Космические грузовики: история и современность
Российский грузовой корабль «Прогресс МС-24» успешно пристыковался к служебному модулю «Звезда» МКС. На его борту 2495 кг грузов. О том, какие аппараты и как обеспечивают материально-техническое снабжение Международной космической станции и каковы тенденции в развитии грузового космофлота - в нашем материале.
Эксплуатация пилотируемых орбитальных станций, позволяющих существенно увеличить длительность нахождения людей в космосе, началась в СССР в 1971 году запуском «Салюта». В США длительные орбитальные полеты начались на станции «Скайлэб» в 1973 году после завершения полетов на Луну по программе «Аполло». Но продолжительность полетов не превышала трех месяцев, а ее увеличению мешало то, что в станцию, при ее запуске, невозможно загрузить необходимое количество расходных материалов для научных экспериментов, жизнедеятельности космонавтов, а также топлива для поддержания орбиты. Всего 63 дня провели на орбитальной станции «Салют-4» Петр Климук и Виталий Севастьянов. Астронавты третьей экспедиции на «Скайлэб» пролетали 84 дня. Но это был предел.
Для дальнейшего увеличения продолжительности полетов необходимо было решать проблему транспортировки на орбитальную станцию необходимых грузов. Советские конструкторы НПО «Энергия» (так с 1974 года стало называться бывшее ОКБ-1 Сергея Королева и ЦКБЭМ Мишина) нашли решение этой сложной задачи. Они разработали для станции двигательную установку в которой вместо одного двигателя в центре было два, размещенные по краям агрегатного отсека. А между этими двигателями сделали промежуточную герметичную камеру со стыковочным узлом к которому могли стыковаться не только пилотируемые «Союзы», но и специально разработанные автоматические грузовые корабли «Прогресс». Причем имелась возможность дозаправки баков станции топливом из баков грузовых кораблей. Это уникальное решение позволило уже на первой станции новой серии «Салюте-6» существенно увеличить продолжительность полетов и принимать экспедиции посещения при этом заменяя пилотируемые корабли, ресурс которых заканчивался, на новые. И все это благодаря наличию второго стыковочного узла и созданию транспортного грузового корабля «Прогресс».
СССР: «Прогресс» — первый в мире космический грузовик
Транспортный грузовой корабль «Прогресс» был разработан НПО «Энергия» в середине 1970-х годов на базе пилотируемого корабля «Союз» для доставки на орбитальные станции грузов, научного оборудования, топлива и расходуемых материалов. «Прогресс», как и «Союз», состоит из трех отсеков. Приборно-агрегатный осек отличался от «союзовского» в основном меньшим количеством двигателей ориентации тягой 1,5 кгс каждый и большим объемом агрегатного отсека. Место спускаемого аппарата на «Прогрессе» занял отсек компонентов топлива с двумя баками горючего и двумя окислителя общей массой 850 кг, с возможностью перекачивания их в баки станции, а также баллонами со сжатым азотом для пополнения атмосферы станции. На месте бытового отсека на «Прогрессе» установлен герметичный грузовой отсек в котором размещаются грузы, оборудование, продукты и баки с водой. После разгрузки этот отсек космонавты заполняют твердыми бытовыми отходами и отработавшим ресурс оборудованием для удаления со станции.
Запуск грузовиков осуществлялся теми же ракетами-носителями «Союз-У», «Союз-У2» и «Союз-2.1А», что и пилотируемых кораблей, только без системы аварийного спасения. Управление полетом «Прогрессов» проходит в автоматическом режиме, но возможно и ручное управление космонавтами с борта станции. После отстыковки от станции «Прогрессы» сводятся с орбиты и разрушался в плотных слоях атмосферы над Тихим океаном.
Первый ТГК «Прогресс-1» стартовал с Байконура 20 января 1978 года. Через двое суток он успешно состыковался со станцией «Салют-6». Юрий Романенко и Георгий Гречко, находившиеся на борту станции, его успешно разгрузили. 5 февраля двигателями «Прогресса-1» подняли высоту орбиты станции, затем топливо с него перекачали в баки «Салюта-6», а в освободившийся грузовой отсек сложили мусор и отработанное оборудование. 8 февраля он успешно сошел с орбиты над Тихим океаном.
СССР/Россия: пять модификаций грузовых «Прогрессов»
С тех пор транспортные грузовые корабли «Прогресс» в пяти модификациях успешно возят грузы с Земли на орбитальные станции. Работу станций «Салют-6» и «Салют-7» обеспечили 24 корабля (по 12 на каждую), «Мир» - 65, Международной космической станции – 89 (из них 3 неудачных).
Корабли типа «Прогресс» обеспечили доставку грузов на орбиту, а вот спускать результаты экспериментов можно было только на кораблях типа «Союз» и всего по 50 кг. Для срочного возвращения грузов со станций в НПО «Энергия» была разработана спускаемая капсула «Радуга». Она доставлялась на станцию в качестве груза корабля «Прогресс», а после его отстыковки от станции, отделялась от корабля и совершала автономную посадку. Эта капсула использовалась 11 раз (1 из них неудачный) в составе некоторых грузовиков «Прогресс М» с 1990 по 1995 годы.
Для доставки фотопленок с военных станций серии «Алмаз» («Салют-3» и «Салют-5») в "НПО машиностроения" были разработаны "капсулы спуска информации" (КСИ). Правда использовалась они лишь дважды.
Для доставки экипажей и грузов на станции «Алмаз» второго поколения в "НПО машиностроения" был создан транспортный корабль снабжения (ТКС) массой 21,6 т. Он состоял из двух модулей: многоразового возвращаемого аппарата (ВА) и Функционально-грузового блока (ФГБ). ТКС мог доставить на станцию до 5,2 т грузов, а вернуть на Землю - 500 кг. По разным причинам ТКС в пилотируемом режиме так и не слетал, а вот как грузовик с возможностью доставки грузов на орбитальную станцию и возвращения грузов оттуда на Землю использовался.
