Международная космическая станция

Междунаро́дная косми́ческая ста́нция, сокр. МКС (англ. International Space Station, сокр. ISS) — пилотируемая орбитальная станция, используемая как многоцелевой космический исследовательский комплекс. МКС — совместный международный проект, в котором участвуют 15 стран (в алфавитном порядке): Бельгия, Бразилия, Германия, Дания, Испания, Италия, Канада, Нидерланды, Норвегия, Россия, США, Франция, Швейцария, Швеция, Япония.

Управление МКС осуществляется: российским сегментом — из Центра управления космическими полётами в Королёве, американским сегментом — из Центра управления полётами в Хьюстоне. Между Центрами идёт ежедневный обмен информацией.

История создания

В 1984 г. Президент США Рональд Рейган объявил о начале работ по созданию американской орбитальной станции. В 1988 году проектируемая станция была названа «Freedom» («Свобода»). В то время это был совместный проект США, ЕКА, Канады и Японии. Планировалась крупногабаритная управляемая станция, модули которой будут доставляться по очереди на орбиту кораблями «Спейс шаттл». Но к началу 1990-х годов выяснилось, что стоимость разработки проекта слишком велика и только международная кооперация позволит создать такую станцию. СССР, уже имевший опыт создания и выведения на орбиту орбитальных станций «Салют», а также станции «Мир», планировал в начале 1990-х создание станции «Мир-2», но в связи с экономическими трудностями проект был приостановлен.

17 июня 1992 г. Россия и США заключили соглашение о сотрудничестве в исследовании космоса. В соответствии с ним Российское космическое агентство (РКА) и НАСА разработали совместную программу «Мир — Шаттл». Эта программа предусматривала полёты американских многоразовых кораблей «Спейс Шаттл» к российской космической станции «Мир», включение российских космонавтов в экипажи американских шаттлов и американских астронавтов в экипажи кораблей «Союз» и станции «Мир».

В ходе реализации программы «Мир — Шаттл» родилась идея объединения национальных программ создания орбитальных станций.

В марте 1993 г. генеральный директор РКА Юрий Коптев и генеральный конструктор НПО «Энергия» Юрий Семёнов предложили руководителю НАСА Дэниелу Голдину создать Международную космическую станцию.

В 1993 г. в США многие политики были против строительства космической орбитальной станции. В июне 1993 года в Конгрессе США обсуждалось предложение об отказе от создания Международной космической станции. Это предложение не было принято с перевесом только в один голос: 215 голосов за отказ, 216 голосов за строительство станции.

2 сентября 1993 г. вице-президент США Альберт Гор и председатель Совета Министров РФ Виктор Черномырдин объявили о новом проекте «подлинно международной космической станции». С этого момента официальным названием станции стало «Международная космическая станция»[15], хотя параллельно использовалось и неофициальное — космическая станция «Альфа».

Международная космическая станция (МКС) находится в стадии строительства. Она должна была быть построена к середине 2004 г. при участии США, России, Японии, Канады и стран - членов Европейского космического агентства в период с 1997 по 2004 г. Однако строительство МКС продолжается. Это самый крупный международный технический проект XXI века.

В рамках этого проекта предполагается Россией провести работы по следующим основным направлениям:

– технология и производство материалов;

– биотехнология;

– экология;

– геофизика;

– внеатмосферная астрономия и астрофизика;

– материаловедение;

– медицина;

– биология;

– технические эксперименты.

Технология и производство материаловпредусматривает исследования по изучению процессов кристаллизации, затвердевания, массопереноса в жидких и газовых средах по новому научно-техническому направле­нию - космической технологии. Еще с 1986 г. на орбитальной станции "Мир" проводилась отработка технологий получения материалов на установках "Корунд-1М", "Галлар", "Кратер-В", "Оптизон-1". Было проведено более 100 экспериментов. Выращенные в условиях микрогра­витации монокристаллы полупроводниковых материалов обладают более регулярной кристаллической решеткой и более однородным распределением примесей. Планируется отработать технологические процессы получения высококачественных монокристаллов и эпитаксиальных структур большого диаметра (76...100 мм). На начальном этапе предполагается проведение экспериментов по изучению роста кристал­лов, затвердевания стекол, получения новых материалов, исследования поведения жидкости в условиях невесомости и выпуск опытных партий для микроэлектроники, СВЧ-техники, ядерной энергетики, медицины монокристаллов арсенида галлия, теллурида кадмия, оксида цинка методами роста из газовой фазы. На конечном этапе планируется наладить полупромышленное производство монокристаллов арсенида галлия диаметром 76 мм методом направленной кристаллизации, а также кремниевых эпитаксиальных пластин диаметром 1000...150 мм.

