Gaganyaan ( [ɡəɡənəjɑːnə] ; от санскрита : gagana , «небесный» и yāna , «корабль, транспортное средство») — индийский пилотируемый орбитальный космический корабль, предназначенный для того, чтобы стать формирующим космическим кораблем индийской программы пилотируемых космических полетов . Космический корабль проектируется для перевозки трех человек, а запланированная модернизированная версия будет оснащена возможностями сближения и стыковки. В своей первой пилотируемой миссии в значительной степени автономная 5,3- тонная капсула Индийской организации космических исследований (ISRO) будет вращаться вокруг Земли на высоте 400 км в течение семи дней с экипажем из двух или трех человек на борту. Первоначально планировалось, что первый пилотируемый полет будет запущен на ракете HLVM3 ISRO в декабре 2021 года. [6] [7] По состоянию на октябрь 2023 года ожидается, что он будет запущен к 2025 году. [8]
Модуль экипажа, произведенный компанией Hindustan Aeronautics Limited (HAL), совершил свой первый беспилотный экспериментальный полет 18 декабря 2014 года. [9] По состоянию на май 2019 года [обновлять]проектирование модуля экипажа было завершено. [10] Организация оборонных исследований и разработок (DRDO) будет оказывать поддержку критически важным системам и технологиям, ориентированным на человека, таким как космическое питание, здравоохранение экипажа, измерение и защита от радиации, парашюты для безопасного подъема модуля экипажа и система пожаротушения. [11]
11 июня 2020 года было объявлено, что первый беспилотный запуск Gaganyaan будет отложен из-за пандемии COVID-19 в Индии . [12] Ожидалось, что общий график пилотируемых запусков останется неизменным. [13] Председатель ISRO С. Соманат объявил в 2022 году, что первая пилотируемая миссия состоится не раньше 2024 года из-за проблем безопасности. [14]
Миссию Gaganyaan возглавит В. Р. Лалитамбика , бывший директор Директората программы пилотируемых космических полетов, вместе с председателем ISRO С. Сомнатхом и С. Унникришнаном Наиром , директором Космического центра Викрама Сарабхаи . [15] [16] Имтиаз Али Хан сменил В. Р. Лалитамбику на посту директора Директората программы пилотируемых космических полетов. [17] [18]
В 1984 году Ракеш Шарма стал первым гражданином Индии, который вышел в космос в рамках совместной миссии «Интеркосмос» между ISRO и советской космической программой , когда он полетел на борту советской ракеты «Союз Т-11» , запущенной с космодрома Байконур в Казахской Советской Социалистической Республике 3 апреля 1984 года. Космический корабль «Союз Т-11» с космонавтами, включая Шарму, состыковался и доставил трех членов советско-индийского международного экипажа, состоящего из командира корабля Юрия Малышева и бортинженера Геннадия Стрекалова , на орбитальную станцию «Салют-7» . Шарма провел 7 дней, 21 час и 40 минут на борту «Салюта-7». Он провел программу наблюдения за Землей, сосредоточившись на Индии . Он также проводил эксперименты в области естественных наук и обработки материалов, включая испытания по плавлению кремния . [19] В ознаменование этого события правительства Индии и Советского Союза выпустили специальные марки и конверты первого дня. [20]
Предварительные исследования и технологическая разработка Gaganyaan начались в 2006 году под общим названием «Орбитальный корабль». План состоял в том, чтобы спроектировать простую капсулу с выдержкой около недели в космосе, вместимостью двух астронавтов и приводнением после возвращения. Проект был заказан в 2007 году с ожидаемым завершением к 2024 году и бюджетом около ₹10,000 крор. [21] Проект был завершен к марту 2008 года и представлен правительству Индии для финансирования. Финансирование правительством индийской программы пилотируемых космических полетов было санкционировано в феврале 2009 года, [22] но оно не было выполнено из-за ограниченного финансирования разработки. [22] Первоначально первый беспилотный полет орбитального корабля предполагалось осуществить в 2013 году, [23] затем дата была перенесена на 2016 год. [24] Однако в апреле 2012 года сообщалось, что проблемы с финансированием поставили будущее проекта под серьезное сомнение. [25] А в августе 2013 года было объявлено, что все усилия Индии по пилотируемым космическим полетам были обозначены как «вне списка приоритетов ISRO». [26] К началу 2014 года проект был пересмотрен и стал одним из главных бенефициаров существенного увеличения бюджета, объявленного в феврале 2014 года. [27]
Эксперимент по спасению космической капсулы
ISRO разрабатывает орбитальный аппарат Gaganyaan на основе испытаний, проведенных с их масштабированным 555-килограммовым (1224 фунта) экспериментальным космическим аппаратом из Space Capsule Recovery Experiment (SRE), который был запущен и восстановлен в январе 2007 года. [28] [29] В SRE экспериментальная капсула, которая ранее находилась на орбите, приводнилась в Бенгальском заливе после спуска с высоты 635 км. Целью миссии было испытание многоразовой системы тепловой защиты , управления отключением связи , наведения, навигации и контроля , гиперзвуковой аэротермодинамики, тормозной системы, системы замедления, плавучих устройств и процедур восстановления. [30] [31]
Последняя попытка реализации индийской программы пилотируемых космических полетов состоялась в 2017 году, [32] и была принята и официально объявлена премьер-министром Нарендрой Моди во время его обращения к нации в День независимости 2018 года. [33] Программа Gaganyaan была одобрена Кабинетом министров Союза 28 декабря 2018 года. [34] Текущий проект предусматривает экипаж из трех человек. [3] ISRO проведет четыре биологических и два физических научных эксперимента, связанных с микрогравитацией, во время миссии Gaganyaan. [35] ISRO планирует заменить гидразин зеленым топливом в миссиях Gaganyaan, для которых Центр жидкостных двигательных систем (LPSC) уже работает над смешанной формулой монотоплива , состоящей из нитрата гидроксиламмония (HAN), нитрата аммония , метанола и воды . [36] [37]
