Строительство китайской космической станции «Тяньгун» началось с запуска Базового модуля «Тяньхэ». Это важное событие произошло 29 апреля 2021 г. в 11:23:15.613 пекинского времени (03:23:16 UTC) с пускового комплекса №101 космического центра Вэньчан с помощью ракеты-носителя «Чанчжэн-5B». Старт и выведение прошли успешно, и на 492-й секунде полета изделие было выведено на расчетную орбиту.
Базовый блок «Тяньхэ» внешне очень похож на Базовый блок советской орбитальной станции «Мир». Его стартовая масса 22500 кг, длина 16,6 м, максимальный диаметр 4,2 м. «Тяньхэ» состоит из переднего узлового отсека, основного жилого и командного отсека, хвостового ресурсного отсека и проходящей сквозь него по оси промежуточной камеры. Все отсеки, за исключением ресурсного, образуют гермообъем, из которого 50 м3 доступны для экипажа.
Ресурсный (агрегатный) отсек занимает последние 2,1 м длины объекта и содержит в себе основные элементы двигательной установки, созданной в 801-м институте 6-й академии Китайской корпорации космической науки и техники и рассчитанной на 15 лет службы. В отсеке смонтированы шесть сферических баков с компонентами топлива (до 1800 кг НДМГ и четырехокиси азота) и топливные магистрали. Четыре двигателя для коррекции орбиты находятся на наружной поверхности отсека. Там же смонтированы четыре блока двигателей малой тяги для ориентации и разгрузки гиродинов (всего 22 двигателя).
В составе ДУ имеется четыре электроракетных двигателя для компенсации атмосферного торможения – два рабочих и два запасных. Двигатели LHT-100 разработаны Ланчжоуским институтом космической физики и техники и испытаны на КА «Шицзянь-17», они имеют тягу 80 мН при энергопотреблении 1527 Вт и удельном импульсе 1531 сек. Блок управления и баки с рабочим телом могут по мере необходимости заменяться космонавтами, работающими в открытом космосе. Годовая потребность в ксеноне оценивается в 400 кг, в то время как при использовании ЖРД расход составил бы 2-3 тонны.
Основной отсек, как и на «Мире», состоит из зоны большого диаметра и зоны малого диаметра. Последний чуть меньше «мировского» – примерно 2,6 м вместо 2,9 м у прототипа. Обе зоны защищены снаружи матами противометеоритной защиты, над которыми смонтированы радиаторы системы терморегулирования. На зенитной части зоны малого диаметра установлена антенна для связи через спутник-ретранслятор.
В зоне сопряжения двух диаметров смонтированы шесть гиродинов для поддержания ориентации станции.
На боковых сторонах зоны малого диаметра смонтированы привода солнечных батарей. Судя по опубликованным снимкам, панели с фотоэлементами сделаны по типу МКС, то есть в стартовом положении они сложены «гармошкой» в двух контейнерах на каждой стороне, а на орбите переводятся в рабочее состояние с помощью выдвижной ферменной конструкции. Каждая из двух панелей имеет площадь 67 м2 при длине 12,6 м, снимаемая мощность с них мощность достигает 9 кВт.
На надирной поверхности малого диаметра при старте уложен манипулятор, который в рабочем состоянии устанавливается на узлы на Базовом блоке и других модулях. На «Тяньхэ» их три: один на зенитной стороне малого диаметра и еще два – слева внизу на малом и большом диаметре. Как и канадский манипулятор на МКС, китайская «рука» имеет семь сочленений и два концевых эффектора и может «переступать» с одного узла на другой. Длина манипулятора близка к 10 м, он может переносить объекты массой до 25 т.
Внутренний объем зоны малого диаметра организован в виде прохода прямоугольного сечения с боковыми нишами. Здесь организованы временные спальные места, здесь же установлены тренажеры для физических упражнений (беговая дорожка и велоэргометр) и обеденный столик. По боковым «стенам» большого диаметра смонтированы блоки командного поста станции и размещена исследовательская аппаратура.
