Основной полезной нагрузкой МТКК «Дискавери» в полете к МКС по программе STS-92 стали два новых элемента станции. Первый – это секция Z1 будущей Основной фермы Американского сегмента. Именно к Z1 будет пристыкована следующая секция S0, от которой в обе стороны протянется конструкция с грузовыми платформами, местами хранения внешнего оборудования, солнечными батареями, радиаторами и железнодорожной линией для перемещения мобильной базовой системы MBS с дистанционным манипулятором SSRMS. Но это пока в будущем, а секция Z1 – первая часть этого грандиозного ферменного сооружения.
Вторым элементом стал гермоадаптер РМА-3. Это уже третий подобный специализированный стыковочный узел, доставляемый на станцию. Гермоадаптер предназначен для стыковок американских кораблей. РМА служит тамбуром-шлюзом между МКС и шаттлов во время стыковки, совместных полетов, а также обеспечивает коммуникацию между двумя объектами. Гермоадаптеры впоследствии будут пристыкованы к Узловым модулям типа Node и обеспечить одновременный прием до трех кораблей, в том числе шаттлов и грузовых коммерческих кораблей.
По своим функциям сегмент Z1 является одним из основных среди обеспечивающих компонентов американского сегмента. На нем сосредоточены важнейшие элементы систем связи и передачи телеметрии, управления движением, электропитания и терморегулирования.
Конструктивно секция Z1 Основной фермы разработана исходя из максимальной плотности компоновки всего оборудования. Часть его элементов складывается при запуске и разворачивается после установки на МКС.
Основные несущие элементы Z1 – стержни фермы и элементы оболочек и корпусов – изготовлены из алюминиевого сплава 2219-Т851. Цапфы стержней и штанги стержней «киля» фермы – из материала INCO718, штанги поворотной антенны Ku-диапазона – стальные.
Секция Z1 имеет высоту по корпусу (без антенны) 4,13 метра, длину – 4,51 метра, ширину – 3,63 метра. С развернутой антенной Ku-диапазона высота составляет 8,48 метра. Масса сегмента – 8765 кг.
Сегмент Z1 обеспечивает временную установку на Узловой модуль Unity американского энергетического модуля, состоящего из секции Р6 Основной фермы с панелями солнечных батарей, а также размещение силовых управляющих гироскопов CMG. Секция Z1 также будет нести аппаратуру системы связи диапазонов Ku и S, два блока-преобразователя постоянного тока DDCU, блоки системы терморегулирования, первичные и вторичные распределители электроэнергии и два плазменных контактора. Все электронное оборудование, размещенное на Z1, рассчитано на работу в вакууме и не нуждается в герметичных отсеках. За счет этого значительно снижается масса конструкции, но для обслуживания, ремонта или замены оборудования потребуются выходы астронавтов в открытый космос.
На сегменте Z1 установлены два «пристыковочных» узла, узел крепления сегмента Р6, оборудование для использования при выходах в открытый космос и захваты для дистанционных манипуляторов.
Новый элемент МКС оснащен двумя американскими «пристыковочными» узлами андрогинно-периферийного типа с 8 направляющими лепестками. Внешний диаметр узла – 1 метр. Нижний узел СВМ (единый механизм пристыковки) предназначен для установки сегмента Z1 на Узловом модуле Unity.
Второй узел МВМ (механизм ручной пристыковки) находится на передней части Z1 и предназначен для временной установки гермоадаптера РМА-2. Узел на передней части Z1 не обеспечивает гермосоединения. Он аналогичен узлу крепления РМА-3 на платформе Spacelab в полете STS-92, но не имеет дополнительных болтов по периметру, обеспечивающих дополнительную жесткость крепления РМА-3 при запуске.
На верхней части сегмента Z1 имеется узел для ручного крепления секции Р6. Такие узлы типа RTAS используются для соединения всех элементов Основной фермы. Кроме того, к механизмам Z1 относится шарнирный разъем и короб для прокладки кабелей между сегментом Z1 и Лабораторным модулем Destiny. Он находится на передней стороне Z1 и обеспечивает прямой интерфейс для систем электропитания, передачи данных и терморегулирования от Лабораторного модуля к сегменту Р6.