Космическая биотехнологияпредусматривает получение уникальных в условиях микрогравитации биологических материалов, биообъектов, лекарственных препаратов высокой степени чистоты и однородности их физико-химических свойств. Уже на станциях "Салют" и "Мир" были получены монокристаллы белков с недостижимыми на Земле свойствами, увеличена производительность очистки биопрепаратов в 400...1000 раз со степенью чистоты, превышающей в 10 раз по сравнению с аналогич­ным процессом на Земле. На МКС биологические исследования будут проводиться в биотехнологическом модуле, оснащенном многоцелевой исследовательской аппаратурой, биотехнологической аппаратурой для регенерации и приготовления растворов, низкотемпературного хранения препаратов, оперативной обработки результатов экспериментов.

К настоящему времени в области экологии путем дистанционного зондирования Земли с борта пилотируемых кораблей и орбитальных станций проведено большое количество фотографических и спектро-радиометрических экспериментов: около 39 тысяч фотоснимков земной поверхности по минерально-сырьевым ресурсам России, сезонной изменчивости сельскохозяйственных угодий и биологической продуктив­ности Мирового океана в интересах боле чем 800 отечественных и зарубежных организаций.

Научная аппаратура на МКС позволит решать следующие задачи:

– экологический мониторинг;

– исследования естественных, антропогенных, различных внешних факторов, влияющих на экосистемы;

– мониторинг чрезвычайных ситуаций;

– исследование природных ресурсов и контроль природопользования;

– метеорологии, климатологии, океанографии и науки о Земле.

Геофизикапредусматривает решение (с помощью исследований,

– проводимых на МКС) следующих прикладных проблем:

– разработка способов управления потенциалом корпуса объекта;

– использование плазменных образований и пучков заряженных частиц как генераторов электромагнитных волн в ОНЧ-диапазоне;

– исследование собственной внешней атмосферы станции и верхней атмосферы Земли;

– контроль космического пространства и поверхности Земли в
диапазоне ионизирующих излучений.

Внеатмосферная астрономия и астрофизика(с помощью исследований проводимых на МКС) позволит приблизиться к получению ответов на ряд фундаментальных вопросов, таких как:

– что такое Вселенная, каковы ее свойства, структура, ранние стадии развития;

– как образовались галактики, чем объясняется многообразие их свойств, какова природа активных процессов в галактиках и химическая эволюция вещества во Вселенной;

– построение неразрывной картины образования звезд и околозвезд­ных планетных систем и их эволюционных стадий;

– какова связь между появлением и эволюцией жизни с эволюцией звезд, планет и других космических явлений.

Исследования в области материаловеденияпозволят изучать влияние факторов космического пространства на свойства пленочных и композиционных материалов, оптических свойств покрытий систем обеспечения теплового режима, конструкционных материалов. Материаловедческие эксперименты будут проводиться для:

– комплексной оценки изменения технологических и эксплуатацион­ных свойств материалов;

– прогнозирования долговечности конструкционных материалов в различных условиях эксплуатации (агрессивная среда, вода, вакуум, радиация и др.);

– обнаружения технологических дефектов в материалах и элементах конструкции (трещины, поры, расслоения, инородные включения, непровары, утолщения и т.д.);

– анализа спектра вибраций деталей и конструкций;

– контроля процессов, протекающих в изделиях при их производстве и в эксплуатации.

В области медициныосновные усилия при полетах на станциях "Салют" и «Мир» были направлены на создание системы обеспечения длительных космических полетов. Эта система требует больших затрат времени на выполнение физических упражнений, медицинских обследова­ний физиологического и гигиенического характера. Она не дает гарантии того, что наблюдаемое при полетах длительностью до одного года благополучное состояние организма не обеспечивается мобилизацией всех его резервных возможностей и при истощении которых не будут наблюдаться необратимые изменения в организме.

На МКС основными направлениями будут медицинские исследования, связанные с определением оптимальной продолжительности экспедиций, _в течение которых экипаж будет работать с наибольшей производитель­ностью, а также с обеспечением длительных экспедиций при пилотируе­мых полетах на Марс.

