Что такое МКС, где она находится и с какой скоростью движется: полный гид
Международная космическая станция — не просто космическая лаборатория для проведения научных экспериментов. Это самый сложный и самый большой объект, построенный человеком на орбите. Но самое главное: это дом, где прямо сейчас живут и работают космонавты. Эксперт Pro Космоса Игорь Афанасьев разобрался, как устроена МКС, для чего она нужна, с какой скоростью летит и что будет после нее.
С момента запуска в 1998 году МКС стала тяжелее более чем в 10 раз. Сегодня ее масса достигает 420 тонн, а размеры сопоставимы с футбольным полем. Станция похожа на большой конструктор, состоящий из множества деталей — разнообразных модулей, каждый из которых выполняет свою собственную функцию. Сложно себе представить, как все это может не просто держаться в космосе, но и успешно функционировать вот уже более 26 лет.
Что такое МКС
Международная космическая станция (МКС) — это пилотируемая (обитаемая) орбитальная лаборатория, предназначенная для выполнения научных экспериментов в невесомости. Это масштабный проект, который стал вершиной современных космических исследований и логическим продолжением истории пилотируемой космонавтики.
Когда запустили МКС
Проект МКС возник на фоне переломного момента в работах по космической станции Freedom, которую США создавали при поддержке западных стран, — эта разработка фактически остановилась из-за финансовых и технических проблем. В то же время в результате распада СССР и тяжелого экономического кризиса, оказавшего губительное влияние на отечественную космическую отрасль, также был остановлен проект советского орбитального комплекса «Мир-2».
2 сентября 1993 года вице-президент США Альберт Гор и председатель правительства Российской Федерации Виктор Черномырдин совместно объявили о намерениях создать международную постоянно действующую орбитальную станцию. К 1 ноября 1993 года недавно образованное Российское космическое агентство (РКА) и Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) подготовили «Детальный план работ по Международной космической станции». 23 июня 1994 года было подписано «Временное соглашение о проведении работ, ведущих к российскому участию в Постоянно действующей пилотируемой гражданской космической станции», что официально включило Россию в проект МКС.
Строительство МКС на орбите началось 20 ноября 1998 года с запуска первого модуля — функционально-грузового блока (ФГБ) «Заря» с использованием российской ракеты-носителя «Протон-К». Через две недели к «Заре» пристыковался американский узловой блок Unity. Их сборка стала ключом для последующего соединения всех частей МКС. 10 декабря 1998 года первыми на станцию влетели российский космонавт Сергей Крикалёв и американский астронавт Роберт Кабана.
Подробнее об истории МКС и ее первого модуля «Заря»
Строительство продолжилось, когда 26 июля 2000 года к российскому сегменту добавили служебный модуль «Звезда», обеспечивающий жизнедеятельность станции. В 2001 году строительство было продолжено: 7 февраля был запущен американский лабораторный модуль Destiny, 19 апреля — канадский робот-манипулятор Canadarm-2, 12 июля и 15 сентября — шлюзовые отсеки, российский «Пирс» и американский Quest соответственно.
В 2003 году работы приостановились из-за катастрофы шаттла «Колумбия». В 2005 году строительство возобновилось: на орбиту вывели внешнюю складскую платформу ESP-2. К 2011 году сборка основной конфигурации станции закончилась и работы временно прекратили.
В 2016 году доставка новых модулей возобновилась. Всего для строительства станции потребовалось 37 полетов кораблей системы Space Shuttle, шесть пусков российских «Протонов» и «Союзов», а также более 155 выходов экипажа в открытый космос — а это вдвое больше, чем люди совершили на тот момент.
Строительство МКС было непростым. Основные трудности включали риск неудачной стыковки, технические проблемы, задержки с поставками и финансированием, а также политическую нестабильность между странами-участницами проекта.
Кому принадлежит МКС
МКС — совместный проект, реализуемый силами пяти космических агентств:
Роскосмос (Россия);
NASA (США);
JAXA (Япония);
CSA (Канада);
Европейское космическое агентство (ESA), куда входят Бельгия, Германия, Дания, Испания, Италия, Нидерланды, Норвегия, Франция, Швейцария и Швеция.
В ранних этапах работ принимали участие Бразилия и Великобритания.
МКС состоит из двух сегментов — российского (РС) и американского (АС).