Узловой отсек выполнен в виде шара диаметром около 2,8 м и имеет четыре стыковочных узла: передний, к которому стыкуется транспортный корабль «Шэньчжоу», два боковых для двух основных модулей станции и надирный для стыковки второго «Шэньчжоу». Кормовой стыковочный узел по оси промежуточной камеры служит для стыковки грузового корабля «Тяньчжоу» и имеет интерфейсы для перекачки топлива из его баков в баки ресурсного отсека.
Все узлы андрогинно-периферийного типа, скорее всего изготовлены по лицензии АПАС-89. Передний, хвостовой и надирный обеспечивают подход и стыковку кораблей и модулей, а два боковых – только присоединение модулей.
Итак, Базовый блок «Тяньхэ» является центром управления станции и обеспечивает встречу и стыковку с ней пилотируемых и грузовых кораблей и модулей и эксплуатацию большого манипулятора. На начальном этапе он обеспечивает жилые условия для экипажа и внекорабельную деятельность.
Вторым объектом китайской станции «Тяньгун» стал модуль «Вэньтянь», запущенный 24 июля 2022 года с площадки № 101 космодрома Вэньчан. Официально модуль «Вэньтянь» считается Исследовательским модулем №1 Китайской космической станции и его название переводится как «Вопрошание к небу». Вес модуля «Вэньтянь» составляет около 20 тонн. Длина — около 18 м, она сравнима с высотой шестиэтажного здания, максимальный диаметр 4,2 м. Две солнечные батареи имеют 55,7 м в размахе, площадь каждой составляет 138 м2, в том числе 110 м2 рабочей поверхности, а вырабатываемая мощность – 7300 Вт. Сухая масса объекта около 21500 кг, перед стартом он был заправлен 1550 кг компонентов топлива.
Модуль «Вэньтянь» является мощной платформой для проведения научных экспериментов, главным образом биологических, и одновременно частично дублирует системы Базового блока. Это позволяет при необходимости поддерживать ориентацию станции и ее орбиту, управлять системами электропитания, информационного обмена, жизнеобеспечения. Модуль оснащен шлюзовой камерой для выходов в открытый космос продолжительностью до 8 часов и малым манипулятором. Ее вес, длина и грузоподъемность значительно меньше параметров руки-манипулятора, установленной на «Тяньхэ», однако точность ее позиционирования в пять раз выше, что позволит осуществлять более сложные операции.
Структурно «Вэньтянь» делится на рабочий отсек, шлюзовой отсек и ресурсный отсек. Модуль стыкуется к станции с помощью устройства андрогинно-периферийного типа, расположенного в носовой части рабочего отсека. Как и на «Мире», за перестыковку модуля с носового на боковой узел Базового блока отвечает специальный манипулятор.
Герметичный рабочий отсек длиной около 10 м представляет собой основную жилую зону космонавтов с местами для работы, сна, разогрева и приема пищи, санитарных процедур и физических упражнений.
Внутри отсека по четырем его плоскостям имеется 24 места для стандартных стоек научной и обеспечивающей аппаратуры, каждая из которых имеет 1,8 м в высоту, 1,0 м в ширину и 0,8 м в глубину. В трех из четырех ближайших к стыковочному узлу стойках смонтированы постоянные кабины со спальными местами членов экипажа.
Аппаратура жизнеобеспечения включает установки для генерации кислорода путем электролиза воды, для удаления CO2 и малых примесей, а также для регенерации воды из водорода и углекислого газа. Есть и традиционные для орбитальных станций установки регенерации воды из конденсата атмосферной влаги и урины. Противопожарные средства включают огнетушители и маски для дыхания, имеются баллоны для аварийной подачи воздуха и очистители. В модуле складированы аварийные запасы воды и санитарных средств.
В модуле «Вэньтянь» при запуске были установлены восемь стоек научной аппаратуры, в том числе: стойка для биологических и экологических исследований; стойка для биотехнологических исследований; стойка для исследований в условиях переменных ускорений от 0,01g до 2,0g; стойка перспективных аэрокосмических технологий; стойка с перчаточным ящиком и холодильниками на –80°, –20° и +4°C; три пустых стойки с местами для контрактных экспериментов.
