Транспортное средство для возвращения экипажа ( CRV ), иногда называемое транспортным средством для гарантированного возвращения экипажа ( ACRV ), представляло собой предлагаемую специальную спасательную шлюпку или спасательный модуль для Международной космической станции (МКС). В течение двух десятилетий рассматривалось множество различных транспортных средств и конструкций, некоторые из которых летали в качестве прототипов для опытно-конструкторских испытаний, но ни одна из них не была введена в эксплуатацию. С момента прибытия первого постоянного экипажа на МКС в 2000 году возможность аварийного возвращения осуществлялась космическим кораблем «Союз» , а в последнее время и Crew Dragon компании SpaceX , каждый из которых менялся каждые 6 месяцев.
В первоначальном проекте космической станции предполагалось, что чрезвычайные ситуации будут решаться за счет наличия на станции «безопасной зоны», куда экипаж мог бы эвакуироваться в ожидании спасения с американского космического корабля «Шаттл» . Однако катастрофа космического корабля « Челленджер » в 1986 году и последующая остановка флота шаттлов заставили проектировщиков станции переосмыслить эту концепцию. [1] Разработчики предвидели необходимость в CRV для решения трех конкретных сценариев:
МКС оснащена Центром медицинского обслуживания (HMF) для лечения определенного уровня медицинских ситуаций, которые разбиты на три основные категории:
Однако HMF не предназначен для выполнения общих хирургических функций, поэтому необходимы средства эвакуации члена экипажа в случае медицинской ситуации, выходящей за рамки возможностей HMF. [2] [ нужна ссылка ]
В ряде исследований предпринимались попытки оценить медицинские риски при длительном пребывании на космической станции, но результаты неубедительны, поскольку эпидемиологические данные отсутствуют. Однако понятно, что более длительное пребывание в космосе увеличивает риск серьезных проблем. По самым близким оценкам, уровень заболеваемости/травматизма составляет 1:3 в год, при этом 1%, по оценкам, требует экстренной эвакуации с помощью CRV. Для экипажа МКС из восьми человек это приводит к ожидаемой потребности в полете CRV раз в 4–12 лет. Эти оценки были частично подтверждены опытом на борту советской космической станции «Мир » . В 1980-х годах в Советском Союзе произошло как минимум три инцидента, когда космонавтов пришлось возвращать по неотложным медицинским показаниям. [2]
Из-за его потенциального использования в качестве метода медицинской эвакуации конструкция CRV должна была решить ряд проблем, которые не являются факторами для стандартного космического корабля с экипажем. В первую очередь это перегрузки , на которые влияют профили входа в атмосферу и методы замедления/приземления у пациентов с геморрагическим шоком. Вопросы безопасности пациентов более важны для травмированных астронавтов, чем для непострадавшего персонала. Кроме того, в зависимости от характера травмы маловероятно, что пациента можно будет поместить в экологически изолированный скафандр или мини-капсулу, поэтому CRV должен иметь возможность обеспечить среду «без рукавов рубашки» . В это требование включена способность решать проблемы чистоты воздуха, поскольку чистота воздуха особенно важна в медицинских, а также в ситуациях токсического воздействия. [2]
Доктор Вернер фон Браун впервые поднял концепцию космических спасательных шлюпок в статье 1966 года [3] , а затем позже специалисты по планированию НАСА разработали ряд ранних концепций спасательных шлюпок для космической станции:
