12 апреля грядет день космонавтики. И конечно же, было-бы неправильно обойти этот праздник стороной. Тем более, что в этом году дата будет особенной, 50 лет со дня первого полёта человека в космос. Именно 12 апреля 1961 года Юрий Гагарин совершил свой исторический подвиг.
Ну а без грандиозных суперсооружений человеку в космосе не обойтись. Именно таковым и является Международная космическая станция (англ. International Space Station).
Габариты МКС - невелики; длина - 51 метр, ширина вместе с фермами - 109 метров, высота - 20 метров, вес - 417,3 тонны. Но думаю всем понятно, что уникальность этого суперсооружения не в его размерах, а в технологиях используемых для фукционирования станции в открытом космосе. Высота орбиты МКС составляет 337-351 км над землей. Скорость движения по орбите - 27700 км/ч. Это позволяет станции совершать полный оборот вокруг нашей планеты за 92 минуты. То есть, каждые сутки космонавты, находящиеся на МКС встречают 16 рассветов и закатов, 16 раз ночь сменяет день. Сейчас экипаж МКС состоит из 6 человек, а вообще за все время функционирования станция приняла 297 посетителей (196 разных людей). Началом эксплуатации Международной космической станции считается 20 ноября 1998 года. И на данный момент (9.04.2011) станция находится на орбите уже 4523 суток. За это время она достаточно сильно эволюционировала. Предлагаю убедиться Вам в этом, просмотрев фото.
МКС, 1999 год.
МКС, 2000 год.
МКС, 2002 год.
МКС, 2005 год.
МКС, 2006 год.
МКС, 2009 год.
МКС, март 2011 года.
Ниже приведу схему станции, из которой можно узнать названия модулей а также увидеть места стыковки МКС с другими космическими кораблями.
МКС является международным проектом. В нём участвуют 23 государства: Австрия, Бельгия, Бразилия, Великобритания, Германия, Греция, Дания, Ирландия, Испания, Италия, Канада, Люксембург(!!!), Нидерланды, Норвегия, Португалия, Россия, США, Финляндия, Франция, Чехия, Швейцария, Швеция, Япония. Ведь осилить в финансовом плане строительство и поддержания функциональности Международной космической станции в одиночку не под силу ни одному государству. Подсчитать точные или даже приблизительные затраты на строительство и эксплуатацию МКС не представляется возможным. Официальная цифра уже перевалила за 100 млрд долларов США, а если прибавить сюда все побочные затраты, то получится около 150 млрд долларов США. Это уже сейчас делает Международную космическую станцию самым дорогостоящим проектом за всю историю человечества. А исходя из последних договоренностей России, США и Японии (Европа, Бразилия и Канада пока в раздумьях) о том, что срок эксплуатации МКС продлен минимум до 2020 года (а возможно и дальнейшее продление), то суммарные затраты на содержание станции возрастут еще больше.
Но предлагаю отвлечься от цифр. Ведь помимо научной ценности есть у МКС и другие достоинства. А именно, возможность оценить первозданную красоту нашей планеты с высоты орбиты. И совсем необязательно для это выходить в открытый космос.
Потому как, есть на станции своя смотровая площадка, застеклённый модуль "Купол".
Работы по международной космической станции (МКС, в англоязычной литературе ISS – International Space Station) начались в 1993. К этому моменту Россия имела более чем 25-летний опыт эксплуатации орбитальных станций «Салют» и «Мир», располагала уникальным опытом проведения длительных полетов (до 438 сут непрерывного пребывания человека на орбите), а также разнообразными космическими системами (орбитальная станция «Мир», пилотируемые и грузовые транспортные корабли типа «Союз» и «Прогресс») и развитой инфраструктурой для обеспечения их полетов. Но к 1991 Россия оказалась в состоянии тяжелого экономического кризиса и уже не могла поддерживать финансирование космонавтики на прежнем уровне. В это же время и, в общем, по той же причине (окончание «холодной войны») в тяжелом финансовом положении оказались создатели орбитальной станции «Фридом» (США). Поэтому появилось предложение объединить усилия России и США в осуществлении пилотируемых программ.
