К.Лантратов. «Новости космонавтики»

   Основной полезной нагрузкой «Атлантиса» в 13-м полете по сборке МКС была секция S0 составной фермы и установленный на ней мобильный транспортер. Второй – телескопический трап Airlock Spur для упрощения выхода астронавтов из ШО Quest на ферму станции во время работ в открытом космосе.

   Центральная секция Основной фермы МКС (Секция S0)

   Секция S0 является первым элементом Основной фермы ITS (Integrated Truss Structure) и устанавливается на надирной поверхности Лабораторного модуля LAB. В собранном виде ферма длиной 109 м будет включать еще 10 элементов – секции правого борта S1, S3, S4, S5, S6 и левого борта P1, P3, P4, P5, P6. Секция P6 уже находится в составе МКС и временно установлена на зенитной секции Z1. Секции S1 и P1 будут доставлены осенью 2002 г., а полностью ферма будет собрана после полета 20A. На ней будут установлены 8 модулей солнечных батарей, два главных радиатора СТР, блоки служебных систем и научное оборудование.
   (Обозначение S0 не вполне корректно, так как буква S обозначает Starboard (правый борт), фактически же секция S0 стоит строго на продольной оси станции. Точнее было бы назвать эту секцию Central 0 (центральная). Однако S0, как пошло еще в программе Freedom, так и осталось.)
   Изготовитель фермы – предприятие Boeing Human Space Flight & Exploration (Хантингтон-Бич, Калифорния). Секция S0 имеет массу 12118 кг. Ее габаритные размеры: длина 13198 мм, ширина 4966 мм, высота 4551 мм. Материал основных конструкционных материалов фермы (стержней и узлов) – алюминиевый сплав. Общее количество деталей – свыше 475 тысяч! 
   Неправильно воспринимать S0 лишь как конструктивный элемент. Она выполняет две основные функции: жесткое крепление фермы ITS к Лабораторному модулю и обеспечение интерфейсов между ITS и остальной частью станции. Фактически S0 представляет собой главный энергораспределительный центр, к которому сходятся силовые кабели от солнечных батарей и от которого мощность передается в модули станции. Общая длина кабельной сети S0 – примерно 16 км! Через нее проходят и магистрали СТР к радиаторам на Основной ферме.
   Конструкция секции S0 имеет удлиненное шестиугольное поперечное сечение высотой 4966 мм и шириной 3424 мм. В продольном направлении она разбита на пять отсеков. Для облегчения ориентации при работе на S0 снаружи секции имеются опознавательные знаки. Все ее шесть граней пронумерованы – от передней грани через надирное ребро на заднюю плоскость и к зенитному ребру.
   Вдоль передней части секции проложены два рельса, формирующие путь для передвижения мобильного транспортера MT. После завершения сборки Основной фермы ITS транспортер сможет двигаться вдоль всей фермы, перевозя дистанционный манипулятор SSRMS (Canadarm 2) и различные грузы. Пространство между рельсами MT открыто для обеспечения свободного доступа членов экипажа во время выходов во внутреннее пространство секции S0, а остальные грани каждого отсека S0 закрыты ЭВТИ.
   На торцах секции S0 имеются узлы крепления к ней следующих секций S1 и P1. Узлы состоят из замка предварительного захвата и четырех болтов для автоматического жесткого стягивания секций между собой.
