Китай начал строительство своей космической станции. Из чего она состоит и для чего нужна?
Тяжелая ракета-носитель «Чанчжэн-5В» успешно вывела на околоземную орбиту первый модуль китайской орбитальной станции. В будущем к нему присоединятся еще два модуля, чтобы в конечном итоге получилась конструкция вроде советской станции «Мир» и Международной космической станции. Внутри этого космического аппарата тайконавты смогут проводить научные исследования и астрономические наблюдения. Строительство конструкции уже началось, так что в будущем на нашем сайте явно будет выходить много материалов на эту тему. Поэтому сейчас предлагаю выяснить, из каких модулей будет состоять китайская станция, для чего нужен каждый из них и когда она начнет свою работу. Также немного поговорим про предыдущие орбитальные станции Китая — почему они были не настолько интересные, как строящаяся конструкция?
Запуск ракеты «Чанчжэн-5В» с первым модулем китайской орбитальной станции
Тайконавтами принято называть астронавтов из Китая. Одним из самых известных тайконавтов является Цзин Хайпэн, который в общей сложности пробыл в космосе 47 дней.
Строительство китайской орбитальной станции
Выведенный на орбиту базовый модуль называется «Тяньхэ» и включает в себя жилое пространство, отсек с аппаратурой и места стыковки с другими модулями и кораблями. В жилом модуле есть кухня, туалет и устройство для связи с Землей. Ожидается, что тайконавты смогут там не только жить, но и проводить научные эксперименты. Через шлюз в жилом модуле можно выйти в открытый космос. Станция сможет вместить в себя трех человек, но при смене экипажа на борту смогут находиться до 6 тайконавтов. Смена экипажа будет происходить каждые 40 дней.
Запуск ракеты «Чанчжэн-5В»
Для вывода базового модуля на 370-километровую орбиту была использована ракета «Чанчжэн-5В». На протяжении примерно одного года будет осуществлено еще 11 запусков, потому что строительство станции планируется завершить уже в 2022 году. Один из ближайших запусков намечен на июнь — к базовому модулю прилетит космический корабль с тремя тайконавтами. Они займутся сборкой и подключением доставленного оборудования и вернутся на Землю.
Конструкция китайской орбитальной станции
Впоследствии к базовому модулю будут присоединены два лабораторных модуля «Вэньтянь» и «Мэнтянь». После этого станция будет выглядеть как огромная буква Т. К созданной конструкции будут пристыковываться пилотируемый корабль «Шэньчжоу» и грузовой корабль «Тяньчжоу». Не исключено, что впоследствии китайская станция станет еще больше, потому что всего она имеет 5 стыковочных узлов. Станция будет всего лишь третьей по счету орбитальной станцией, которая состоит из множества частей. Двумя другими являются выведенная с орбиты в 2001 году станция «Мир» и нынешняя Международная космическая станция.
Схематичное изображение будущей станции
Также в конструкцию станции хотели включить телескоп «Сюньтянь», но потом его решили сделать автономным модулем. Он не будет прикреплен к станции, однако они будут двигаться по одной орбите. Иногда телескоп будет приближаться к одному из стыковочных узлов и у тайконавтов будет возможность вручную настраивать и чинить встроенное оборудование.
Примерный внешний вид телескопа «Сюньтянь»
Ожидается, что китайская орбитальная станция прослужит около 10 лет, но если она по-прежнему будет исправно работать, срок службы вполне могут увеличить. Масса станции без учета космических и грузовых кораблей составит 60 тонн, то есть он будет меньше Международной космической станции аж в 7 раз. Для выработки энергии будут использоваться солнечные панели. Впрочем, они используются почти во всей космической технике, даже в марсианском вертолете Ingenuity.