РС включает модули, разработанные и преимущественно используемые Россией — функционально-грузовой блок (ФГБ) «Заря», служебный модуль (СМ) «Звезда», малые исследовательские модули (МИМ) «Поиск» и «Рассвет», многоцелевой лабораторный модуль (МЛМ) «Наука» и узловой модуль (УМ) «Причал».
АС объединяет модули, созданные и эксплуатируемые NASA, ЕКА, JAXA и CSA — узловые модули Unity, Harmony и Tranquility, лабораторные модули Destiny и Columbus, шлюзовой отсек Quest, экспериментальный модуль Kibo, обзорный модуль Cupola, многофункциональный модуль Leonardo и надувной модуль BEAM. Европа, Япония и Канада участвовали в создании модулей, но заботу о доставке и интеграции их в МКС брали на себя США. Поэтому эти модули относятся к американскому сегменту. Кроме того, за безопасность работы иностранных астронавтов на американском сегменте отвечают тоже американцы.
Граница между российским и американским сегментами проходит по стыку между функционально-грузовым блоком «Заря» и гермоадаптером РМА1.
Космической станцией управляют с Земли. Центры управления полетом располагаются в Королёве (отсюда с российским сегментом работает Роскосмос), Хьюстоне (NASA — с американским), Оберпфаффенхофене (отсюда ЕКА контролирует европейский модуль Columbus) и в Цукубе (JAXA руководит экспериментами в японском модуле Kibo).
Характеристики МКС
Скорость: скорость МКС варьируется в зависимости от положения на орбите: в перигее она достигает максимума, а в апогее — минимума. Разница незначительна, но заметна. В среднем станция движется со скоростью 7661 м/с или 27580 км/ч.
Размеры: МКС — крупнейший рукотворный космический объект, развернутый на околоземной орбите. Ее длина от края до края — 109 метров, что превышает размеры стандартного футбольного поля. Ширина станции — 73 метра, как размах крыла грузового самолета Ан-124 «Руслан».
Высота: МКС летает по орбите наклонением 51,63° к экватору. Высота орбиты в перигее 415 км от поверхности Земли, в апогее — 422 км. Это не так уж высоко, учитывая, что многие спутники кружат дальше от Земли. Из-за своих внушительных размеров при относительно небольшой (по сравнению с габаритами) массе МКС испытывает сопротивление верхних слоев атмосферы. Если не предпринимать мер, высота орбиты будет снижаться, и в конечном итоге станция сгорит при входе в плотные слои атмосферы. Чтобы предотвратить это, орбита корректируется с помощью ракетных двигателей.
Период обращения: За сутки станция совершает 15,502 оборота вокруг Земли. Таким образом, период обращения МКС составляет в среднем 92 минуты 38 секунд.
Масса и объем: При массе более 440 тонн общий объем модулей МКС составляет 916 м³ (из них гермообъем российского сегмента МКС — 265,4 м³). Если сравнивать с современным таунхаусом, то при высоте потолков 3 м условная площадь пола гермоотсеков станции составляла бы около 305 м2 — как у дома с террасами, балконами, чердаками, подвалом и пр. помещениями, заполненными мебелью и включающими силовые элементы — колонны, лестницы, дверные проемы, гардеробные и санитарно-технические помещения и т.п.).
Жилой объем: Поскольку значительная часть гермообъема модулей занята системами жизнеобеспечения, управления и научной аппаратурой, обитаемый объем (т.е. свободное место, в котором космонавты живут и работают, перемещаются из отсека в отсек) составляет 388 м³. При «высоте потолка» 3 м площадь пола составляла бы 129 м2 — не самый большой современный «дуплекс». Но зато здесь есть рабочие помещения, шесть маленьких жилых кают, два туалета, тренажерный зал и панорамный купол-эркер с прекрасным видом на 360°. Находясь в состоянии невесомости, члены экипажа МКС могут работать на любой поверхности — на полу, стенах или потолке, свободно используя все это не такое уж большое пространство.
Для чего нужна МКС
МКС — это уникальная лаборатория в космосе, где проводятся исследования, невозможные на Земле, поскольку здесь представлены невесомость (точнее, микрогравитация), вакуум и космическое излучение (без влияния атмосферы). Задачи МКС разнообразны и охватывают множество областей:
Физические эксперименты: изучение поведения жидкостей, плазмы и материалов в невесомости.
Биологические и медицинские исследования: влияние космоса на организм человека, рост растений, микроорганизмы, тестирование лекарств и выращивание клеток.
