Международная Космическая Станция

Устройство Международной Космической Станции

Международная Космическая Станция(МКС) (англ. International Space Station(ISS)) — пилотируемая орбитальная станция, используемая как многоцелевой космический исследовательский комплекс. Эксплуатируется с конца 1998 года по настоящее время (рассматривается продление времени работы до 2030 года).

Эмблема МКС
Эмблема МКС

МКС — совместный международный проект, в котором участвуют: Россия, США, Япония, Канада и страны, входящие в Европейское Космическое Агентство.

Управление МКС осуществляется: российским сегментом — из Центра управления космическими полётами в Королёве, американским сегментом — из Центра управления полётами имени Линдона Джонсона в Хьюстоне. Управление лабораторных модулей — европейского «Коламбус» и японского «Кибо» — контролируют Центры управления Европейского космического агентства (Оберпфаффенхофен, Германия) и Японского агентства аэрокосмических исследований (г. Цукуба). Между Центрами идёт постоянный обмен информацией.

Устройство МКС

Элементы МКС по состоянию на август 2019 года
Элементы МКС по состоянию на август 2019 года

Последовательность сборки МКС

  • 20 ноября 1998 года Россия вывела на орбиту первый элемент МКС — функционально-грузовой блок «Заря». Запуск был произведён при помощи ракеты «Протон-К» (ФГБ).
  • 7 декабря 1998 шаттл «Индевор» пристыковал к модулю «Заря» американский модуль «Юнити».
  • 10 декабря 1998 года был открыт люк в модуль «Юнити», и Роберт Кабана и Сергей Крикалёв, как представители США и России, вошли внутрь станции.
МКС. Июль 1999 года. Вверху модуль «Юнити», внизу, с развёрнутыми панелями солнечных батарей — «Заря»
МКС. Июль 1999 года. Вверху модуль «Юнити», внизу, с развёрнутыми панелями солнечных батарей — «Заря»
  • 26 июля 2000 года к функционально-грузовому блоку «Заря» был пристыкован служебный модуль (СМ) «Звезда».
МКС. Июль 2000 года. Пристыкованные модули сверху вниз «Юнити», «Заря», «Звезда» и корабль «Прогресс»
МКС. Июль 2000 года. Пристыкованные модули сверху вниз «Юнити», «Заря», «Звезда» и корабль «Прогресс»
  • 2 ноября 2000 года транспортный пилотируемый корабль (ТПК) «Союз ТМ-31» доставил на борт МКС экипаж первой основной экспедиции.
  • 7 февраля 2001 года экипажем шаттла «Атлантис» в ходе миссии STS-98 к модулю «Юнити» присоединён американский научный модуль «Дестини».
  • После катастрофы «Колумбии» количество членов долговременных экипажей МКС было сокращено с трёх до двух. Это было связано с тем, что снабжение станции материалами, необходимыми для жизнедеятельности экипажа, осуществлялось только российскими грузовыми кораблями «Прогресс».
  • 26 июля 2005 года полёты шаттлов возобновились успешным стартом шаттла «Дискавери». До планируемого конца эксплуатации шаттлов (2010 год) предусматривалось совершить 17 полётов. В ходе этих полётов на МКС было доставлено оборудование и модули, необходимые как для достройки станции, так и для модернизации части оборудования, в частности — канадского манипулятора.
МКС. Август 2005 года
МКС. Август 2005 года
  • В июле 2006 года состоялся второй полёт шаттла после катастрофы «Колумбии» (Шаттл «Дискавери» STS-121). На этом шаттле на МКС прибыл немецкий космонавт Томас Райтер, который присоединился к экипажу долговременной экспедиции МКС-13.
  • 9 сентября 2006 года челнок «Атлантис» доставил на МКС два сегмента ферменных конструкций МКС, две панели солнечных батарей, а также радиаторы системы терморегулирования американского сегмента.
МКС. Август 2007 года
МКС. Август 2007 года
  • 23 октября 2007 года на борту шаттла «Дискавери» прибыл американский модуль «Гармония», его временно пристыковали к модулю «Юнити». После перестыковки 14 ноября 2007 модуль «Гармония» был на постоянной основе соединён с модулем «Дестини». Построение основного американского сегмента МКС завершилось.
  • В 2008 году станция увеличилась на две лаборатории: 11 февраля был пристыкован модуль «Коламбус», созданный по заказу Европейского космического агентства, а 14 марта и 4 июня были пристыкованы два из трёх основных отсеков лабораторного модуля «Кибо», разработанного Японским агентством аэрокосмических исследований — герметичная секция «Экспериментального грузового отсека» (ELM PS) и герметичный отсек (PM).
  • В 2008—2009 гг. начата эксплуатация новых транспортных кораблей: «ATV» (Европейское космическое агентство, первый запуск состоялся 9 марта 2008 года, полезный груз — 7,7 тонны, один полёт в год) и «H-II Transport Vehicle» (Японское агентство аэрокосмических исследований; первый запуск состоялся 10 сентября 2009 года, полезный груз — 6 тонн, один полёт в год).
  • С 29 мая 2009 года начал работу долговременный экипаж МКС-20 численностью шесть человек, доставленный в два приёма: первые три человека прибыли на «Союз ТМА-14», затем к ним присоединился экипаж «Союз ТМА-15». В немалой степени увеличение экипажа произошло благодаря тому, что увеличились возможности доставки грузов на станцию.
  • 12 ноября 2009 года к станции пристыкован малый исследовательский модуль МИМ-2, разработанный на базе стыковочного узла «Пирс» и незадолго до запуска получивший название «Поиск». Это был четвёртый модуль российского сегмента станции. Возможности модуля позволяют производить на нём некоторые научные эксперименты, а также одновременно выполнять функцию причала для российских кораблей.
  • 18 мая 2010 года к МКС был успешно пристыкован российский малый исследовательский модуль «Рассвет» (МИМ-1). Операция по пристыковке «Рассвета» к российскому функционально-грузовому блоку «Заря» была осуществлена манипулятором американского космического челнока «Атлантис», а затем манипулятором МКС.
МКС. Март 2011 года
МКС. Март 2011 года
  • 16 апреля 2016 года к МКС (к модулю «Транквилити») был пристыкован модуль BEAM, разработанный частной космической компанией Bigelow Aerospace, — первый модуль МКС, разработанный частной компанией.