Многие из фундаментальных технологий были реализованы ISRO к тому времени, когда Gaganyaan был одобрен Союзным кабинетом. После получения одобрения многие из них были оценены человеком, чтобы убедиться, что их надежность соответствует требованиям, необходимым для пилотируемых космических полетов. [38] Эксперимент по восстановлению космической капсулы II (SRE-2), расширение миссии SRE 2007 года, был отменен в 2018 году из-за чрезмерных задержек. [39] [40]
Бортовые научные эксперименты
По состоянию на октябрь 2021 года ISRO выбрала пять научных экспериментов, которые будут проводиться на Гаганьяне. Полезные нагрузки будут разрабатываться Индийским институтом космической науки и технологий (IIST), Университетом сельскохозяйственных наук Дхарвада (UASD), Институтом фундаментальных исследований Тата (TIFR), IIT Патна , Индийским институтом химических технологий (IICT) и Центром передовых научных исследований имени Джавахарлала Неру (JNCASR). Из пяти два являются биологическими экспериментами, которые будут проводиться IIST, UASD и TIFR и будут включать образование камней в почках и эффекты гена-маркера сиртуина 1 у Drosophila melanogaster . IIT Патна проведет эксперименты на теплоотводе , который может выдерживать очень высокий тепловой поток , IICT будет изучать явления кристаллизации , а JNCASR будет изучать характеристики смешивания жидкостей. [41]
Пилотируемый космический корабль потребует около ₹ 12,400 крор (US$ 1.77 млрд) в течение семи лет, включая ₹ 5,000 крор (US$ 0.7 млрд) на первоначальную работу пилотируемого космического корабля в течение Одиннадцатого пятилетнего плана (2007-2012), из которых правительство выделило ₹ 50 крор (US$ 7 млн) в 2007-2008 годах. [42] [43] В декабре 2018 года правительство одобрило еще ₹ 10,000 крор (US$ 1.5 млрд) на 7-дневный пилотируемый полет 3 астронавтов, который должен состояться к 2021 году. [6]
Расширяя сферу действия инициативы Gaganyaan, Союзный кабинет во главе с премьер-министром Нарендрой Моди 18 сентября 2024 года одобрил разработку первоначального модуля станции Bharatiya Antariksh , BAS-1. [44] Запуск блока BAS-1 является одной из восьми миссий, которые теперь являются частью переработанной программы Gaganyaan, завершение которой запланировано на декабрь 2028 года. Требования к оборудованию и большее количество беспилотных полетов являются частью этого расширения, которое призвано дополнить продолжающиеся программы пилотируемых космических полетов. Инициатива Gaganyaan получила дополнительное финансирование в размере 11 170 крор рупий (1,3 млрд долларов США) для поддержки ее расширенной сферы действия, в результате чего общий бюджет достиг 20 193 крор рупий (2,4 млрд долларов США). Программа направлена на разработку и демонстрацию критически важных технологий для длительных пилотируемых космических полетов, в рамках которой к 2026 году запланированы четыре миссии в рамках текущей программы Gaganyaan, разработка модуля BAS-1 и четыре дополнительных миссии для демонстрации и проверки технологий к 2028 году. [45] [46]
Мадхаван Чандрадатан , директор Космического центра имени Сатиша Дхавана (SDSC), заявил, что ISRO необходимо будет создать центр подготовки астронавтов в Бангалоре . Недавно созданный Центр пилотируемых космических полетов (HSFC) будет координировать усилия IHSF. [47] Существующие стартовые комплексы будут модернизированы для запусков в рамках индийского проекта пилотируемых космических полетов. [48] [49] С дополнительными помещениями, необходимыми для систем аварийного спасения . [43] Россия, вероятно, будет обеспечивать подготовку астронавтов. [50] Весной 2009 года был построен полномасштабный макет капсулы экипажа Gaganyaan, который был доставлен в Космический центр имени Сатиша Дхавана для подготовки астронавтов. [51]
Индия уже успешно разработала и испытала несколько строительных блоков, включая возвращаемую космическую капсулу , тест аварийного отключения стартовой площадки , безопасный механизм катапультирования экипажа в случае отказа ракеты, летный костюм, разработанный Defense Bioengineering and Electromedical Laboratory (DEBEL), и мощную ракету-носитель LVM3 . [52] После выполнения всех требуемых технологических требований индийская программа пилотируемых космических полетов была принята и официально объявлена премьер-министром Нарендрой Моди 15 августа 2018 года. [53] Gaganyaan станет первым пилотируемым космическим кораблем в рамках этой программы. [54] Чтобы начать подготовку врачей и инженеров для космической миссии, Брижит Годар, летный хирург, связанный с Европейским космическим агентством , отправилась в Индию в 2018 году . [55]
Центр пилотируемых космических полетов ISRO и Главкосмос , дочерняя компания российской государственной корпорации «Роскосмос» , подписали 1 июля 2019 года соглашение о сотрудничестве в области отбора, поддержки, медицинского обследования и космической подготовки индийских астронавтов. [56] Было одобрено создание Технического подразделения связи ISRO (ITLU) в Москве для координации. [57] [58] В 2021 году ISRO создала временную наземную станцию для миссии Гаганьян на Кокосовых (Килинг) островах после расширенного диалога с Австралийским космическим агентством . ISRO планирует построить там постоянную наземную станцию для проекта. [36] Для получения практического опыта космической медицины ISRO направляет в Россию в 2021 году двух летных врачей, специализирующихся на авиационной медицине, из ВВС Индии. Они отвечают за здоровье астронавтов до, во время и после их космического путешествия. Кроме того, для прохождения обучения и расширения своих теоретических знаний летные врачи посетят Францию. [59] [55]