15 марта 1993 генеральный директор Российского космического агентства (РКА) Ю.Н.Коптев и генеральный конструктор научно-производственного объединения (НПО) «Энергия» Ю.П.Семенов обратились к руководителю НАСА Д.Голдину с предложением о создании МКС. 2 сентября 1993 председатель правительства Российской Федерации В.С.Черномырдин и вице-президент США А.Гор подписали «Совместное заявление о сотрудничестве в космосе», предусматривавшее создание МКС. В его развитие РКА и НАСА 1 ноября 1993 подписали «Детальный план работ по Международной космической станции». В июне 1994 между НАСА и РКА был подписан контракт «О поставках и услугах для станций «Мир» и МКС». В итоге дальнейших переговоров определилось, что в создании станции, кроме России (РКА) и США (NASA), участвуют Канада (CSA), Япония (NASDA) и страны Европейского сотрудничества (ESA), всего 16 стран, и что станция будет состоять из 2-х интегрированных сегментов (российского и американского) и собираться на орбите постепенно из отдельных модулей. Основная работа должна быть закончена к 2003; общая масса станции к этому времени превысит 450 т. Доставка грузов и экипажей на орбиту осуществляется российскими ракетами-носителями «Протон» и «Союз», а также американскими многоразовыми кораблями типа «Спейс Шаттл».
Головной организацией по созданию российского сегмента и его интеграции с американским сегментом является ракетно-космическая корпорация (РКК) «Энергия» им. С.П.Королева, по американскому сегменту – компания «Боинг». Техническую координацию работ по российскому сегменту МКС осуществляет Совет Главных конструкторов под руководством президента и генерального конструктора РКК «Энергия» академика РАН Ю.П.Семенова. Руководство подготовкой и проведением запуска элементов российского сегмента МКС осуществляет Межгосударственная комиссия по обеспечению полетов и эксплуатации орбитальных пилотируемых комплексов. В изготовлении элементов российского сегмента принимают участие: Завод экспериментального машиностроения РКК «Энергия» им. С.П.Королева и Ракетно-космический завод ГКНПЦ им. М.В.Хруничева, а также ГНП РКЦ «ЦСКБ-Прогресс», КБ общего машиностроения, РНИИ космического приборостроения, НИИ точных приборов, РГНИИ ЦПК им. Ю.А.Гагарина, Российская академия наук, организация «Агат» и др. (всего около 200 организаций).
Этапы строительства станции.
Развертывание МКС началось запуском 20 ноября 1998 с помощью ракеты «Протон» функционально-грузового блока (ФГБ) «Заря», построенного в России. 5 декабря 1998 состоялся старт космического шаттла «Индевор» (номер полета STS-88, командир – Р.Кабана, в составе экипажа – российский космонавт С.Крикалев) с американским стыковочным модулем NODE-1 («Юнити») на борту. 7 декабря «Индевор» причалил к ФГБ, перенес манипулятором и пристыковал к нему модуль NODE-1. Экипаж корабля «Индевор» выполнил на ФГБ (внутри и снаружи) монтаж аппаратуры связи и ремонтные работы. 13 декабря произведена расстыковка, а 15 декабря – посадка.
27 мая 1999 стартовал шаттл «Дискавери» (STS-96) и 29 мая состыковался с МКС. Экипаж перенес на станцию грузы, выполнил технические работы, установил на переходной модуль пост оператора грузовой стрелы и адаптер для его крепления. 4 июня – расстыковка, 6 июня – посадка.
18 мая 2000 стартовал шаттл «Дискавери» (STS-101), 21 мая состыковался с МКС. Экипаж осуществил ремонтные работы на ФГБ и монтаж грузовой стрелы и поручней на внешней поверхности станции. Двигателем шаттла осуществлена коррекция (подъем) орбиты МКС. 27 мая – расстыковка, 29 мая – посадка.
26 июля 2000 осуществлена стыковка служебного модуля «Звезда» с модулями «Заря» – «Юнити». Начало функционирования на орбите комплекса «Звезда» – «Заря» – «Юнити» общей массой 52,5 т.
С момента (2 ноября 2000) стыковки с МКС корабля «Союз ТМ-31» с экипажем МКС-1 на борту (В.Шеперд – командир экспедиции, Ю.Гидзенко – пилот, С.Крикалев – бортинженер) начался этап эксплуатации станции в пилотируемом режиме и проведения на ней научно-технических исследований.
