Проект новой российской орбитальной станции

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 нам 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.Королёва Владимир Алексеевич Соловьёв. 

– 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. 

«Еще в середине 1980-х годов генеральный кон­структор НПО «Энергия» академик В.П. Глушко предлагал новую станцию «Мир» запустить на орбиту наклонением 65°. Рассматривались пило­тируемые программы и с большим углом накло­нения орбиты. Так, еще раньше, в начале 1970-х годов, при академике В.П. Мишине разрабатывал­ся Многоцелевой орбитальный комплекс на сол­нечно-синхронной орбите наклонением 97.5°. 
Так что мы всегда понимали, что в будущем для нашей страны необходимо осваивать высокоши­ротные орбиты».

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. 

ОТРАБОТКА МЕТОДИК: 
• контроля ледовой и экологической обстановки; 
• оперативного мониторинга ионосферы, климатических и микрофизических процессов; 
• оптических регистраций возмущений в атмосфере Земли; 
• измерения характеристик магнитного поля Земли; 
• повышения эффективности использования земельных ресурсов в сельском хозяйстве; 
• наблюдения объектов в интересах обороноспособности РФ с использованием аппаратуры на различных принципах.

– 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. 

Научно-энергетический модуль

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. 

«Нам еще предстоит найти разумный баланс между длительностью и частотой 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.

Узловой модуль

Шлюзовой модуль

Конфигурация Российской орбитальной станции первого этапа

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. 

«Конфигурация РОСС, о которой я рассказал, не окончательная и может корректироваться в ходе эскизного проектирования как по срокам, так и по назначению модулей»

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.

Целевой модуль

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. 

Конфигурация Российской орбитальной станции второго этапа

– 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. 

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»

– 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.

«"Прогрессы" мы пока не списываем и будем их строить и использовать, особенно на первом этапе»

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 (см. иллюстрации вверху).
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 – всё как обычно, до за­пуска первых модулей станции в 2028 г.

Игорь МАРИНИН
Иллюстрации РКК