается от американских аналогов. Даже стыковаться к МКС он может в автоматическом режиме с помощью радиотехнической системы «Курс». Модули NASA, например, не могут летать самостоятельно и являются просто корпусами с начинкой, их доставляли на орбиту в грузовых отсеках шаттлов и стыковали с помощью манипулятора.

«Наука» должна стать главной площадкой для экспериментов в российском сегменте МКС

На сегодняшний день в российскую часть МКС входят два больших модуля — «Заря» и «Звезда» — и три малых (которые одновременно служат причалами для кораблей «Прогресс» и «Союз»): стыковочный отсек «Пирс», малый исследовательский модуль (МИМ1) «Рассвет» и малый исследовательский модуль (МИМ2) «Поиск».

Модуль ФГБ «Заря» по большей части используется как склад, в первую очередь американских грузов, а также для гигиенических процедур российского экипажа. 

«Звезда» же — главный модуль на российском сегменте: там установлены системы управления, жизнеобеспечения, туалет и две каюты для космонавтов. Пространства для проведения экспериментов там в результате очень мало — из научных стоек можно отметить только медицинскую, других выделенных мест для научного оборудования на российском сегменте нет. Все эксперименты в этом модуле делаются, как говорится, «в проходе»: оборудование сначала используется, а потом убирается на место хранения.

«Наука», в случае успешной стыковки со станцией, должна существенно повысить научную отдачу от российской части МКС. Внутри модуля есть несколько рабочих мест для научного оборудования, а снаружи расположены универсальные адаптеры для установки исследовательской аппаратуры.

Кстати говоря, на внешней поверхности МИМ1 «Рассвет», который был доставлен на МКС на шаттле на «Атлантис» (STS-132) еще в 2010 году, уже закреплены будущие внешние элементы МЛМ, такие как научная шлюзовая камера, радиатор системы терморегулирования модуля «Наука» и запасной («локтевой») элемент европейского манипулятора ERA.

После стыковки «Науки» к станции космонавты выполнят несколько выходов в открытый космос, чтобы подключить информационные и электрические кабели между модулем и МКС и сделать другие операции для полноценного использования модуля. С помощью манипулятора ERA шлюзовая камера и другие элементы с модуля «Рассвет» наконец переедут на «Науку».

В «Науке» много инновационных решений, но она сильно отличается от аналогичных модулей NASA и ESA

«Наука» отличается достаточно инновационным подходом к тому, как вообще работает на станции научное оборудование. Если сейчас для монтажа или удаления старых приборов космонавты выходят в открытый космос, то на МЛМ новое, доставленное на «Прогрессах» научное оборудование будет помещаться в шлюзовую камеру и затем устанавливаться манипулятором на универсальные адаптеры снаружи, где сразу будет подключаться и электропитание, и информационные разъемы. В этом плане модуль «Наука» — большой шаг вперед.

Однако если сравнивать МЛМ с другими тремя лабораториями: «Дестини», «Коламбус», «Кибо», — то у него есть и ряд недостатков. Например, на российском сегменте для проведения эксперимента необходимо создавать научную аппаратуру конкретно под него с выполнением всех необходимых для этого довольно сложных требований. В лабораторных модулях американского сегмента используется другая концепция: в них установлено большое количество универсальных научных стоек, которые часто полностью автоматизированы, а астронавты лишь устанавливают в них расходные материалы. На российском сегменте таких стоек нет, и большинство экспериментов внутри станции требуют участия человека, время которого в космосе стоит очень дорого.

Еще одна проблема — это размер просветов люков модулей. На российском сегменте они круглые и имеют диаметр 0,8 метра, а у партнеров с квадратными проемами — 1,2×1,2 метра, такие же люки у американских грузовых кораблей Cygnus и Dragon и японского HTV. Это серьезно влияет на габариты научного оборудования, которое можно установить в модулях еще на Земле и потом уже в космосе.

«Наука» —это не только про эксперименты. Там будет и каюта для российского экипажа

Новый российский модуль оснащен каютой для члена экипажа, которая станет третьей на российской части станции. Раньше третий член российского экипажа спал в каюте американского сегмента, но с сентября на пилотируемых кораблях Crew Dragon компании SpaceX начнут прилетать экипажи по четыре человека и свободных кают больше не будет (в американском модуле «Гармония» всего четыре каюты).

Во-вторых, на модуле будет работать второй резервный туалет, оснащенный созданной в московском «НИИхиммаш» новой системой регенерации воды из мочи. В этой системе затраты энергии в 10 раз меньше, а производительность в 10 раз выше, чем в системе, работавшей на станции «Мир». Работа с экспериментальным оборудованием уже проведена на станции в 2018–2019 годах. Правда, известная шутка астронавтов, что «вчерашний кофе становится сегодняшним кофе», по большей мере лишь шутка: дистиллированная вода, полученная из урины, идет на производство кислорода на станции.

В-третьих, модуль «Наука» оснащен панелями солнечных батарей, это немного уменьшит зависимость по электропитанию от американского сегмента.

Запуск модуля к МКС откладывался уже много раз. Это очень драматическая история

По исходному плану пуск МЛМ к станции должен был состояться в 2007 году, но по организационно-финансовым причинам он был перенесен на 2011 год, а потом и на 2012-й. Эта задержка (первая среди многих) имела и положительные последствия: головная организация по эксплуатации российского сегмента МКС и главный исполнитель по МЛМ Ракетно-космическая корпорация имени С. П. Королева успела внести ряд изменений в конструкцию модуля: несколько грузовых панелей были демонтированы и заменены на рабочие места для научного оборудования и систем жизнеобеспечения экипажа.