   Снаружи S0 установлены видеокамеры и система передачи видеоинформации, обеспечивающие визуальный контроль за работами в открытом космосе, а также перемещение грузов с помощью дистанционного манипулятора. 
   Ряд блоков и приборов на секции S0 входит в состав систем электропитания МКС, терморегулирования, управления движением, сбора и передачи данных, навигации и обеспечения внекорабельной деятельности.
   Секция S0 запущена с установленным на ней мобильным транспортером MT, двумя блоками системы перемещаемого разъема TUS, переносными рабочими местами для астронавтов, четырьмя антеннами Глобальной навигационной системы GPS, двумя блоками гироскопических датчиков угловых скоростей RGA и отрывными разъемами для американских стандартных блоков ORU, которые будут устанавливаться и заменяться на орбите. Секция имеет более 50 заменяемых блоков, 971 электроразъем, которые могут быть состыкованы во время выхода, почти 50 гнезд под «якоря» для астронавтов и более 150 поручней.
   В грузовом отсеке шаттла секция S0 крепится с помощью четырех горизонтальных цапф и двух килевых опор.
   Для соединения Основной фермы и Лабораторного модуля используется система MTSAS, включающая опорную конструкцию (платформу) LCA и четыре телескопические развертываемые опоры MTS.
   Опорная конструкция LCA (Lab Cradle Assembly) делится на активную часть (она была доставлена в полете STS-102/5A.1 в марте 2001 г. и установлена «на крыше» модуля Destiny) и пассивную часть на S0. Активная часть представляет собой захватывающий крюк-«коготь» (claw) и механизмы выравнивания. Пассивная часть имеет дополнительные механизмы выравнивания и планку для захвата «когтем». На первом этапе установки «коготь» зацепляет планку пассивной части LCA и притягивает секцию S0 до соединения основных интерфейсов LCA. Как только это полужесткое соединение выполнено, удерживающий S0 манипулятор можно отвести и использовать для других задач. Полужесткое соединение позволяет ориентировать станцию и проводить коррекции орбиты, а в случае необходимости – отстыковать шаттл. 
   Четыре телескопические опоры (две двуногие и две трехногие) закреплены на секции S0. Астронавты вручную раскрывают эти опоры в рабочее положение и крепят к Лабораторному модулю, после чего замок захвата LCA можно раскрыть. Опоры обеспечивают надежное жесткое соединение всей Основной фермы к модулю LAB и другим обитаемым отсекам МКС.
   На S0 имеются откидывающиеся короба, в которых проложены силовые электрокабели, линии передачи данных и трубопроводы аммиака СТР. Разъемы на этих коробах обеспечивают электрические, гидравлические и информационные интерфейсы Основной фермы с Лабораторным модулем, секцией Z1 и будущим узловым элементом Node 2.
   В состав системы электропитания входят четыре преобразователя постоянного тока DDCU и четыре блока разводки вторичного питания SPDA. Мобильные модули подключения электропитания MBSU обеспечивают электрические интерфейсы с внешним оборудованием снаружи секции S0. Четыре таких модуля расположены на нулевой и второй плоскостях первого, второго и третьего отсеков S0. Каждый MBSU обеспечивает коммутацию электропитания на внешние и внутренние устройства на секции от двух шин, идущих от двух преобразователей постоянного тока DDCU. Коммутация обеспечивается с помощью дистанционно управляемых переключателей RBI. Каждый MBSU включает в себя две группы по шесть переключателей RBI.