Модули и составляющие части

В основу устройства станции заложен модульный принцип. Сборка МКС происходит путём последовательного добавления к комплексу очередного модуля или блока, который соединяется с уже доставленным на орбиту.

На 2019 год в состав МКС входит 15 основных модулей: российские — «Заря», «Звезда», «Пирс», «Поиск», «Рассвет»; американские — «Юнити», «Дестини», «Квест», «Гармония», «Транквилити», «Купола», «Леонардо»; европейский «Коламбус»; японский «Кибо» (состящий из двух частей); а также экспериментальный модуль «BEAM».

На схеме изображены все основные и второстепенные модули, которые являются частью станции (закрашенные) или планируются для доставки (незакрашенные):

Модули МКС
Модули МКС

Расположение модулей относительно друг друга часто меняется. На схеме показано их текущее расположение. Расположение компонентов станции, планируемое к окончанию строительства, можно увидеть в шаблоне Схема МКС (см. внизу). Синим цветом показаны герметичные части станции и пристыкованные к ней корабли. Забортные конструкции показаны жёлтым и красным цветом. Сверху на схеме кормовая часть станции. Слева находится зенит, справа — надир (направление к Земле).

На схеме изображены:

  • «Заря» — функционально-грузовой модуль «Заря», первый из доставленных на орбиту модулей МКС. Масса модуля — 20 тонн, длина — 12,6 м, диаметр — 4 м, объём — 80 м³. Оборудован реактивными двигателями для коррекции орбиты станции и большими солнечными батареями. Срок эксплуатации модуля несколько раз продлялся и на 2019 год модуль сертифицирован до 2028 года с учётом плановых замен оборудования.
  • «Звезда» — служебный модуль «Звезда», в котором располагаются системы управления полётом, системы жизнеобеспечения, энергетический и информационный центр, а также каюты для космонавтов. Масса модуля — 24 тонны. Модуль разделён на пять отсеков и имеет четыре стыковочных узла. Все его системы и блоки — российские, за исключением бортового вычислительного комплекса, созданного при участии европейских и американских специалистов. На модуле по настоянию американской стороны смонтирована противометеоритная панель;
  • МИМ-1 и МИМ-2 — малые исследовательские модули, два российских грузовых модуля «Поиск» и «Рассвет», предназначенные для хранения оборудования, необходимого для проведения научных экспериментов. «Поиск» пристыкован к зенитному (направленному от Земли) стыковочному узлу модуля Звезда, а «Рассвет» — к надирному (направленному к Земле) порту модуля «Заря»;
  • Гермоадаптер (PMA) — герметичный стыковочный переходник, предназначенный для соединения между собой модулей МКС, и для обеспечения стыковок шаттлов;
  • «Транквилити» — модуль МКС, выполняющий функции жизнеобеспечения. Содержит системы по переработке воды, регенерации воздуха, утилизации отходов и др. Соединён с модулем «Юнити»;
  • «Юнити» — первый из трёх соединительных модулей МКС, выполняющий роль стыковочного узла и коммутатора электроэнергии для модулей «Квест», «Нод-3», фермы Z1 и стыкующихся к нему через Гермоадаптер-3 транспортных кораблей;
  • «Пирс» — порт причаливания, предназначенный для осуществления стыковок российских «Прогрессов» и «Союзов»; установлен на модуле «Звезда»;
  • Фермы — объединённая ферменная структура, на элементах которой установлены солнечные батареи, панели радиаторов и дистанционные манипуляторы. Также предназначена для негерметичного хранения грузов и различного оборудования;
  • Внешние складские платформы (ESP) — внешние складские платформы: три внешние негерметичные платформы, предназначенные исключительно для хранения грузов и оборудования;