Биологические исследования,проведенные на орбитальных станциях «Салют» и «Мир», показали, что невесомость и радиация в космическом полете не препятствуют протеканию нормальных жизненных процессов, хотя и приводят к некоторым изменениям их характера. Были исследова­ны прохождение циклов индивидуального развития у растений и животных, а у ряда видов - и смены нескольких поколений. Во многих случаях были выявлены изменения в структурно-функциональной организации клеток (при клеточном делении), в обмене веществ, в частоте мутаций, в скорости старения организмов.

На МКС биологические исследования будут направлены на:

– продолжение фундаментальных исследований опринципах
организации жизни на уровнях от молекулярного и субклеточного до
уровня организмов популяционного и межпопуляционного;

– выявление особенностей жизненных процессов, представляющих
интерес для биотехнологии, сельского хозяйства;

– отработку отдельных звеньев биолого-технических систем
жизнеобеспечения для перспектив пилотируемой космонавтики;

– исследования по экспериментальной экологии для углубления
знаний о механизмах разрушающего техногенного воздействия на
природу и путях предупреждения его нежелательных последствий.

Уникальные техническиеэксперименты на МКС связаны:

– с испытанием крупногабаритных конструкций;

– с освоением орбитальных тросовых технологий;

– с исследованием условий эксплуатации крупногабаритного орбитального комплекса, определением его динамических и прочностных характеристик, отработкой технологии монтажа при выполнении сборочно-монтажных и ремонтных работ;

– с получением исходных данных для создания и эксплуатации перспективных средств ориентации, сближения, наведения, навигации и др.

Аналогичные работы планируют провести кроме России и другие страны – участники полетов на МКС.

В результате рассмотрения и взаимной увязки была сформирована полная конфигурация МКС, включающая следующие основные элементы:

– функционально-грузовой блок (ФГБ), обеспечивающий стыковку и сборку в составе ФГБ-NODE-l;

– служебный модуль для коррекции орбиты станции на всех этапах ее развертывания, ориентации в пространстве и обеспечения постоянной работы экипажа;

– научно-энергетическая платформа с солнечными батареями для энергоснабжения российского сегмента станции;

– универсальный стыковочный модуль для пристыковки российских научных модулей;

– российский модуль жизнеобеспечения;

– российские исследовательские модули ИМ-1, ИМ-2, ИМ-3;

– американские модули NODE-1, NODE-2 для соединения в единую конструкцию герметических отсеков станции;

– американский лабораторный модуль - LAB;

– модуль для размещения экипажа в американском сегменте - НАВ;

– основная ферма станции – американская конструкция, используемая для размещения основной системы энергоснабжения станции;

– японские исследовательские модули JEM PM, JEM EF;

– европейский исследовательский модуль АРМ;

– канадский манипулятор.

Основные характеристики МКС представлены в табл. 5.

Для ФГБ конструктивной базой стал функционально-грузовой блок серии космических кораблей тяжелого класса «Космос», успешно прошедших летные испытания в составе орбитальных станций «Салют-6» и «Салют-7». ФГБ включает приборно-герметический отсек, в котором размещается оборудование служебных систем, систем стыковки, жизнеобеспечения, электроснабжения, а также предусматривается место для установки грузов и научного оборудования и герметичный адаптер, в котором размещается оборудование механической стыковки, разделенные между собой герметическим сферическим днищем. Кроме того, в состав ФГБ входят головной обтекатель, сбрасываемый после прохождения плотных слоев атмосферы, и промежуточный отсек, который остается с верхней ступенью РН после отделения ФГБ.

Для защиты от столкновения с микрометеоритами и орбитальными осколками над корпусом ФГБ устанавливаются экраны микрометеорной защиты.

Навнешней поверхности приборно-герметического отсека устанавли­ваются два двигателя коррекции и сближения, 24 двигателя причаливания и стабилизации, 16 двигателей точной стабилизации, топливные баки для хранения 6140 кг топлива и проведения 30 циклов дозаправки.

Снаружи герметического корпуса также устанавливаются агрегаты системы обеспечения теплового режима, панели наружного холодильного радиатора, антенны на штангах и механизмах, панели солнечных батарей, раскрываемые после выведения ФГБ на орбиту, телекамеры визуального контроля стыковки. Для стыковки с манипулятором «Шаттла» на герметичном адаптере установлен специальный узел захвата. Все внешнее оборудование закрывается экранно-вакуумной теплоизоляцией.

Таблица 5