24 июля 2022 г. в 14:22:32.057 пекинского времени (06:22:32 UTC) с пусковой установки №101 был выполнен пуск РН «Чанчжэн-5B» (CZ-5B №Y3) с модулем дооснащения «Вэньтянь» Китайской космической станции «Тяньгун».
Старт и выведение прошли успешно, и на 497-й секунде полета изделие было выведено на близкую к расчетной орбиту с параметрами:
* наклонение – 41.48°;
* минимальная высота – 170.0 км;
* максимальная высота – 330.7 км;
* период обращения — 89.51 мин.
25 июля в 03:13 по Пекину «Вэнтянь» успешно пристыковался к носовому стыковочному узлу Базового блока «Тяньхэ».
Это был 24-й пуск в истории пилотируемой программы Китая и первая в китайской практике стыковка со станцией объекта массой свыше 20 тонн, причем в присутствии экипажа.
Станция
Официально модуль «Вэньтянь» считается Исследовательским модулем №1 Китайской космической станции, а модуль «Мэнтянь», запуск которого планируется на 27 октября 2022 г. – Исследовательским модулем №2. Оба они будут пристыкованы к Базовому блоку «Тяньхэ», образовав станцию «Тяньгун» первого этапа.
Фактически станция «Тяньгун» спроектирована и строится на основе опыта создания и эксплуатации советского орбитального комплекса «Мир» (1986–2001) и с использованием некоторых технических решений, отработанных позднее на Международной космической станции. Базовый блок, запущенный 29 апреля 2021 г. ( https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/79873.html ), очень похож на аналогичный компонент станции «Мир» как внешне, так и функционально. Два первых китайских модуля идеологически, то есть по выполняемым функциям, соответствуют двум советским, а именно – модулю дооснащения ЦМ-Д «Квант-2» и стыковочно-технологическому модулю ЦМ-Т «Кристалл», но отличаются от них компоновочно и по приборному составу.
Как и прототипы, два китайских исследовательских модуля являются «самоходными», то есть самостоятельно осуществляют сближение и стыковку с Базовым блоком, а затем переставляются на штатные места. Для «Вэньтяня» таковым является правый боковой узел (по IV плоскости Базового блока), а для «Мэнтяня» – левый (по II плоскости).
Их советские аналоги изначально стояли иначе: «Квант-2» – на верхнем узле Базового блока, а «Кристалл» – на нижнем. Повторить такое размещение на китайской станции невозможно, так как верхнего узла на стыковочном отсеке Базового блока «Тяньхэ» просто нет, его место занимает люк для выхода в открытый космос, а нижний узел предназначен только для стыковки транспортных кораблей «Шэньчжоу». Китайские проектанты иначе видели второй этап развития станции – и теперь планируется пристыковать по оси к существующему Базовому блоку «Тяньхэ» его изготовленный, но не запущенный дублер, и уже к его боковым узлам подстыковать два дополнительных научно-исследовательских модуля.
Если все пойдет по плану, то трехмодульная Китайская космическая станция (中国空间站, чжунго кунцзянь чжань) первого этапа массой около 66 т будет собрана к концу 2022 г. В 2023 или 2024 г. ее должен дополнить автономный астрономический модуль «Сюньтянь» — большой космический телескоп, способный стыковаться к станции для обслуживания и дооснащения.
Модуль
Первый экспериментальный модуль «Вэньтянь» (问天实验舱, вэньтянь шиянь цан, Wentian; его название переводится как «Вопрошание к небу») является мощной платформой для проведения научных экспериментов, но одновременно частично дублирует системы Базового блока, что позволит при необходимости поддерживать ориентацию станции и ее орбиту, управлять системами электропитания, информационного обмена, жизнеобеспечения. Модуль оснащен двумя большими солнечными батареями, шлюзовой камерой для выходов в открытый космос продолжительностью до 8 часов и малым манипулятором.
Экспериментальный модуль «Вэньтянь» имеет 17.9 м в длину при максимальном диаметре 4.2 м. Две солнечные батареи имеют 55.7 м в размахе, площадь каждой составляет 138 м2, в том числе 110 м2 рабочей поверхности, а вырабатываемая мощность – 7300 Вт. Сухая масса объекта около 21500 кг, перед стартом он был заправлен 1550 кг компонентов топлива.