  • Транспортно-складские палеты(ELC) — четыре негерметичные платформы, закреплённые на фермах 3 и 4, предназначенные для размещения оборудования, необходимого для проведения научных экспериментов в вакууме. Обеспечивают обработку и передачу результатов экспериментов по высокоскоростным каналам на станцию;
  • «Канадарм2», или «Мобильная обслуживающая система» — канадская система дистанционных манипуляторов, служащая в качестве основного инструмента для разгрузки транспортных кораблей и перемещения внешнего оборудования;
  • «Декстр» — канадская система из двух дистанционных манипуляторов, служащая для перемещения оборудования, расположенного вне станции;
  • «Квест» — специализированный шлюзовой модуль, предназначенный для осуществления выходов космонавтов и астронавтов в открытый космос с возможностью предварительного проведения десатурации (вымывания азота из крови человека);
  • «Гармония» — соединительный модуль, выполняющий роль стыковочного узла и коммутатора электроэнергии для трёх научных лабораторий и стыкующихся к нему через Гермоадаптер-2 транспортных кораблей. Содержит дополнительные системы жизнеобеспечения;
  • «Коламбус» — европейский лабораторный модуль, в котором, помимо научного оборудования, установлены сетевые коммутаторы (хабы), обеспечивающие связь между компьютерным оборудованием станции. Пристыкован к модулю «Гармония»;
  • «Дестини» — американский лабораторный модуль, состыкованный с модулем «Гармония»;
  • «Кибо» — японский лабораторный модуль, состоящий из трёх отсеков и одного основного дистанционного манипулятора. Самый большой модуль станции. Предназначен для проведения физических, биологических, биотехнологических и других научных экспериментов в герметичных и негерметичных условиях. Кроме того, благодаря особой конструкции, позволяет проводить незапланированные эксперименты. Пристыкован к модулю «Гармония»;
  • «Купол» — прозрачный обзорный купол. Его семь иллюминаторов (самый большой имеет 80 см в диаметре) используются для проведения экспериментов, наблюдения за космосом и Землёй, при стыковке космических аппаратов, а также как пульт управления главным дистанционным манипулятором станции. Место для отдыха членов экипажа. Разработан и изготовлен Европейским космическим агентством. Установлен на узловой модуль «Транквилити» обзорный купол МКС.
Обзорный купол МКС
Обзорный купол МКС
  • Герметичный многофункциональный модуль (Permanent Multipurpose Module, PMM) — складское помещение для хранения грузов, пристыкован к модулю «Транквилити». Это один из двух грузовых модулей, периодически доставлявшихся на орбиту шаттлами для дооснащения МКС необходимым научным оборудованием и прочими грузами. Модули «Леонардо» и «Рафаэль», имеющие общее название «Многоцелевой модуль снабжения», стыковались к надирному порту «Юнити». Переоборудованный модуль «Леонардо» начиная с марта 2011 года постоянно входит в число модулей станции;
  • Международные стыковочные адаптеры (IDA, англ. International Docking Adapter) — международные стыковочные адаптеры-переходники, предназначенные для преобразования системы стыковки АПАС-95 в систему стыковки НАСА. Первый присоединен к PMA-2 в 2016 году, второй — к PMA-3 в 2019 году;
  • «BEAM» — экспериментальный развертываемый жилой модуль МКС, разработанный частной космической компанией Bigelow Aerospace, — первый модуль МКС, разработанный частной фирмой. Модуль изначально использовался для проведения экспериментов по измерению уровня радиации и воздействия микрочастиц, а затем в качестве склада. Пристыкован к узловому модулю «Транквилити».
  • «Наука» — российский многофункциональный лабораторный модуль (запуск ожидается в конце 2020 года), где предусмотрены условия для хранения научного оборудования, проведения научных экспериментов, временного проживания экипажа. На модуле будет закреплен Европейский манипулятор ERA и Узловой модуль «Причал».