Астрономия и наблюдение за Землёй: мониторинг звёздного неба, климата и природных катастроф, изучение нашей планеты в интересах фундаментальных наук и для прикладных целей.
Технология: разработка новых материалов, биопрепаратов и элементов систем жизнеобеспечения для долгосрочных миссий, таких как полеты на Луну и Марс.
Образовательные программы: эксперименты школьников и студентов, трансляции для популяризации науки.
Космонавты проводят научные исследования, обслуживают станцию, выходят в открытый космос для выполнения ремонтно-восстановительных работ, установки нового оборудования и научной аппаратуры, а также участвуют в международных проектах. МКС — это не только лаборатория, но и тестовая среда для будущих космических путешествий. Здесь проверяют вопросы жизнеобеспечения, автономности и психологической совместимости экипажей.
Какие компьютеры используют на МКС
Космос — нетипичная среда для человека, поэтому важно изучать, как факторы космического полета влияют на организм. На МКС члены экипажа подвергаются более интенсивному радиационному излучению — около 1 миллизиверта в сутки. Это примерно годовая доза на Земле. Звучит опасно, но за все время существования станции ни один российский космонавт не превысил критической нормы.
Информация, полученная на МКС, поможет человечеству в будущих космических путешествиях. Например, полет на Марс и обратно займет минимум полтора года. Если придется осваивать Красную планету, пригодятся открытия, сделанные на станции.
В экспериментах на МКС участвуют не только космонавты — в качестве подопытных образцов и экспонатов используются растения, мелкие животные и насекомые. Некоторые эксперименты на первый взгляд могут показаться несерьезными, но они важны для изучения влияния космоса на живые организмы. Часто космонавты выполняют эксперименты, предложенные обычными гражданами и даже школьниками. Последние готовят эксперименты на Земле и отсылают необходимую аппаратуру к МКС на автоматических грузовиках.
Программа Space-π: наноспутники от российских школьников и студентов отправились к МКС
Где находится МКС
Многие думают, что МКС летает очень высоко и увидеть ее без телескопа невозможно. Это не так. Станцию можно заметить невооруженным глазом: она движется по небу как любой спутник или даже пассажирский самолёт. Нужно лишь знать, когда и куда смотреть.
МКС можно увидеть при определенных условиях освещенности. По яркости она сравнима с Юпитером и Венерой. Днем МКС не видна, но можно заметить ее на закате или перед восходом солнца. Видимость зависит от места наблюдателя. Над Москвой она пролетает от нескольких раз в день до нескольких раз в месяц. Расписание можно проверить в приложениях, таких как Heavens-Above, или на сайте NASA — там можно узнать точное время пролета МКС для любого города и даты.
Как устроена МКС
МКС имеет «каркасно-модульную» конструкцию. Экипаж станции проводит большую часть времени в герметичных модулях, которые служат лабораториями, жилыми зонами и техническими помещениями. В лабораториях космонавты занимаются научными исследованиями, а в жилых модулях, соответственно, они живут и отдыхают. В технических модулях находится оборудование и системы, которые поддерживают жизнедеятельность станции и экипажа.
Часть оборудования крепится снаружи МКС, в частности, на каркасе — интегрированной фирменной конструкции. Последняя удерживает вместе герметичные модули с солнечными батареями системы электропитания, радиаторами системы терморегулирования и манипуляторами для обслуживания станции снаружи и перемещения грузов. На фермах закреплено негерметичное научное оборудование.
Основные модули российского сегмента МКС — «Заря», «Звезда» и «Наука» — оснащены солнечными батареями, которые вырабатывают от 2,5 до 13,5 кВт энергии на модуль. Изначально планировалось добавить к ним научно-энергетическую платформу с солнечными батареями, втрое-впятеро большей площадью, чем у модулей «Наука» и «Звезда». Однако из-за финансовых трудностей этот проект был отложен, и необходимой электроэнергией РС МКС обеспечивают американские солнечные батареи.
На американском сегменте МКС установлено восемь крыльев по две панели в каждом. Каждая панель состоит из 16400 ячеек фотоэлектрических преобразователей площадью около 105 м2; общая площадь всех панелей — 1680 м2. Кроме солнечных батарей, аккумуляторов и преобразователей в систему питания включают более 13 км силовых кабелей. В начале работы эта электростанция производила 124 кВт энергии, сейчас выход снизился до 80 кВт из-за деградации солнечных батарей от ионизирующего излучения.
Модули МКС
В составе МКС находятся 16 основных модулей. Среди них в российский сегмент станции входят шесть, а в американский — десять.