«Вэньтянь» имеет в своем составе рабочий отсек (工作舱, гунцзо цан), шлюзовой отсек (气闸舱, цичжа цан) и ресурсный отсек (资源舱, цзыюань цан). Модуль стыкуется к станции с помощью устройства андрогинно-периферийного типа, расположенного в носовой части рабочего отсека. Как и на «Мире», за перестыковку модуля с носового на боковой узел Базового блока отвечает специальный манипулятор.
Герметичный рабочий отсек длиной около 10 м представляет собой основную жилую зону космонавтов с местами для работы, сна, разогрева и приема пищи, санитарных процедур и физических упражнений.
Внутри отсека по четырем его плоскостям (I снизу, II слева, III сверху, IV справа) имеется 24 места для стандартных стоек научной и обеспечивающей аппаратуры, каждая из которых имеет 1.8 м в высоту, 1.0 м в ширину и 0.8 м в глубину. В трех из четырех ближайших к стыковочному узлу стойках смонтированы постоянные кабины со спальными местами членов экипажа. Конструкторы предприняли серьезные меры для снижения уровня шума на борту и довели его до вполне комфортных 50 дБ.
Аппаратура жизнеобеспечения включает установки для генерации кислорода путем электролиза воды, для удаления CO2 и малых примесей, а также для регенерации воды из водорода и углекислого газа. Есть и традиционные для орбитальных станций установки регенерации воды из конденсата атмосферной влаги и урины. (Аналогичное устройство Базового блока, созданное в 206-м институте Китайской корпорации космической науки и промышленности CASIC, отработало уже свыше 1000 часов и продемонстрировало 80-процентный уровень восстановления воды из мочи.) Противопожарные средства включают огнетушители и маски для дыхания, имеются баллоны для аварийной подачи воздуха и очистители. В модуле складированы аварийные запасы воды и санитарных средств.
В модуле «Вэньтянь» смонтированы восемь стоек научной аппаратуры для работы по четырем научным дисциплинам, 10 темам и более чем 40 научным проектам:
* Стойка для биологических и экологических исследований;
* Стойка для биотехнологических исследований;
* Стойка для исследований в условиях переменных ускорений от 0.01g до 2.0g;
* Стойка перспективных аэрокосмических технологий;
* Стойка с перчаточным ящиком и холодильниками на –80°, –20° и +4°C;
* Три пустых стойки с местами для контрактных экспериментов.
На борту модуля находится также радиолюбительская станция с позывным CSSARS, обеспечивающая голосовую связь в двух УКВ-диапазонах (145 и 435 МГц), передачу цифровой информации формата AFSK на скорости 1200 бит/с и трансляцию малокадрового видео или изображений.
Внутри отсека перед запуском были закреплены несколько укладок с грузами для станции.
Модуль запущен с четырьмя гиродинами массой по 170 кг каждый для ориентации станции без расходования топлива; пятый был доставлен ранее на «Тяньчжоу-4», а шестой прибудет на «Тяньчжоу-5». Таким образом, «Тяньхэ» и «Вэньтянь» вместе будут располагать 12 гиродинами. (На «Мире» шесть гиродинов стояли на модуле «Квант» и шесть – на «Кванте-2».)
Внешняя поверхность рабочего отсека прикрыта стационарными панелями микрометеоритной защиты. На зенитной и левой сторонах имеются такелажные узлы для основного манипулятора станции. На модуле установлены два светодиодных светильника для обеспечения сближения и стыковки и четыре ориентируемые камеры высокого разрешения.
Шлюзовой отсек имеет в своем составе собственно шлюзовую камеру для выходов в открытый космос и внешнюю панель с местами для установки научной аппаратуры. Шлюзовая камера соединена с рабочим отсеком через гермолюк. Выходной круглый люк большого диаметра с кольцевым поручнем вокруг него находится на надирной стороне шлюзового отсека, по I плоскости, и открывается в сторону Земли.
На левой стороне отсека перед стартом был установлен малый («точный») манипулятор длиной 5 м с семью степенями свободы, грузоподъемностью 3000 кг, для переноса и установки научной аппаратуры. При необходимости он может быть объединен с основным манипулятором, доставленным с Базовым блоком, через адаптер ZJJ ( https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/83504.html ).
Девять площадок для размещения внешних приборов имеются на зенитной стороне, пять – на правой, еще восемь – на конической части ресурсного отсека.
Помимо этого, на модуль «Вэньтянь» может быть установлено два больших внешних научных прибора. Одним из них является инструмент для регистрации космического излучения высоких энергий HERD (High Energy Radiation Detector), создаваемый в Институте физики высоких энергий Китайской АН при участии научных учреждений Испании, Италии и Швейцарии. Прибор массой около 2300 кг должен быть доставлен на станцию в 2028 г.