На борту модуля находится также радиолюбительская станция с позывным CSSARS, обеспечивающая голосовую связь в двух УКВ-диапазонах (145 и 435 МГц), передачу цифровой информации формата AFSK на скорости 1200 бит/с и трансляцию малокадрового видео или изображений.
На модуле установлены шесть гиродинов массой по 170 кг каждый для ориентации станции без расходования топлива, два из которых были доставлены позже и установлены экипажами.
Внешняя поверхность рабочего отсека прикрыта стационарными панелями микрометеоритной защиты. На зенитной и левой сторонах имеются такелажные узлы для основного манипулятора станции. На модуле установлены два светодиодных светильника для обеспечения сближения и стыковки и четыре ориентируемые камеры высокого разрешения.
Шлюзовой отсек имеет в своем составе собственно шлюзовую камеру для выходов в открытый космос и внешнюю панель с местами для установки научной аппаратуры. Шлюзовая камера соединена с рабочим отсеком через гермолюк. Выходной круглый люк большого диаметра с кольцевым поручнем вокруг него находится на надирной стороне шлюзового отсека, по I плоскости, и открывается в сторону Земли.
Девять площадок для размещения внешних приборов имеются на зенитной стороне, пять – на правой, еще восемь – на конической части ресурсного отсека.
Ресурсный отсек состоит из конической части с двигательной установкой модуля и кубоида с приводами солнечных батарей. В конической части в четырех сферических баках находятся компоненты топлива для ориентации и коррекций орбиты модуля по пути к космической станции. Четыре двигателя направленного перемещения смонтированы на кронштейнах и смотрят «назад» в стыковочном положении. Еще 32 двигателя ориентации, объединенные в 20 блоков, размещены в различных точках на внешней поверхности модуля.
Солнечные батареи «Вэньтяня» располагаются на конце поперечной оси и имеют приводы для вращения в двух направлениях: вокруг этой оси по углу α для отслеживания Солнца в течение витка вокруг Земли и по углу β для подстройки к его текущему боковому положению, которое постоянно, но медленно изменяется вследствие обращения Земли вокруг Солнца и прецессии плоскости орбиты. Поворот по углу α обеспечивается вращением вокруг оси модуля всей его конечной кубической части, а по углу β – самих штанг с солнечными батареями. Передача зарядного тока в энергосистему станции идет через кольцевые скользящие контакты.
Механизм ориентации на Солнце имеет массу около 1000 кг. Каждое из двух «крыльев» солнечной батареи массой примерно 600 кг состоит из штанги, развертываемой ферменной конструкции и двух контейнеров, в которых «полотно» батареи сложено на время старта. В транспортном положении штанги с солнечными батареями сложены вдоль корпуса. На орбите штанги разворачиваются перпендикулярно к продольной оси модуля, а контейнеры – перпендикулярно штангам. Устройство развертывания на конце каждой штанги начинает собирать и выдвигать опорную ферму, которая тянет за собой верхние части двух панелей солнечной батареи.
На зенитной стороне конической части ресурсного отсека смонтирована ориентируемая антенна для связи через спутник-ретранслятор.
25 июля 2022 года модуль «Вэнтянь» успешно пристыковался к носовому стыковочному узлу Базового блока «Тяньхэ». Затем, экипаж станции малым манипулятором перенес его на боковой узел. Войдя в модуль тайкунавты выполнили расконсервацию его систем и ввели в состав станции, начав научные исследования и эксперименты.
Второй экспериментальный модуль «Мэнтянь», его название переводится как «Небо мечты», является третьим элементом трехмодульной космической станции «Тяньгун». Модуль был запущен в октябре 2022 года и в этом же месяце введен в состав орбитального комплекса. «Мэнтянь» в основном предназначен для фундаментальных исследований в условиях микрогравитации и прикладных экспериментов в области материаловедения.