Научные и технические эксперименты на МКС.
Формирование программы научных исследований на российском сегменте (РС) МКС было начато в 1995 после объявления конкурса среди научных учреждений, промышленных организаций и высших учебных заведений. Было получено 406 заявок от более 80 организаций по 11 основным направлениям исследований. В 1999 с учетом проведенной специалистами РКК «Энергия» технической проработки реализуемости полученных заявок была разработана «Долгосрочная программа научно-прикладных исследований и экспериментов, планируемых на РС МКС», утвержденная генеральным директором Российского авиационно-космического агентства Ю.Н.Коптевым и президентом Российской академии наук Ю.С.Осиповым.
Основные научные и технические задачи МКС:
– изучение Земли из космоса;
– изучение физических и биологических процессов в условиях невесомости и контролируемой гравитации;
– астрофизические наблюдения, в частности на станции будет большой комплекс солнечных телескопов;
– испытание новых материалов и приборов для работы в космосе;
– отработка технологии сборки на орбите крупных систем, в том числе с использованием роботов;
– испытание новых фармацевтических технологий и опытное производство новых препаратов в условиях микрогравитации;
– опытное производство полупроводниковых материалов.
Выбор некоторых параметров орбиты Международной космической станции не всегда очевиден . К примеру, станция может находиться на высоте от 280 до 460 километров, и из-за этого она постоянно испытывает затормаживающее воздействие верхних слоёв атмосферы нашей планеты. Каждые сутки МКС теряет примерно по 5 см/с скорости и 100 метров высоты. Поэтому периодически приходится поднимать станцию, сжигая топливо грузовиков ATV и «Прогресс». Почему же нельзя поднять станцию выше, чтобы избежать этих затрат?
Заложенный при проектировании диапазон и текущее реальное положение диктуются сразу несколькими причинами. Каждый день астронавты и космонавты получают высокие дозы радиации , и за отметкой 500 км её уровень резко повышается . А предел за полугодовое пребывание установлен всего на ползиверта, на всю карьеру отведён всего лишь зиверт. Каждый зиверт увеличивает риск онкологических заболеваний на 5,5 процента.
На Земле от космических лучей мы защищены радиационным поясом магнитосферы нашей планеты и атмосферой, но они работают слабее в ближнем космосе. В некоторых частях орбиты (Южно-атлантическая аномалия является таким пятном повышенной радиации) и за её пределами иногда могут проявляться странные эффекты : в закрытых глазах появляются вспышки. Это космические частицы проходят через глазные яблоки, другие толкования утверждают, что частицы возбуждают ответственные за зрение части мозга. Подобное может не только мешать спать, но и в лишний раз неприятно напоминает о высоком уровне радиации на МКС.
Кроме того, «Союзы» и «Прогрессы», которые сейчас являются основными кораблями смены экипажа и снабжения, сертифицированы на работу на высоте до 460 км. Чем выше находится МКС, тем меньше груза можно будет доставить. Меньше смогут принести и ракеты, которые отправляют новые модули для станции. С другой стороны, чем ниже МКС, тем сильнее она тормозится, то есть больше доставляемого груза должно быть топливом для последующей коррекции орбиты.
Научные задачи могут быть выполнены на высоте в 400-460 километров. Наконец, на положение станции влияет космический мусор - вышедшие из строя спутники и их обломки, которые имеют огромную скорость относительно МКС, что делает столкновение с ними фатальным.
В Сети есть ресурсы, позволяющие следить за параметрами орбиты Международной космической станции. Можно получить относительно точные текущие данные , либо отследить их динамику . На момент написания этого текста МКС находилась на высоте примерно в 400 километров.
Разгонять МКС могут элементы, расположенные в задней части станции: это грузовики «Прогресс» (чаще всего) и ATV, при необходимости - служебный модуль «Звезда » (крайне редко). На иллюстрации до ката работает европейский ATV. Станцию поднимают часто и понемногу: коррекция происходит примерно раз в месяц маленькими порциями порядка 900 секунд работы двигателя, у «Прогрессов» используют двигатели поменьше, чтобы не сильно влиять на ход экспериментов.