Сегмент Z1 оборудован несколькими приспособлениями для обеспечения работы членов экипажа во время выходов в открытый космос. В их число входят два устройства для фиксации инструментов ETSD, 22 интерфейса для рабочих мест WIE и один съемный узел FRGF для захвата дистанционным манипулятором. Кроме того, на Z1 имеется 11 ферм, 2 фиксатора для кабельных коробок, многочисленные стандартные захваты, поручни и рукоятки.
Сегмент Z1 имеет в своем составе элементы системы электропитания американского сегмента МКС: 2 инициализационные диодные сборки IDA, два блока вторичного распределения электроэнергии SPDA, два блока плазменных контакторов PCU, два преобразователя постоянного тока DDCU и две коммутационные панели.
Блоки IDA обеспечивают передачу электроэнергии с блока электропитания APCU на шаттле на секцию Р6 во время его установки и включения систем в полете 4А. Они также соединяют Р6 с преобразователями постоянного тока DDCU в Лабораторном модуле в период между полетами 5А и 12А, когда появится сегмент Р4.
Распределители SPDA состоят из удаленных модулей переключателей электроэнергии RPCM, стоящих между преобразователями DDCU и потребителями тока. Они управляют, защищают и изолируют вторичные линии распределения электроэнергии. Имеется 6 типов модулей RPCM, отличающихся по номинальному выходному току, числу переключателей в модуле и функциям. Центральный кабель проложен от первичных преобразователей DDCU до переключателей RPCM. До полета 4А электропитание всего оборудования Z1 будет осуществляться с российского сегмента.
Плазменные контакторы PCU обеспечивают выравнивание потенциалов между конструкцией МКС и окружающей станцию плазмой. Для этого они испускают электроны через произведенную ими плазму. Без PCU потенциал МКС мог бы достигать 150В. Блоки PCU, установленные на Z1, не позволят разности потенциалов между станцией и окружающей плазмой превысить 40В. Центральный элемент каждого PCU – полный катод НСА, который испускает в окружающую плазму ток силой до 10А. PCU работают лишь тогда, когда МКС находится на освещенной части орбиты.
Первичные преобразователи постоянного тока DDCU преобразовывают первичный ток от СБ (115-173В) во вторичный стабилизированный (123-126В). Тепловой режим преобразователя обеспечивается радиатором с тепловыми трубами. Преобразователи не будут использоваться до полета 4А, когда будут установлены и подключены к ним СБ на сегменте Р6. При старте два блока DDCU закреплены в грузовом отсеке шаттла на адаптерах CHIA. Вес блока с адаптером около 300 кг.
Две коммутационные панели на левой стороне Z1 предназначены для коммутации источников электроэнергии. На внешней стороне панелей установлены один фиксированный выходной разъем и три взаимозаменяемых входных соединительных разъема. Чтобы изменить конфигурацию электропитания, достаточно переставить перемычку на один из трех входных разъемов. В начальной конфигурации коммутационные панели установлены в положение, обеспечивающее электропитание оборудования на Z1 от российского сегмента. Но уже в полете 4А схема соединения будет изменена на собственные источники энергии на ферме Р6.
Сегмент Z1 включает следующие элементы «ранней внешней активной системы терморегулирования» EEATCS: 4 аккумулятора аммиака, 12 быстроразъемных штуцеров и трубопроводы. Аккумуляторы заправляют систему аммиаком на орбите, компенсируют температурное расширение теплоносителя и поддерживают рабочее давление в системе. Штуцеры обеспечивают соединения с трубопроводами системы EEATCS на сегменте Р6 и модуле Destiny.
В систему управления движением на Z1 входят 4 силовых управляющих гироскопа CMG и агрегаты, обеспечивающие их работу. Снаружи сборка гироскопов и электроники закрыта защитным экраном от микрометеоритов и обломков РА и КА. СУД начнут использовать только после полета 5А, когда будет активирован в Лабораторном модуле мультиплексор-демультиплексор системы наведения, навигации и управления GN&C.