Экспериментальный модуль «Мэнтянь» имеет 17,88 м в длину при максимальном диаметре 4,2 м, его внутренний герметичный объем составляет 110 м3, в том числе 32 м3 жилого объема. Две солнечные батареи имеют 55,7 м в размахе, площадь каждой составляет 138 м2, в том числе 110 м2 рабочей поверхности, а вырабатываемая мощность – 6750 Вт. Модуль со служебными системами имеет массу около 17000 кг, а полная стартовая масса с установленной научной аппаратурой и с заправкой топливом близка к 23000 кг.
«Мэнтянь» имеет в своем составе рабочий отсек, грузовой отсек, грузовую шлюзовую камеру и ресурсный отсек. Модуль стыкуется к станции с помощью устройства андрогинно-периферийного типа, расположенного в носовой части рабочего отсека. Как и на «Мире», за перестыковку модуля с носового на боковой узел Базового блока отвечает специальный манипулятор.
Герметичный рабочий отсек длиной около 10 м имеет в своем составе рабочую зону экипажа, секцию со стойками научной аппаратуры и секцию служебных систем. В рабочей зоне экипажа находится, в частности, тренажер для физических упражнений с нагрузкой – гребной тренажер.
По четырем плоскостям модуля имеется 16 мест для стандартных стоек научной и обеспечивающей аппаратуры, каждая из которых имеет 1,8 м в высоту, 1,0 м в ширину и 0,8 м в глубину. 13 мест отведено под научные стойки и аппаратуру. «Мэнтянь» был запущен с 11 стойками научной аппаратуры, в число которых вошли: стойка для экспериментов в области физики жидкости; стойка для экспериментов с двухфазными системами; стойка для исследований процесса горения; стойка для высокотемпературных экспериментов в области материаловедения; стойка для экспериментов с ультрахолодными атомами; стойки для высокоточных систем времени и частоты №1 и №2; ремонтно-профилактическая платформа; три пустых стойки с местами для контрактных экспериментов. Впервые в мире стойка для высокотемпературных исследований оснащена аппаратурой для рентгеноскопии образцов для отслеживания изменения их структуры.
Комплекс аппаратуры для исследований в области высокоточных систем времени и частоты наиболее объемен и включает две стойки в гермообъеме «Мэнтяня» и четыре внешние полезные нагрузки. Программа включают эксперименты с наиболее точными атомными «часами» в мире – водородными, рубидиевыми и оптическими. С их помощью будет измеряться гравитационное смещение и проверяться постоянство скорости света. Предусмотрено и прикладное использование в виде синхронизации отсчета времени на ведущих научных установках мира, таких как системы радиотелескопов и ускорители частиц.
Ремонтно-профилактическая платформа имеет в своем составе высокоточный манипулятор и «умные» очки дополненной реальности, которые помогут экипажу в обслуживании и ремонте бортовой аппаратуры. Манипулятор, кстати, тоже впервые был опробован на «Тяньгуне-2».
Внешняя поверхность рабочего отсека прикрыта стационарными панелями микрометеоритной защиты. На зенитной стороне имеется такелажный узел для основного манипулятора станции. На модуле установлены два светодиодных светильника для обеспечения сближения и стыковки и четыре ориентируемые камеры высокого разрешения.
Визуально «Мэнтянь» выглядит больше первого модуля, но его гермообъем меньше, так как значительную долю общей длины составляет грузовой отсек диаметром 4 м. Он предназначен для выноса на внешнюю поверхность станции и возвращения обратно крупногабаритной научной аппаратуры.
Сам отсек является по существу негерметичной силовой конструкцией. Внутри его по оси располагается грузовая шлюзовая камера длиной 2,3 м, диаметром 2,2 м и объемом 8 м3 с устройством фиксации и выдвижения грузов. Камера имеет герметичный люк квадратного сечения со стороной 1,2 м со стороны рабочего отсека модуля и второй люк такого же размера с прислонно-сдвижной крышкой в зенитной части. Напротив него в корпусе грузового отсека имеется большая откидная крышка.