Ресурсный (агрегатный) отсек состоит из конической части с двигательной установкой модуля и кубоида с приводами солнечных батарей.
В конической части в четырех сферических баках находятся компоненты топлива (НДМГ и четырехокись азота) для ориентации и коррекций орбиты модуля по пути к космической станции. Четыре двигателя направленного перемещения (большой тяги) смонтированы на кронштейнах и смотрят «вверх» в стартовом положении модуля и «назад» в стыковочном. Еще 32 двигателя ориентации, объединенные в 20 блоков, размещены в различных точках на внешней поверхности модуля.
Солнечные батареи «Вэньтяня» и «Мэнтяня» спроектированы с явной опорой на солнечные батареи Американского сегмента МКС, но значительно меньше их по площади. Как и у прототипа, солнечные батареи располагаются на концах поперечной оси станции и имеют приводы для вращения в двух направлениях: вокруг этой оси по углу α для отслеживания Солнца в течение витка вокруг Земли и по углу β для подстройки к его текущему боковому положению, которое постоянно, но медленно изменяется вследствие обращения Земли вокруг Солнца и прецессии плоскости орбиты. Поворот по углу α обеспечивается вращением вокруг оси модуля всей его конечной кубической части, а по углу β – самих штанг с солнечными батареями. Передача зарядного тока в энергосистему станции идет через кольцевые скользящие контакты.
«Кубоид» с механизмами ориентации на Солнце имеет массу около 1000 кг. Каждое из двух «крыльев» солнечной батареи массой примерно 600 кг состоит из штанги, развертываемой ферменной конструкции и двух контейнеров, в которых «полотно» батареи сложено на время старта. В транспортном положении штанги с солнечными батареями сложены вдоль корпуса. На орбите штанги разворачиваются перпендикулярно к продольной оси модуля, а контейнеры – перпендикулярно штангам. Устройство развертывания на конце каждой штанги начинает собирать и выдвигать опорную ферму, которая тянет за собой верхние части двух панелей солнечной батареи. Первый этап выдвижения на длину 6.5 м выполняется после запуска, а второй, на полную длину 23 м, после стыковки с орбитальным комплексом.
Со временем мощность системы электропитания исследовательского модуля может быть увеличена за счет добавления третьего, более короткого крыла вдоль продольной оси объекта.
На зенитной стороне конической части ресурсного отсека смонтирована ориентируемая антенна для связи через спутник-ретранслятор.
За создание модуля «Вэньтянь» в целом отвечала Пекинская исследовательская академия космической техники CAST («5-я академия») Китайской корпорации космической науки и техники. Вкладом Шанхайской исследовательской академии космической техники SAST («8-я академия») стали подсистемы электропитания, стыковки и перестыковки, измерений и управления, связи, конструкция ресурсного отсека, а также кабельная сеть. Двигательная установка была создана в 801-м институте 6-й академии.
Для запуска модуля «Вэньтянь» был использован полутораступенчатый носитель CZ-5B со стартовой массой 849 т при высоте 53.7 м, с грузоподъемностью до 25 тонн на низкую околоземную орбиту. На центральном блоке диаметром 5 м работали два кислородно-водородных ЖРД YF-77, а на каждом из четырех ускорителей – по два кислородно-керосиновых двигателя YF-100. На старте и в плотных слоях атмосферы модуль находился под обтекателем диаметром 5.2 м и длиной 20.5 м.
Старт
Дата старта – 24 июля – в неофициальном порядке была названа в середине апреля. В конце того же месяца, 29 апреля, модуль «Вэньтянь», разделенный на отсеки, был доставлен на космодром морским путем.
По данным мониторинга судоходства, 9 мая специализированные корабли «Юаньван-21» и «Юаньван-22» отправились из порта Цзянъинь в Тяньцзинь, где были загружены контейнерами с блоками ракеты CZ-5B №Y3. 19 мая они покинули Тяньцзинь и 24 мая ошвартовались в порту Цинлань на острове Хайнань. Разгруженные контейнерами на трейлерах перевезли в монтажно-испытательный корпус космодрома; официально о доставке ракеты было объявлено 29 мая.
12 июля была объявлена 10-километровая запретная зона вокруг стартового комплекса, а 13 июля – в районах падения 1-й ступени и створок головного обтекателя у Филиппинских островов. Тем самым была подтверждена дата старта и указано примерное время – после 06:12 UTC. Между прочим, в первый раз от доставки до пуска CZ-5B прошло 90 суток, во второй – 66 суток, в третий решено было обойтись 56 сутками.