Электроснабжение станции

Солнечная батарея на МКС

Единственным источником электрической энергии для МКС является Солнце, свет которого солнечные батареи станции преобразуют в электроэнергию.

В российском сегменте МКС используется постоянное напряжение 28 вольт, аналогичное применяемому на космических кораблях «Спейс Шаттл» и «Союз». Электроэнергия вырабатывается непосредственно солнечными батареями модулей «Заря» и «Звезда», а также передается с американского сегмента в российский через преобразователь напряжения ARCU (American-to-Russian converter unit) и в обратном направлении через преобразователь напряжения RACU (Russian-to-American converter unit).

В американском сегменте солнечные батареи организованы следующим образом: две гибкие складные панели солнечных батарей образуют так называемое крыло солнечной батареи (Solar Array Wing, SAW), всего на ферменных конструкциях станции размещено четыре пары таких крыльев. Каждое крыло имеет длину 35 м и ширину 11,6 м, а его полезная площадь составляет 298 м², при этом вырабатываемая им суммарная мощность может достигать 32,8 кВт. Солнечные батареи генерируют первичное постоянное напряжение от 115 до 173 вольт, которое затем с помощью блоков DDCU (англ. Direct Current to Direct Current Converter Unit) трансформируется во вторичное стабилизированное постоянное напряжение величиной 124 вольта. Это стабилизированное напряжение непосредственно используется для питания электрооборудования американского сегмента станции.

Станция совершает один оборот вокруг Земли примерно за 90 минут и около половины этого времени проводит в тени Земли, где солнечные батареи не работают. Тогда её электроснабжение происходит от буферных аккумуляторных батарей, которые подзаряжаются, когда МКС снова выходит на солнечный свет. Срок службы первоначальных никель-водородных аккумуляторных батарей 6,5 лет; ожидается, что за время жизни станции их будут неоднократно заменять. Первая замена аккумуляторных батарей была осуществлена в ходе полёта шаттла «Индевор» STS-127 в июле 2009 года. Новый цикл замены был начат после доставки первой группы аккумуляторных батарей грузовым кораблем HTV Kounotori 6 в декабре 2016 года, вторая группа, не последняя, была доставлена в сентябре 2018 года HTV Kounotori 7.

Когда МКС находится в тени Земли, солнечные батареи переводятся в режим Night Glider mode (англ.) («Режим ночного планирования»), при этом они поворачиваются краем по направлению движения, чтобы уменьшить сопротивление атмосферы, которая присутствует на высоте полёта станции.

Средства связи

Передача телеметрии и обмен научными данными между станцией и центрами управления полётом осуществляется с помощью радиосвязи. Кроме того, средства радиосвязи используются во время операций по сближению и стыковке, их применяют для аудио- и видеосвязи между членами экипажа и с находящимися на Земле специалистами по управлению полётом, а также родными и близкими космонавтов. Таким образом, МКС оборудована внутренними и внешними многоцелевыми коммуникационными системами.

Российский сегмент МКС поддерживает связь с Землёй напрямую с помощью радиоантенны «Лира», установленной на модуле «Звезда». В мае 2014 года на орбите действуют 3 спутника многофункциональной космической системы ретрансляции «Луч» — «Луч-5А», «Луч-5Б» и «Луч-5В». В 2014 году запланирована установка на российский сегмент станции специализированной абонентской аппаратуры.