ISRO и CNES объявили 15 апреля 2021 года о космическом соглашении о сотрудничестве в области космического оборудования, расходных материалов и космической медицины. Команда CNES в Европейском центре астронавтов в Кельне и Центр по разработке приложений микрогравитации и космических операций (CADMOS) в Космическом центре Тулузы проведут обучение врачей полетов и команд управления полетами Capsule Communicator (CAPCOM) для Gaganyaan. Кроме того, CNES будет выступать в качестве точки контакта между ISRO и Европейским космическим агентством . CNES будет помогать в выполнении плана научных экспериментов для проверочных миссий, обмена знаниями в отношении программ упаковки продуктов питания и питания, а также использования французских медицинских инструментов, оборудования и расходных материалов индийскими астронавтами. Таким образом, индийский космический экипаж получит доступ к французским технологиям, созданным CNES, которые были испытаны и в настоящее время используются на борту Международной космической станции . CNES также предоставит Индии радиационно- и ударопрочные сумки для переноски для защиты оборудования. Будущее сотрудничество включает параболические полеты, проводимые Novespace для тестирования приборов и обучения астронавтов, а также техническую помощь в строительстве центра подготовки астронавтов в Бангалоре . [60]
_on_20_July_2023,_at_the_Naval_Dockyard,_Visakhapatnam._03.webp/1280px-Recovery_trial_operations_of_the_Gaganyaan_mission_with_Crew_Module_Mockup_(CMRM)_on_20_July_2023,_at_the_Naval_Dockyard,_Visakhapatnam._03.webp.png)
_Structure_Assembly_for_the_Gaganyaan_project.jpg/1280px-Simulated_Crew_Module_(SCM)_Structure_Assembly_for_the_Gaganyaan_project.jpg)
Модуль экипажа Gaganyaan — полностью автономный космический корабль весом 5,3 т (12 000 фунтов), предназначенный для доставки экипажа из 3 человек на орбиту и безопасного возвращения на Землю после миссии продолжительностью до семи дней. [1] Модуль экипажа оснащен двумя парашютами для резервирования, причем одного парашюта достаточно для безопасного приводнения. Парашюты снизят скорость модуля экипажа с более чем 216 м/с (480 миль/ч) до менее 11 м/с (25 миль/ч) при приводнении. [61]
Космическая капсула будет иметь системы жизнеобеспечения и контроля окружающей среды. Она будет оснащена возможностями аварийного прерывания миссии и системой спасения экипажа (CES), которая может быть активирована во время работы первой или второй ступени ракеты. [62] Носовая часть первоначальной версии орбитального корабля была свободна для стыковочного механизма, но первичный вход, очевидно, осуществлялся через боковой люк, закрепленный взрывными болтами. [63]
В октябре 2019 года Главкосмос и Центр пилотируемых космических полетов подписали соглашение о том, что «Энергия» оснастит экипаж «Гаганьян» системой жизнеобеспечения и поставит систему терморегулирования для космического корабля. Помимо снабжения пищей, водой и кислородом, а также помощи в регулировании температуры тела, система жизнеобеспечения также будет управлять продуктами жизнедеятельности членов экипажа. На протяжении всей миссии система терморегулирования будет поддерживать компоненты космического корабля в допустимых пределах температуры. [64]
Центр пилотируемых космических полетов и Главкосмос 11 марта 2020 года подписали соглашение на изготовление и поставку индивидуальных комплектов оборудования. В рамках контракта НПП «Звезда» изготовит индивидуальные обивки кушеток и индивидуальные сиденья для индийских астронавтов. [65]
7 декабря 2022 года издание The Hindu сообщило, что модуль экипажа вошел в стадию производства. [66]
После безуспешных попыток получить систему контроля окружающей среды и жизнеобеспечения (ECLSS) от других стран, ISRO заявила, что будет разрабатывать ее самостоятельно для миссии Gaganyaan. По словам председателя ISRO С. Соманата , у ISRO нет опыта в производстве ECLSS, но она была вынуждена призвать национальные лаборатории и отечественную промышленность начать разработку технологии, поскольку не было иностранных партнеров, которые могли бы поделиться технологией. [67] Первая сборка адаптера орбитального модуля (OMA) для Gaganyaan была предоставлена Kineco Kaman Composites 23 декабря 2023 года. OMA представляет собой коническую конструкцию диаметром 4 метра, состоящую из полимеров, армированных углеродным волокном . Она объединена с кожухом отсека оборудования и модулем спасения экипажа. [68]
Комплект для экстренной очистки морской воды был разработан организацией Defense Research and Development Organization . Комплект обеспечивает астронавтов чистой водой во время операций и чрезвычайных ситуаций, устраняя чрезмерные уровни общего растворенного вещества, мутности , цвета и микробиологического загрязнения морской воды за 30 минут. Пользовательские испытания для миссии Gaganyaan на верфи в Бомбее были успешно завершены в 2022 году. [69]
Для того чтобы посетить Международную космическую станцию (МКС) и станцию Бхаратия Антарикша в будущем, ISRO намерена включить совместимость с Международным стандартом стыковочной системы (IDSS). [70] В настоящее время разрабатывается стыковочный адаптер под названием Bhartiya Docking System . [71]
Космический корабль Gaganyaan будет иметь 2,9-тонный (6400 фунтов) [1] сервисный модуль, работающий на жидкостных ракетных двигателях . Модуль экипажа состыкован с сервисным модулем, и вместе они составляют 8,2-тонный (18 000 фунтов) орбитальный модуль. [1]
Двигательная система служебного модуля (SMPS) выполнит маневр по повышению орбиты , что позволит Gaganyaan достичь 400 км на низкой околоземной орбите (LEO), а затем оставаться пристыкованным во время схода с орбиты до входа в атмосферу . Он будет использовать унифицированную двухкомпонентную систему, состоящую из MON-3 и монометилгидразина в качестве окислителя и топлива, с пятью основными двигателями, полученными из жидкостного апогея ISRO с тягой 440 Н (99 фунт -сил ) и шестнадцатью двигателями системы управления реакцией (RCS) с тягой 100 Н.