   Активная система терморегулирования обеспечивает охлаждение аппаратуры секции S0 с помощью «холодных площадок» (coldplate), которыми оснащены преобразователи тока DDCU и модули MBSU. Рабочее тело этих «холодных площадок», как и на всех внешних элементах американского сегмента МКС, – аммиак. По трубопроводам общей длиной 202 м он поступает от «холодных площадок» к радиатору на секции S0, обеспечивая отвод тепла от работающего электрооборудования. Панель радиатора длиной 6.4 м находится на задней стороне секции S0.
   В состав аппаратуры управления, сбора и передачи данных входят два идентичных мультиплексора-демультиплексора (компьютера) ESS MDM, каждый из которых управляет удаленным блоком распределения электропитания RPDA и связанными с ним удаленными модулями RPCM. Еще два компьютера будут использоваться для управления другими секциями фермы. Тензодатчики, акселерометры и другие приборы S0 служат для контроля ее жесткости.
   Четыре антенны Глобальной навигационной системы GPS являются компонентом подсистемы определения текущих координат и скорости навигационной системы МКС, которая использует сигналы КА космической навигационной системы GPS. Эта подсистема позволит определять текущий вектор состояния станции с погрешностью 0.9 км (3000 футов) по положению при единичном измерении и прогнозировать положение МКС на сутки с ошибкой менее 15 км (50000 футов).
   Блоки гироскопических датчиков угловых скоростей RGA выполняют измерения для навигационной системы МКС. По их данным вектор состояния станции будет определяться независимо как от аппаратуры GPS, так и от данных датчиков российского сегмента. Два блока RGA смонтированы в нижней части левого борта секции S0 в промежутке между четвертой лицевой панелью и торцевой внешней панелью левого борта. Блок RGA состоит из трех кольцевых лазерных гироскопов, которые определяют параметры движения, измеряя сдвиг частоты лазера из-за допплеровского эффекта. Каждый из трех гироскопов измеряет движение относительно одной оси координат. Второй блок RGA дает необходимую избыточность измерений, дублируя показания первого.
   Система внешнего радиационного контроля EV CPDS измеряет радиационную обстановку вокруг МКС для медицинского контроля и учета полученной экипажем дозы облучения, а также долгосрочного прогнозирования радиационного риска и картографирования уровней радиации в разных местах внутри МКС. Система EV CPDS также обеспечивает получение оперативных данных для контроля доз облучения в случае нештатных радиационных ситуаций (мощные солнечные вспышки и пр.). Наконец, EV CPDS используется совместно с эквивалентными пропорциональными счетчиками TEPC и радиационными дозиметрами для оценки первичных и вторичных (наведенных) радиационных полей внутри МКС.
   Вспомогательные фары тележки CETA, оснащенные галогенными лампами большой яркости (мощность 40 Вт, освещаемый с расстояния 6 м участок – 2x3 м), устанавливаются экипажем по временной схеме во время выхода в космос для освещения рабочих мест в тени Земли. 

