Термины Androgynous Peripheral Attach System ( APAS ), Androgynous Peripheral Assembly System ( APAS ) и Androgynous Peripheral Docking System ( APDS ) [1] [2] используются взаимозаменяемо для описания российского семейства стыковочных механизмов космических аппаратов , а также иногда используются в качестве общих названий для любой стыковочной системы в этом семействе. Система, похожая на APAS-89/95, используется китайским космическим аппаратом Shenzhou . [3]
Название системы имеет русское происхождение и является аббревиатурой АПАС на кириллице от русского Андрогинно-периферийный агрегат стыковки ( Androginno-periferiynyy agregat stykovki ). Английская аббревиатура была разработана так, чтобы представлять собой те же буквы, но в латинском алфавите, для которого первые два слова являются прямыми аналогами оригинала. Третье слово на русском языке происходит от немецкого Aggregat , что означает «сложный механизм», а последнее означает «стыковка». Последние два слова в английском названии были выбраны так, чтобы начинаться с тех же эквивалентных букв, что и в русском названии. [ необходима цитата ]
Идея дизайна заключается в том, что в отличие от стыковочной системы зонд-и-дрог , любое стыковочное кольцо APAS может сопрягаться с любым другим стыковочным кольцом APAS; обе стороны андрогинны . В каждой стыковке есть активная и пассивная сторона, но обе стороны могут выполнять любую из ролей. Существует три основных варианта APAS.
Разработанный совместно американскими и советскими инженерами в ходе серии личных встреч, писем и телеконференций, APAS-75 изначально планировалось использовать в американской миссии на космическую станцию «Салют» , которая вместо этого стала «Аполлон-Союз» . [4] Между американской и советской версией стыковочного механизма были различия, но они все еще были механически совместимы. Вначале американцы называли устройство как стыковочным механизмом международной миссии по сближению и стыковке (IRDM), так и международной стыковочной системой. [5] В пресс-пакете NASA для ASTP устройство называется андрогинной периферийной стыковочной системой (APDS). [1]
В отличие от предыдущих систем стыковки, любой блок APAS-75 мог брать на себя активную или пассивную роль по мере необходимости. Для стыковки лопатообразные направляющие выдвинутого активного блока (справа) и втянутого пассивного блока (слева) взаимодействовали для грубого выравнивания. Кольцо, удерживающее направляющие, смещалось, чтобы совместить защелки активного блока с защелками пассивного блока. После того, как они зацеплялись, амортизаторы рассеивали остаточную энергию удара в американском блоке; механические аттенюаторы выполняли ту же функцию на советской стороне. Затем активный блок втягивался, чтобы свести стыковочные кольца вместе. Направляющие и гнезда в стыковочных кольцах завершали выравнивание. Четыре пружинных толкателя раздвигали космический корабль при расстыковке. [6]
Американцы выбрали компанию North American Rockwell для строительства семи стыковочных механизмов (двух летных, четырех испытательных и одного запасного). [7]
Советский Союз построил пять космических кораблей «Союз» , которые использовали APAS-75. Первые три летали в качестве испытательных систем ( Космос 638 , Космос 672 и Союз 16 ). Один использовался для испытательного проекта «Аполлон-Союз», «Союз-19» был единственным «Союзом», который фактически использовал стыковочную систему, а последний летал как «Союз-22» . С американской стороны стыковочный модуль «Аполлон-Союз» нес один стыковочный узел APAS-75 и один стыковочный узел «Аполлон».