11 августа 2022 года ISRO успешно завершила испытательный запуск двигателя аварийного спасения на малой высоте (LEM) для системы аварийного спасения экипажа. LEM состоит из твердотопливного ракетного двигателя с четырьмя соплами обратного потока, который создает максимальную тягу на уровне моря 842 кН (номинал) со временем сгорания 5,98 секунды (номинал). Сопловой конец LEM установлен в передней части ракеты-носителя, чтобы избежать попадания выхлопного шлейфа на модуль экипажа. Вот почему в твердотопливном ракетном двигателе есть несколько сопел обратного потока. Сопло обратного потока заставляет выхлопные газы течь в противоположном направлении в области сопла. [72] [73]
Целью данного испытания была проверка баллистических параметров, проверка производительности подсистемы двигателя (и подтверждение проектных запасов), оценка тепловых характеристик вкладышей сопел, особенно для подтверждения абляционных характеристик, проверка целостности всех интерфейсов, оценка производительности системы зажигания на основе безопасного рычага, установленного на головной части (HMSA), а также оценка боковой тяги из-за несоосности и изменения потока и других функциональных параметров, включая реверс потока. [74]
Демонстрационная модель системы (SDM) двигательной установки сервисного модуля (SMPS), которая будет включена в космический корабль Gaganyaan, была успешно испытана ISRO 28 августа 2021 года. [75] Сервисный модуль спроектирован и разработан Центром жидкостных двигательных систем (LPSC). [76]
_System_Demonstration_Model_(SDM)_hot_test_conducted_on_19_July_2023_at_IPRC,_Mahendragiri.webp/1280px-Gaganyaan_Service_Module_Propulsion_System_(SMPS)_System_Demonstration_Model_(SDM)_hot_test_conducted_on_19_July_2023_at_IPRC,_Mahendragiri.webp.png)
В комплексе ISRO Propulsion Complex (IPRC) демонстрационная модель системы запускалась в течение 450 секунд. Результаты соответствовали предтестовой прогнозной модели. Двигательная система для сервисного модуля представляет собой единую двухкомпонентную систему, состоящую из шестнадцати двигателей 100 Ньютонов для системы управления реакцией (RCS) и пяти основных двигателей тягой 440 Ньютонов, использующих монометилгидразин (MMH) и смешанные оксиды азота (MON-3) в качестве топлива и окислителя соответственно. Кроме того, IPRC строит новый объект для тестирования двигательной системы сервисного модуля. Для проверки двигательной системы на земле испытательная модель для демонстрации системы использовала только восемь двигателей 100 Ньютонов и пять двигателей 440 Ньютонов. [77] [78]
19 июля 2023 года ISRO успешно завершила испытание двигательной системы служебного модуля Gaganyaan. [79] Пять горячих испытаний общей продолжительностью 2750 секунд были проведены ISRO в рамках серии испытаний Phase-1. Восемь двигателей RCS мощностью 100 Ньютон и пять двигателей LAM мощностью 440 Ньютон использовались в Phase 1. Горячие испытания системы воспроизводили работу двигателя, прошедшего летную квалификацию, системы наддува гелия, системы подачи топливного бака и компонентов управления. Во время испытания, которое длилось 250 секунд, двигатели RCS и двигатели LAM использовались непрерывно. Во время восходящей фазы миссии Gaganyaan двигатели RCS обеспечат точную коррекцию положения, в то время как двигатели LAM будут обеспечивать основную движущую силу. [80]
SMPS осуществляет вывод на орбиту, круговое включение, управление на орбите, маневрирование при сбросе ускорения и аварийное отключение на основе сервисного модуля, если это необходимо на этапе подъема орбитального модуля. [81]
20 июля 2023 года были проведены горячие испытания в окончательной конфигурации SMPS, в которой использовались шестнадцать двигателей RCS с тягой 100 Ньютонов и пять двигателей LAM с тягой 440 Ньютонов. Система подачи топливного бака, система наддува гелия, двигатели, прошедшие летную квалификацию, и компоненты управления были включены в горячие испытания, которые имитировали жидкостный контур SMPS. Объединенные характеристики SMPS были продемонстрированы в первом горячем испытании серии испытаний Фазы-2. [82] Каждый двигатель с тягой 440 Ньютонов также будет индивидуально испытан в течение более длительного времени с использованием различных параметров для получения сертификации человеческого рейтинга . ISRO запланировала пять дополнительных испытаний для демонстрации как номинальных, так и неноминальных сценариев миссии. [83] [84]
26 июля 2023 года ISRO успешно провела еще два горячих испытания SMPS. Двигатели работали в тандеме с профилем миссии, как в непрерывном, так и в импульсном режиме. Первое горячее испытание, которое длилось 723,60 секунды, было призвано показать, как закачивать топливо в орбитальный модуль и сжигать 100 двигателей Newton и двигатели LAM для калибровки. Калибровочное сжигание было необходимо для выявления и изоляции любых неработающих двигателей. Двигатели RCS и двигатели LAM работали так, как и ожидалось. Целью второго горячего испытания, которое длилось 350 секунд, было показать, как орбитальный модуль совершает круговой оборот для достижения конечной орбиты. Двигатели RCS работали в импульсном режиме на протяжении всего испытания, в то время как двигатели LAM работали непрерывно. [85] [86]
18 ноября 2022 года Космический центр Викрама Сарабхаи (VSSC) провел комплексное испытание основного парашюта (IMAT) системы торможения парашютом (PDS), в ходе которого 5-тонный манекен массой, эквивалентной фактической массе модуля экипажа, был поднят на высоту 2,5 км и сброшен с самолета Ил-76 ВВС Индии . Затем два небольших пилотных парашюта, развертываемых с помощью миномета, освободили основные парашюты. Размер основных парашютов изначально был ограничен меньшей площадью, чтобы уменьшить удар при раскрытии. Через 7 секунд резаки для рифления на основе пиротехники перерезали ограничивающую область стропу, что позволило парашютам полностью надуться. Полностью надутые основные парашюты снизили скорость полезной нагрузки до безопасной скорости посадки. Вся последовательность длилась около 2–3 минут. [87] [88]
Система торможения парашютом совместно разработана ISRO и DRDO . Проектирование системы, аналитическое моделирование развертывания парашюта, разработка боеприпасов для выброса парашюта, механическая сборка, приборы и авионика были выполнены VSSC. Всего запланировано пять испытаний сбрасывания парашютов (10 парашютов) в рамках процесса квалификации. [89] [90]