Спасательная машина для экипажа HL-20 была основана на концепции системы запуска персонала (PLS), разработанной НАСА в результате более ранних исследований подъемных кузовов . В октябре 1989 года компания Rockwell International (подразделение космических систем) начала годовой контракт под руководством Исследовательского центра Лэнгли по проведению углубленного исследования конструкции и работы PLS, используя концепцию HL-20 в качестве основы для исследования. В октябре 1991 года компания Lockheed Advanced Development Company (более известная как Skunk Works ) начала исследования по определению возможности разработки прототипа и оперативной системы. Соглашение о сотрудничестве между НАСА, Государственным университетом Северной Каролины и Университетом A&T Северной Каролины привело к созданию полномасштабной модели HL-20 PLS для дальнейших исследований человеческого фактора в этой концепции. [1] [6] Из всех вариантов подъемный кузов представляет собой наиболее идеальную медицинскую среду с точки зрения контролируемой среды, а также низкой перегрузки при входе в атмосферу и приземлении. [2] Однако цена проекта HL-20 составила 2 миллиарда долларов США, и Конгресс исключил программу из бюджета НАСА в 1990 году. [1]
В рамках своих широкомасштабных исследований потенциальных программ пилотируемых космических полетов Европейское космическое агентство (ЕКА) в октябре 1992 года начало шестимесячное первое исследование ACRV. Главными подрядчиками исследования были Aérospatiale , Alenia Spazio и Deutsche Aerospace. . [7]
ЕКА изучило несколько концепций CRV:
Программа ACRV ЕКА стоимостью 1,7 миллиарда долларов США была отменена в 1995 году, хотя протесты Франции привели к заключению двухлетнего контракта на проведение дальнейших исследований, что привело к созданию уменьшенной в размерах капсулы -демонстратора входа в атмосферу , которая была запущена в полет в 1997 году. [7] [11] ] Вместо этого ЕКА решило присоединиться к программе НАСА X-38 CRV в мае 1996 года, после того как эта программа завершила свою фазу А исследования. [7]
Идея использовать построенный в России корабль в качестве CRV возникла еще в марте 1993 года, когда президент Билл Клинтон поручил НАСА перепроектировать космическую станцию «Свобода» и рассмотреть возможность включения российских элементов. Тем летом проект был пересмотрен, в результате чего была создана космическая станция Альфа (позже Международная космическая станция ). Одним из российских элементов, рассматриваемых в рамках модернизации, было использование «спасательных шлюпок» «Союз». Было подсчитано, что использование капсул «Союз» для целей CRV сэкономит НАСА 500 миллионов долларов США по сравнению со стоимостью, ожидаемой для Freedom . [12]
Однако в 1995 году совместное предприятие «Энергии» , Rockwell International и Хруничева предложило проект «Спасательной шлюпки Альфа» , созданный на основе спускаемого аппарата «Заря» . Для спускаемого двигателя использовался твердотопливный двигатель, а в маневровых двигателях использовался холодный газ, так что его жизненный цикл на станции должен был составлять пять лет. Однако в июне 1996 года этот проект был отклонен в пользу программы НАСА CRV/X-38. [13]
Помимо обозначения общей роли в программе МКС, название «Корабль для возвращения экипажа» также относится к конкретной программе проектирования, инициированной НАСА и к которой присоединилось ЕКА. Идея заключалась в создании космического самолета, предназначенного только для выполнения функций CRV. Таким образом, у него должно было быть три конкретные миссии: медицинское возвращение, возвращение экипажа в случае, если МКС станет непригодной для жизни, и возвращение экипажа, если МКС не может быть пополнена. [14]
В качестве продолжения программы HL-20 НАСА намеревалось применить к программе концепцию администратора Дэна Голдина «лучше, быстрее, дешевле». [15] Концепция проекта CRV включала три основных элемента: спускаемый аппарат с подъемным корпусом, международный причально-стыковочный модуль и двигательную ступень для схода с орбиты. Машина должна была быть спроектирована так, чтобы в ней могли разместиться до семи членов экипажа без рукавов. Из-за необходимости иметь возможность действовать с выведенными из строя членами экипажа полет и десантирование должны были выполняться автономно. [14] В конструкции CRV не было двигательной установки космического маневрирования. [16]
НАСА и ЕКА договорились, что CRV будет спроектирован для запуска на базе одноразовой ракеты-носителя (ELV), такой как Ariane 5 . [16] Программа предусматривала строительство четырех автомобилей CRV и двух причально-стыковочных модулей. Корабли и причально-стыковочные модули должны были быть доставлены на МКС с помощью космического корабля "Шаттл", и каждый из них должен был оставаться в стыковке в течение трех лет. [14]