В апреле 1970 года администратор НАСА Томас О. Пейн на неформальной встрече с российским академиком Анатолием Благонравовым в Нью-Йорке предложил, чтобы две страны сотрудничали в области безопасности астронавтов, включая совместимое стыковочное оборудование на космических станциях и космических кораблях для обеспечения спасательных операций в чрезвычайных ситуациях в космосе. [8]
Инженер Колдуэлл Джонсон предложил систему колец и конусов на встрече в Москве в октябре 1970 года. [9] Борис Н. Петров отверг простую адаптацию «Аполлона» и «Союза» как «космический трюк» и предложил разработать универсальный стыковочный механизм. Джонсон предложил Центру пилотируемых космических кораблей (ЦПК) разработать «проект, специально отвечающий требованиям конкретной миссии CSM/Салют, проект, представляющий только основную форму и функцию стыковочного устройства, удовлетворяющего требованиям совместимой стыковочной системы для будущих космических кораблей». [9]
Во время встречи в Хьюстоне в июне 1971 года советский специалист по стыковке Валентин Н. Бобков указал, что Советы также отдают предпочтение некоторой версии двойного кольца и конуса. [5] Бобков проиллюстрировал с помощью эскизов, что общий диаметр стыковочной системы не может превышать 1,3 метра, поскольку любая более крупная система потребует изменения пускового кожуха. [5] Когда Джонсон поднял вопрос об изменении кожуха, Советы подчеркнули большое влияние, которое окажет такая модификация. [5] Помимо необходимости спроектировать новый кожух, им придется проверить аэродинамику запуска измененного оборудования. [5] Американцы надеялись выступить за больший туннель, но такое изменение оказалось слишком большим для их коллег. [5]
После июньских встреч Джонсон поручил Биллу Кризи и его конструкторам-механикам поработать над предварительным проектом стыковочного механизма. [5] К тому времени, как делегация НАСА отправилась в Москву, команда Кризи спроектировала и построила стыковочную систему из двух колец и конусов длиной 1 метр, которая имела четыре направляющих пальца и аттенюаторы на обоих кольцах, так что любая половина могла быть активной или пассивной во время стыковки. [5] Лаборатория конструкций и механики в MSC сняла 16-миллиметровые фильмы, демонстрирующие эту систему в действии, которые Джонсон привез в Москву в ноябре вместе с брошюрой, описывающей систему, и моделью захватных защелок. [5] К удивлению Джонсона, Владимир Сыромятников работал над вариацией концепции кольца и конуса НАСА с октября прошлого года. [5] Вместо четырех направляющих пальцев в американском предложении Сыромятников предложил три, а вместо гидравлических амортизаторов он предложил электромеханические аттенюаторы. [5] По сути, Советы приняли идею использования набора взаимозацепляющихся пальцев для направления двух половин стыковочного механизма от точки первоначального контакта до захвата. [5] Концепция использования амортизирующих аттенюаторов на кольце захвата активного космического корабля для смягчения удара двух сближающихся космических кораблей также была приемлемой. [5] Обе группы инженеров планировали убрать активную половину стыковочного механизма с помощью электрической лебедки для наматывания кабеля. [5] После того, как они будут убраны, структурные или корпусные защелки будут задействованы для фиксации двух кораблей вместе. Необходимо было решить три основных вопроса — количество направляющих, тип аттенюаторов и тип структурных защелок — прежде чем можно будет приступить к проектированию универсальной системы. [5]
Джонсон, Кризи и другие инженеры в Отделе проектирования космических аппаратов хотели использовать четыре направляющие, поскольку считали, что это обеспечивает наилучшую геометрию при использовании гидравлических аттенюаторов. [5] Как впоследствии объяснил Билл Кризи, наиболее вероятной ситуацией отказа при использовании гидравлических аттенюаторов была бы утечка, которая привела бы к разрушению одного амортизатора при ударе. [5] Изучение различных комбинаций привело специалистов MSC к выводу, что четыре направляющие и восемь амортизаторов являются оптимальной конструкцией. [5] Кризи также указал, что наиболее вероятной проблемой с электромеханической системой было бы замерзание или заклинивание одной из пар аттенюаторов. [5] Таким образом, Советы стремились минимизировать количество пар в своей системе по той же причине, по которой американцы предпочитали большее количество, чтобы ограничить вероятность того, что что-то пойдет не так. [5]
Поскольку Соединенные Штаты не имели значительного инженерного или аппаратного капитала в своем предлагаемом проекте, а СССР имел значительный капитал в своем предлагаемом проекте, советский проект был выбран в качестве базового для следующего этапа исследования. [5]