8 августа 2023 года ISRO сообщила СМИ, что Космический центр Викрама Сарабхаи в сотрудничестве с Научно-исследовательским и опытно-конструкторским центром воздушной доставки (ADRDE), лабораторией при Организации оборонных исследований и разработок, успешно провел серию испытаний по развертыванию парашютов Drogue на ракетно-салазочном комплексе Rail Track Rocket Sled Facility Исследовательской лаборатории терминальной баллистики (TBRL) в Чандигархе с 8 по 10 августа 2023 года. В рамках этого испытания были развернуты парашюты Drogue, которые необходимы для стабилизации модуля экипажа и снижения его скорости до безопасного уровня во время входа в атмосферу. Пиротехнические устройства, называемые мортирами, разработаны для запуска парашютов в воздух по команде. Эти конические парашюты ленточного типа диаметром 5,8 метра используют одноступенчатую систему рифления, которая уменьшает площадь купола и уменьшает напряжение при раскрытии, обеспечивая контролируемый и плавный спуск. [91]
В ходе трех всесторонних испытаний были воссозданы различные реальные условия для тщательной оценки функциональности и надежности тормозных парашютов. Первое испытание, которое воспроизводило максимальный рифленый вес, впервые в Индии представило рифление в парашюте, развернутом с помощью миномета. Второе испытание воспроизводило максимальную нагрузку без рифления, в то время как третье испытание продемонстрировало развертывание тормозного парашюта в сценарии, который отражал максимальный угол атаки модуля экипажа, который он мог испытать во время своей миссии. Все эти испытания послужили важнейшей вехой квалификации для тормозных парашютов, подтвердив их готовность к интеграции в Test Vehicle Abort Mission-1 . [92]
Rail Track Rocket Sled Facility уже завершила испытание парашютов отделения пилота и верхней крышки. Десять парашютов будут использоваться в сложной парашютной последовательности для системы торможения модуля экипажа Gaganyaan. Два парашюта отделения верхней крышки раскрываются первыми в процессе, а два тормозных парашюта раскрываются, когда достигается устойчивость. Миссия переходит в фазу извлечения после того, как раскрываются тормозные парашюты. Три пилотных парашюта по отдельности удаляют три основных парашюта, что является важным шагом в снижении скорости модуля экипажа до приемлемого уровня для безопасной посадки. [93]
После трех демонстрационных полетов космического корабля без экипажа на орбите, планируется запустить пилотируемый корабль «Гаганьян» на ракете-носителе HLVM3 (версия LVM3 , рассчитанная на пилотируемых людей ). [94]
В то время как LVM3 оценивается для проекта Gaganyaan, ракета была разработана с учетом потенциальных приложений для пилотируемых космических полетов. Максимальное ускорение во время фазы подъема было ограничено 4 G для комфорта экипажа, а обтекатель полезной нагрузки диаметром 5 метров (16 футов) использовался для размещения больших модулей, таких как сегменты космической станции. [95]
Кроме того, запланирован ряд изменений для повышения надежности критически важных для безопасности подсистем с целью снижения эксплуатационных запасов, избыточности, строгих требований к квалификации, переоценки и усиления компонентов. [96] Улучшения авионики включают интегрированную систему мониторинга состояния (LVHM), двухцепочечный процессор телеметрии и телекоманд (TTCP) и четырехкратный избыточный навигационный и управляющий компьютер (NGC). Двигатели высокой тяги Vikas (HTVE) основной ступени L110 будут работать при давлении в камере 58,5 бар вместо 62 бар, а ускорители Human rated S200 (HS200) будут работать при давлении в камере 55,5 бар вместо 58,8 бар. Сегментные соединения будут иметь по три уплотнительных кольца . Электромеханические приводы и цифровые контроллеры ступеней будут использоваться на всех ступенях ракеты-носителя. [97] [98]
Разработка зеленого топлива Gaganyaan была подтверждена К. Сиваном , и оно будет использоваться на всех этапах HLVM3. Чтобы остановить выбросы хлорированных выхлопных продуктов ракетными двигателями, ISRO начала разработку экологически безопасного твердого топлива на основе полимера глицидил азида (GAP) в качестве топлива и динитрамида аммония (ADN) в качестве окислителя. Комбинации зеленого топлива, включая перекись водорода , керосин , жидкий кислород , жидкий метан , ADN-метанол-вода, ADN-глицерин-вода, являются частью демонстрационных проектов технологий, которые проводит ISRO. С использованием электротяги для космических аппаратов и принятием двигательных систем на основе жидкого кислорода/ жидкого водорода и LOX /керосина для ракет-носителей ISRO уже начала переход к экологически безопасным и зеленым топливам. В настоящее время в криогенных верхних ступенях GSLV и LVM3 используется смесь LOX/ LH2 . Вместо традиционного гидразина ISRO разработала ISROSENE, ракетную версию керосина. На спутнике Южной Азии ISRO эффективно доказала технологию электродвижения для операций по поддержанию стационарности. [99] [100]
17 ноября 2020 года компания Larsen & Toubro (L&T) поставила первую часть оборудования — сегмент ускорителя — для ракеты-носителя Gaganyaan LVM3 . На заводе Powai Aerospace Manufacturing Facility в Мумбаи, принадлежащем L&T, был изготовлен сегмент ускорителя. Диаметр критического сегмента ускорителя составляет 3,2 метра, длина — 8,5 метра, а вес — 5,5 тонны. [101]
Вариант твердотопливного ускорителя S200, рассчитанный на человека, или «HS200», был разработан для программы Gaganyaan в сотрудничестве с Larsen & Toubro. [102] Первое статическое огневое испытание HS200 было проведено 13 мая 2022 года в Космическом центре имени Сатиша Дхавана (SDSC) в течение 135 секунд с 203 тоннами твердого топлива. Во время испытания контролировалось около 700 параметров, и работа всех систем была нормальной. Второй по величине функционирующий твердотопливный ускоритель в мире имеет длину 20 метров и диаметр 3,2 метра. [103] [104]
Как и все системы для миссии Gaganyaan, ускоритель HS200 был разработан с рядом усовершенствований, направленных на повышение безопасности и надежности различных систем. Улучшения включают более мощные системы зажигания и изоляции, улучшенную цифровую электронику управления, а также дополнительные функции безопасности для соединений корпуса двигателя. Система управления этого ускорителя использует один из самых мощных электромеханических приводов, доступных на рынке, в комплекте со многими избыточностями и мерами безопасности. Улучшение твердого навесного ускорителя S200 привело к снижению давления в камере, повышению надежности, герметичности и более высоким запасам. [105]
Варианты двигателей Vikas используются для питания второй ступени ракеты-носителя для вывода спутников на полярную орбиту (PSLV), ускорителей и второй ступени ракеты-носителя для вывода спутников на геостационарную орбиту (GSLV) Mark I и II, а также основной ступени LVM 3 .
