Орбитальный сегмент США ( USOS ) — это название, данное компонентам Международной космической станции (МКС), построенной и эксплуатируемой Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства США (НАСА), Европейским космическим агентством (ЕКА), Канадским космическим агентством (CSA). ) и Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA). Сегмент состоит из одиннадцати герметичных компонентов и различных внешних элементов, почти все из которых были доставлены с помощью космического корабля "Шаттл" .
Этот сегмент контролируется и контролируется из различных центров управления полетами по всему миру, включая Космический центр Джонсона в Хьюстоне, штат Техас , Центр управления Колумбусом в Оберпфаффенхофене , Германия и Космический центр Цукуба в Цукубе , Япония. Однако от российского орбитального сегмента зависят основные системы управления полетом, поддержания орбитальной станции и жизнеобеспечения. [1]
Орбитальный сегмент США состоит из 10 герметичных модулей. Из них семь обитаемых, а три — соединительные узлы с крупными портами. Порты используются для соединения модулей вместе или служат причалами и стыковками для космических кораблей.
Каждый из узлов имеет порты, называемые общими причальными механизмами (CBM). Все три узла имеют 4 порта снаружи и по 1 порту на каждом конце, всего 6 портов. В дополнение к 18 портам на узлах есть дополнительные порты на модулях, большинство из которых используются для соединения модулей вместе, а неиспользуемые порты CBM могут причаливать один из космических кораблей снабжения MPLM, HTV, Dragon Cargo или Cygnus. Есть два адаптера PMA , которые заменяют порты CBM на стыковочные порты , которые используются на кораблях «Союз», «Прогресс», «Автоматизированный транспортный корабль» и бывшем «Спейс шаттле».
Первым компонентом герметичного сегмента USOS является Unity . В кормовой части Unity находится герметичный стыковочный адаптер (PMA) 1. PMA-1 соединяет Unity с российским сегментом . «Юнити» также соединен с шлюзом «Квест» на правом борту, «Спокойствие» на левом борту и фермой Z1 на зените . Лаборатория Destiny соединяется с передней частью, ведущей к остальной части USOS. Unity также используется экипажами на борту МКС, чтобы вместе перекусить и провести время в простое. Узел «Единство» был доставлен на станцию кораблем СТС-88 6 декабря 1998 года. [2]
Гармония является центральным соединительным узлом USOS. «Гармония» соединяется с лабораторией «Дестини» в кормовой части, лабораторией «Кибо» с левым бортом и лабораторией «Колумбус» с правым бортом. Порты надира и зенита узла Гармонии также служат портом причала для транспортных средств H-II (HTV), транспортных средств снабжения Dragon и Cygnus . В передней части «Гармонии» находится PMA-2, который использовался при посещении космических шаттлов в качестве стыковочного адаптера и в будущих пилотируемых полетах на МКС. 18 июля 2016 года на борту SpaceX CRS-9 НАСА запустило International Docking Adaptor-2, предназначенный для преобразования стыковочного адаптера Shuttle APAS-95 в стыковочную систему NASA для использования с SpaceX Dragon 2 и Boeing Starliner . «Гармония» была доставлена миссией STS-120 23 октября 2007 года. [3]
В узле «Спокойствие» размещены системы жизнеобеспечения USOS. [4] На переднем порту «Спокойствия» также размещен семиоконный модуль «Купола» и модуль «Леонардо» . Передний порт « Спокойствия» заблокирован ферменной конструкцией станции, а кормовой порт свободен для использования. В то время как порт надира используется Куполом , порт зенита используется некоторым тренировочным оборудованием внутри узла. Правый борт соединен с узлом 1, а левый борт занят PMA 3, ранее являвшимся резервным для стыковки шаттла, который получит международный стыковочный адаптер -3 во время CRS-18, чтобы обеспечить соединение с Crew Dragon и Boeing. Старлайнер. Модуль «Спокойствие» был доставлен СТС-130 в феврале 2010 года вместе с «Куполом» . [5]
Лаборатория Destiny — это лабораторный модуль американского производства. Он используется для медицинских, инженерных, биотехнологических, физических, материаловедческих исследований и исследований в области наук о Земле. В Destiny также имеется резервная роботизированная рабочая станция, и она стала первой из поставленных лабораторий USOS. Он был доставлен STS-98 7 февраля 2001 года. [6] Лаборатория Destiny управляется центрами управления полетами в Хьюстоне, штат Техас, и Хантсвилле, штат Алабама .