Орбитальные станции Китая
Стоит отметить, что это далеко не первая орбитальная станция Китая. В 2011 году на орбиту нашей планеты был выведен аппарат «Тяньгун-1», который стал первым, к кому смог пристыковаться китайский космический корабль «Шэньчжоу». В 2018 году эксплуатация станции была прекращена и она упала в Тихий океан. В сентябре 2016 года Китай также запустил станцию «Тяньгун-2», которая была создана чтобы проверить, смогут ли тайконавты жить внутри строящейся многомодульной станции. Оказалось, что да, поэтому вторая станция Китая тоже сошла с орбиты и это произошло в 2019 году.
Китайская станция «Тяньгун-1»
Если вам интересны новости науки и техники, подпишитесь на наш канал в Яндекс.Дзен. Там вы найдете статьи, которые не были опубликованы на сайте!
Аппараты «Тяньгун-1» и «Тяньгун-2» не настолько интересны как строящаяся станция потому, что они были очень маленькими. Внутри нее было невозможно прожить долгое время и масштабы научных экспериментов были сильно ограничены. А вот станция, которая начнет свою работу примерно в 2022 году, предоставит китайским ученым гораздо больше возможностей.
Новости, статьи и анонсы публикаций
Свободное общение и обсуждение материалов
После запуска полезного груза в космос с мыса Канаверал, штат Флорида, вчера ракета SpaceX Falcon 9 почти приземлилась в исторические книги, когда ее первая …
Для космоса этот год явился весьма непростым. Триумфальные победы и ужасные трагедии, выход космических исследований на новые горизонты, новые космические те…
Разглядывая фотографии амебы-убийцы задумываетесь ли вы о том, как она была сделана? Подобные вопросы интересуют Royal Photographic Society — британское коро…
Источник
«Тяньхэ» на орбите
29 апреля 2021 г. в 11:23:15.613 пекинского времени (03:23:16 UTC) с пусковой установки №101 был выполнен пуск РН «Чанчжэн-5B» (CZ-5B №Y2) с Базовым блоком «Тяньхэ» Китайской космической станции «Тяньгун». Старт и выведение прошли успешно, и на 492-й секунде полета изделие было выведено на близкую к расчетной орбиту с параметрами:
* минимальная высота — 171 км;
* максимальная высота — 382 км;
* период обращения — 90.04 мин.
В 12:36 прошло развертывание солнечных батарей Базового блока, после чего запуск был признан полностью успешным.
Ракета CZ-5B для запуска «Тяньхэ» была доставлена из Тяньцзиня на Вэньчан 22 февраля. Сам Базовый блок к этому моменту уже находился на космодроме.
23 апреля носитель с пристыкованным к нему полезным грузом под обтекателем вывезли на стартовый комплекс.
Стартовое окно 29 апреля продолжалось с 11:22:30 до 11:45:50 пекинского времени. Внутреннее обозначение пуска было «TG/TH». Контроль выведения на орбиту помимо наземных станций обеспечивали корабль «Юаньван-5» и спутники-ретрансляторы системы «Тяньлянь».
В каталог Космического командования США модуль «Тяньхэ» был внесен под номером 48274 и международным обозначением 2021-035A.
Расчетная и фактическая циклограмма выведения приведена в табл. 1.
Табл. 1. Циклограмма запуска КА «Тяньхэ»
Время от старта
Выключение ЖРД боковых ускорителей
Выключение ЖРД центрального блока
Дополнение. Джонатан МакДауэлл (США) отметил, что всего через 6 минут после отделения « Тяньхэ» вместе с ракетной ступенью прошли попутным курсом на расстоянии менее 300 км от Международной космической станции. Случайным такое совпадение быть не может – дату и время старта китайского Базового блока явно подгадали под пролет МКС. 9 мая они еще раз сошлись над Южной Африкой, на этот раз до расстояния 97 км.
Канцелярия пилотируемой космической программы Китая сообщила, что центральный блок CZ-5 массой свыше 21 т после неуправляемого торможения в верхних слоях атмосферы сошел с орбиты 9 мая в 02:24 UTC над точкой 2.65°с.ш., 72.47°в.д., то есть над Индийским океаном чуть в стороне от Мальдивских островов. В США 18-я эскадрилья контроля космического пространства назвала чуть более раннюю точку траектории – 22.2°с.ш., 50°в.д., над Саудовской Аравией.