Четыре гиродина CMG отвечают за ориентацию МКС и обладают суммарным импульсом 1936 кг.-м./с. Для обеспечения ориентации гиродины в нужные моменты времени способны за счет влияния на их вращательные моменты прикладывать к МКС управляющий импульс или поглощать возмущающий импульс станции. Когда происходит насыщение CMG и вектор его момента совпадает с вектором возмущающего воздействия, производится «разгрузка» гироскопа за счет включения ДУ станции. При этом их воздействие позволяет вернуть вектор гироскопов в положение, в котором вновь можно управлять ориентацией МКС.
Каждый CMG состоит из большого плоского маховика, который вращается с постоянной скоростью 6600 кг.-м./с. Диаметр одного гироскопа (по корпусу) – 1.53 м. Маховик установлен в карданном подвесе с двумя степенями свободы. Изменяя положение вращающегося маховика по этим двум степеням, можно прикладывать управляющие моменты по двум осям. По третьей оси можно было бы вести управление меняя только скорость вращения маховика, но этого не делается. Поэтому необходимо хотя бы два гироскопа для осуществления трехосной ориентации станции.
Каждый CMG имеет свой временный нагреватель (120Вт), который позволит держать температуру гиродина в пределах от –41 до -37 гр. На время до полета 5А, пока CMG не будут включены. Энергопотребление нагревателей обеспечивается за счет российского сегмента.
На секции Z1 размещены два комплекта системы связи S и Ku диапазонов. Система связи S-диапазона состоит из двух дублирующих друг друга комплектов. В каждый комплект входят три заменяемых в полете модуля – процессор группового сигнала BSP, приемоответчик спутниковой ретрансляционной системы TDRSS и антенно-радиочастотная группа с двумя антеннами – LGA с малым коэффициентом усиления и остронаправленной антенны HGA с большим коэффициентом усиления. Две антенны вместе составляют антенную сборку SASA.
Радиочастотная группа RFG выполняет две главные функции: усиление и фильтрация радиосигнала, прием и излучение сигнала. RFG также обеспечивает подключение к антеннам с различным коэффициентом усиления – LGA и HGA. Ориентируемая антенна HGA рассчитана на высокую скорость передачи данных через систему TDRS. Для работы с этой системой в полете 5Ф на МКС будет введен в работу мультиплексор-демультиплексор системы GN&C, отвечающий, в частности, за управление антенной HGA. Антенна LGA установлена в рабочее положение и не нуждается в каких-либо настройках. Группа RFG при запуске закреплена на правом борту Z1. Так как на этом месте должны стоять преобразователи DDCU, то во время первого выхода в ОК членов экипажа «Дискавери» намечено временно перенести RFG на специальный кронштейн.
Компьютер BSP – сердце системы связи S-диапазона. Он обеспечивает обработку данных и звуковой информации как по линии «вверх» (с Земли на МКС), так и «вниз» (с МКС на Землю). Приемоответчик системы TDRSS, который будет доставлен на станцию в ходе полета 4А, принимает от BSP информацию линии «вниз» и модулирует несущую для передачи информации на Землю. Информацию линии «вверх» приемоответчик будет принимать от радиочастотной группы, демодулирует сигнал и передаст его в BSP для информационного распределения потребителям. Компьютер BSP обеспечивает передачу данных «вниз» со скоростью 192 или 12 кбит/с. Линия «вверх» через компьютер BSP и приемоответчик системы TDRSS имеет пропускную способность 72 или 6 кбит/с. Разные скорости передачи определяются коммутацией компьютера BSP на каналы высокой или низкой скорости передачи данных. Телефонный канал имеет пропускную способность в направлении «вверх» 192 кбит/с.
Система связи KU-диапазона. Это основная система связи на МКС для передачи в цифровом виде видеоизображений и данных от полезной нагрузки. KU-диапазон обеспечивает передачу с борта с фиксированной скоростью 50 Мбит/с, что позволяет одновременно передавать четыре видеоканала. В потоке данных выделяется 12 логических каналов: 4 видео и 8 для передачи от полезной нагрузки.