Другая российская система связи, «Восход-М», обеспечивает телефонную связь между модулями «Звезда», «Заря», «Пирс», «Поиск» и американским сегментом, а также УКВ-радиосвязь с наземными центрами управления, используя для этого внешние антенны модуля «Звезда».

В американском сегменте для связи в S-диапазоне (передача звука) и Ku-диапазоне (передача звука, видео, данных) применяются две отдельные системы, расположенные на ферменной конструкции Z1. Радиосигналы от этих систем передаются на американские геостационарные спутники TDRSS, что позволяет поддерживать практически непрерывный контакт с центром управления полётами в Хьюстоне. Данные с «Канадарм2», европейского модуля «Коламбус» и японского «Кибо» перенаправляются через эти две системы связи, однако американскую систему передачи данных TDRSS со временем дополнят европейская спутниковая система (EDRS) и аналогичная японская. Связь между модулями осуществляется по внутренней цифровой беспроводной сети.

Во время выходов в открытый космос космонавты используют УКВ-передатчик дециметрового диапазона. УКВ-радиосвязью также пользуются во время стыковки или расстыковки космические аппараты «Союз», «Прогресс», HTV, ATV и «Спейс шаттл» (правда, шаттлы применяли также передатчики S- и Ku-диапазонов посредством TDRSS). С её помощью эти космические корабли получают команды от центров управления полётом или от членов экипажа МКС. Автоматические космические аппараты оборудованы собственными средствами связи. Так, корабли ATV используют во время сближения и стыковки специализированную систему Proximity Communication Equipment (PCE), оборудование которой располагается на ATV и на модуле «Звезда». Связь осуществляется через два полностью независимых радиоканала S-диапазона. PCE начинает функционировать, начиная с относительных дальностей около 30 километров, и отключается после стыковки ATV к МКС и перехода на взаимодействие по бортовой шине MIL-STD-1553. Для точного определения относительного положения ATV и МКС используется система установленных на ATV лазерных дальномеров, делающая возможной точную стыковку со станцией.

Станция оборудована примерно сотней портативных компьютеров ThinkPad от IBM и Lenovo, моделей A31 и T61P, работающих под управлением операционной системы Debian GNU/Linux. Это обычные серийные компьютеры, которые, однако, были доработаны для применения в условиях МКС; в частности, в них переделаны разъёмы, система охлаждения, учтено используемое на станции бортовое напряжение 28 вольт, а также выполнены требования безопасности для работы в невесомости. С января 2010 года на станции для американского сегмента организован прямой доступ в Интернет. Компьютеры на борту МКС соединены с помощью Wi-Fi в беспроводную сеть и связаны с Землёй на скорости 3 Мбит/c (МКС-Земля) и 10 Мбит/с (Земля-МКС).

Общие сведения по МКС
Общие сведения по МКС

Наблюдение за МКС

Размеры станции достаточны для её наблюдения невооружённым глазом с поверхности Земли. МКС наблюдается как достаточно яркая звезда, довольно быстро идущая по небу приближенно с запада на восток (угловая скорость около 4 градусов в минуту).

Европейское космическое агентство, совместно с сайтом: www.heavens-above.com, предоставляет возможность всем желающим узнать расписание пролётов МКС над определённым населённым пунктом планеты. Зайдя на страницу сайта, посвящённую МКС, и введя латиницей название интересующего города, можно получить точное время и графическое изображение траектории полёта станции над ним, на ближайшие дни.

На сайте www.iss.stormway.ru транслируется видео с камер, установленных на борту МКС, в режиме реального времени, а также отображается информация о текущем положении станции.

Еще один ресурс для наблюдения за МКС: http://mks-webcam.online/.

Интерактивная 3D модель МКС

0 0 vote
Article Rating
Подписаться
Уведомление о
guest
Необязательное поле
1 Комментарий
Oldest
Newest Most Voted
Inline Feedbacks
View all comments
Александр Полиэктов
Александр Полиэктов
29.02.2020 14:08

Спасибо! Очень интересно и подробно изложено.

Pin It on Pinterest

1
0
Would love your thoughts, please comment.x
()
x