14 июля 2021 года ISRO провела третье длительное горячее испытание двигателя Vikas для основной жидкостной ступени L110 GSLV Mark III в двигательном комплексе ISRO в рамках требований по квалификации двигателя для миссии Gaganyaan. Двигатель был успешно запущен в тестовом режиме продолжительностью 240 секунд, подтвердив все требуемые параметры производительности. [106] [107]
20 января 2022 года двигатель High Thrust Vikas успешно прошел горячее квалификационное испытание продолжительностью 25 секунд в двигательном комплексе ISRO для подтверждения надежности двигателя в неноминальных условиях эксплуатации для соотношения смеси топливо-окислитель и давления в камере сгорания. [108]
_undergoing_720_second_qualification_test_for_Gaganyaan_programme_at_IPRC_Mahendragiri_001.jpg/1280px-CE20_engine_(E9)_undergoing_720_second_qualification_test_for_Gaganyaan_programme_at_IPRC_Mahendragiri_001.jpg)
12 января 2022 года ISRO провела горячее квалификационное испытание криогенного двигателя CE-20 продолжительностью 720 секунд в двигательном комплексе ISRO (IPRC). [109] [110] 28 октября 2022 года CE-20 E11 успешно завершил испытание в барокамере в течение 30 секунд в IPRC. Это было сделано для проверки эффективности двигателя для миссий Gaganyaan. 9 ноября 2022 года продолжительность была увеличена до 70 секунд. Результаты испытаний соответствовали ожидаемым значениям согласно источникам ISRO. [111]
21 февраля 2024 года ISRO объявила, что эксплуатационные характеристики основного криогенного двигателя, который будет установлен на ракетах-носителях LVM3 для Gaganyaan, были проверены и одобрены для использования в пилотируемых космических полетах. Вакуумные испытания криогенного двигателя CE-20 , седьмого в серии, состоялись на высокогорном испытательном полигоне в Махендрагири 14 февраля 2024 года. В отличие от минимального стандартного периода для оценки человеком 6350 секунд (1 час 45 минут), CE-20 ранее прошел 39 огневых испытаний в различных условиях эксплуатации продолжительностью 8810 секунд (2 часа 26 минут). Даже летный двигатель, который был предназначен для первой миссии Gaganyaan, завершил приемочные испытания, согласно ISRO. Летный двигатель, который приводит в действие верхние ступени LVM3, имеет импульс 442,5 секунды и тягу 19–22 тонны. [112]
Согласно ISRO, испытания на демонстрацию жизни, испытания на выносливость и оценки производительности при номинальных рабочих настройках, а также в нештатных условиях в отношении тяги, соотношения смеси и давления в топливном баке были частью наземных квалификационных испытаний для оценки человеком двигателя CE-20. Наземные сертификационные испытания двигателя CE-20 для программы Gaganyaan были успешно завершены. [113]
27 февраля 2024 года премьер-министр Нарендра Моди раскрыл личности первых четырех индийских астронавтов: капитан Прашант Балакришнан Наир , капитан Аджит Кришнан , капитан Ангад Пратап и командир ВВС Шубаншу Шукла . Из этой группы двое астронавтов будут тренироваться на объектах НАСА в рамках подготовки к участию в миссии Axiom 4 на Международной космической станции (МКС) [114] и последующей пилотируемой космической миссии из Индии. Шубханшу Шукла был выбран ISRO 2 августа 2024 года в качестве члена основного экипажа миссии Axiom 4, а Прашант Балакришнан Наир был объявлен его дублером. [115] Все они долгое время служили летчиками-испытателями и являются командирами крыльев или капитанами групп в ВВС Индии (IAF). [116] [117]
Наземная униформа была разработана сотрудниками и студентами Национального института модных технологий (NIFT) в Бангалоре . Под руководством бывшего директора NIFT Сьюзан Томас команда NIFT, состоящая из трех студентов, Ламии Анис, Самарпана Прадхана и Тулии Д., а также двух профессоров, Джонали Баджпаи и Мохана Кумара В., работала над проектированием наземной униформы для миссии Gaganyaan. Команда подчеркнула важность того, чтобы карманы кандидатов на должность астронавта идеально подходили друг другу, а униформа должна хорошо работать, чтобы поддерживать их движения. Было рассмотрено семьдесят вариантов, прежде чем был выбран окончательный дизайн. Команда NIFT изучила различные униформы космических агентств, такие как SpaceX и NASA . Тема, которую исследовала команда NIFT, — асимметрия. Группа работала над двухцветной асимметричной линией стиля. Проект был заказан в 2021 году командой NIFT, а в 2022 году они передали проект ISRO. [118] [119]
По словам Г. Мадхавана Наира , разработка скафандра уже началась в скромной манере до официального одобрения Кабинетом министров проекта Gaganyaan стоимостью ₹9,023 крор 28 декабря 2018 года. [120] Во время Бангалорской космической выставки 2018 года ISRO представила прототип скафандра для миссии Gaganyaan. Прототип скафандра оранжевого цвета был создан в Космическом центре Викрама Сарабхаи в Тируванантапураме . [121] Лаборатория начала работу над разработкой прототипа с 2016 года. Прототип скафандра весит менее пяти килограммов и состоит из четырех слоев. [122] В скафандре можно разместить один баллон с кислородом, достаточный для дыхания астронавта в течение шестидесяти минут. Для этой миссии ISRO уже создала два скафандра и в настоящее время работает над третьим. [123]
Председатель К. Сиван в интервью India Today 9 ноября 2018 года заявил, что ISRO продолжает исследования в области скафандров с целью их усовершенствования. [124] Главкосмос также заключил контракт с НПП «Звезда» на изготовление индивидуальных летных костюмов IVA для индийских астронавтов. [125] [126] [127] Индийские астронавты посетили «Звезду» 3 сентября 2020 года, чтобы провести антропометрические измерения в рамках подготовки к созданию скафандров в дальнейшем. 7 сентября 2020 года руководство «Звезды» объявило, что организация начала производство скафандров для миссии «Гаганьян». [128]
