Улетел, но не обещал вернуться: все этапы полета грузового корабля «Прогресс»
Вскоре к МКС отправится российский автоматический транспортный грузовой корабль «Прогресс МС». Для экипажа российского сегмента это долгожданное и важное событие. Корабль доставит более двух тонн необходимого: от топлива для коррекций орбиты станции и научного оборудования до свежих овощей и писем от родных. Но его миссия на этом не закончится. После разгрузки «Прогресс» выполнит еще одну важную задачу, о которой мы расскажем чуть позже.
Путь «Прогресса» — это сложный цикл, в котором есть место и точнейшему инженерному расчету, и человеческой радости, и суровой необходимости. Этот процесс можно разделить на четыре больших этапа: тщательная укладка грузов на Земле, их разгрузка космонавтами на орбите, методичное заполнение корабля мусором и, наконец, огненное погребение над Тихим океаном. Давайте разберемся, как выполняется каждый этап.
Как в корабль «Прогресс МС» укладывают грузы
Путешествие «Прогресса» начинается задолго до старта, на предприятии-изготовителе и на космодроме. Здесь специалисты решают сложнейшую задачу: как упаковать более двух с половиной тонн разнообразных грузов в ограниченный объем и сделать это так, чтобы все долетело в целости и сохранности.
Зачем нужен отдельный грузовик
Может показаться, что грузы можно отправлять вместе с космонавтами на пилотируемых «Союзах». Однако эти корабли предназначены в первую очередь для доставки экипажа, и их возможности по перевозке грузов очень скромны — не более 200 килограммов. Для обеспечения жизни и работы на станции этого катастрофически мало. Поэтому и появилась идея создать корабль, который в автоматическом режиме доставит на станцию все необходимое: воду, еду, воздух, топливо и аппаратуру для научных экспериментов.
Инженерное искусство укладки
Процесс упаковки начинается «на бумаге»: в документации подробно прописывается весь перечень грузов, которые полетят на станцию, с подробными массо-габаритными характеристиками. Затем грузы доставляют на космодром Байконур, где и происходит их физическая укладка в грузовой отсек корабля. Это не просто складирование, а настоящее инженерное искусство.
Специалисты должны учесть множество факторов. Во-первых, общая масса. Например, один из кораблей «Прогресс» вез 2634 килограмма грузов, включая топливо, воздух, воду и различное оборудование. Во-вторых, плотность укладки. Инженеры ориентируются на показатель примерно в 300 килограммов груза на один кубический метр объема отсека. Это помогает оптимально использовать все доступное пространство.
Ключевой аспект — это «развесовка», или центровка. Специалисты должны так спланировать расположение грузов, чтобы центр масс корабля находился в строго определенном месте. Это критически важно для устойчивости и управляемости «Прогресса» во время полета и стыковки. Интересно, что тот же самый принцип космонавты будут использовать позже, когда станут загружать корабль мусором перед его отправкой со станции. Это показывает, насколько фундаментальны законы физики: корабль должен быть сбалансирован идеально, неважно, везет ли он ценное научное оборудование или мусор и пустую упаковку.
Защита от перегрузок и дисбаланса
Во время выведения на орбиту корабль и его содержимое испытывают большие перегрузки, которые могут достигать четырех и более единиц. Чтобы грузы внутри «Прогресса» не «растрясло» они не смещались, их нужно надежно закрепить. Для этого инженеры разрабатывают специальную упаковку и крепежные элементы: полки, стеллажи и различные фиксаторы.
Большинство грузов упаковывают в стандартные контейнеры, которые затем размещают на стеллажах. Но для некоторых уникальных, негабаритных или хрупких предметов создают индивидуальные системы крепления. Яркий пример — скафандр «Орлан-МКС». Для его транспортировки изготавливают специальный стеллаж: он гарантирует, что скафандр долетит до станции в полной сохранности. Рутинная, казалось бы, упаковка становится отдельной профессией. Она включает создание идеальных технических решений для эффективной, надежной и безопасной доставки грузов: для каждого ценного предмета разрабатывается уникальная конструкция.