   Мобильный транспортер МТ

   Мобильный транспортер МТ (Mobile Transporter) предназначен для перемещения астронавтов и грузов вдоль Основной фермы по специальному рельсовому пути – «первой железной дороге в космосе». 
   В ходе полета STS-110/8A на МКС доставлены только небольшая часть «железнодорожного полотна» – два 13-метровых рельса, идущие вдоль секции S0, и собственно «локомотив», закрепленный на передней стороне (1-я плоскость) секции S0. В следующем полете STS-111/UF-2 в июне 2002 г. на MT будет смонтирована Мобильная базовая система MBS. Вместе MT и MBS носят название Мобильной сервисной системы MSS (Mobile Servicing System). На нее будет переставлен манипулятор Canadarm 2, пока временно базирующийся на модуле Destiny, и с ее помощью он будет перемещаться вдоль всей фермы с грузом до 20.9 т. С приходом на станцию новых элементов ITS длина пути будет увеличена до 95.5 м, причем в соответствии с технологией железнодорожного строительства функции путеукладчика будет выполнять сам MT, перевозя на себе следующие секции фермы и рельсы.
   Для транспортера MT оборудуется 10 рабочих станций, где он сможет жестко зафиксироваться на ферме ITS для работы с массивными грузами. Две станции из десяти находятся на секции S0. Для точной остановки МТ на рабочей станции на алюминиевые рельсы фермы установлены железные полоски, а на транспортер – магнитные датчики. В других местах «колеи» жесткая фиксация МТ к ферме не производится, и там можно работать только с легкими грузами.
   Транспортер MT был построен на предприятии TRW Astro Aerospace в г. Карпентерия по заказу Boeing. Масса его составляет 886 (по другим данным – 872) кг. «Локомотив» имеет длину 2723 мм, ширину 2064 мм и высоту 962 мм. Ширина «колеи» транспортера – 1481 мм, что очень близко как к ширине колеи дорог США (1435 мм), так и России (1520 мм).
   Транспортер состоит из силовой рамы из алюминиевого сплава и подвесной системы, включающей три основных элемента. Модуль линейного электродвигателя LDU мощностью в несколько тысячных долей лошадиной силы обеспечивает движение с тремя возможными скоростями (25.4, 10.2 и 2.5 мм/с) и фиксацию MT на рельсах. Два модуля роликовой подвески RSU поддерживают транспортер при его движении вдоль фермы. Переезд из одного конца полностью собранной фермы ITS в другой с самой высокой скоростью займет у МТ не менее 50 мин. «Депо» MT, где он будет штатно «парковаться» между поездками, находится на отсеке №2 секции S0.
   Система перемещаемого разъема TUS обеспечивает все интерфейсы служебных систем между комплексом MT/MBS/Canadarm 2 и американским сегментом. Через TUS передается электроэнергия для приведения в движение транспортера и манипулятора (при движении МТ манипулятор не запитывается), ведется управление и контроль состояния систем робототехнического комплекса, передается телеметрия и видеосигналы от телекамер манипулятора. 
   Энергоснабжение, управление и передача данных ведется по многожильным кабелям, которые разматываются и свертываются с обеих сторон от рельсового пути с той же скоростью, с какой движется транспортер МТ. Для того чтобы кабели шли точно в отведенных им «коридорах», сверху и снизу вдоль рельсового пути периодически установлены направляющие элементы. В каждом из блоков TUS имеются пружинные механизмы натяжения кабеля CCMS. Они не позволяют кабелю порваться или иметь слишком большую слабину. Механизмы CCMS установлены на конце первого отсека секции S0. 
   Кабель TUS имеет ширину 47 мм и толщину менее 6 мм и состоит из 10 проводников. По трем центральным проводникам из никелированной меди обеспечивается электропитание постоянным током напряжением 120 В и мощностью до 6 кВт. Далее идут пять 50-омных проводников из посеребренной меди с коаксиальной оплеткой – три для передачи видеосигнала и два для сигналов управления и телеметрической информации. Еще два внешних проводника – 75-омные экранированные витые пары из медно-никелевого сплава – предназначены для передачи данных. Складная часть кабеля имеет дополнительные элементы жесткости из бериллиевой бронзы. Кабели соединены с блоками TUS неразъемно, и замена блоков TUS возможна только вместе с кабелем.
   Для подключения кабелей TUS к транспортеру в верхней и нижней части правого борта МТ имеются два блока разъемов IUA. В их конструкции имеется автоматический резак для экстренного отсечения кабелей в случае отказа механизма разматывания-сматывания TUS или заедания кабеля. При отсечении кабеля транспортер способен автоматически доехать на аккумуляторах до ближайшей рабочей станции и запитать систему терморегулирования (для предотвращения замерзания MT на нем имеется несколько пар пассивных терморезистивных электронагревателей), а также подключиться к интерфейсам систем управления и обмена данными.