К концу встречи в ноябре-декабре обе команды подписали набор протоколов, в которых излагалась основная концепция универсальной андрогинной стыковочной системы. [5] В официальном заявлении говорилось: «Концепция проекта включает в себя кольцо, оборудованное направляющими и захватными защелками, которые были расположены на подвижных стержнях, которые служат аттенюаторами и втягивающими приводами, и стыковочное кольцо, на котором расположены периферийные сопрягаемые захватные защелки со стыковочным уплотнением». [5] Основная информация о формах и размерах направляющих также была включена в протокол. [5] Они должны были быть сплошными, а не стержневыми; как впервые предложили Советы, и их должно было быть три. [5] Пока выполнялось требование по поглощению стыковочных усилий, каждая сторона могла свободно выполнять фактическую конструкцию аттенюатора так, как она считала нужным. [5] Советы планировали использовать электромеханический подход, разработанный для стыковочного зонда «Союз», а американцы предложили придерживаться гидравлических амортизаторов, аналогичных тем, которые использовались на зонде «Аполлон». [5] Это предложение также предусматривало разработку стыковочного оборудования, которое можно было бы использовать как в активном, так и в пассивном режиме: когда одна система корабля была активна, другая была бы пассивной. [5]
Рассматривая детальную конструкцию механизма, обе стороны также согласились, что захватные защелки будут соответствовать конструкции, разработанной в MSC, а структурные защелки и кольцо будут соответствовать советскому образцу. [5] Эти парные наборы крючков успешно использовались как на «Союзе», так и на «Салюте». [5] Кроме того, группа пришла к согласию относительно деталей, касающихся выравнивающих штифтов, пружинных двигателей (для помощи в разделении космического корабля при расстыковке) и расположения электрических разъемов. [5] Чтобы оценить концепцию стыковочной системы и обеспечить установление совместимости на ранней стадии разработки, мужчины планировали построить испытательную модель в масштабе две пятых, точные детали которой будут определены на следующем совместном совещании. [5]
По возвращении в Хьюстон Колдуэлл Джонсон подготовил меморандум, чтобы задокументировать некоторые неформальные договоренности, достигнутые в Москве. [5] Он указал, что это отразилось «на том, как две страны будут проводить и координировать следующую фазу инженерных исследований этих систем... Договоренности... достигались чаще всего вне официальных встреч, и поэтому вряд ли будут сообщены иным образом». [5] Например, в области диаметра люка он отметил, что «стало очевидно с самого начала... что диаметр люка больше примерно 800 мм не может быть включен в космический корабль «Салют» без больших трудностей», но MSC «давно смирилась» с диаметром испытательного люка менее 1 метра. [5] Джонсон продолжил комментировать, что «сборка кольца захвата по-разному называлась кольцом и конусом, двойным кольцом и конусом, кольцом и пальцами. [5] Отныне было решено называть кольцо захвата «кольцом», а пальцы «направляющими»» [5]
Билл Кризи и несколько его коллег работали с Евгением Геннадьевичем Бобровым за чертежным столом, чтобы составить эти первые советско-американские инженерные чертежи. [10] Ларри Рэтклифф начертил кольцо захвата и направляющие на чертежной бумаге, а Роберт МакЭлия предоставил детали структурного интерфейсного кольца, в то время как Бобров подготовил аналогичный чертеж для структурных защелок. [10] Затем ТО Росс взял эти чертежи и провел размерный анализ, чтобы убедиться, что все элементы совместимы. [10] Соглашение о технических спецификациях для стыковочной системы открыло путь для НАСА к началу обсуждений с Роквеллом о создании стыковочной системы. [10]
В апреле 1972 года Советы сообщили НАСА, что они решили использовать космический корабль «Союз» вместо космической станции «Салют» по экономическим и техническим причинам. [4]
Окончательное официальное одобрение совместной стыковочной миссии было получено в Москве 24 мая 1972 года. Президент США Никсон и премьер-министр СССР Алексей Николаевич Косыгин подписали Соглашение о сотрудничестве в исследовании и использовании космического пространства в мирных целях, включая разработку совместимых систем стыковки космических кораблей для повышения безопасности пилотируемых космических полетов и обеспечения возможности проведения совместных научных экспериментов. [8] Первый полет для испытания систем должен был состояться в 1975 году с модифицированными космическими кораблями «Аполлон» и «Союз». [8] Помимо этой миссии, надеялись, что будущие пилотируемые космические корабли двух стран смогут стыковаться друг с другом. [8]
В июле 1972 года группа сосредоточилась на более полном описании спецификаций для стыковочной системы. [11] Некоторые уточнения были сделаны в руководствах и других частях механизма; как и в случае с другими группами, был написан график на предстоящие месяцы, указывающий документы, которые должны быть подготовлены, и испытания, которые должны быть проведены. [11] После того, как группа тщательно рассмотрела американскую стыковочную систему масштаба две пятых, что помогло конструкторам обсудить работу механизма и принять решение об усовершенствованиях, они запланировали совместные модельные испытания на декабрь. [11] Тогда инженеры смогут увидеть, как именно элементы сопряжения системы одной страны сопрягаются с элементами другой. [11] Советы заявили, что они составят «План испытаний для масштабных моделей стыковочной системы «Аполлон»/«Союз»» (IED 50003), в то время как американцы нарисуют размеры модели и испытательные приспособления. [11]