Как известно, 21 сентября 1992 г. руководство Китая одобрило трехэтапную стратегию пилотируемой космонавтики: запуск пилотируемого космического корабля; запуск космической лаборатории, отработка встречи и стыковки с ней и работ в открытом космосе; создание долговременной космической станции.
Первый этап включал создание корабля «Шэньчжоу» (神舟) и два первых пилотируемых полета в 2003 и 2005 гг.
На втором этапе были осуществлены выход в открытый космос с «Шэньчжоу-7» (2008), запуск восьмитонной космической лаборатории «Тяньгун-1», автоматическую стыковку «Шэньчжоу-8» (2011) и два пилотируемых полета с автоматической и ручной стыковкой (2012, 2013). Он был завершен в 2017 г. после месячной работы экипажа «Шэньчжоу-11» на лаборатории «Тяньгун-2» и успешного полета первого грузового корабля «Тяньчжоу» (天舟).
Госсовет КНР утвердил к реализации программу создания «сравнительно большой» орбитальной пилотируемой станции 25 сентября 2010 г. От планировавшегося запуска «промежуточной» лаборатории «Тяньгун-3» массой 13 тонн с двумя стыковочными узлами в итоге отказались, и ко времени практической реализации работ третьего этапа в проекте осталась только модульная станция «Тяньгун» (天宫, буквально «Небесный дворец»). Она очень сильно напоминает советский «Мир», и хотя меньше его по объему, но более современна по составу бортовых систем и принципам организации работ.
Китайская космическая станция (中国空间站, чжунго кунцзянь чжань) массой около 66 т будет собрана на орбите наклонением 41.5° и высотой 393 км и должна состоять из Базового блока «Тяньхэ», где будет сосредоточено управление всеми ее системами, двух экспериментальных модулей «Вэньтянь» и «Мэнтянь», а также автономного астрономического КА «Сюньтянь» с двухметровым телескопом. К «Тяньгуну» могут стыковаться два пилотируемых корабля и один грузовой, масса которых не включена в приведенную выше оценку.
Система электропитания станции будет иметь мощность 27 кВт, из которых до 12 кВт выделяется для научной аппаратуры. Постоянный экипаж станции будет состоять из трех космонавтов, во время пересменки на борту будет одновременно жить и работать шесть человек. Продолжительность экспедиций составит шесть месяцев и более.
Эксплуатация комплекса начнется в 2022 г. и продлится по крайней мере 10 лет.
Проект Китайской космической станции разделен на три фазы: подтверждение ключевых технологий, заложенных в проект, сборка станции и ее эксплуатация.
В первой фазе запланировано шесть стартов, среди которых – первый испытательный пуск ракеты «Чанчжэн-5B» (CZ-5B), запуск на такой ракете базового блока «Тяньхэ» (天和, буквально «Гармония неба и земли») и его всесторонние испытания, включающие визиты двух грузовых кораблей «Тяньчжоу» и двух пилотируемых «Шэньчжоу». Вторая фаза включает следующие шесть стартов, в том числе запуски на ракетах CZ-5B двух экспериментальных модулей.
Первый пуск CZ-5B первоначально планировался на первую половину 2019 года, однако был вынужденно отложен после аварии в июле 2017 г. носителя CZ-5 №Y2. После нахождения и устранения причин аварии и возобновления полетов очередь первой CZ-5B настала 5 мая 2020 г. В испытательный полет новый носитель отправился с прототипом перспективного китайского пилотируемого корабля. Успех этого пуска открыл дорогу к началу сборки Китайской космической станции.
Неофициальный план запусков двух первых фаз по состоянию на апрель 2020 г. представлен в таблице.
Табл. 2. Ожидаемый график пусков по программе космической станции КНР
С пересменкой экипажа
Базовый блок (核心舱, хэсинь цан) «Тяньхэ» внешне очень похож на Базовый блок советской орбитальной станции «Мир». Его стартовая масса 22500 кг, длина 16.6 м, максимальный диаметр 4.2 м.
