В конце мая на совместном заседании президиума Научно-технического совета Роскосмоса и бюро Совета РАН по космосу обсуждался ход первого этапа эскизного проектирования Российской орбитальной служебной станции. Были рассмотрены два варианта ее размещения: на орбите наклонением 51.6°, где сейчас летает МКС, и на высокоширотной наклонением 97°.
Об одном из вариантов станции журналу «Русский космос» подробно рассказал руководитель полета российского сегмента МКС, действительный член РАН, летчик-космонавт, дважды Герой Советского Союза, генеральный конструктор по пилотируемым системам и комплексам Российской Федерации, генеральный конструктор РКК «Энергия» имени С.П.Королева Владимир Алексеевич Соловьев.
– Владимир Алексеевич, зачем понадобилось создавать новую станцию?
– С начала 1970-х годов Советский Союз, а затем Россия работают над программой длительных пилотируемых орбитальных полетов. Мы прежде всего старались создать надежные транспортные комплексы, системы и оборудование, обеспечивающие комфортное и безопасное пребывание человека на орбите, высокоэффективные системы энергообеспечения, надежные, очень точные системы навигации и ориентации и многое другое. С учетом географического расположения космодрома Байконур выведение на орбиту наклонением 51.6° обеспечивало наилучшие значения по массе полезной нагрузки на околоземной орбите за счет «привлечения» дополнительной скорости вращения Земли. Это позволяло наиболее эффективно решать вышеперечисленные задачи, для которых собственно значение наклонения орбиты не имело существенного значения.
В настоящее время отчетливо проявляются главные минусы продолжения использования этого наклонения: невозможность осматривать большую часть территории России, расположенную в основном на более высоких широтах. К тому же выведение на наклонение 51.6° с космодрома Восточный, основного для будущей пилотируемой программы, потребует больших затрат на создание поисково-спасательного комплекса.
Кроме того, решением руководителей космических агентств – партнеров по МКС срок эксплуатации станции был определен 2024 годом, и сейчас нам необходимо решать, что делать в будущем, и уже начинать работы по пилотируемым программам, которые будут реализовываться после этого срока.
Ни для кого не является секретом, что ресурс первых модулей МКС, рассчитанный на 15 лет, превышен более чем в полтора раза. И в последнее время наметилась тенденция увеличения времени, затрачиваемого космонавтами на обслуживание и ремонт бортовых систем, исчерпавших свои ресурсы. На выполнение научных экспериментов у экипажа остается все меньше времени.
В нашей стране обсуждение того, как российская пилотируемая космонавтика будет развиваться после программы МКС, идет уже давно. В Совете по космосу РАН еще лет шесть назад рассматривался этот вопрос. В обсуждении участвовали разного рода ведомства. Свои предложения высказывали предприятия Роскосмоса.
Известно, что NASA, не оставляя реализации орбитальных программ, решило всерьез вернуться к лунной пилотируемой программе. К их лунному проекту присоединились все партнеры по МКС, кроме России. Для руководства Роскосмоса стало очевидным, что нам на вторых ролях участвовать в американском лунном проекте не имеет смысла. Для нас ясно: прежде чем направлять на Луну космонавтов, надо определиться с необходимостью этого серьезного и весьма дорогого шага, провести довольно большой объем исследований автоматическими аппаратами.
Никоим образом не приуменьшая значения программ освоения Луны, РКК «Энергия» предложила считать первоочередным проект создания Российской орбитальной служебной станции (РОСС) на орбите наклонением к плоскости экватора около 97°, а также сделать Научно-энергетический модуль (НЭМ), предназначенный для российского сегмента МКС, основой РОСС. Это предложение одобрено высшим руководством страны.
– Если будет окончательно принят этот проект, не получится, что мы слишком затянем реализацию собственной пилотируемой лунной программы?
– Я целиком согласен с генеральным конструктором по автоматическим космическим системам Виктором Владимировичем Хартовым. Однажды он выступил на Королёвских чтениях с замечательным докладом, в котором обосновал необходимость сначала создать на Луне нужную инфраструктуру с помощью автоматов и только затем реализовывать пилотируемую лунную программу, предварительно подготовив на Земле существенные заделы для лунной базы. Просто поставить российский флаг на Луне, затратив на это колоссальные средства, нерационально. Я полагаю, что места на южном полюсе Луны хватит всем. А научную станцию надо разворачивать аккуратно, обеспечивая прежде всего безопасность космонавтов.