В зависимости от того, какая миссия выполнялась, максимальная продолжительность миссии должна была составлять до девяти часов. Если бы миссия была связана с экстренным медицинским возвращением, продолжительность миссии могла бы быть сокращена до трех часов при условии оптимальной последовательности между вылетом МКС и спуском с орбиты/возвращением в атмосферу. [14] В обычных условиях процесс расстыковки может занять до 30 минут, но в случае чрезвычайной ситуации CRV может отделиться от МКС всего за три минуты. [17]
CRV должен был иметь длину 29,8 футов (9,1 м) и объем кабины 416,4 футов 3 (11,8 м 3 ). Максимальная посадочная масса должна была составлять 22 046 фунтов (10 000 кг). Автономная система посадки предназначалась для размещения машины на земле в пределах 3000 футов (0,9 км) от намеченной цели. [14]
Двигательная ступень схода с орбиты была спроектирована компанией Aerojet GenCorp по контракту с Центром космических полетов Маршалла . Модуль должен был быть прикреплен к кормовой части космического корабля в шести точках, его длина составляла 15,5 футов (4,72 м), а ширина - 6 футов (1,83 м). Полностью заправленный модуль будет весить около 6000 фунтов (2721,5 кг). Модуль был спроектирован с восемью ракетными двигателями тягой 100 фунтов силы (0,44 кН), работающими на гидразине , которые должны были работать в течение десяти минут, чтобы свести CRV с орбиты. Затем восемь двигателей управления реакцией будут контролировать положение корабля во время схода с орбиты. После завершения горения модуль должен был быть выброшен за борт, и большая часть его массы сгорела бы при повторном входе в атмосферу. [17]
Кабина CRV была спроектирована как «кабина без окон», поскольку окна и лобовые стекла увеличивают вес конструкции и создают дополнительные риски полета для космического корабля. Вместо этого CRV должен был иметь систему «виртуального окна кабины», которая использовала инструменты синтетического зрения для обеспечения пассажирам всепогодного, дневного или ночного трехмерного визуального отображения в реальном времени. [18]
Чтобы разработать конструкцию и технологии для действующего CRV за небольшую часть стоимости других космических аппаратов, НАСА запустило программу по разработке серии недорогих аппаратов быстрого прототипирования, получивших обозначение X-38 Advanced Technology Demonstrators. . [19] Как описано в Бюллетене EAS 101 , программа X-38 «представляет собой многократную демонстрацию технологий и программу снижения рисков, находящую свое первое применение в качестве первопроходца для действующего корабля возвращения экипажа (CRV) для Международной космической станции (МКС). )" [14] [20]
НАСА выступало в качестве генерального подрядчика программы X-38, а космический центр Джонсона возглавил проект. Все аспекты строительства и развития осуществлялись собственными силами, хотя конкретные задачи передавались на подряд. [20] Для производства CRV НАСА намеревалось выбрать внешнего генерального подрядчика для строительства корабля. [21]
Было запланировано четыре испытательных автомобиля, но построено только два, оба атмосферные. Планеры, которые в основном были построены из композитных материалов, были построены по контракту с компанией Scaled Composites . Первый совершил свой первый полет 12 марта 1998 года. В X-38 использовалась уникальная система приземления на парафойле , разработанная Pioneer Aerospace. Парафойл, надуваемый набегающим воздухом, использованный в программе летных испытаний, был самым большим в мире, его площадь составляла 7500 кв. футов (700 м 2 ). Парафойл активно управлялся бортовой системой наведения, основанной на GPS-навигации. [22]