Заря
Функционально-грузовой блок (ФГБ) «Заря» стал первым модулем, с которого началась сборка станции на околоземной орбите. На ранних этапах «Заря» управляла полётом МКС, обеспечивала электропитание, связь и перекачку топлива. Сейчас этот модуль служит хранилищем топлива и складским помещением, а также поддерживает эксперименты, проводимые без участия человека. Кроме того, «Заря» связывает служебный модуль «Звезда», малый исследовательский модуль «Рассвет» и американский узловой модуль Unity.
Звезда
Служебный модуль (СМ) «Звезда» — ключевой элемент российского сегмента МКС. В нем находятся основные системы жизнеобеспечения и управления остальных модулей российского сегмента: с помощью его двигательной установки производятся коррекции орбиты станции. На ранних этапах строительства «Звезда» выполняла множество функций: обеспечивала жизнедеятельность экипажа, контролировала высоту полета МКС над Землей, обеспечивала энергоснабжение, служила вычислительным центром и центром связи. Сейчас к нему прибывают «Прогрессы», которые не только разгружаются, но и корректируют орбиту всей МКС. Внутри СМ есть две жилые каюты, пост управления, «космическая кухня», велотренажер и туалет.
Рассвет
Малый исследовательский модуль №1 (МИМ-1) «Рассвет» предназначен для стыковки кораблей «Союз» и «Прогресс» со стороны ФГБ «Заря», а также для дозаправки МКС топливом. Внутри модуля есть места для хранения грузов и пять рабочих зон для проведения биотехнологических и материаловедческих исследований.
Поиск
Малый исследовательский модуль №2 (МИМ-2) «Поиск» создан для научных экспериментов и прикладных исследований. Он обеспечивает дополнительный порт для стыковки кораблей «Союз» и «Прогресс» со станцией, служит шлюзом для выхода космонавтов в открытый космос и местом для размещения грузов и научного оборудования.
Наука
Усовершенствованный многофункциональный лабораторный модуль (МЛМ-У) «Наука» служит для расширения технических и эксплуатационных возможностей российского сегмента МКС. Модуль позволит проводить научные исследования в области фундаментальной науки и социальной сферы, а также будет способствовать развитию и увеличению ресурсов российского сегмента МКС.
Причал
Универсальный узловой модуль (УМ) «Причал», пристыкованный к гермоадаптеру МЛМ-У «Наука», служит для приема пилотируемых кораблей «Союз МС», грузовых «Прогресс МС» и отдельных модулей (может содержать до пяти модулей одновременно).
Unity
Узловой модуль Node-1 Unity, прикреплённый к ФГБ «Заря» — первый крупный американский элемент МКС, запущенный в космос. Служит коридором между американским лабораторным модулем, жилыми отсеками и воздушным шлюзом. Через Node-1 проходят трубопроводы для жидкостей и газов, средства регулирования среды, системы жизнеобеспечения, линии электроснабжения и передачи данных.
Destiny
Лабораторный модуль Destiny предназначен для научных исследований. Этот ключевой элемент американского сегмента оборудован системой жизнеобеспечения, поддерживающей электроснабжение, очистку воздуха, контроль температуры и влажности. В Destiny астронавты проводят эксперименты в медицине, технологии, биотехнологии, физике, материаловедении и исследовании Земли.
Quest
Универсальная шлюзовая камера Quest, пристыкованная к причалу модуля Unity, позволяет экипажу МКС выходить в открытый космос как в американских, так и в российских скафандрах. Шлюз состоит из двух частей: отсека для экипажа и отсека для оборудования. В последнем хранятся скафандры и инструменты для внекорабельной деятельности, а также системы для удаления азота из крови перед выходом в космос. Азот, растворенный в крови, при снижении давления в скафандре может образовать пузырьки, которые закупоривают сосуды, что опасно для лёгких, сердца, нервов и суставов. Члены экипажа перед выходом вдыхают чистый кислород при нормальном давлении, а затем постепенно снижают давления в скафандре до рабочего.
Harmony
Соединительный модуль Node-2 Harmony, расположенный на переднем порту Destiny, обеспечивает электропитание и обмен данными между европейским и японским исследовательскими лаборатории Columbus и Kibo и остальными элементами американского сегмента МКС. Для увеличения численности экипажа Harmony имеет собственную систему жизнеобеспечения, а также три дополнительных спальных места.