Надежное освоение Луны – дело дорогостоящее. В этой задаче считаю очень важным добиваться объединения усилий разных стран, как это было продемонстрировано в программе МКС.
– В чем особенности высокоширотного варианта РОСС?
– Решающую роль при выборе расположения будущей станции на высокоширотной орбите сыграли два момента. Первый: возможность максимального обозрения с ее борта своей территории, так как орбита наклонением 51.6°, по которой летает МКС, позволяет наблюдать в надире (непосредственно под трассой полета МКС. – Ред.) только около 10% нашей территории.
Второй момент: необходимость проведения начальной стадии медико-биологических исследований организма человека на орбите, которая в некоторых зонах менее защищена магнитосферой Земли от космического излучения. А это, в свою очередь, требуется для понимания того, с чем столкнутся будущие межпланетные экспедиции, которые также не будут иметь такой защиты.
В результате выбрали уникальную солнечно-синхронную орбиту высотой 372 км от Земли и наклонением 96.9° (на первом этапе 334 км и 96.8°), обеспечивающую постоянные благоприятные условия для наблюдения своей (и не только!) территории.
Кроме того, эта орбита даст возможность обозревать не только всю территорию нашей страны, но и оба полюса Земли оптическими, инфракрасными, ультрафиолетовыми и другими детекторами, а также радиолокационными средствами, причем каждые полтора часа, что очень важно. Эта особенность орбиты позволит отслеживать и перемещение различных объектов в районах полюсов Земли, что дает принципиально новое качество исследованиям из космоса.
РОСС будет работать в автоматическом режиме и по необходимости будет посещаемой. В результате станция будет использоваться более эффективно не только в научных и хозяйственных интересах.
– Почему эту версию РОСС решено делать не постоянно обитаемой, а посещаемой? Нет ли в этом шаге движения назад?
– При создании этого варианта РОСС предлагается несколько изменить философию космических пилотируемых полетов, а станцию сделать технически более совершенной и эффективной в отношении получения результатов экспериментов и исследований. Ведь не секрет, что у нас с проведением космических экспериментов на МКС по различным причинам дела обстоят не очень хорошо (да и на «Мире» результативность была не очень высокой). И проблема не только в финансировании, но и в том, что МКС обладает определенными ограничениями. Она, например, постоянно находится в фиксированной ориентации, что не всегда удобно для ряда экспериментов по наблюдению Земли и космоса. Конечно, ощущается и недостаток располагаемых энергоресурсов, а это мешает проведению многих энергоемких экспериментов, например в области материаловедения, отработки методов получения новых материалов в космосе и других.
К тому же постоянное пребывание человека на орбите – высокозатратное мероприятие. Поить, кормить, одевать, обеспечивать кислородом и водой экипаж довольно дорого. Кроме того, полеты частично вне магнитосферы Земли увеличивают дозу облучения космонавтов, что несколько сокращает допустимую длительность полетов.
Зато у ученых Института космических исследований (ИКИ) РАН есть целый набор приборов для исследований в области физики космических лучей, которые было бы очень интересно разместить на станции. Но эти приборы, чтобы они надежно работали в автоматическом режиме, необходимо будет первоначально наладить. И это должен делать человек, с такими работами робот не справится.
Не следует забывать, что человек – создание уязвимое, а космос – среда агрессивная. По предварительным расчетам, экипажу достаточно работать на станции один-два месяца для выполнения пуско-наладочных и ремонтных работ, а также для экспериментов и работ в открытом космосе без какого-либо вреда здоровью. Потому предлагается сделать РОСС способной длительное время работать в автоматическом режиме. Пилотируемые полеты на РОСС предлагаем осуществлять только тогда, когда наберется необходимое количество работ, которые могут выполнить только космонавты. Нам еще предстоит найти разумный баланс между длительностью и частотой полетов.
Шаг вперед заключается в том, что от этапа пилотируемого освоения Россия переходит к этапу использования низкой околоземной орбиты.
– Как предлагается строить высокоширотную РОСС?