В декабре 2012 года готовый летный модуль «Наука» был доставлен из Центра имени Хруничева в РКК «Энергия» для проведения автономных и комплексных испытаний, а также для дооснащения служебным оборудованием.

В июле 2013 года стало известно, что при испытаниях был обнаружен ряд недостатков, а главное — в топливных трубопроводах МЛМ найдена мелкая металлическая стружка. По версии специалистов, она могла появиться при работах по модернизации модуля в нулевых годах. Считается, что она представляет опасность для клапанов топливной системы станции при работе в космосе. Поэтому в конце 2013 года модуль был отправлен обратно в Центр им. Хруничева для устранения замечаний. Но так как в РКК «Энергия» выполнили полный объем испытаний и установили оборудование внутри корпуса, то после ремонта трубопровода решено было отправлять модуль на Байконур для заключительных испытаний.

Ремонт модуля «Наука» потребовал дополнительных средств, поэтому был заключен дополнительный контракт и модуль неожиданно стал «усовершенствованным» (МЛМ-У). «Бумажные» вопросы затянулись, и реальные работы с МЛМ начались только зимой 2016-2017 года. В январе 2017 года металлическая стружка, ранее найденная в трубопроводах, была обнаружена и в сильфонных топливных баках модуля.

Здесь стоит пояснить, почему топливная система МЛМ-У «Наука» имеет столь важное значение для МКС. Дело в том, что ориентация станции в пространстве обеспечивается либо гиродинами американского сегмента МКС, либо двигателями служебного модуля «Звезда» и грузовых кораблей «Прогресс» российского сегмента.

Российские же двигатели выполняют регулярную коррекцию орбиты МКС и даже маневры по уклонению от космического мусора. Для этого обычно используются два грузовых корабля «Прогресс»: один «сзади» станции, на агрегатном отсеке модуля «Звезда», а другой снизу, на стыковочном отсеке «Пирс». После стыковки грузовые корабли подключаются к топливной системе российского сегмента и перекачивают часть топлива в баки снаружи модуля ФГБ «Заря», который является топливным складом станции.

Так вот, основная опасность, как считают в РКК «Энергия», заключается в том, что частицы металлической стружки из модуля «Наука» могут вывести из строя клапаны этой системы — а это означает угрозу для всей МКС.

Заменить баки уже невозможно. Их делали на московском заводе «Серп и Молот», который давно закрыли и сейчас сносят для строительства жилого комплекса. Подобного производства в России уже не осталось. После неудачных попыток почистить баки, в какой-то момент на модуль решили поставить простые круглые баки от разгонных блоков «Фрегат», изготавливаемые в НПО им. Лавочкина. Однако в этом случае МЛМ смог бы только долететь до МКС, но не включиться в его топливную систему — ведь баки от «Фрегатов» нельзя использовать как многоразовые.

В итоге специалисты, как утверждается, смогли должным образом почистить оригинальные баки модуля и дооснастили топливную систему фильтрами. Теперь «Науку» можно полноценно интегрировать в российский сегмент МКС.

Сделать новый корабль — не проще. Для российского сегмента МКС «Наука» незаменима

Сейчас в РКК «Энергия» завершается работа над более новым научно-энергетическим модулем НЭМ. Возникает вопрос, можно ли в случае неудачи с «Наукой» отправить туда НЭМ? К сожалению, нет. Несмотря на ряд изменений проекта МКС, общая конфигурация станции очень продуманна и логична, каждый ее элемент имеет смысл на своем месте. У модуля НЭМ только один стыковочный узел, и к нему нельзя будет пристыковать грузовой корабль «Прогресс» — а он необходим, как уже было указано выше, не только для доставки грузов, но и для коррекции орбиты станции. Поэтому модуль «Наука» является ключевым для развития российского сегмента.

Вот что будет происходить после того, как модуль наконец отправится в космос

Все предстоящие операции давно известны, и, несмотря на серьезную задержку, их необходимо выполнить, если «Роскосмос» хочет довести рабочие возможности российского сегмента до запланированных.

Теперь модуль «Наука» должен быть пристыкован к нижнему стыковочному узлу на специальном переходном отсеке служебного модуля «Звезда», где пока находится малый модуль «Пирс», давно выработавший свой ресурс. Изначально «Пирс» должен был находиться на станции 5–6 лет, но прослужил все двадцать. Он был доставлен на станцию в составе грузового корабля «Прогресс» и теперь так же должен покинуть МКС 23 июля.

С уходом модуля-ветерана раньше времени станция могла бы лишиться двигателей, направленных вниз, а этого допустить нельзя. Поэтому «Прогресс МС-16» не будет отстыковывать «Пирс», пока МЛМ не пройдет проверки в автономном полете. Только убедившись, что с модулем все в порядке, ЦУП даст команду на отсоединение «Пирса». А после выполнения работ по интеграции МЛМ-У «Наука» в состав станции к нему на «Прогрессе» будет доставлен и снизу пристыкован узловой модуль «Причал», на который в дальнейшем будут швартоваться другие российские грузовые корабли.

А еще позднее на боковой стыковочный узел должен быть пристыкован научно-энергетический модуль НЭМ (но похоже НЭМ станет базовым модулем новой Российской служебной орбитальной станции). И только в этот момент плановое развертывание российского сегмента МКС будет, наконец, завершено. Останется только получить максимальную пользу от ее использования до конца существования — ориентировочно до 2030 года.