«Колумбус» — лабораторный модуль, построенный Европейским космическим агентством . [7] Здесь проводятся научные исследования в области жидкостей, биологии, медицины, материалов и наук о Земле. «Колумбус» также имеет четыре внешних места для полезной нагрузки, которые используются для проведения экспериментов в космическом вакууме. Модуль «Колумбус» был доставлен на МКС кораблем STS-122 7 февраля 2008 года. [8] За управление модулем « Колумбус » отвечаетЦентр управления «Колумбус » , расположенный в Германии . [ нужна цитата ]
Лаборатория Кибо является японским компонентом USOS. [9] Кибо состоит из четырех основных частей: сама лаборатория Кибо , герметичный грузовой контейнер, открытая научная платформа и два роботизированных манипулятора. Модуль уникален тем, что имеет небольшой шлюзовой шлюз, который можно использовать для передачи полезной нагрузки роботизированным рукам или астронавтам за пределами станции. Роботизированные руки управляются с рабочей станции внутри лаборатории. Лаборатория используется для исследований в области медицины, техники, биотехнологии, физики, материаловедения и наук о Земле. Логистический контейнер прибыл первой частью Кибо . Он был доставлен кораблем STS-123 в марте 2008 года. [10] Сама лаборатория Кибо была доставлена на МКС миссией STS-124 в мае 2008 года. [11] Экспонированный объект был доставлен на МКС миссией STS -127. в июле 2009 года. [12] Центр управления полетами JEM в Цукубе, Япония , отвечает за управление всеми элементами лаборатории Кибо . [13]
Шлюзовая камера Quest Joint используется для проведения выходов в открытый космос из USOS - сегмента МКС. Он состоит из двух основных частей: замка оборудования и замка экипажа. В шлюзе оборудования хранятся единицы внекорабельной подвижности и осуществляется подготовка к выходам в открытый космос. Во время выхода в открытый космос шлюз экипажа разгерметизируется. Шлюзовая камера «Квест» была доставлена и установлена экипажем STS-104 в июле 2001 года. [14]
Модуль «Леонардо» , также известный как Постоянный многоцелевой модуль (ПММ), представляет собой модуль, используемый для хранения вещей на МКС. Леонардо прикреплен к обращенной вперед стороне узла Спокойствия . ПММ был доставлен на МКС миссией STS-133 в начале 2011 года. Первоначально это был многоцелевой логистический модуль (MPLM) «Леонардо» , но перед установкой на МКС он был переоборудован для пребывания на орбите в течение длительного периода времени.
Купол — семиоконный модуль, прикрепленный к модулю «Спокойствие» . Он используется для наблюдения за Землей и содержит некоторые тренажеры. Все семь окон имеют крышки, которые закрываются, когда окна не используются, чтобы защитить станцию от ударов космического мусора. Купол был доставлен вместе с узлом «Спокойствие» на корабле СТС-130 в феврале 2010 года. [ 5]
Сопряженные адаптеры под давлением (PMA) служат стыковочными портами на части USOS МКС. Он преобразует стандартный общий причальный механизм в APAS-95 , систему стыковки, которая использовалась космическим шаттлом и российским орбитальным сегментом . В настоящее время ПМА-1 используется для связи узла «Единство» с модулем «Заря» на МКС. Сопряженный адаптер-2 под давлением расположен на переднем конце « Гармонии» , а PMA-3 — в зенитном порту того же узла. [16] [ циркулярная ссылка ] PMA-2 был основным стыковочным портом шаттла, а PMA-3 был его резервным и использовался лишь несколько раз. С новой коммерческой программой экипажа и выводом из эксплуатации парка шаттлов НАСА построило Международный стыковочный адаптер для преобразования PMA-2 и PMA-3 в стыковочную систему НАСА . IDA-1 должен был состыковаться с PMA-2, но был потерян в результате неудачного запуска SpaceX CRS-7 . Таким образом, IDA-2, который был доставлен SpaceX CRS-9 и должен был состыковаться с PMA-3, был заменен на PMA-2. IDA-3, замена утраченного IDA-1, был запущен в июле 2019 года на SpaceX CRS-18 и пришвартован к PMA-3. ПМА-1 и ПМА-2 были доставлены вместе с узлом Unity на STS-88 в декабре 1998 года. [2] Третий PMA был доставлен на STS-92 11 октября 2000 года. [17]