Hindustan Times сообщила 12 января 2024 года, что для перепроверки безопасности экипажа во время первой миссии индийские астронавты, как ожидается, наденут скафандры российского производства, а не отечественные костюмы для внутрикорабельной активности (IVA), созданные Космическим центром Викрама Сарабхаи. [129]
В сотрудничестве с Space Applications Centre , Sure Safety, фирма по производству оборудования для промышленной безопасности из Вадодары , завершила разработку скафандра для миссии Gaganyaan под названием Astronaut Crew Escape Suit (ACES). По словам Нишита Данда, управляющего директора Sure Safety, эксперименты, проводимые в вакуумных камерах для тестирования материала в лабораторных условиях, почти завершены по состоянию на 18 января 2019 года. Разработанный в стране костюм весит на 20% меньше, сохраняя при этом высокие стандарты безопасности от огня, воды, перепадов давления и в сто раз дешевле своего зарубежного аналога. С точки зрения жизнеобеспечения, управления кислородом/воздухом и устойчивости к химическому, биологическому, радиационному и ядерному воздействию , ACES будет сочетать в себе лучшие характеристики российского «Сокола» и американского Advanced Crew Escape Suit . Коммуникации ACES, управление давлением, датчики кислорода и угарного газа, а также биодатчики для измерения температуры тела были успешно разработаны. Костюм оснащен воздухоотводами, карманами для утилит, перчатками с сенсорным экраном, гибкой молнией на капюшоне и легкой обувью. Диапазон температур, в котором может функционировать ACES, составляет от −40°C до +80°C. Проект разработки ACES помог Sure Safety стать одной из немногих компаний в мире, обладающих опытом создания и производства таких типов костюмов. [130]
В случае чрезвычайной экологической ситуации в космической капсуле, ACES защитит экипаж. Его цель — сохранить жизнь носителю в случае непреднамеренной разгерметизации космического корабля. [131]
Универсальное программное обеспечение под названием SAKHI (Space-borne Assistant and Knowledge Hub for Crew Interaction), созданное Космическим центром Викрама Сарабхаи, будет помогать астронавтам в космической миссии Гаганьян выполнять различные обязанности, включая взаимодействие друг с другом и поиск важной технической информации. Среди своих многочисленных обязанностей SAKHI будет внимательно следить за их здоровьем, отправляя данные о жизненно важных показателях, включая артериальное давление , частоту сердечных сокращений и насыщение кислородом . Эта информация будет чрезвычайно полезна для определения физического состояния экипажа во время миссии Гаганьян. Обеспечивая бесперебойную связь, SAKHI будет поддерживать связь экипажа с наземными станциями и бортовым компьютером. Приложение также будет служить им напоминанием об их режимах сна , режиме питания и уровнях гидратации. Инженерная модель специально разработанного портативного интеллектуального устройства с SAKHI была успешно испытана космическим объектом. Процесс продолжается для создания одобренной к полету, готовой к производству модели. Прикрепленная к их космическим скафандрам цифровая платформа всегда легко доступна. Кроме того, астронавты могут сообщать о своем путешествии с помощью приложения в различных форматах, таких как голосовые заметки, тексты и фотографии. [132]
,_ISRO.jpg/1280px-Vyommitra_(Space_friend),_ISRO.jpg)
22 января 2020 года ISRO объявила о Vyommitra , роботе, похожем на женщину, который будет сопровождать других астронавтов в миссии. ISRO не намерена запускать животных на борту экспериментальных миссий в отличие от других стран, которые осуществляли полеты человека в космос. Вместо этого она будет запускать человекоподобных роботов для лучшего понимания того, что невесомость и радиация делают с человеческим телом во время длительного пребывания в космосе. [133]
Ожидается, что Vyommitra будет находиться на борту беспилотных миссий Gaganyaan для проведения экспериментов в условиях микрогравитации , мониторинга параметров модуля и поддержки астронавтов в пилотируемых миссиях, имитируя функции человека от пояса и выше. У него нет ног. [134] Он запрограммирован говорить на хинди и английском и выполнять несколько задач. [135] [136] [137] [138]
Он может обнаруживать и выдавать предупреждения, если изменения окружающей среды в кабине становятся неприятными для астронавтов и изменяют состояние воздуха. Он может автономно выполнять задачи и следовать новым командам. [139]
.jpg/1280px-CARE_Module_splashdown_at_Bay_of_Bengal_(1).jpg)
13 февраля 2014 года Hindustan Aeronautics Limited передала ISRO первый шаблонный прототип структурной сборки модуля экипажа для эксперимента по возвращению модуля экипажа в атмосферу (CARE). [9] [149] Космический центр Викрама Сарабхаи ISRO должен был оснастить модуль экипажа системами, необходимыми для жизнеобеспечения, навигации, наведения и управления. [150] Целями миссии были понимание аэродинамики возвращения и проверка эффективности системы торможения путем демонстрации отделения верхней крышки и развертывания парашюта в кластерной конфигурации. [151]
ISRO провела беспилотный испытательный запуск транспортного средства на борту LVM3-X для экспериментального суборбитального полета 18 декабря 2014 года. Модуль экипажа отделился от ракеты на высоте 126 км. Бортовые двигатели контролировали и снижали скорость модуля до высоты 80 км (50 миль). Двигатели были отключены на этой высоте, а атмосферное сопротивление еще больше снизило скорость капсулы.