Бортовое оборудование Ku-диапазона включает один комплект аппаратуры, состоящий из четырех блоков: процессора VBSP, модулирующего сигнал, высокоскоростного мультиплексора кадров HRFM, высокоскоростного модема HRM, контроллера приема и передачи TRC. И плюс к ним – наводимая антенна SGANT. На линии «вниз» видеосигнал сначала преобразуется в цифровой в процессорах VBSP, затем попадает в мультиплексор HRFM. Информация от целевой аппаратуры не требует перевода в цифровой формат, а потом сразу попадает в HRFM. После мультиплексора кодированный и модулированный сигнал через модем HRM передается на контроллер TRC, где преобразуется из S- в Ku-диапазон, а оттуда – на антенну SGANT. С нее через спутник системы TDRSS сигнал попадает на Землю. По линии «вверх» TRC принимает только сигнал несущей, чтобы следить антенной за спутником.
Второй крупный элемент, доставляемый на МКС – гермоадаптер РМА-3. Этот небольшой модуль служит для стыковки к МКС шаттлов, образования герметичного перехода между шаттлом и станцией для перехода экипажа и переноса грузов, создания интерфейсов между шаттлом и станцией для передачи энергии и информации. При запуске гермоадаптер закреплен на платформе Spacelab.
Разработка гермоадаптеров РМА для обеспечения стыковки со станцией шаттлов велась еще со времен программы Freedom. Первые два адаптера были выведены на орбиту совместно с Узловым модулем Uniti. Модуль РМА-3 изготовлен Boeing Defence & Space Group и 20 февраля 1998 года доставлен в Центр Кеннеди.
Корпус РМА-3 образован сварной обечайкой из алюминиевого сплава 2219. Он имеет форму усеченного конуса с наклонной осью. Наклон оси, составляющий 32 градуса обеспечивает компенсацию значительной части возмущающегося момента, образующегося при стыковке из-за того, что центр масс шаттла лежит не на оси стыковки. С обеих сторон конической части корпуса приварены цилиндрические обечайки, на которых закреплены стыковочные узлы. Длина РМА-3 составляет 2,71 метра, максимальный диаметр – 2,5 метра, диаметр со стороны американского узла – 1,96 метра, со стороны АПАС – 1,52 метра. Масса РМА-3 – 1156 кг., платформы Spacelab, на которой он закреплен - 1400 кг.
На РМА-3 установлен российский пассивный андрогинный периферийный стыковочный узел типа АПАС-89, совместимый с активными узлами АПАС на отсеках ODS шаттлов. При стыковке узлы соединяют шины данных типа 1553, через которые обеспечиваются информационный интерфейс между компьютерами шаттла и МКС. Внешний диаметр узла – 1.52 метра, диаметр проходного сечения круглой формы – 1 метр.
С противоположной стороны РМА-3 установлен американский пассивный андрогинный «пристыковочный» узел с 8 направляющими лепестками. Внешний диаметр узла – 1,96 метра. Внутреннее проходное сечение имеет форму квадрата со стороной 1,17 метра, края которого скруглены по радиусу 0,28 метра.
Снаружи РМА-3 имеется интерфейс рабочего места WIF с переносным фиксатором для ног PFR, два съемных узла FRGF для захвата дистанционным манипулятором, захваты и поручни. На крышке люка АПАС установлена мишень для камеры, на корпусе РМА-3 – полусферическая лазерная мишень для дальномера шаттла, и по бокам АПАС – планарные лазерные отражатели. На корпусе имеются многочисленные мишени Системы космического зрения SVS. Снаружи гермоадаптера также имеются два комплекта красных светодиодов (по 4 штуки в каждом комплекте). Эти элементы отображают текущее состояние СУД МКС.
Внутри РМА-3 под защитными кожухами проложены энергетические и информационные кабели, стоят осветительные лампы, а также имеются десять 60-ваттных электрических нагревателей системы терморегулирования. Снаружи гермоадаптер закрыт матами экранно-вакуумной теплоизоляции, установленной между его корпусом и панелями противометеоритной защиты.
Статья подготовлена по материалам РКК «Энергия», ЦПК им. Ю.А. Гагарина, ЦНИИмаш, NASA, spacefacts, astronote, журнала «Новости космонавтики»
#Космос #МКС #Космонавтика #Пилотируемые_полеты #Байконур #научные_исследования #астронавт #космонавт #NASA #Роскосмос