Tranquility
Жилой модуль Node-3 Tranquility оснащён системой жизнеобеспечения, которая превращает жидкие отходы в чистую воду и производит кислород для дыхания. В модуле также есть система контроля состояния МКС, туалет и система очистки воздуха, которая удаляет загрязнения из атмосферы станции и контролирует ее состав. Tranquility имеет шесть стыковочных узлов и через один — осевой — соединяется с Unity. К нижнему стыковочному узлу Tranquility прикреплен модуль Cupola.
Cupola
Обзорный модуль Cupola предназначен для наблюдения за Землёй, космическим пространством, а также за людьми и техникой, работающими в открытом космосе. Он включает панорамный обзорный купол с семью крупногабаритными прозрачными иллюминаторами из кварцевого стекла толщиной 10 см. В центре находится круглый иллюминатор, а вокруг него — шесть трапециевидных. Все иллюминаторы защищены крышками, которые предотвращают попадание микрометеоритов и космического мусора. Внутри модуля установлены системы аудио- и видеонаблюдения, контроля температуры на станции, а также рабочие места для управления роботом-манипулятором Canadarm2.
Leonardo
Многоцелевой модуль Leonardo был разработан как герметичный складской блок шаттла, используемый для снабжения станции. Но после установки систем энергопитания, жизнеобеспечения, терморегулирования, пожаротушения, связи и защиты от микрометеоритов, модуль стал частью американского сегмента МКС и дополнительным пространством для экипажа. Сейчас Leonardo служит складом для хранения грузов, особенно мусора, который потом удаляют со станции. Также модуль используют для личных нужд астронавтов: в нем они моются и переодеваются.
Columbus
Европейский модуль Columbus, прикрепленный к Harmony, — научная лаборатория Европейского космического агентства ЕКА для проведения экспериментов в различных областях. Внутри и снаружи есть унифицированные места для установки контейнеров с аппаратурой и оборудованием. Здесь можно исследовать физические процессы, материалы, биологические системы и многое другое, а также проводить эксперименты в открытом космосе.
Kibo
Японский экспериментальный модуль Kibo, прикрепленный к Harmony, — лаборатория Японского агентства аэрокосмических исследований JAXA для проведения разнообразных научных исследований. Модуль состоит из четырех основных частей: научной лаборатории, грузового отсека с герметичной и негерметичной секциями, дистанционного манипулятора и внешней негерметичной платформы.
BEAM
Надувной модуль BEAM разработала компания Bigelow Expandable Activity Module для исследования перспективы использования надувных жилых конструкций в космосе. Оболочка модуля должна обеспечивать защиту от космической радиации и микрометеоритов, поддерживать стабильные условия внутри и решать другие задачи. Астронавты не живут внутри BEAM постоянно, но регулярно проверяют его состояние. Эти данные будут полезны для создания надувных модулей для будущих космических станций.
Экипаж МКС
На станции одновременно работают 6-7 человек, доставляемые кораблями «Союз МС» или Dragon Crew. Во время «пересменок» или прилета экспедиций посещения на МКС могут присутствовать одновременно 11 человек.
Максимальное количество людей, которое находилось одновременно на борту станции — 13 человек. Это произошло во время миссии шаттла Endeavour в 2009 году.
Как космонавты питаются на МКС
Экспедиции длятся по шесть месяцев, чтобы никто не проводил в космосе слишком много времени: члены экипажа постоянно подвергаются воздействию факторов космического полета — невесомости, космического излучения и других вещей, не слишком полезных для здоровья.
Рекорд непрерывного пребывания на МКС поставили российские космонавты Олег Кононенко и Николай Чуб — почти 374 суток. Но результат Валерия Полякова (437 дней на «Мире») не превзойден.
Что будет после МКС
Международный комплекс на околоземной орбите будет функционировать до 2030 года. Затем планируется создать новые космические станции, среди которых:
Китайская модульная станция «Тяньгун», рассчитанная на эксплуатацию до 2037 года.
Окололунная станция Lunar Gateway, которая может стать перевалочным пунктом для полётов астронавтов на Луну и к другим удаленным объектам.
Американские коммерческие космические станции — небольшие исследовательские лаборатории или места для космических туристов.
Незаменимым элементом логистики МКС является российский грузовой корабль «Прогресс». Сделали материал о том, как он устроен и какие задачи выполняет.
Также подготовили разбор обо всех этапах его полета — от старта и стыковки с МКС до сгорания в атмосфере Земли.