Все о скафандре «Орлан-МКС»: как устроен, для чего нужен, сколько весит
После загрузки «Прогресса» выполняется контрольная балансировка и взвешивание. Точные данные о массе и ее распределении критически важны для определения траектории движения корабля и его управляемости. Если положение центра масс значительно отклоняется от нормы, грузы придется переукладывать заново. Это может занять много времени и сил, поэтому важно заранее продумать их расположение в грузовом отсеке.
Если отклонения небольшие, их можно скорректировать с помощью заправки топливом. В корабле несколько баков, расположенных в разных местах. Заправляя в разные баки разное количество топлива, можно балансировать «Прогресс». А регулируя общее количество заправляемого топлива, можно держать стартовую массу в нужных пределах.
Что везет корабль «Прогресс»
«Прогресс» доставляет на МКС грузы разных категорий. Значительная часть («сухие грузы») содержится в герметичном грузовом отсеке — это оборудование для обслуживания российского сегмента станции, расходные материалы для систем жизнеобеспечения, одежда, медикаменты, гигиенические средства, продукты питания и научная аппаратура. Общая масса «сухих грузов» обычно не превышает 1500 килограммов.
Не менее важны жидкости и газы. В отсеке компонентов дозаправки «Прогресс» везет топливо для поддержания орбиты МКС (до 870 килограммов), питьевую воду (420 килограммов), кислород, азот и воздух для пополнения атмосферы станции. Общая масса газов — порядка 50 килограммов.
В разных полетах доля «сухих грузов» и компонентов топлива могут различаться в большую или меньшую сторону — важно, чтобы общая масса в итоге не превышала 2600 килограммов.
Есть и особая категория — «срочные грузы». Это скоропортящиеся продукты, например, свежие фрукты и овощи, или материалы для биологических экспериментов. Их нельзя загрузить за несколько недель до старта и, в отличие от остальных грузов, которые разгружаются в соответствии с планом работ, их необходимо извлечь из «Прогресса» сразу по прибытии корабля на МКС.
Поэтому их укладывают в самый последний момент, когда ракета уже стоит на стартовом комплексе, через боковой люк грузового отсека корабля. Такая схема решает сразу две задачи. Во-первых, сокращается время хранения чувствительных грузов. Во-вторых, космонавты смогут забрать их в первую очередь сразу после стыковки. На Земле так работают логистические системы, разработанные по концепции «точно в срок».
Как космонавты на МКС встречают корабль «Прогресс МС»
Для экипажа МКС прибытие грузового корабля — всегда радостное событие. Это не только пополнение запасов, но и свежие новости с Земли в виде посылок от близких. Процесс встречи и разгрузки «Прогресса» — это четкая и отработанная процедура.
Первые шаги после стыковки
Сразу после того, как «Прогресс» причаливает к станции, начинается работа. О ней рассказывал космонавт Михаил Корниенко: «Сначала экипаж выравнивает давление в пространстве между люками корабля и станции при помощи специальных клапанов. Затем открывается люк со стороны станции, а следом — люк самого корабля».
Но прежде чем начать разгрузку, нужно демонтировать стыковочный узел, чтобы он не мешал проходу космонавтов с грузами. Эта довольно громоздкая конструкция. На Земле она весит много, но в невесомости, как отмечал Корниенко, с ней можно легко управляться. Этот момент наглядно демонстрирует разницу между массой и весом: объект остается массивным и инертным, но ничего не весит. Космонавты снимают стыковочный узел и временно убирают его. Перед отстыковкой корабля его установят на место. После этого в грузовой отсек проводят воздуховоды для вентиляции и устанавливают освещение, превращая его во временное рабочее помещение.
Космическая инвентаризация
Процесс разгрузки, по словам Михаила Борисовича, похож на то, как мы разбираем сумки после похода в супермаркет, но с одним важным отличием — строжайшим учетом. На станции огромное количество вещей, и без системы инвентаризации найти что-либо было бы невозможно. Поэтому каждый контейнер и каждый предмет, доставленный «Прогрессом», помечен штрихкодом.