   Система механической стыковки интерфейсов UMA выполняет автоматическое соединение разъемов транспортера с разъемами портов одной из десяти рабочих станций на ферме ITS. При соединении с помощью UMA интерфейсов обеспечивается электропитание, управление и обмен данными и видеоинформацией между MT, MBS, Canadarm 2 и американским сегментом. Снизу на транспортере имеются две активные части системы UMA. Пассивные ответные части стоят на рабочих станциях на ферме ITS. В случае аварийной ситуации возможно ручное управление работой системы UMA.
   На верхней плоскости транспортера установлены два модуля контролеров RPCM для дистанционного управления электропитанием. Они обеспечивают распределение электроэнергии (постоянный ток с напряжением 120 В и мощностью до 6 кВт), поступающей с американского сегмента через систему TUS, между аппаратурой и нагревателями MT.
   Для жесткого крепления МТ к Основной ферме ITS на углах транспортера установлены четыре замка LTU. Они обеспечивают фиксацию МТ на любой из десяти рабочих станциях: замки входят в специальные отверстия на рельсах, стягивая транспортер и ферму с усилием 3.2 т для равномерного распределения нагрузки.
   Модуль линейного двигателя LDU подвесной системы, установленный на боковой поверхности МТ, обеспечивает крепление транспортера к рельсам и его равномерное движение в обоих направлениях с тремя различными скоростями. В состав LDU входит фрикционный тормоз, обеспечивающий остановку МТ на рабочих станциях, а также на любых других участках фермы ITS со штатным и аварийным торможением.
   Два модуля роликовой подвески RSU подвесной системы стоят снизу МТ. Они обеспечивают удержание транспортера на рельсах и передвижение по ним. Пассивные интерфейсы каждого из RSU состоят из двух комплектов из пяти пластмассовых роликов, катящихся по нижней поверхности двутаврового профиля – рельса транспортера. Для плотного прилегания к рельсам ролики подпружинены. При остановке МТ на рабочих станциях, где транспортер запирают замки LTU, ролики RSU отводятся от рельсов.
   Спереди и сзади МТ устанавливаются блоки амортизаторов для поглощения энергии при столкновении с мобильными тележками CETA. Эти тележки, предназначенные для перевозки грузов и астронавтов вдоль ITS, будут доставлены на МКС в полетах 9A и 11A. Двигать тележки по рельсам Основной фермы может «локомотив» марки MT, но они могут перемещаться и самостоятельно, как дрезины на железной дороге. Блоки поглощения энергии позволяют изолировать манипулятор на MT от удара тележки и одновременно служат сцепками для соединения и расцепления транспортера и тележек. 
   На передней и задней сторонах МТ установлены также два блока конечной остановки транспортера ESU. Блоки предотвращают сход транспортера с рельсового пути на концах Основной фермы, если МТ по каким-то причинам не остановился по команде. Каждый ESU состоит из цилиндра и сминаемого амортизатора с заполнителем из алюминиевых сот, которые поглощают энергию столкновения, позволяя избегнуть повреждений конструкции и аппаратуры МТ, а также перевозимых им грузов.
   Управление мобильным транспортером может вестись как с борта МКС, так и с Земли, причем второй вариант – основной. Транспортер MT использует сложное ПО, которое управляет всеми функциями транспортера и системы TUS. Оно может автоматически обнаруживать на MT отказы и сообщать о них оператору. Предусмотрены четыре основных режима управления транспортером:
   1. Покой. МТ стоит запертый на рабочей станции с выключенным мультиплексором-демультиплексором;
   2. Готовность. Все системы МТ работают, но он находится в покое перед началом движения или после его окончания;
   3. Перемещение. Автоматическое управление в движении;
   4. Ручной. Управление в движении или в покое, в основном в нештатных ситуациях.
   Остается добавить, что стоимость секции S0 оценивается в 600 млн $, а транспортера MT – еще в 190 млн. Сколько там РАО ВСМ хотело потратить на скоростную железнодорожную магистраль Москва – Санкт-Петербург?

   «Шпора» Шлюзового отсека

   Специальный телескопический трап, буквально называемый «шпорой» Шлюзового отсека (Airlock Spur), предназначен для облегчения перемещения астронавтов и космонавтов, работающих в открытом космосе. Трап раскладывается между лицевой стороной секции S0 в месте ее соединения с Лабораторным модулем Destiny и внешней поверхностью ШО Quest в районе отсека оборудования E/L. С двух сторон вдоль «шпоры» установлены семь длинных и три коротких поручня для удобства перехода и фиксации с помощью карабинов работающего в открытом космосе члена экипажа. Общая длина трапа в полностью развернутом состоянии составляет 4.24 м. 

   Наука, полетевшая на «Атлантисе»

