40 лет первому «Фотону» — орбитальной лаборатории передовых технологий

Потомок гагаринского «Востока»

В начале 1980-х годов советские ученые пришли к заключению, что микрогравитация на орбитальных станциях серии «Салют», вызванная вибрациями от работы служебных систем, двигателей, гиродинов и даже движения космонавтов, не позволяет получать высокочистые материалы или медицинские препараты, идеальные кристаллические решетки и многое другое.

В 1983 году за дело взялись инженеры-конструкторы куйбышевского Центрального специализированного конструкторского бюро (бывший Куйбышевский филиал ОКБ-1, ныне ГНП РКЦ «ЦСКБ-Прогресс»). За основу был взят технологически отработанный космический аппарат для фоторазведки «Зенит-2» («Восток-2», 2К), созданный еще в 1962 году по программе «Восток» и имевший много сходства с гагаринским «Востоком» (3КА). Таких аппаратов было выпущено более 80, не считая поздних модификаций.

Космический аппарат «Фотон» конструктивно состоит из следующих отсеков, частей и блоков:

• герметичный сферический спускаемый аппарат (СА) из алюминиевого сплава диаметром 2,3 м и объемом 4,7 м3, покрытый теплоизоляцией для защиты от аэродинамического нагрева при прохождении плотных слоев атмосферы. Экспериментальная аппаратура устанавливается в СА в двух цилиндрических зонах диаметром 1,8 м и 0,6 м, высотой 0,7 м и 0,4 м. Внутри СА поддерживается давление от 0,46 до 1,5 атм. А температура в диапазоне от 0 до 40°С поддерживается благодаря обшивке изнутри спускаемого аппарата теплоизоляцией, которая не допускает переохлаждения во время орбитального полета и также является защитным слоем при нагреве корпуса при спуске;

• приборный герметичный отсек тоже из алюминиевого сплава, состоящий из двух (верхнего и нижнего) конусов с цилиндрической проставкой между ними, в котором размещены системы обеспечения спутника.

• электроэнергией научное оборудование и системы самого космического аппарата обеспечиваются химическими источниками тока, размещенными в отдельном герметичном цилиндрическом контейнере с днищем и крышкой.

• жалюзи системы терморегулирования (снаружи на приборном отсеке и на контейнере с химическими источниками тока;

• командно-траекторные антенны;

• пиросредства системы разделения отсеков, расположены между спускаемым аппаратом и приборным отсеком, а также между спускаемым аппаратом и контейнером с электробатареями;

• газовые реактивные двигатели системы ориентации и коррекции с шар-баллонами со сжатым азотом;

• тормозной твердотопливный двигатель;

Благодаря тому, что «Фотон» совершает неориентированный орбитальный полет, вибрации и микроускорения сведены к минимуму по сравнению с другими космическими аппаратами. Режим ориентации и стабилизации используется только на первых витках полета спутника (до начала экспериментов) и по завершении программы полета — перед включением тормозной двигательной установки. Потому медленное вращение «Фотона» относительно Солнца для термостабилизации, не создает микроускорений, отрицательно влияющих на ход экспериментов.

Первый космический аппарат новой серии 16 апреля 1985 года был выведен на орбиту ракетой-носителем «Союз У» под названием «Космос- 1645» с параметрами: наклонение плоскости орбиты — 62,8 грауса; период обращения — 90,5 минуты; минимальное расстояние от поверхности Земли (в перигее) — 223 км; максимальное расстояние от поверхности Земли (в апогее) — 411 км. Через 13 суток спускаемый аппарат успешно приземлился.

1 / 7

Посадка спускаемого аппарата «Фотонов» проходила в следующей последовательности: после выполнения программы полета и фиксации результатов экспериментов «Фотон» с помощью газовых двигателей ориентировался в строго заданном направлении. В расчетное время включался твердотопливный двигатель затормозивший космический аппарат. Перед входом в атмосферу от спускаемого аппарата отстреливались приборный отсек и контейнер с аккумуляторами. Во время торможения в атмосфере спускаемый аппарат оказывался в плазме с температурой 5,5 тыс. градусов, но теплозащита, изготовленная на основе асбоволокна, стекло- и кварцевого волокна, пропитанного смолой, сохраняла температуру в спускаемом аппарате в допустимых пределах.

После выхода СА из плазмы, на высоте около 7 км и скорости около 200 м/с отстреливалась крышка парашютного отсека и из него выводился вытяжной парашют. Он, в свою очередь, извлекал из контейнера тормозной парашют, который снижал скорость спуска до 90 м\с. На высоте около 3 км тормозной парашют отстреливался. Дальнейший спуск происходил на основном парашюте, который уменьшал скорость до 10 м/сек. Непосредственно перед касанием включались двигатели мягкой посадки и СА приземлялся со скоростью 3 м\с. На случай приводнения из спускаемого аппарата выпускались и заполнялись газом мешки плавучести.

За «Космосом-1645» последовали полеты еще двух «Фотонов» под шифрующем названием «Космос». Остальные 9 спутников запускались уже под названием «Фотон». Все они были аналогичными по конструкции, но отличались научной аппаратурой, в разработке которой принимали участие не только отечественные ученые, но и специалисты Европейского космического агентства, Национального центра космических исследований Франции, Германского центра авиации и космонавтики, а также различных научных организаций Швеции, Канады, Италии, Нидерландов и других стран.

Также на борту «Фотонов» проводились эксперименты по получению оптических материалов, молекулярных структур, определению уровня микроускорений, клеточной биологии, воздействию факторов околоземного космического пространства (вакуум, радиация и т.д.) на объекты, возвращаемые на Землю.

Например, на «Фотоне» № 9 в 1994 году внутри спускаемого аппарата был установлен российский комплекс бортовых технических средств (КБТС), а снаружи германский контейнер «Биопан» для изучения влияния космической среды на биологические материалы.

В комплекс КБТС входили:

• технологические установки УЗ04МН и УЗ04МН1 («Зона-4МН»), на которых проведен российско-французский комплексный эксперимент «Гезон» по получению полупроводниковых материалов методом бестигельной зонной плавки;

• установка УК02М на которой в автоматическом режиме в условиях практически полного отсутствия микроускорений получили оптическое стекло методам объемной и направленной кристаллизации и объемного затвердевания;

• электрофоретическая установка АЗУ02К, на которой производилась очистка и разделение на фракции биологически активных веществ;

• система СИУ01 измеряла микроускорения во время технологических экспериментов по трем взаимно перпендикулярным осям.

И это только отечественная аппаратура. Но на «Фотоне» № 9, как и на других, размещалась и иностранная.

Всего с 1985 по 1999 год на орбите отработало 12 спутников «Фотон» первой серии, а с 2002 по 2014 год — четыре спутника «Фотон-М», отличавшиеся конструкцией агрегатного отсека, солнечными батареями вдвое увеличившими энергетику для научного оборудования, расширенными сервисными возможностями, связанными с контролем бортовой и научной аппаратуры и доработанной системой терморегулирования. Кроме того, усовершенствована конструкция самого спутника: при неизменившейся общей массе, равной 6500 кг, масса «Фотона М» увеличилась на 100 кг и достигала примерно 2,5 тонны.

С 2014 года космические аппараты «Фотон» не используются.