Планы НАСА по программе разработки не включали эксплуатационные испытания реального CRV, которые предполагали бы его запуск к МКС, пребывание там в стыковке до трех месяцев, а затем проведение «пустого» возвращения на Землю. Вместо этого НАСА планировало «оценить человеком» космический корабль на основе результатов орбитальных испытаний X-38. Три независимые исследовательские группы, а также Управление генерального инспектора НАСА выразили обеспокоенность по поводу мудрости и безопасности этого плана. [21]
Метод быстрого прототипирования в отличие от подхода последовательного проектирования, разработки, испытаний и инженерной оценки также вызвал некоторые опасения по поводу программного риска. [20]
В 1999 году НАСА прогнозировало стоимость программы X-38 в 96 миллионов долларов США (средства перспективных проектов космических полетов), а фактическую программу CRV - в 1,1 миллиарда долларов США (средства программы МКС). [21] Год спустя стоимость X-38 выросла до 124,3 миллиона долларов США, причем увеличенная стоимость была оплачена из фондов ISS. [20] Частично увеличение стоимости было связано с необходимостью эксплуатационных испытаний CRV как минимум с одним, а возможно и с несколькими запусками шаттлов. [23]
ЕКА решило не финансировать программу CRV напрямую, а вместо этого решило позволить правительствам-участникам ЕКА финансировать программу индивидуально, начиная с 1999 года. [16] Бельгия, Франция, Германия, Нидерланды, Италия, Испания, Швеция и Швейцария. все указали, что внесут существенный вклад. [14]
Финансирование США CRV НАСА/ЕКА никогда не было решенным вопросом. В законопроекте о финансировании 2002 финансового года Конгресс рекомендовал сумму финансирования в размере 275 миллионов долларов США, но ясно дал понять, что это условно:
[Комитет] не планирует предоставлять дополнительные средства для этой цели, если не будет ясно, что Администрация и международные партнеры привержены использованию Международной космической станции в качестве исследовательского центра. По этой причине формулировка, включенная в законопроект, приведет к отмене суммы в 275 000 000 долларов, если администрация не запросит не менее 200 000 000 долларов на машину для возвращения экипажа в бюджетном запросе НАСА на 2003 финансовый год.
Кроме того, финансирование программы CRV было привязано к обоснованию Администрацией миссии МКС:
К 1 марта 2002 года президент должен представить комитетам по ассигнованиям Палаты представителей и Сената комплексный план, отвечающий следующим условиям: Во-первых, четкое и недвусмысленное заявление о роли исследований в программе Международной космической станции. Во-вторых, подробное описание предпринимаемых усилий по обеспечению жилыми помещениями для постоянного экипажа численностью не менее шести человек... В-третьих, ожидаемые затраты на программу возвращения транспортных средств для экипажа к финансовому году... В-четвертых, относительный приоритет программы создания средств возвращения экипажа в контексте Международной космической станции. Комитет не намерен предоставлять какие-либо дополнительные средства или одобрять выделение каких-либо из 275 миллионов долларов, предусмотренных в этом законопроекте, до тех пор, пока все условия не будут полностью выполнены. [24]
29 апреля 2002 года НАСА объявило об отмене программ CRV и X-38 из-за бюджетных ограничений, связанных с другими элементами МКС. [25] Агентство столкнулось с нехваткой 4 миллиардов долларов США и поэтому радикально изменило масштаб МКС, назвав новую версию US Core Complete . Эта уменьшенная станция не включала CRV на базе X-38. Хотя в бюджете Палаты представителей на 2002 финансовый год было предложено 275 миллионов долларов США для CRV, это не было включено в окончательный проект бюджета. Однако участники конференции Палаты представителей и Сената увидели необходимость оставить варианты CRV открытыми, полагая, что модернизация НАСА и последующее удаление CRV преждевременны, и поэтому поручили НАСА потратить до 40 миллионов долларов США на поддержание программы X-38. [26]
Отмена CRV вызвала собственную полемику: конгрессмен Ральф Холл (штат Техас) подверг НАСА критике в открытом письме [27], подробно описав три области критики:
Ответы администратора НАСА Шона О'Кифа не удовлетворили г-на Холла [28], но решение осталось в силе.