– Мы предлагаем ее строить двумя этапами. Если решение о ее строительстве будет принято до конца года, то первый этап начнется в 2028 г. с запуска ракетой-носителем «Ангара-А5М» Научно-энергетического модуля. НЭМ необходимо будет дооснастить различными системами, в том числе блоком гиродинов, чтобы получить возможность использовать его несколько лет в качестве основного модуля. К нему на ракете «Ангара-А5М» с Восточного будут запущены в одной связке Узловой и Шлюзовой модули. Узловой модуль оснащен шестью стыковочными узлами. Он будет почти аналогичен узловому модулю («Причал». – Ред.), который в прошлом году был доставлен на МКС. Шлюзовой модуль предоставляет возможность выхода из него для работ в открытом космосе.
После стыковки в 2028 г. Узлового модуля можно будет с Байконура отправить ракетой-носителем «Союз-2.1б» на корабле типа «Союз» первый экипаж. Он сможет расконсервировать станцию и уже начать первые исследования и эксперименты. По возвращении экипажа на Землю РОСС будет работать в автоматическом режиме.
Затем к станции должен прибыть Базовый модуль такого же типоразмера, что и НЭМ, с такими же мощными солнечными батареями. Комплект батарей, размещенных на НЭМе и Базовом модуле, позволит выработать электрическую мощность до 55 кВт, что даст хороший энергетический потенциал, достаточный для разных, в том числе энергоемких, радиолокационных наблюдений и экспериментов. На Базовом модуле, вероятнее всего, как и на НЭМе, будут установлены две каюты и туалет для космонавтов. Это позволит создать комфортные условия для экипажа из четырех человек. При этом РОСС достигнет массы около 55 тонн и будет иметь герметичный объем 217 м3. Первый этап на этом завершается (2030 г.).
Мы предполагаем, что в начале строительства экипажи будут посещать РОСС два раза в год, грузы будут доставляться грузовыми кораблями серии «Прогресс», запускаемыми ракетами-носителями «Союз-2.1б».
– Какие работы по строительству РОСС будут произведены на втором этапе?
– На втором этапе, который предполагаем начать в 2030 г., к станции будут присоединены еще два крупных модуля: Целевой и Производственный. Кроме того, на РОСС будет доставлена частично герметичная Платформа обслуживания космических аппаратов, на которой можно будет переоснащать, дозаправлять и вновь отправлять на орбиты новые автоматические космические аппараты. Эти аппараты должны быть ремонтопригодными, дозаправляемыми, и их орбиты должны быть согласованы с орбитой РОСС.
Возможность дозаправки в космосе мы отработали еще в 1978 г. Эту систему у нас даже покупали европейцы для своего грузового корабля АTV, и грех не использовать ее для дозаправки спутников.
Тем временем должны быть разработаны и средства перемещения космических аппаратов к станции и последующего возвращения их на необходимые орбиты – своеобразные межорбитальные буксиры. Такая возможность должна оказаться очень перспективной. Наши «коллеги» в США уже сделали такой буксир. В первом испытании они неисправный спутник на геостационарной орбите отвели на орбиту захоронения. В другом испытании, тоже на геостационарной орбите, они состыковали буксир с аппаратом, у которого закончился запас топлива для коррекции орбиты, и теперь управляют спутником с помощью этого буксира.
К концу второго этапа масса станции достигнет примерно 122 тонн, а гермообъем – 505 м3, и по этим показателям она существенно превысит российский сегмент МКС.
Предполагается, что космонавты и грузы на этом этапе будут доставляться на орбиту и возвращаться с орбиты на Землю грузопассажирским кораблем на базе ПТК «Орёл», запускаемым с Восточного ракетой-носителем «Ангара-А5М».
Очень важно, с моей точки зрения, сделать так, чтобы строительство РОСС не стало долгостроем. Сейчас у всех – и у руководителей государства, и у отрасли, и у народа – вызывает раздражение, когда мы очень долго создаем что-то новое. Причин этому, конечно, много. Но хочется, чтобы с РОСС такого не произошло. Мы должны разработать и максимально использовать новые технологии, которые позволят параллельно строить на Земле различные элементы станции и в разумное время выводить их на орбиту. Полагаю, что изложенные в нашем предложении временные интервалы первого и второго этапов сборки РОСС могут быть существенно сокращены.
– Каково назначение Производственного и Целевого модулей?