Устройство фиксации и выдвижения может поворачиваться на поперечной оси в сторону любого из люков и позволяет перемещать объекты размером до 1,15х1,2х0,9 м и массой до 400 кг. Последовательность операций в направлении «наружу» выглядит так: устройство загружается со стороны основного гермообъема и убирается в камеру, люк герметизируется, воздух стравливается, устройство разворачивается в направлении «вверх», открывается внешняя крышка отсека и зенитная крышка камеры, груз поднимается до границы цилиндрической части модуля, где его принимает малый манипулятор станции. При необходимости операции могут быть проделаны в обратном порядке.
Этот же механизм может использоваться для выноса пускового устройства микроспутников массой до 100 кг или пусковых контейнеров наноспутников класса «кубсат». В этом случае космонавт монтирует соответствующие объекты на устройство фиксации и выдвижения, а манипулятор принимает пусковое устройство на обрезе внешнего люка и выносит в заданную точку, где и выполняется отделение спутников.
На внешней поверхности модуля имеется 37 посадочных мест для размещения научной аппаратуры с соответствующими механическими, электрическими и информационными интерфейсами. Восемь из них устроены в нише на надирной стороне грузового отсека, а еще восемь – на ее откидной крышке.
Ресурсный отсек состоит из конической части с двигательной установкой модуля и кубоида с приводами солнечных батарей. На конической части есть два узла фиксации малого «ловкого» манипулятора.
В конической части в четырех сферических баках емкостью по 400 л находятся 1737 кг компонентов топлива для ориентации и коррекций орбиты модуля по пути к космической станции. Для наддува баков используется газ в четырех композитных баллонах емкостью по 40 л. Четыре двигателя направленного перемещения тягой по 490 Н смонтированы на кронштейнах и смотрят в положении «назад» в стыковочном положении. Еще 32 двигателя ориентации, объединенные в 20 блоков, размещены в различных точках на внешней поверхности модуля; 8 из них имеют тягу 120 Н, а 24 – по 150 Н.
Солнечные батареи «Мэнтяня» аналогичны по конструкции батареям первого модуля. Они располагаются на концах поперечной оси станции и имеют приводы для вращения в двух направлениях: вокруг этой оси по углу α для отслеживания Солнца в течение витка вокруг Земли и по углу β для подстройки к его текущему боковому положению, которое постоянно, но медленно изменяется вследствие обращения Земли вокруг Солнца и прецессии плоскости орбиты. Поворот по углу α обеспечивается вращением вокруг оси модуля всей его конечной кубической части, а по углу β – самих штанг с солнечными батареями. Передача зарядного тока в энергосистему станции идет через кольцевые скользящие контакты.
На зенитной стороне конической части ресурсного отсека смонтирована ориентируемая антенна для связи через спутник-ретранслятор. Помимо этого высокоскоростного канала, модуль имеет стандартную систему командно-телеметрического радиообмена с наземными станциями и резервную систему передачи информации через короткие сообщения китайской спутниковой навигационно-связной системы «Бэйдоу».
Сегодня на орбитальной станции «Тяньгун» работает уже седьмая основная экспедиция, прибывшая на корабле «Шэньчжоу-18». Первый экипаж проработал три месяца, у остальных длительность полета составляла полгода. Шесть грузовых кораблей «Тяньчжоу» доставили на станцию все необходимое для их работы и приведении станции в рабочее состояние. К настоящему времени на космической станции проведено более 130 экспериментов при участии примерно 500 научных учреждений Китая и других стран, а на шести кораблях «Шэньчжоу» возвращено более 300 образцов. Эти исследования уже стали основой для 280 публикаций в ведущих научных журналах. В ходе седьмой экспедиции выполняется около 90 экспериментов и ожидается возврат более 200 образцов примерно 60 типов.
#Космос #Станция_Тяньгун #Китайская_космонавтика #Пилотируемая_космическая_программа_Китая #Китайские_научные_исследования #астронавт #космонавт #тайкунавт