Тепловой экран модуля должен был выдержать температуру свыше 1600 °C (2910 °F). Парашюты были раскрыты на высоте 15 км (9,3 мили) для замедления модуля, который совершил приводнение в Бенгальском заливе около Андаманских и Никобарских островов . [152] [153]
Этот полет использовался для проверки процедур орбитального вывода, разделения и повторного входа в атмосферу, а также систем Crew Capsule. Также были проверены разделение капсулы, тепловые экраны и системы аэродинамического торможения , развертывание парашюта, запуск двигателя с обратной стороны, приводнение, системы плавучести и процедуры по извлечению Crew Capsule из Бенгальского залива. [154] [155] Ожидалось, что испытания прерывания запуска и парашюта в полете будут проведены к концу 2019 года. [156]
Испытание аварийного прекращения запуска индийской организацией космических исследований было успешно проведено 5 июля 2018 года. [157] Испытание аварийного прекращения запуска — это пробный запуск системы аварийного прекращения запуска космического корабля (иногда называемой системой аварийного покидания). Эта система предназначена для быстрого вывода экипажа и космического корабля из ракеты в случае потенциального отказа. Ожидается, что разработанная технология будет применена к первому индийскому пилотируемому космическому кораблю Gaganyaan, запуск которого запланирован не ранее 2024 года. [158]
Обратный отсчет для испытания начался в 2:00 утра (IST) 5 июля 2018 года. В 7:00 утра (IST) система спасения экипажа с модулем экипажа успешно стартовала с Космического центра имени Сатиша Дхавана . Модуль экипажа был ускорен до 10 g [159] и достиг максимальной высоты 2,75 км (1,71 мили), позже он благополучно спустился на парашюте и поплыл в Бенгальском заливе в 2,9 км (1,80 мили) от места запуска. Он был поднят в небо с помощью семи твердотопливных ракетных двигателей, сохраняя безопасные пределы перегрузки. Позднее для подъема модуля экипажа были отправлены спасательные лодки. Общая продолжительность испытательной миссии составила 259 секунд. Процесс испытательного запуска был зафиксирован примерно 300 датчиками. [160] [161] Основными целями испытания были номинальные 20 секунд подъема и 200 секунд спуска, не включая приводнение. [162] Отсоединение парашюта было запланированным событием, произошедшим примерно через 259,4 секунды после запуска, как и предполагалось. [163] [164]
Test Vehicle Abort Mission-1 [165] ( TV-D1 [165] [166] ) был испытанием аварийного прекращения полета на большой высоте, проведенным 21 октября 2023 года около 10:00 утра по IST . [167] Запуск ракеты был второй попыткой дня, причем первоначальная попытка была остановлена всего за пять секунд до запланированного времени. Основной целью испытания было убедиться в способности экипажа безопасно покинуть ракету в случае неисправности. Первоначально запланированный на 8:00 по местному времени, запуск был отложен на 45 минут из-за проблем, связанных с погодой. Целью миссии было проверить отделение CES от ракеты, способность поддерживать траекторию, ведущую на безопасное расстояние, и в конечном итоге раскрытие парашюта. [168]
Во время миссии TV-D1 модуль экипажа неожиданно перевернулся, когда его вытащили ВМС Индии из Бенгальского залива . Чтобы смягчить проблему и повысить безопасность, ISRO собирается испытать «систему выравнивания», которая напоминает газовые баллоны и работает аналогично подушкам безопасности в автомобилях, чтобы не допустить опрокидывания модуля экипажа в случае бокового ветра и волнения моря после приводнения. В систему встроена избыточность для защиты от сбоев. TV-D2 планируется запустить в первом квартале 2024 года. Механизм эвакуации экипажа будет использовать двигатели эвакуации на малых и больших высотах, в то время как системы управления модулем экипажа будут имитировать сиденья экипажа, подвеску и системы выравнивания. [169]
Модуль Gaganyaan должен приземлиться в Аравийском море , где, как ожидается, будут размещены индийские агентства для спасения как экипажа, так и модуля. Тем не менее, космическое агентство выбрало 48 резервных мест в международных водах на случай изменения основного плана. Первоначально ISRO выбрала два места посадки в индийских водах, одно в Аравийском море, а другое в Бенгальском заливе . Но место посадки в Аравийском море было выбрано с учетом неспокойного моря и непредсказуемости Бенгальского залива. [170] [171]
ISRO начнет тестирование возможностей космической стыковки в миссии SPADEX , перед развертыванием на Chandrayaan-4 и будущих миссиях на Gaganyaan и Indian Orbital Space Station . Отчет по проекту, включающий всю информацию, исследование и внутреннюю оценку, а также смету расходов, был подготовлен и должен быть одобрен правительством. [172]
Цели эксперимента по восстановлению космической капсулы были достигнуты благодаря успешному запуску и восстановлению эксперимента по возвращению в атмосферу пилотируемого модуля (CARE) в декабре 2014 г. На этом проект был официально закрыт. Следовательно, никаких прогнозов сделано не было.
планировалось построить новую стартовую площадку для пилотируемого полета в космос, но Сиван сообщил Express, что из-за нехватки времени одна из двух существующих стартовых площадок модифицируется для соответствия требованиям.
Предлагается использовать существующую стартовую площадку с расширением для проведения первых полетов в рамках программы пилотируемых космических полетов Gaganyaan.[ постоянная мертвая ссылка ]
Принимая во внимание грузоподъемность LEO до 10 тонн, осуществимую с этим транспортным средством, диаметр обтекателя полезной нагрузки был установлен на уровне 5 метров для размещения крупных модулей, таких как сегмент космической станции или пилотируемая капсула. Кстати, учитывая возможность будущих миссий Индии по пилотируемым космическим полетам, ускорение на этапе разгона было ограничено 4g, стандартным уровнем переносимости человеком, принятым космическими агентствами.
Кроме того, ATF также успешно завершила акустическую квалификацию Strap on Electro Mechanical Actuator Structure для пусковой установки GSLV MKIII. Это поможет повысить надежность, а также обеспечит преимущества в грузоподъемности по сравнению с электрогидравлическими приводами, которые использовались ранее.