В рамках Интегрированного плана космических перевозок НАСА (ISTP), который реструктурировал Инициативу космических запусков (SLI), в 2002 году основное внимание было перенесено на разработку орбитального космического самолета (OSP) (ранее называвшегося Crew Transfer Vehicle или CTV). [29] , который будет служить как транспортным средством для экипажа, так и CRV. В ходе реструктуризации приоритеты программы были изменены, как заявило НАСА: «Потребности НАСА в транспортировке американского экипажа на космическую станцию и обратно являются движущей потребностью в космических перевозках и должны рассматриваться как приоритет агентства. НАСА несет ответственность за обеспечение возможности для экстренного возвращения экипажа МКС. В настоящее время ближайшей задачей SLI является проектирование и разработка развиваемой и гибкой архитектуры транспортного средства, которая первоначально обеспечит возможность возвращения экипажа, а затем превратится в транспортное средство для перевозки экипажа». [29]
Исследование корабля-переносчика/спасателя экипажа, проведенное в рамках программы SLI в 2002 году, пришло к выводу, что многоцелевой орбитальный космический самолет, который может выполнять как функции доставки экипажа, так и функции возвращения экипажа на космическую станцию, жизнеспособен и может обеспечить максимально долгий срок службы. -срочная выгода от инвестиций НАСА. Одна из ключевых задач OSP, как это было определено НАСА в 2002 году, заключалась в обеспечении «возможности спасения не менее четырех членов экипажа космической станции как можно скорее, но не позднее 2010 года». В рамках программы оценки полета, которая должна была изучить и проверить технологии, которые будут использоваться в OSP, НАСА инициировало программу X-37 , выбрав Boeing Integrated Defense Systems в качестве генерального подрядчика. [30]
Тем не менее, OSP подвергся резкой критике со стороны Конгресса за слишком ограниченную миссию («...основной недостаток OSP заключается в том, что, как предполагается в настоящее время, он никуда не ведет, кроме космической станции») [31] и за то, что он стоит столько же, сколько и От 3 до 5 миллиардов долларов США.
Затем, в 2004 году, фокус НАСА снова изменился, с OSP на Crew Exploration Vehicle (CEV), а проект X-37 был передан в DARPA , где некоторые аспекты разработки технологий были продолжены, но только в качестве корабля для атмосферных испытаний. . [32]
После отмены OSP капсула «Аполлона» снова рассматривалась на предмет использования в качестве CRV, на этот раз НАСА в марте 2003 года. Концепция (CRV) с экипажем из 4–6 человек, по-видимому, потенциально соответствует большинству требований OSP CRV Level 1. Транспортное средство для перевозки экипажа (CTV), созданное на основе Apollo, также, по-видимому, сможет удовлетворить большую часть требований OSP. Требования CTV уровня 1 с добавлением сервисного модуля. Команда также предположила, что будет возможность рассмотреть концепцию Apollo CSM для общей системы CRV/CTV. Далее был сделан вывод, что использование командного модуля Apollo (CM) и. Служебный модуль (SM) в качестве CRV и CTV МКС имеет достаточные преимущества, чтобы гарантировать серьезное детальное исследование производительности, стоимости и графика этого подхода по сравнению с другими подходами OSP к тем же требованиям уровня 1». [33]
Исследование выявило ряд проблем при разработке этого варианта: «С одной стороны, система «Аполлон» хорошо изучена и оказалась очень успешной, надежной системой с очень эффективной системой прерывания запуска. Документация была бы очень полезна в этом случае. С другой стороны, почти каждую систему пришлось бы перепроектировать, даже если бы ее нужно было тиражировать. Ни одно из существующих аппаратных средств (например, КМ в музеях) не считалось пригодным для использования из-за возраста, устаревания. отсутствие отслеживаемости и погружение в воду. Не будет необходимости в топливных элементах или криогенике, а современное наведение и связь будут легче и дешевле, хотя летное оборудование будет менее дорогим, и его влияние на одноразовые ракеты-носители будет большим. минимально (это просто еще одна осесимметричная полезная нагрузка), посадочные площадки для CRV могут привести к увеличению затрат на жизненный цикл. За счет добавления служебного модуля (меньшего, чем тот, который требуется для полета на Луну), поперечная дальность орбиты составляет от 3000 до 5000 футов. /с (1500 м/с), а количество посадочных площадок радикально сократить. Если к системе можно будет безопасно добавить наземные посадки, это приведет к еще одному значительному сокращению затрат в течение жизненного цикла, поскольку команда считала, что систему можно сделать многоразовой» [33] .