   На средней палубе «Атлантиса» были установлены пять экспериментальных установок для проведения научных исследований и экспериментов. Система для производства биомассы BPS, коммерческая аппаратура для изучения биопроцессов CGBA, коммерческая установка для выращивания кристаллов белка высокой плотности CPCG-H и дьюар PCG-EGN были перенесены на МКС для дальнейшей работы с ними в ходе ЭО-4. 
   В морозильнике для биотехнологических образцов BTR-2 на МКС были доставлены материалы для дальнейших исследований, а на Землю вернулись результаты биотехнологического эксперимента с клетками CBOSS и образцы из оранжереи ADVASC GC-02 (Astroculture 2). В инкубаторе-морозильнике PCG-STES на Землю были возвращены два модуля-биореактора для роста кристаллов белка. На станцию же перенесли новый морозильник ARCTIC-1.
   В четвертый раз в космос была отправлена аппаратура PCG-EGN – «усовершенствованный сосуд Дьюара» на газообразном азоте. В полете STS-110 дьюар, заполненный приблизительно 150 образцами для роста кристаллов, подготовленными преподавателями и студентами различных университетов и институтов США, а также сотнями образцов, подготовленных учеными Университета Калифорнии, был доставлен на станцию. В июне «Индевор» (миссия STS-111/UF-2) заберет выращенные кристаллы и вернет их на Землю, где ученые смогут изучать их структуру. Эта информация пригодится для улучшения биохимических процессов на промышленных предприятиях и в животноводстве.
   Две экспериментальные установки отправились на МКС вторично. С помощью аппаратуры CGBA, неоднократно использованной в коротких полетах на шаттлах и работавшей на МКС в ходе ЭО-2, продолжится изучение бактериального брожения в невесомости. Постановщики эксперимента надеются по результатам эксперимента CGBA-03 значительно улучшить производство антибиотиков для борьбы с раком.
   Коммерческая установка для выращивания кристаллов белка высокой плотности CPCG-H будет выращивать кристаллы из 1008 различных биологических образцов методом испарения капли. Более 50 крупных промышленных компаний и университетов работают с Центром биофизических наук и техники Университета Алабамы в Бирмингеме по программе изучения биологических кристаллов, процессов их роста и дальнейшего использования для разработки новых фармацевтических препаратов. Первый эксперимент был проведен в апреле–августе 2001 г. Результаты второй серии экспериментов CPCG-H 02/03, сохраненные в холодильнике CRIM при 22°C, будут возвращены на «Индеворе» в июне 2002 г.
   Кроме того, на борту «Атлантиса» STS-110 на МКС были доставлены первые образцы для обработки в печи для выращивания кристаллов цеолитов ZCG (саму печь привезли в полете STS-108/UF1 в декабре 2001 г.). Цеолиты – это алюмосиликаты, отличающиеся строго регулярной пористой структурой. Поэтому они идеальны в качестве молекулярных сит для разделения молекул разного размера. Такие сита составляют основу современной химической промышленности, и на них держится все современное мировое производство бензина. Нефтяная промышленность заинтересована улучшением качества и размеров цеолитов в космосе, чтобы сократить затраты на переработку нефти. Первый набор образцов, полученных на установке ZCG, будет возвращен на Землю в июне на STS-111 и заменен следующим.
   А вот система для производства биомассы BPS отправится на орбиту впервые. Эта установка была разработана учеными из Исследовательского центра Эймса NASA в Моффетт-Филд (Калифорния). В BPS в течение мая будет проводиться выращивание пшеницы и растений семейства Brassica. Результаты будут возвращены на «Индеворе» в июне.
   Морозильник ARCTIC-1 изготовлен хьюстонской компанией Oceaneering Space Systems Inc. и предназначен для хранения биологических образцов при температуре ниже температуры замерзания. Он весит 10 кг и имеет полезный объем 19 л. Прибор имеет средства записи режимов и данных, а также телеуправления и телеметрии.
   На борту «Атлантиса» на МКС доставляются расходные материалы для научной аппаратуры, а на Землю – результаты исследований и экспериментов, проведенных ЭО-4 с декабря 2001 г. Среди них – образцы эксперимента по изучению риска каменно-почечной болезни Renal Stone, эксперимента по изучению физики коллоидов в космосе EXPPCS, а также пробы воздушной среды и воды из оранжереи ADVASC и сама эта установка.
   На полет STS-110 также запланировано 5 второстепенных медицинских экспериментов DSO и 4 технических испытания DTO.

   По материалам NASA, KSC, JSC, Boeing, а также сообщениям Дж.МакДауэла.