Как и прототип, «Тяньхэ» состоит из переднего узлового отсека (节点舱, цзедянь цан), основного жилого и командного отсека (生活控制舱, шэнхо кунчжи цан), хвостового ресурсного отсека (资源舱, цзыюань цан) и проходящей сквозь него по оси промежуточной камеры. Все отсеки, за исключением ресурсного, образуют гермообъем, из которого 50 м 3 доступны для экипажа.
Ресурсный (агрегатный) отсек занимает последние 2.1 м длины объекта и содержит в себе основные элементы двигательной установки, созданной в 801-м институте 6-й академии Китайской корпорации космической науки и техники и рассчитанной на 15 лет службы. В отсеке смонтированы шесть сферических баков с компонентами топлива (до 1800 кг НДМГ и четырехокиси азота) и топливные магистрали. Четыре двигателя для коррекции орбиты находятся на наружной поверхности отсека. Там же смонтированы четыре блока двигателей малой тяги для ориентации и разгрузки гиродинов (всего 22 двигателя).
Наконец, в составе ДУ имеется четыре холловских электроракетных двигателя для компенсации атмосферного торможения – два рабочих и два запасных. Двигатели LHT-100 разработаны Ланчжоуским институтом космической физики и техники и испытаны на КА «Шицзянь-17», они имеют тягу 80 мН при энергопотреблении 1527 Вт и удельном импульсе 1531 сек. Блок управления и баки с рабочим телом могут по мере необходимости заменяться космонавтами, работающими в открытом космосе. Годовая потребность в ксеноне оценивается в 400 кг, в то время как при использовании ЖРД расход составил бы 2-3 тонны.
Это же учреждение, кстати, разработало для «Тяньхэ» подсистему контроля электрического потенциала.
Основной отсек, как и на «Мире», состоит из зоны большого диаметра и зоны малого диаметра. Последний чуть меньше «мировского» – примерно 2.6 м вместо 2.9 м у прототипа. Обе зоны защищены снаружи матами противометеоритной защиты, над которыми смонтированы радиаторы системы терморегулирования. На зенитной части зоны малого диаметра установлена антенна для связи через спутник-ретранслятор.
В зоне сопряжения двух диаметров смонтированы шесть гиродинов для поддержания ориентации станции.
На боковых сторонах зоны малого диаметра смонтированы привода солнечных батарей. Судя по опубликованным снимкам, панели с фотоэлементами сделаны по типу МКС, то есть в стартовом положении они сложены «гармошкой» в двух контейнерах на каждой стороне, а на орбите переводятся в рабочее состояние с помощью выдвижной ферменной конструкции. Каждая из двух панелей имеет площадь 67 м 2 при длине 12.6 м, снимаемая мощность с них мощность достигает 9 кВт.
На надирной поверхности малого диаметра при старте уложен манипулятор, который в рабочем состоянии будет устанавливаться на узлы (гнезда) на Базовом блоке и других модулях. На «Тяньхэ» их три: один на зенитной стороне малого диаметра и еще два – слева внизу на малом и большом диаметре. Как и канадский манипулятор на МКС, китайская «рука» имеет семь сочленений и два концевых эффектора и может «переступать» с одного узла на другой. Длина манипулятора близка к 10 м, он может переносить объекты массой до 25 т.
Внутренний объем зоны малого диаметра организован в виде прохода прямоугольного сечения с боковыми нишами. Здесь организованы временные спальные места, здесь же установлены тренажеры для физических упражнений (беговая дорожка и велоэргометр) и обеденный столик. По боковым «стенам» большого диаметра смонтированы блоки командного поста станции и размещена исследовательская аппаратура.
Узловой отсек выполнен в виде шара диаметром около 2.8 м и имеет четыре стыковочных узла: передний, к которому стыкуется транспортный корабль «Шэньчжоу», два боковых для двух основных модулей станции и надирный для стыковки второго «Шэньчжоу». Кормовой стыковочный узел по оси промежуточной камеры служит для стыковки грузового корабля «Тяньчжоу» и имеет интерфейсы для перекачки топлива из его баков в баки ресурсного отсека.