В настоящее время правопреемник НПО «Энергия» РКК «Энергия» разрабатывается проект Российской орбитальной станции, начало строительства которой намечено на 2028 год. Для ее эксплуатации предусмотрена разработка нового космического корабля «Орёл» в трех вариантах: пилотируемый, грузовой и грузовозвращаемый.
США: Space Shattle для «Мира» и МКС
После окончания полетов на орбитальную станцию «Скайлэб», в ноябре 1973 года, Соединенные Штаты все силы и средства бросили на создание частично многоразовой системы Space Shattle. Кроме коротких автономных полетов эта система была задействована для доставки астронавтов и грузов на советский орбитальный комплекс «Мир» и Международную космическую станцию. В его трюм на запуске на орбиту «Мира» или МКС можно было загрузить до 18 т грузов (поэтому все американские модули меньше, чем российские «Заря», «Звезда» и «Наука»). Но эта система оказалась очень опасной (в катастрофах шаттлов погибло 14 астронавтов, в том числе первый астронавт Израиля), в эксплуатации корабль был очень сложной и экономически не выгодный. Потому после окончания строительства американского сегмента МКС полеты шаттлов в 2011 году были прекращены. Астронавтов на МКС стали доставлять только российские «Союзы», а грузы для американского сегмента - российские «Прогрессы» и европейские грузовые корабли ATV.
Евросоюз: ATV для МКС
Страны Европейского союза для снабжения грузом и топливом МКС по договору с НАСА разработали одноразовый космический корабль ATV. Этот корабль со стартовой массой 20,7 т выводился на орбиту самой мощной европейской ракетой-носителем Ариан-5 ES с космодрома во Французской Гвиане. Он имел цилиндрическую форму, оснащался четырьмя солнечными батареями. На МКС он мог доставить 7,7 т полезного груза. Первый полет ATV совершил в 2008 году., а последний - в 2014-м. Всего к МКС слетало 5 кораблей, ATV больше не используется. Его приборно-агрегатный отсек дорабатывается для использования в составе американского пилотируемого корабля «Старлайнер».
Япония: HTV для МКС
В помощь европейцам по доставке грузов на МКС свой грузовой корабль создали японцы. HTV тоже был цилиндрической формы, имел стартовую массу 16,5 т, выводился на орбиту самой мощной и дорогой ракетой-носителем H-IIB с космодрома Танегасима. HTV мог доставить на МКС 6,2 т грузов. Первый полет корабль HTV совершил в 2009 году, последний в 2020-м. Всего к МКС за это время слетало 9 кораблей HTV. В настоящее время он тоже не используется.
США, SpaceX: Dragon и Dragon 2 для МКС
В 2014 году слетал последний европейский грузовик ATV и ему на смену НАСА заказало компании SpaceX создание грузового корабля Dragon. Этот корабль стартовой массой 7.1 т. выводился на орбиту ракетой-носителем Falcon 9. На МКС он мог доставить 3,1 т груза, причем часть из него находилась в негерметичном «кузове». В отличие от всех предыдущих кораблей Dragon был частично многоразовым так как имел спускаемый аппарат, который можно было использовать повторно. Этот аппарат позволял возвращать на Землю до 3,3 т грузов и результатов экспериментов. Первый раз Dragon полетел в 2010 году, а последний в 2020-м. Всего кораблей Dragon первой версии слетало 22, причем один пуск был неудачным из-за аварии ракеты-носителя.
К началу третьего десятилетия XXI века SpaceX разработал вторую версию грузового корабля – Dragon 2. Он имеет массу 12 т, может доставлять на МКС до 6 т, а возвращать на Землю до 3,3 т грузов. Первый полет Dragon 2 состоялся в 2020 году, и он эксплуатируется до сих пор. На сегодня к МКС слетало 8 таких кораблей.
США, Orbital Sciences: Cygnus для МКС
Для оперативной доставки грузов на МКС, а главное, для удаления с нее мусора, НАСА заказало корпорации Orbital Sciences простой и дешевый грузовик Cygnus. Его первая модификация могла доставить на МКС 2 т груза, а мог вывезти с МКС для сжигания в атмосфере 1,2 т мусора и бытовых отходов. Его вторая модификация, которая используется и сейчас, доставляет на МКС 3,5 т грузов. Запускается этот грузовик с космодрома Уоллопс в штате Вирджиния ракетами-носителями «Антарес» и «Атлас V» различных модификаций. Первый полет к МКС Cygnus совершил в 2013 году. На сегодняшний лень к МКС слетало 20 таких грузовиков при одной неудаче из-за аварии ракеты-носителя.
КНР: «Тяньчжоу» для станции «Тяньгун»
Китай осваивает пилотируемую космонавтику семимильными шагами. В 2021 году КНР вывела на орбиту базовый блок станции «Тяньгун» с пятью стыковочными узлами. Станция уже наращена двумя научными модулями и сейчас на ней работает пятая длительная экспедиция. Для доставки на станцию топлива, материалов для жизни и деятельности людей, а также для утилизации бытовых отходов и отработавшего оборудования в КНР разработан одноразовый грузовой космический корабль «Тяньчжоу». Его стартовая масса 13 т. На орбиту он может доставить 6,5 т. Новая модификация корабля, начиная с «Тянчжоу-6», запуск которого намечен на октябрь 2023 года, имеет грузоподъемность 7,4 т. Первый испытательный полет «Тяньчжоу» совершил в 2017 году, а с 2021-го он регулярно используется для доставки грузов на станцию «Тяньгун».