Космонавты с помощью сканера заносят каждую вещь в бортовую базу данных. Эта система, как говорил Корниенко, «буквальным образом спасает». Кроме того, с Земли экипаж получает подробный план, где указано не только что прилетело, но и где конкретно на станции это нужно разместить — в служебном модуле, функционально-грузовом блоке или где-то еще. Поэтому МКС — не только научная лаборатория, но и сложный орбитальный склад. В космосе логистика и управление запасами играют не менее важную роль, чем научные исследования.
«Жемчужины» грузовика
Помимо стандартных грузов, «Прогресс» привозит и то, что космонавт Олег Артемьев назвал «жемчужинами коллекции»: личные посылки от родных и близких. Эти маленькие контейнеры особенно ценны для людей, которые месяцами находятся вдали от дома.
«Содержимое этих посылок очень трогательное, — сказал Олег Германович. — Письма от мамы, дочки и сына, любимые конфеты «Бабаевские», горчица, сушеное мясо (говядина, оленина и даже курица), шоколадные батончики Snickers, Mars и Bounty. Иногда прилетают даже наборы для приготовления суши с васаби и имбирем». Эти мелочи — мощная моральная поддержка для космонавтов. Инженеры выделяют драгоценное место и массу для таких посылок, потому что для успеха длительных экспедиций важно поддерживать психологическое здоровье экипажа.
Из поставщика в мусоровоз: вторая жизнь грузового корабля «Прогресс МС»
После того как все доставленные грузы перенесены на станцию, «Прогресс» не стоит без дела. Начинается его вторая и последняя миссия — он становится главным мусорным контейнером российского сегмента МКС.
Проблема космического мусора
На Земле мы просто выносим мусор, но в космосе все сложнее. МКС — это замкнутая система. Выбрасывать отходы за борт категорически запрещено. В открытом космосе даже маленький предмет, например болтик, превращается в опасный снаряд, летящий с огромной скоростью. Если его орбита пересечется под углом с орбитой другого космического аппарата, он повредит обшивку другого корабля или спутника.
А мусора на станции накапливается немало. Даже три человека при крайне аккуратном обращении с припасами и оборудованием за год производят около двух тонн отходов. В жилом объеме российского сегмента, составляющем всего 265 кубических метров, это быстро становится проблемой. Космический мусор — такой же, как и бытовой: упаковки от грузов и еды, использованные салфетки, ношеная одежда (стиральной машины на МКС нет), а также отработавшее оборудование и различные расходные материалы.
Что делать с космическим мусором
Система сбора и утилизации
На станции действует продуманная система обращения с отходами. Чтобы сэкономить место, мусор стараются максимально спрессовать. Отходы упаковывают в специальные вакуумные пакеты, чтобы уменьшить их объем. Сухие отходы, такие как бумага или пластик, плотно трамбуют, собирая в небольшие контейнеры. Все остальное, и сухое, и влажное, складывают сначала в небольшие пакетики, а затем — в большие прорезиненные мешки, которые не пропускают влагу.
Когда грузовой корабль полностью разгружен, он превращается в большой отсек для сбора мусора. Космонавты методично переносят в него все накопившиеся мешки и контейнеры с отходами. Эта работа — неотъемлемая и важная часть жизни на орбите, хоть и не такая захватывающая, как научные эксперименты.
Таким образом, «Прогресс» является идеальным примером эффективной логистической системы. Он выполняет две противоположные, но одинаково важные функции в рамках одной экспедиции: сначала доставляет ресурсы, а затем увозит отходы, оставляя станцию чистой.
При загрузке мусора экипаж снова вспоминает о центровке. Как и инженеры на Земле, они соблюдают правило баланса: тяжелые мешки располагают друг напротив друга, легкие — напротив легких. Космонавты стараются загрузить корабль по максимуму. Олег Артемьев рассказывал, что в «Прогресс МС-18» загрузили около 1,3 тонны мусора, потому что следующий «грузовик-мусоровоз» ожидался не скоро.