Благодаря аэродинамическим характеристикам капсулы перегрузки находятся в умеренном диапазоне (от 2,5 до 3,5 г ). Однако с медицинской точки зрения капсула типа «Аполлон» имеет ряд недостатков. Капсула Аполлона будет иметь внутреннее атмосферное рабочее давление всего 5 фунтов на квадратный дюйм, в отличие от 14,5 фунтов на квадратный дюйм на станции. Кроме того, посадка на воду в короткие сроки приводит к значительным задержкам в восстановлении капсулы. [2]
После отмены программ X-38 и CRV в 2001 году стало ясно, что временное использование капсул «Союз» станет долгосрочной необходимостью. Чтобы сделать их более совместимыми с потребностями МКС, с «Энергией» был заключен контракт на модификацию штатной капсулы «Союз ТМ» до конфигурации ТМА. [34] [35] Основные изменения включают внутреннюю планировку с новыми, улучшенными сиденьями, отвечающими более крупным антропометрическим стандартам американских астронавтов. [36] В 1998 и 1999 годах была произведена серия испытательных падений усовершенствованной капсулы с грузового самолета Ил-76 для проверки посадочных возможностей ТМА. [37]
Капсула «Союз-ТМА» всегда прикреплена к МКС в режиме «дежурства» на случай возникновения нештатных ситуаций. Срок службы ТМА при такой конфигурации составляет около 200 дней, прежде чем его придется вывести из эксплуатации из-за разложения перекиси водорода, используемой в его системе управления реакцией. [38] Из-за этого ограничения стандартный цикл замены автомобиля запланирован на шесть месяцев. Первый полет ТМА к МКС состоялся 29 октября 2002 года с полетом корабля «Союз ТМА-1». [39]
Поскольку ТМА ограничен тремя пассажирами, МКС также была ограничена этим количеством пассажиров, что резко сокращает объем исследований, которые можно проводить на борту МКС, до 20 человеко-часов в неделю, что намного ниже, чем ожидалось. когда была спроектирована станция. [40] С началом 20-й экспедиции в мае 2009 года численность экипажа МКС была увеличена с 3 до 6 человек с одновременной стыковкой двух кораблей «Союз».
В 2008 году НАСА начало управлять программой (CCDev) по финансированию разработки коммерческих технологий перевозки экипажей. В рамках программы финансировались заявки на разработку конкретных технологий и присуждались награды по достижении определенных этапов. В первый раунд получателей в начале 2010 года вошли Boeing за капсулу CST-100 и корпорация Sierra Nevada за космический самолет Dream Chaser . Дальнейшие предложения, представленные в конце 2010 года для второго раунда финансирования, включали Orbital Sciences Corporation для ее космического самолета «Прометей» и SpaceX для разработки системы прерывания запуска для ее космического корабля Dragon .
{{cite web}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )Мне кажется очевидным, что новые оценки стоимости и графика строительства CRV основаны не на тщательном техническом анализе, а, скорее, на желании представить развитие CTV в более благоприятном свете.