– В Производственном модуле можно будет проводить эксперименты в области космических технологий, космического материаловедения, связанные с отработкой методов получения полупроводниковых кристаллов, пленок, в том числе с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии (конденсация молекулярных пучков на подложке в условиях вакуума. – Ред.). Достижение значимых результатов в этой области может дать серьезный толчок развитию отечественных нанотехнологий, микро- и наноэлектроники. То же относится и к решению актуальных задач в области биотехнологии.
В этом модуле будут храниться комплектующие, производиться сборка и тестирование автоматических аппаратов. Он также позволит осуществлять работы по подготовке, настройке и ремонту испытуемых образцов перспективной аппаратуры.
Целевой модуль будет укомплектован внешними универсальными рабочими местами и – для подключения научной аппаратуры – внутренними универсальными стойками, связанными с высокопроизводительным компьютером сетью для обмена информацией и ее хранения.
Не обойтись и без универсального программного обеспечения. В зависимости от состава научной программы на этот модуль можно будет доставлять оборудование, предназначенное для исследований в различных областях знаний – космической медицине, биотехнологии, материаловедении, космических технологиях, для визуально-инструментальных наблюдений Земли, для образовательных экспериментов и так далее.
Иными словами, будет реализован новый этап развития технологии сменных полезных нагрузок, которая уже внедрена и отрабатывается на российском сегменте МКС.
– Возможен ли вариант, при котором экипажи смогут одновременно работать и на МКС, и на РОСС?
– Да, конечно, возможен. Нам, безусловно, необходимо продолжать эксплуатацию МКС до тех пор, пока не создадим более или менее ощутимый задел по РОСС. Хотя МКС и РОСС будут летать на орбитах с разными наклонениями и перелет с одной станции на другую будет невозможен, мы в состоянии обеспечить эффективную эксплуатацию и российского сегмента МКС, и РОСС. Подобный опыт у нас имеется.
Кроме того, надо учитывать, что если мы на несколько лет прекратим пилотируемые полеты, то потом восстановить достигнутое будет очень непросто. Конкретный пример – программа «Энергия-Буран».
– Предполагается ли использовать для запуска корабля «Орёл» стартовый комплекс на космодроме Плесецк?
– Мы такую возможность пока не рассматривали и не предлагали. Сейчас единственным местом запуска «Орла» является космодром Восточный, где строительство стартового комплекса для ракеты-носителя «Ангара-А5» идет полным ходом.
– На Королёвских чтениях в прошлом году вы говорили, что в составе РОСС может быть трансформируемый модуль с центрифугой. От него решено отказаться?
– Мы ни от чего полезного отказываться не собираемся. Да, в РКК «Энергия» проводились совместные с НПП «Звезда» работы по трансформируемому модулю. Американцы уже испытывают такой модуль в составе своего сегмента МКС. Подобные работы мы тоже собираемся проводить.
Что касается центрифуги, то такая центрифуга короткого радиуса есть в ИМБП. На ней осуществляются интересные исследования и эксперименты на Земле. У нас в «Энергии» действительно были проработки по установке такого рода центрифуги в трансформируемом модуле. Сейчас мы осмысливаем общую конфигурацию станции, ищем возможность включить этот модуль с центрифугой в состав РОСС.
– Какие эксперименты и целевые работы смогут проводиться на высокоширотной станции?
– Об этом я упоминал, рассказывая про Производственный и Целевой модули. Кроме того, мы рассматривали множество других вариантов. Например, можно будет развернуть пункт управления облаком малых спутников и систему обслуживания автоматических космических аппаратов, так сказать, на «внешней подвеске». Естественно, будут исследоваться и испытываться новые конструкционные материалы, высокоскоростные информационные интерфейсы, интерфейсы «человек-машина», новые системы жизнеобеспечения замкнутого цикла, чтобы с Земли доставлялось не более 5–7% расходных материалов. Ну и, конечно, робототехнические системы. Наверняка также будут проводиться эксперименты и наблюдения в интересах безопасности нашей страны.
С помощью определенной аппаратуры, возможно, удастся уточнить математическую модель атмосферы Земли над полюсами, исследовать авроральные явления (от греческого слова Aurora – сияние. Геофизические явления, происходящие в магнитосфере и ионосфере Земли в зоне полярных сияний. – Ред.), отработать методы более достоверного предсказания космической погоды.
– Рассматривается ли РОСС как «ступенька» к пилотируемому полету на Луну?