В интегрированной ферменной конструкции (ИТС) размещено жизненно важное оборудование снаружи МКС. [18] Каждому сегменту фермы присвоено обозначение P или S, указывающее, находится ли сегмент на левом или правом борту, а также номер, указывающий его положение на соответствующей стороне. Сама ферменная система состоит из 12 сегментов — по четыре с каждой стороны и один центральный сегмент, — которые соединены с МКС точками крепления на модуле Destiny . [19] Тринадцатая часть, известная как сегмент фермы Зенит-1 (Z1), прикреплена к модулю Unity и первоначально использовалась для крепления солнечных батарей P6 для обеспечения питания USOS. Сегмент Z1 теперь содержит антенны K u -диапазона и служит точкой прокладки кабелей питания и данных за пределами МКС. Интегрированная ферменная конструкция изготовлена из нержавеющей стали , титана и алюминия . Его длина составляет около 110 метров, и в нем размещены четыре комплекта солнечных батарей. Каждый комплект солнечных батарей содержит четыре батареи, всего 16 солнечных батарей. Каждый из четырех комплектов массивов также имеет связанную с ним систему охлаждения и радиатор для охлаждения оборудования электропитания. В интегрированной ферменной конструкции также находится основная система охлаждения МКС, которая состоит из двух насосов, двух радиаторных решеток, двух резервуаров с аммиаком и двух азотных резервуаров. На интегрированной ферменной конструкции также имеется несколько точек крепления полезной нагрузки. В этих точках размещены внешние платформы хранения , внешние логистические носители, альфа-магнитный спектрометр и мобильная базовая система для Canadarm2 . Ферма Z1 была доставлена миссией STS-92 в октябре 2000 года. [17] Сегмент P6 был установлен на STS-97 в декабре 2000 года. [20] Ферма S0 была доставлена на МКС на STS-110 , [21] с сегментом S1, следующим за STS-112 . [22] Сегмент фермы P1 был доставлен на МКС кораблем STS-113 , [23] за ним последовал сегмент P3/P4 на STS-115 , [24] и сегмент P5 на STS-116 . [25] Сегмент фермы S3/S4 был поставлен STS-117 , [26] за ним последовал сегмент S5 STS-118 . [27] Последний компонент сегмента фермы, сегмент S6, был доставлен компанией STS-119 . [28]
Внешние платформы хранения (ESP) представляют собой серию платформ, которые используются для хранения орбитальных сменных блоков (ORU) на МКС. ESP обеспечивают питание ORU, но не позволяют обрабатывать команды и данные. Внешняя платформа хранения 1 расположена на левом борту лаборатории Destiny и была доставлена в ходе миссии STS-102 в марте 2001 года . [29] ESP-2 расположена на левом борту шлюза Quest и была доставлена на МКС. экипажем STS-114 в 2005 году. [30] ESP-3 расположен на сегменте фермы правого борта 3 (S3) и был доставлен на МКС в рамках миссии STS-118 в августе 2007 года. [27]
Логистические перевозчики ExPRESS ( ELC) аналогичны внешней платформе хранения, но предназначены для перевозки большего количества грузов. В отличие от ESP, ELC позволяют обрабатывать команды и данные. В них используется стальная решетчатая конструкция, на которой установлены внешние контейнеры, полезная нагрузка и гироскопы; и научные эксперименты могут быть установлены. Некоторые компоненты ELC были созданы Бразильским космическим агентством . [31] Транспортные средства ExPRESS Logistics Carrier 1, расположенные на нижней ферме P3, и ELC 2, расположенные на верхней ферме S3, были доставлены миссией STS-129 в ноябре 2009 года. [32] ELC-3 был доставлен на МКС экипаж СТС-134 , размещается на верхней ферме П3. [33] ELC-4 был доставлен и установлен на нижнем сегменте фермы S3 во время миссии STS-133 . [34]
Альфа -магнитный спектрометр (AMS) — это эксперимент по физике элементарных частиц, который установлен на сегменте фермы S3. AMS предназначен для поиска темной материи и антиматерии . В разработке и строительстве АМС участвовали пятьсот ученых из 56 различных институтов и 16 стран. Магнитный спектрометр «Альфа» доставлен экипажем СТС-134. [33]
Компоненты MSS были поставлены Канадским космическим агентством совместно с MDA Space Missions . Мобильный транспортер, на котором размещена мобильная базовая система, был спроектирован и построен компанией Northrop Grumman по контракту с НАСА.