Двигатели могут включить единожды, таким образом увеличится высота полёта на другой стороне планеты. Такие операции используют для маленьких подъёмов, поскольку меняется эксцентриситет орбиты.
Также возможна коррекция с двумя включениями, при которой второе включение сглаживает орбиту станции до окружности.
Некоторые параметры диктуются не только научными данными, но и политикой. Космическому аппарату возможно придать любую ориентацию, но при запуске более экономичным будет использовать скорость, которую даёт вращение Земли. Таким образом, дешевле запускать аппарат на орбиту с наклоном, равным широте, а манёвры потребуют дополнительного расхода топлива: больше для движения к экватору, меньше при движении к полюсам. Наклон орбиты МКС в 51,6 градуса может показаться странным: аппараты НАСА, запускаемые с мыса Канаверал, традиционно имеют наклонение примерно в 28 градусов.
Когда обсуждалось местоположение будущей станции МКС, то решили, что будет более экономичным отдать предпочтение российской стороне. Также такие параметры орбиты позволяют видеть больше поверхности Земли.
Но Байконур находится на широте в приблизительно 46 градусов, почему же тогда обычным для российских запусков является наклонение в 51,6 °? Дело в том, что к востоку есть сосед, который не слишком обрадуется, если на него что-то будет падать. Поэтому орбиту наклоняют к 51,6 °, чтобы при запуске никакие части космического аппарата ни при каких обстоятельствах не могли упасть на Китай и Монголию.
В 1984 году Президент США Рональд Рейган объявил о начале работ по созданию американской орбитальной станции.
В 1988 году проектируемая станция была названа «Freedom» («Свобода»). В то время это был совместный проект США, ЕКА, Канады и Японии. Планировалась крупногабаритная управляемая станция, модули которой будут доставляться по очереди на орбиту кораблями «Шаттл». Но к началу 1990-х годов выяснилось, что стоимость разработки проекта слишком велика и только международная кооперация позволит создать такую станцию. СССР, уже имевший опыт создания и выведения на орбиту орбитальных станций «Салют», а также станции «Мир», планировал в начале 1990-х создание станции «Мир-2», но в связи с экономическими трудностями проект был приостановлен.
17 июня 1992 года Россия и США заключили соглашение о сотрудничестве в исследовании космоса. В соответствии с ним Российское космическое агентство и НАСА разработали совместную программу «Мир - Шаттл». Эта программа предусматривала полёты американских многоразовых кораблей «Спейс Шаттл» к российской космической станции «Мир», включение российских космонавтов в экипажи американских шаттлов и американских астронавтов в экипажи кораблей «Союз» и станции «Мир».
В ходе реализации программы «Мир - Шаттл» родилась идея объединения национальных программ создания орбитальных станций.
В марте 1993 года генеральный директор РКА Юрий Коптев и генеральный конструктор НПО «Энергия» Юрий Семёнов предложили руководителю НАСА Дэниелу Голдину создать Международную космическую станцию.
В 1993 году в США очень многие политики были против строительства космической станции. В июне 1993 года в Конгрессе США обсуждалось предложение об отказе от создания Международной космической станции. Это предложение не было принято с перевесом только в один голос: 215 голосов за отказ, 216 голосов за строительство станции.
2 сентября 1993 года вице-президент США Альберт Гор и председатель Совета Министров РФ Виктор Черномырдин объявили о новом проекте «подлинно международной космической станции». С этого момента официальным названием станции стало «Международная космическая станция», хотя параллельно использовалось и неофициальное - космическая станция «Альфа».
Этапы создания МКС:
Идея создания международной космической станции возникла в начале 1990-х годов. Проект стал международным, когда к США присоединились Канада, Япония и Европейское космическое агентство. В декабре 1993 года США совместно с другими странами, участвующими в создании космической станции «Альфа», предложили России стать партнером данного проекта. Российское правительство приняло предложение, после чего некоторые эксперты стали называть проект «Ральфа», то есть «Русская Альфа», - вспоминает представитель НАСА по связям с общественностью Эллен Клайн.
По прикидкам экспертов, строительство «Альфа-Р» может быть завершено к 2002 году и обойдется примерно в 17,5 миллиардов долларов. «Это очень дешево, - отметил руководитель НАСА Даниэл Голдин. - Если бы мы работали одни, затраты были бы большими. А так, благодаря сотрудничеству с русскими, мы получаем не только политические, но и материальные выгоды...»