Однако злоупотреблять трамбовкой всего ненужного в «Прогресс» не стоит: 25 июня 1997 года при проверке нового метода дистанционного управления грузовым кораблем произошла авария. «Прогресс М-34» потерял контроль и столкнулся со станцией «Мир». В результате удара была повреждена одна из солнечных батарей и пробита обшивка модуля «Спектр». Причина оказалась в перегрузе корабля мусором. Из-за этого изменилась его динамика полета и нарушилась центровка.
Стоит отметить, что не все отходы отправляются в «Прогресс». Использованную воду, включая мочу и конденсат из воздуха (влага, испаряющаяся от дыхания и пот космонавтов), не выбрасывают. Она проходит через сложную систему регенерации и очищается до состояния питьевой. Хотя космонавты обычно используют эту воду для технических нужд, например для выработки кислорода, сама технология позволяет значительно экономить запасы воды, доставляемой с Земли.
Сгореть в атмосфере: как заканчивается путь корабля «Прогресс МС»
Когда «Прогресс» под завязку набит мусором и отработавшим оборудованием, наступает время прощания. Финальный этап его миссии — это тщательно контролируемый уход с орбиты и сгорание в атмосфере.
Последние приготовления
Перед отстыковкой экипаж проводит заключительные операции. Космонавты должны убедиться, что весь мусор надежно закреплен и не будет перемещаться внутри корабля во время маневров. Затем они выключают в «Прогрессе» свет, закрывают люк и устанавливают на место демонтированный стыковочный агрегат.
После этого следует важнейшая процедура — проверка герметичности. В пространстве между люками создается небольшое давление, после чего его стравливают до определенного значения. Затем в течение 30 минут экипаж следит за показаниями манометров. Если давление не меняется, значит, люки закрыты герметично, и можно проводить расстыковку. Корабль отчаливает, освобождая стыковочный узел для следующего «Прогресса».
Управляемый спуск и сгорание
Отстыковавшись, корабль отходит от станции на безопасное расстояние. Если план не предусматривает выполнение каких-то задач в автономном полете, «Прогресс» выполняет серию тормозных импульсов двигателями, чтобы сойти с орбиты по точно рассчитанной траектории.
Когда «Прогресс» входит в плотные слои атмосферы, он начинает плавиться и разрушаться. Из-за аэродинамических нагрузок и трения о воздух корабль разогревается до температуры свыше 2000°C. У него тонкая оболочка без теплозащиты, которая есть у спускаемого аппарата «Союза». Поэтому грузовой корабль буквально рассыпается на обломки разной величины. При таком жаре большая их часть сгорает, превращаясь в яркий болид. Этот процесс происходит на очень большой высоте, поэтому с Земли его практически никогда не видно. По сути, атмосфера планеты защищает нас, сжигая космический мусор так же, как она сжигает большинство метеоритов.
Кладбище космических кораблей
Однако корабль сгорает не полностью. Часть наиболее массивных элементов (некоторые толстостенные шпангоуты, элементы двигательной установки, рамы приборов и агрегатов) разрушается не до конца. Траектория спуска в атмосфере рассчитывается так, чтобы эти несгоревшие остатки упали в строго определенный район Мирового океана. Это место известно как кладбище космических кораблей. Оно находится в южной части Тихого океана, в точке, максимально удаленной от любой суши и судоходных путей. Выбор этого района гарантирует, что даже если какие-то наиболее упорные фрагменты корабля переживут огненный вход в атмосферу, они упадут в воду и погрузятся на дно океана. Там они не представляют никакой опасности для людей.
Незаменимый труженик орбиты
Полет каждого «Прогресса» — это история полного цикла служения космосу. Он начинает свой путь как высокотехнологичный и надежный курьер, доставляющий на орбиту все, что нужно для жизни и науки. А заканчивает его как эффективная система утилизации, которая помогает поддерживать чистоту и порядок на нашем космическом доме.
Запуски ракет, научные открытия и выходы в открытый космос всегда находятся в центре внимания. Однако за всеми этими яркими событиями стоит рутинная, но абсолютно незаменимая работа. И космические грузовики «Прогресс» — это настоящие труженики орбиты, без которых долгосрочное присутствие человека в космосе было бы просто невозможным.
Сделали подробный разбор о том, как устроен и работает грузовой корабль «Прогресс МС».