Все узлы андрогинно-периферийного типа – по-видимому, лицензионные АПАС-89. Передний, хвостовой и надирный обеспечивают подход и стыковку кораблей и модулей, а два боковых – только присоединение модулей.
Исследовательские модули (实验舱, шиянь цан) «Вэньтянь» и «Мэнтянь» и, запуск которых запланирован на май и август 2022 г., первоначально стыкуются к переднему узлу «Тяньхэ», а затем переводятся на правый и левый боковые узлы соответственно – точно так же, как это делалось на «Мире». Для этого модули оснащаются специальным коротким манипулятором, а на стыковочном модуле «Тяньхэ» имеются два выступа с гнездами для захвата и разворота модуля относительно Базового блока.
Вместо зенитного узла установлен люк для выхода в открытый космос с кольцевым поручнем вокруг него. Этот люк будет использоваться на начальном этапе полета станции до ввода в строй модуля «Вэньтянь».
Головной организацией по проектированию и изготовлению Базового блока «Тяньхэ» является Китайская исследовательская академия космической техники CAST. Ресурсный модуль создан в Шанхайской исследовательской академии космической техники SAST.
«Тяньхэ» выведен на орбиту полутораступенчатым носителем CZ-5B со стартовой массой 849 т при высоте 53.7 м и грузоподъемности 25 тонн на низкую околоземную орбиту. На центральном блоке диаметром 5 м работают два кислородно-водородных ЖРД YF-77, а на каждом из четырех ускорителей – по два кислородно-керосиновых двигателя YF-100. Весь Базовый блок находился под обтекателем диаметром 5.2 м и длиной 20.5 м.
Итак, Базовый блок «Тяньхэ» является центром управления станции и обеспечивает встречу и стыковку с ней пилотируемых и грузовых кораблей и модулей и эксплуатацию большого манипулятора. На начальном этапе он обеспечивает жилые условия для экипажа и внекорабельную деятельность.
Первый экспериментальный (лабораторный) модуль «Вэньтянь» (问天, «Вопрошание к небу») будет частично дублировать системы Базового блока, что позволит при необходимости управлять станцией. Здесь располагается основная жилая зона космонавтов и аварийное убежище, обеспечивается проведение экспериментов внутри и вне станции. Модуль оснащен двумя большими солнечными батареями, шлюзовой камерой для выходов в открытый космос продолжительностью до 8 часов и малыми манипуляторами.
Второй экспериментальный (исследовательский) модуль «Мэнтянь» (梦天, «Небо мечты») предназначен главным образом для проведения экспериментов и имеет в своем составе три отсека: ресурсный, полезной нагрузки и рабочий. Отсек полезной нагрузки имеет научные шлюзовые камеры для проведения экспериментов на внешней поверхности станции. Как и на «Вэньтяне», привода двух больших солнечных батарей смонтированы на внешней конической части модуля.
Автономный научный модуль «Сюньтянь» (巡天, «Обозрение неба»), известный также как телескоп Китайской космической станции, будет работать на такой же орбите и периодически стыковаться со станцией для профилактики и ремонта. Телескоп ближнего УФ-диапазона построен по схеме «внеосевой трехзеркальный анастигмат» с апертурой около 2 м и имеет поле зрения 1.1×1.1° при угловом разрешении 0.15’’. Четыре специализированных инструмента в его составе будут использоваться в соответствующих областях исследований. Запуск этого модуля планируется на 2025 г.
Существуют планы дальнейшего развития китайского орбитального комплекса. Если они будут одобрены, предстоит запустить второй базовый модуль, который пристыкуется своим агрегатным отсеком к узловому модулю первого. После этого на узловой отсек второго базового модуля «навешиваются» с боков два научно-экспериментальных модуля (科学实验舱, кесюэ шиянь цан). Кроме того, в состав комплекса могут быть включены четыре внешние платформы для размещения крупных негерметичных полезных нагрузок, а количество солнечных батарей будет увеличено.
Источник