Основным компонентом мобильной системы обслуживания является Canadarm2 , также известная как система дистанционного манипулятора космической станции (SSRMS). Рука способна перемещать большие и тяжелые полезные нагрузки, с которыми астронавты не смогут справиться во время выхода в открытый космос. Рука имеет грузоподъемность 116 000 кг (256 000 фунтов ) и 7 степеней свободы. [35] Canadarm2 также может изменять место своего размещения и используемый конец. Грейферы для Candarm2 есть в лаборатории Destiny , узлах Harmony , Unity и мобильной базовой системе. На модуле «Заря» установлено грейферное приспособление , но к нему не подключены кабели передачи данных. Как только эти кабели будут подключены, Canadarm2 сможет расположиться за пределами « Зари» и сможет поддерживать внекорабельную деятельность (EVA) вблизи российского орбитального сегмента (ROS). Canadarm2 был собран и установлен экипажем STS-100 в начале 2001 года. [36]
Ловкий манипулятор специального назначения (SPDM), также известный как Dextre, представляет собой двухрукий робот, который можно прикрепить к МКС, мобильной базовой системе или Canadarm2. Декстр способен выполнять задачи, для выполнения которых в противном случае потребовался бы космонавт. Эти задачи включают переключение орбитальных сменных блоков или перемещение ORU из мест хранения туда, где они должны быть установлены. Использование Dextre может сократить время подготовки, необходимое для выполнения определенных задач, и дать астронавтам возможность уделять больше времени выполнению других задач. Основное грейферное приспособление Декстра находится в лаборатории Destiny , но его также можно установить на любое механизированное грейферное приспособление на МКС. Он имеет грузоподъемность 600 кг (1300 фунтов) и 15 степеней свободы. [35] Декстр был доставлен на МКС кораблем STS-123 . [10]
Мобильная базовая система (МБС) представляет собой устройство, напоминающее железнодорожный вагон, установленное на интегрированной ферменной конструкции МКС. Он весит 886 кг (1953 фунта ) и имеет грузоподъемность 20 954 кг (46 196 фунтов). [37] MBS может перемещаться от сегментов фермы правого борта 3 (S3) к сегментам фермы порта 3 (P3) и имеет максимальную скорость 2,5 см/с (0,082 фута/с ). MBS имеет четыре PDGF , которые можно использовать в качестве креплений для Canadarm2 и Dextre , а также приспособления для размещения полезной нагрузки/орбитальных сменных блоков (POA) для хранения полезных нагрузок и орбитальных сменных блоков (ORU). MBS также имеет общую систему крепления для захвата специальной штанги на полезной нагрузке. Он также имеет собственный главный компьютер и блоки распределения видео, а также модули удаленного управления питанием. [38] MBS был поставлен на STS-111 в июне 2002 года. [39]
Усовершенствованная стрела МКС используется для расширения радиуса действия Canadarm2 и обеспечивает возможность детального контроля. На конце стрелы расположены лазеры и камеры, способные вести запись с разрешением в несколько миллиметров. Стрела также оснащена поручнями, чтобы она могла помогать выходцам в открытый космос во время выхода в открытый космос, как это было сделано на STS-120 для ремонта солнечных батарей.
Существуют различные предлагаемые модули для расширения орбитального сегмента США.
Модули расширения жилья (HEM) относятся к предлагаемым британским модулям, предназначенным для подключения к модулю «Спокойствие» Международной космической станции . Они были задуманы консорциумом инженеров и ученых во главе с Марком Хемпселлом , авиационным инженером из Бристольского университета . По состоянию на январь 2008 года это предложение не имеет официальной поддержки со стороны британского правительства [обновлять]. В случае финансирования модули планировалось запустить где-то в 2011 году. [40]
Узел 4, также известный как Система стыковочного концентратора (DHS), представлял собой предлагаемый модуль, который должен был быть построен с использованием изделия для структурных испытаний узла (STA) и пристыкован к переднему порту модуля Harmony . Структурный испытательный стенд был создан для облегчения испытаний оборудования МКС и должен был стать Узлом 1. Однако во время строительства были обнаружены конструктивные недостатки. Строящийся узел 2 был переименован в узел 1, а STA (бывший узел 1) был передан на хранение в Космический центр Кеннеди (KSC). [41]
В 2011 году НАСА рассматривало 40-месячное проектирование и разработку узла 4, который должен был завершиться его запуском в конце 2013 года. [42] Поскольку программа «Спейс шаттл» была прекращена, было принято решение о строительстве и запуске узла 4. должен был быть запущен с помощью ракеты-носителя Atlas V или Delta IV Heavy . [42]
Чтобы оценить и охарактеризовать влияние и эффекты центрифуги относительно реакций человека, механических динамических реакций и воздействий, демонстрация центрифуги «Наутилус-X» будет протестирована на МКС.