Именно финансы, точнее их недостаток, и заставили НАСА искать партнеров. Первоначальный проект - он назывался «Свобода» - был весьма грандиозен. Предполагалось, что на станции можно будет ремонтировать спутники и целые космические корабли, изучать функционирование человеческого организма при длительном пребывании в невесомости, вести астрономические исследования и даже наладить производство.
Привлекли американцев и уникальные методики, на которые были положены миллионы рублей и годы работы советских ученых и инженеров. Поработав в одной «упряжке» с россиянами, они получили и достаточно полные представления о российских методиках, технологиях и т.д., касающихся долговременных орбитальных станций. Трудно оценить, сколько миллиардов долларов они стоят.
Американцы изготовили для станции научную лабораторию, жилой модуль, стыковочные блоки «Ноуд-1» и «Ноуд-2». Российская сторона разработала и поставила функционально-грузовой блок, универсальный стыковочный модуль, транспортные корабли снабжения, служебный модуль и ракету-носитель «Протон».
Большую часть работ выполнил Государственный космический научно-производственный центр имени М.В Хруничева. Центральной частью станции стал функционально-грузовой блок, по размерам и основным элементам конструкции аналогичный модулям «Квант-2» и «Кристалл» станции «Мир». Его диаметр - 4 метра, длина - 13 метров, масса - более 19 тонн. Блок служит домом для космонавтов в начальный период сборки станции, а также для обеспечения ее электроэнергией от солнечных панелей и хранения запасов топлива для двигательных установок. Служебный модуль создан на основе центральной части разрабатывавшейся в 1980-е годы станции «Мир-2». В нем космонавты живут постоянно и проводят эксперименты.
Участники Европейского космического агентства разработали лабораторию «Колумбус» и автоматический транспортный корабль под ракету-носитель
«Ариан-5», Канада поставил мобильную систему обслуживания, Япония - экспериментальный модуль.
Для сборки международной космической станции потребовалось выполнить примерно 28 полетов на американских космических кораблях типа «Спейс шаттл», 17 запусков российских ракет-носителей и один запуск «Ариана-5». Доставить экипажи и оборудование к станции должны были 29 российских кораблей «Союз-ТМ» и «Прогресс».
Общий внутренний объем станции после сборки ее на орбите составил 1217 квадратных метров, масса - 377 тонн, из которых 140 тонн - российские компоненты, 37 тонн - американские. Расчетное время работы международной станции - 15 лет.
По причине финансовых неурядиц, преследовавших Российское аэрокосмическое агентство, сооружение МКС выбилось из графика на целых два года. Но наконец 20 июля 1998 году с космодрома Байконур ракета-носитель «Протон» вывела на орбиту функциональный блок «Заря» - первый элемент международной космической станции. А 26 июля 2000 года с МКС соединилась наша «Звезда».
Этот день вошёл в историю ее создания как один из важнейших. В Центре пилотируемых космических полетов имени Джонсона в Хьюстоне и в российском ЦУПе в городе Королев стрелки на часах показывают разное время, но овации в них грянули одновременно.
До того времени МКС представляла собой набор безжизненных строительных блоков, «Звезда» вдохнула в нее «душу»: на орбите появилась пригодная для жизни и длительной плодотворной работы научная лаборатория. Это принципиально новый этап грандиозного международного эксперимента, в котором участвуют 16 стран.
«Теперь открыты ворота для продолжения строительства Международной космической станции», - с удовлетворением заявил представитель НАСА Кайл Херринг. На данный момент МКС состоит из трех элементов - служебного модуля «Звезда» и функционального грузового блока «Заря», созданных Россией, а также стыковочного узла «Юнити», построенного США. С пристыковкой нового модуля станция не только заметно подросла, но и потяжелела, насколько это возможно в условиях невесомости, набрав в сумме около 60 тонн.
После этого на околоземной орбите оказался собран своего рода стержень, на который можно «нанизывать» все новые и новые элементы конструкции. «Звезда» - это краеугольный камень всего будущего космического сооружения, сопоставимого по размерам с городским кварталом. Ученые утверждают, что полностью смонтированная станция по яркости окажется в звездном небе третьим объектом - после Луны и Венеры. Ее можно будет наблюдать даже невооруженным взглядом.