– Да, конечно. При политической воле и достаточном финансировании РОСС можно будет использовать в качестве базы для сборки лунного или марсианского комплекса. С помощью РОСС можно реализовать эффективные двухпусковые схемы, когда экипаж дожидается на станции прибытия разгонного блока для выполнения отлетного импульса к Луне. Двухпусковые схемы позволяют снизить потребную грузоподъемность ракет и перейти с дорогостоящих носителей сверхтяжелого класса на более доступные ракеты тяжелого класса.
Для полета к Луне экипаж сможет использовать корабль, прибывающий на станцию с Земли, или даже многоразовый корабль с постоянной «припиской» к РОСС. В этом случае РОСС становится своеобразным космопортом. Расчеты показывают реализуемость такого подхода. Грузовые же операции для поддержки лунных операций можно будет выполнять, используя запуски ракет на наклонение 51.6°, которое ближе к эклиптике и позволяет использовать преимущества этой орбиты по энергетике.
– Вы несколько раз упомянули ракету «Союз-2.1б» для запуска кораблей типа «Союз» и «Прогресс» на первом этапе строительства РОСС…
– Да, мы с гендиректором РКЦ «Прогресс» Дмитрием Александровичем Барановым обсуждали этот вопрос. Безусловно, для полетов на орбиту наклонением 97° надо переходить на носитель «Союз-2.1б». Правда, он пока не имеет сертификата для пилотируемых полетов, но и «Союз-2.1а» когда-то не имел. Мы его обкатали сначала при запусках «Прогрессов», теперь используем для запусков «Союзов МС». Вероятно, так же поступим и с носителем «Союз-2.1б».
– Корабль «Союз МС» будет использован для запуска на орбиту 97° или же потребуется его серьезная модификация?
– На первом этапе хорошо отработанный корабль «Союз» необходим, а переход на более мощный носитель «Союз-2.1б» обеспечит на новом наклонении практически ту же выводимую массу, что и «Союз-2.1а» на наклонении 51.6°. Так что серьезного снижения массы корабля «Союз», а следовательно, и модификаций не потребуется. Корабль «Союз» сможет летать на высокоширотную РОСС в трехместном варианте.
– На втором этапе сборки РОСС вы предполагаете перейти на доставку экипажей «Орлом». А на чем вы планируете доставлять грузы? На модификациях «Прогресса»?
– «Прогрессы» мы пока не списываем и будем их строить и использовать, особенно на первом этапе. Вместе с тем наши специалисты просчитывают модификации «Орла» в «грузопассажирском», «грузовозвращающем» и «грузовом» вариантах.
ПТК «Орёл» разрабатывается для перелетов к Луне. Используя задел по нему, можно в короткий срок создать новые типы унифицированного корабля для транспортно-технического обеспечения РОСС. Такой подход был реализован при проектировании пилотируемых станций, когда системы и агрегаты космических кораблей «Союз» и «Прогресс» использовались в создании модулей.
По предварительным расчетам, при экипаже в четыре человека «Орёл» сможет доставить с Земли на станцию и со станции на Землю до 500 кг «сухого» груза. В случае экипажа из двух человек количество «сухих» грузов увеличивается до 750 кг, а также возможна доставка до 1500 кг топлива, до 360 кг воды и до 120 кг газов. Если предложения по созданию «околоземных» модификаций «Орла» получат поддержку, мы сможем не только доставлять на орбиту грузы и топливо, но и возвращать значительное количество грузов.
В заключение отмечу, что я рассказал о конфигурации российской национальной станции, разработанной РКК «Энергия». Это предложение получило поддержку у руководства отрасли и у президента страны. Сейчас завершен первый этап эскизного проектирования, после которого будет принято окончательное решение, что будет представлять собой высокоширотная РОСС. В процессе второго этапа эскизного проектирования состав и назначение модулей РОСС будут детализированы. И это нормально. Я очень надеюсь, что до конца этого года нам удастся убедить правительство, что высокоширотную станцию строить надо.
Если решение будет принято и финансирование пойдет, то в течение 2022 г. мы будем разрабатывать эскизный проект, одновременно будем шире внедрять автоматическое проектирование, сокращать объем наземной экспериментальной отработки за счет использования цифровых моделей. После защиты эскизного проекта последует этап разработки технической документации. А дальше – все как обычно, до запуска первых модулей станции в 2028 г.