Если бы эта центрифуга была создана, она стала бы первой в космосе демонстрацией достаточного масштаба для искусственных эффектов частичной гравитации . [43] Демонстратор будет отправлен с использованием одной ракеты-носителя Delta IV Heavy или Atlas V. Полная стоимость такого демонстратора составит от 83 до 143 миллионов долларов США.
В августе 2016 года компания Bigelow Aerospace заключила соглашение с НАСА о разработке полноразмерного наземного прототипа Deep Space Habitation на базе B330 в рамках второго этапа программы Next Space Technologies for Exploration Partnerships . Модуль называется Expandable Bigelow Advanced Station Enhancement (XBASE), поскольку Бигелоу надеется протестировать модуль, прикрепив его к Международной космической станции. [44] [45]
27 января 2020 года НАСА объявило, что дало разрешение Axiom Space на запуск до трех модулей для прикрепления к Международной космической станции. Первый модуль может быть запущен уже в 2024 году; первый модуль в настоящее время предлагается пристыковать к переднему порту модуля Harmony , хотя это потребует перемещения PMA-2 и IDA-2 . Axiom Space планирует прикрепить к своему первому основному модулю до двух дополнительных модулей и отправить в них частных астронавтов. [46] После вывода из эксплуатации МКС к модулю «Аксиома» присоединятся дополнительные элементы, в том числе силовой и тепловой модуль с шлюзовой камерой, которые вместе будут функционировать как коммерческая космическая станция «Аксиома». [47]
Оперативное управление американским орбитальным сегментом МКС осуществляется НАСА и ЕКА — агентством, которое управляет гражданской частью космической программы правительства США .
В первые годы эксплуатации МКС, начиная с 2000 года, [48] большая часть работы в орбитальном сегменте США выполнялась астронавтами НАСА (хотя некоторые астронавты, прошедшие обучение в НАСА, были сотрудниками неамериканских правительственных космических агентств), и весь груз а транспортировка экипажа на космическую станцию осуществлялась космическими кораблями, принадлежащими НАСА, в частности, космическим шаттлом . Начиная с конца 2000-х годов НАСА начало заключать контракты на коммерческие услуги по транспортировке грузов на космическую станцию [49], причем услуги начались в 2012 году . [50] К 2020 году оперативные коммерческие рейсы также обслуживали транспорт экипажа МКС USOS. [51]
В 2010 году НАСА начало предоставлять ограниченное количество своего пространства и времени астронавтов на орбитальном сегменте США для коммерческого использования. В 2005 году Конгресс США разрешил существование на борту МКС одной из нескольких национальных лабораторий США , где можно было бы проводить коммерческие исследования. Для управления лабораторией был создан Центр развития науки в космосе (CASIS ) . В сентябре 2009 года Nanoracks подписала первый контракт с НАСА на использование орбитального лабораторного пространства, а в апреле 2010 года открыла свою первую лабораторию на Космической станции . Эксперименты на МКС всегда были ограничены: большая часть пространства орбитального сегмента и эксперименты были зарезервированы для прямого использования НАСА, ЕКА и JAXA.
Цены, которые должны были платить коммерческие компании, использующие Национальную лабораторию МКС на USOS, сильно субсидировались с 2010 года до начала 2021 года. Начиная с марта 2021 года субсидия была отменена, а НАСА подняло цены, чтобы приблизиться к «полному возмещению стоимости ресурсов НАСА». " [53]
НАСА опубликовало «Политику коммерческого и маркетингового ценообразования», начиная с 2019 года. [54] Исторические цены и цены ~2021 года, предлагаемые на услуги в USOS: [55] [ требуется обновление ]