Российский блок, обошедшийся в 340 миллионов долларов, представляет собой тот ключевой элемент, который обеспечивает переход количества в качество. «Звезда» - это «мозг» МКС. Российский модуль не только место проживания первых экипажей станции. «Звезда» несет в себе мощный центральный бортовой компьютер и аппаратуру для поддержания связи, систему жизнеобеспечения и двигательную установку, которая обеспечит ориентацию МКС и высоту орбиты. Впредь все прилетающие на «Шаттлах» экипажи во время работ на борту станции будут полагаться уже не на системы американского космического корабля, а на жизнеобеспечение самой МКС. И гарантирует это «Звезда».
«Стыковка российского модуля и станции происходила примерно на высоте 370 километров над поверхностью планеты, - пишет в журнале «Эхо планеты» Владимир Рогачев. - В этот момент космические аппараты мчались со скоростью около 27 тысяч километров в час. Проведенная операция заслужила наивысшие оценки экспертов, в очередной раз подтвердив надежность российской техники и высочайший профессионализм ее создателей. Как подчеркнул в беседе со мной по телефону находящийся в Хьюстоне представитель «Росавиакосмоса» Сергей Кулик, и американские, и российские специалисты прекрасно понимали, что являются свидетелями исторического события. Мой собеседник отметил также, что важный вклад в обеспечение стыковки внесли и специалисты Европейского космического агентства, создавшие центральный бортовой компьютер «Звезды».
Потом трубку взял Сергей Крикалев, которому в составе стартующего с Байконура в конце октября первого экипажа длительного пребывания предстоит обживать МКС. Сергей отметил, что все находившиеся в Хьюстоне ожидали момента касания космических аппаратов с огромным напряжением. Тем более что после того, как включился автоматический режим стыковки, сделать «со стороны» можно было очень немногое. Свершившееся событие, пояснил космонавт, открывает перспективу для разворачивания работ на МКС и продолжения программы пилотируемых полетов. В сущности, это «..продолжение программы «Союз» -«Аполлон», 25-летие завершения которой отмечается в эти дни. Русские уже летали на «Шаттле», американцы - на «Мире», теперь наступает новый этап».
Мария Ивацевич, представляющая Научно-производственный космический центр имени М.В. Хруничева, особо отметила, что выполненная без каких-либо сбоев и замечаний стыковка «стала серьезнейшим, узловым этапом программы».
Итог подвел командир первой запланированной долговременной экспедиции на МКС американец Уильям Шеппард. «Очевидно, что факел соревнования теперь перешел от России к США и остальным партнерам международного проекта, - сказал он. - Мы готовы принять эту нагрузку, понимая, что от нас зависит поддержание графика строительства станции».
В марте 2001 года МКС едва не пострадала от удара в нее космического мусора. Примечательно, что ее могла протаранить деталь с самой же станции, которая была утеряна во время выхода в открытый космос астронавтов Джеймса Восса и Сьюзен Хелмс. В результате маневра МКС удалось уклониться от столкновения.
Для МКС это была уже не первая угроза, исходившая от летающего в космическом пространстве мусора. В июне 1999 года, когда станция была еще необитаемой, возникла угроза ее столкновения с обломком верхней ступени космической ракеты. Тогда специалисты российского Центра управления полетами, в городе Королеве, успели дать команду на маневр. В результате обломок пролетел мимо на расстоянии 6,5 километров, что по космическим меркам мизер.
Теперь свое умение действовать в критической ситуации продемонстрировал американский Центр управления полетами в Хьюстоне. После получения информации из Центра слежения за космическим пространством о движении по орбите в непосредственной близости от МКС космического мусора хьюстонские специалисты сразу же дали команду на включение двигателей пристыкованного к МКС корабля «Дискавери». В результате орбита станций была поднята на четыре километра.
Если бы маневр произвести не удалось, то летевшая деталь могла в случае столкновения повредить, прежде всего, солнечные батареи станции. Корпус МКС такой осколок пробить не может: каждый из ее модулей надежно прикрыт противометеоритной защитой.