Под руководством Сыромятникова советская группа подготовила документацию на английском и русском языках и подготовила модель стыковочной системы в масштабе две пятых для совместного заседания. [12] Некоторые американцы отметили, что хотя механизм СССР был более сложным механически, чем американский, он был пригоден для миссии и «сложным» в своем исполнении. [12] Обе стороны рассмотрели и подписали план испытаний модели в масштабе две пятых и запланировали испытания на декабрь в Москве. [12]
Предварительный обзор систем (PSR) планировался как «формальный обзор конфигурации ... начатый ближе к концу концептуальной фазы, но до начала детального проектирования» работы над стыковочным механизмом. [12] В рамках своей презентации Совету по предварительному обзору систем (Совет являлся техническим директором) Дон Уэйд и Сыромятников включили все данные испытаний, спецификации и чертежи для стыковочной системы, а также оценку конструкции механизма. Выслушав их отчет, Ланни и Бушуев посчитали, что необходимо дальнейшее изучение трех проблемных областей. [12] Во-первых, их внимание привлекло требование к пружинному двигателю, разработанному для помощи в разделении двух космических аппаратов, поскольку неспособность этого двигателя сжиматься должным образом могла помешать завершению стыковки. [12] Во-вторых, Ланни и Бушуев подчеркнули важность индикатора, который бы проверял, что структурные защелки были на месте. [12] Американская система предоставила информацию о функционировании каждой защелки, но не указала, что уплотнения интерфейса были сжаты, в то время как советская система предоставила данные о сжатии уплотнений, но не о защелках. [12] Чтобы гарантировать структурную целостность переходного туннеля, было важно знать, что все восемь защелок были закрыты. [12] Третьей проблемной областью была возможность непреднамеренного открытия структурных защелок. [12] Бушуев и Ланни призвали к тщательной переоценке всех этих вопросов и посоветовали группе представить им свои конкретные рекомендации в декабре и январе. [12]
Групповые испытания модели в масштабе 2/5 и вторая часть предварительного обзора систем стыковки были последним совместным мероприятием, запланированным на 1972 год. [13] Американцы прибыли в Москву 6 декабря и работали до 15 декабря. [13] Испытания масштабных моделей проходили в Институте космических исследований в Москве. [13]
Испытания полномасштабных советских и американских стыковочных систем начались в Хьюстоне в октябре 1973 года. [14]
Когда СССР начал работать над «Миром» , они также работали над программой шаттла «Буран» . APAS-89 предполагалось использовать в качестве стыковочной системы для «Бурана» с космической станцией «Мир». Конструкция APAS-75 была сильно изменена. Внешний диаметр был уменьшен с 2030 мм до 1550 мм, а лепестки выравнивания были направлены внутрь, а не наружу. Это ограничило внутренний диаметр прохода стыковочного узла примерно до 800 мм. [15] Шаттл «Буран» был окончательно отменен в 1994 году и никогда не летал на космическую станцию «Мир», но модуль «Кристалл» станции «Мир» был оснащен двумя стыковочными механизмами APAS-89. Стыковочный модуль «Мир» , по сути являющийся промежуточным модулем между «Кристаллом» и «Шаттлом», также использовал APAS-89 с обеих сторон.
APAS была выбрана для программы «Шаттл-Мир» и произведена российской компанией РКК «Энергия» по контракту на 18 миллионов долларов, подписанному в июне 1993 года. [16] Rockwell International, генеральный подрядчик по шаттлу, приняла поставку оборудования от «Энергии» в сентябре 1994 года [16] и интегрировала его в систему стыковки орбитального модуля космических челноков — дополнение, которое устанавливалось в отсеке полезной нагрузки и изначально предназначалось для использования с космической станцией «Фридом» .
Хотя код APAS для шаттла «Энергия» — APAS-95, его описывают как в основном такой же, как APAS-89. [17] Его масса составляла 286 кг. [16]
APAS-95 был выбран для соединения американского и российского модулей на Международной космической станции (МКС) и для обеспечения стыковки космического челнока. Система стыковки орбитального корабля шаттла осталась неизменной с момента ее использования в программе «Шаттл–Мир» в 1995 году. Активное кольцо захвата, выступающее из космического корабля, захватило пассивное стыковочное кольцо на соединении APAS-95 космической станции на герметичном стыковочном адаптере . Захватное кольцо выровняло их, стянуло вместе и развернуло 12 структурных крючков, защелкнув две системы герметичным уплотнением. Герметичные стыковочные адаптеры постоянно пассивны.
ASA-G используется только шлюзом Nauka Science (или Experiment) для причаливания к передовому порту Nauka 4 мая 2023 года, 01:00 UTC во время выхода в открытый космос VKD-57. Неандрогинный механизм причаливания является уникальным гибридным производным российской системы APAS-89/APAS-95, поскольку он имеет 4 лепестка вместо 3 вместе с 12 структурными крюками и представляет собой комбинацию активного механизма мягкой стыковки «зонд и дроуг» на порту и пассивной цели на шлюзе. [18]
Хотя внутреннее обозначение АПАС Шаттла на «Энергии» — АПАС-95, по сути, это то же самое, что и АПАС-89 Бурана.
.jpg/1280px-Orbiter_Docking_System_(STS-98).jpg)