Примерный график полигонной подготовки модуля выглядел так: 25 июня – завершение испытаний и передача «Вэньтяня» на заправку, 6 июля – сборка головного блока, 10 июля – доставка в МИК и установка на носитель, 18 июля – вывоз на старт.
Действительно, в воскресенье 17 июля на полигоне состоялся митинг по случаю окончания подготовки а утром 18 июля ракету с модулем «Вэньтянь» вывезли на старт. 22 июля состоялась генеральная репетиция пуска с участием центров управления в Пекине и Сиане.
24 июля Канцелярия программы пилотируемой космонавтики Китая объявила, что старт состоится в этот день примерно в 14:00 пекинского времени.
Внутреннее обозначение пуска было «TG/WT». Стартовое окно имело продолжительность 2.5 минуты и определялось требованиями попадания в заданную плоскость орбиты и в пределах допустимого диапазона фазовых углов, позволяющих осуществить сближение и стыковку по быстрой схеме.
Контроль выведения на орбиту помимо наземных станций по трассе полета обеспечивали корабль «Юаньван-5» и спутники-ретрансляторы системы «Тяньлянь».
Кнопка «Пуск» была нажата в расчетное время – 14:22:22. Через десять секунд, за которые автоматика запустила, проверила и вывела на режим двигатели четырех ускорителей и центрального блока, прошел контакт подъема.
Расчетная и фактическая циклограмма выведения приведена в табл. 1.
Табл. 1. Циклограмма запуска КА «Вэньтянь»
|
Событие |
Время от старта |
|
|
расчетное |
фактическое |
|
|
Пуск |
0.0 |
0.0 |
|
Выключение ЖРД боковых ускорителей |
172.5 |
174.5 |
|
Отделение ускорителей |
174.6 |
177.2 |
|
Сброс обтекателя |
223.1 |
224.1 |
|
Выключение ЖРД центрального блока |
481.7 |
489.7 |
|
Отделение КА |
487.6 |
494.9 |
Через несколько минут после выхода на орбиту прошли расчековка и частичное развертывание солнечных батарей объекта, после чего запуск был признан полностью успешным.
В американский космический каталог модуль «Вэньтянь» был внесен под номером 53239 и международным обозначением 2022-085A. Центральный блок сухой массой 17 т также вышел на орбиту и получил номер 53240. Этот объект неуправляемо сошел с орбиты 30 июля, что вызвало немалую порцию критики в адрес китайской программы.
Китайская сторона сообщила, что падение объекта состоялось 30 июля в 16:55 UTC в районе 9.1°с.ш., 119.0°в.д., между островом Калимантан и Филиппинами. Американские специалисты назвали очень близкое время и место – 16:51 UTC, 3.4°в.д., 113°в.д. Фактически фрагменты ступени были обнаружены на острове Калимантан вблизи границы между Индонезией и малайзийской провинцией Саравак, ближе к «американской» точке. Интересно, что спустя еще двое суток большой фрагмент головного обтекателя выбросило на берега Филиппинских островов в проливе Миндоро.
Экипаж на борту
На борту «Тяньгуна» за стартом модуля наблюдал экипаж 3-й основной экспедиции. Командир Чэнь Дун, Лю Ян и Сюй Цайчжэ прибыли на станцию на корабле «Шэньчжоу-14» 6 июня 2022 г. ( https://novosti-kosmonavtiki.ru/articles/83837.html ) и живут на ней уже 10 недель. Об работе космонавтов периодически выходят видеоотчеты, но конкретной информации в них довольно мало.
16 июня Канцелярия программы пилотируемой космонавтики Китая отчиталась за период расконсервации станции. Космонавты обжили каюты в носовой части Базового блока. Запустили и отладили систему связи, подключив к ней гарнитуры, мобильные телефоны, стационарные и переносные компьютеры, обеспечив телефонную связь и обмен информацией. Опробовали кухню и санузел, медицинскую аппаратуру и все средства поддержания физической формы – беговая дорожка, велоэргометр, силовые нагружатели. Начали регулярный мониторинг микробиологической обстановки в воздухе, питьевой воде и на поверхностях.
Космонавты начали разгрузку грузового корабля «Тяньчжоу-4». По части технических систем экипаж провел установку насоса внутреннего контура терморегулирования и датчика влажности. В устройстве сбор урины установили динамический сепаратор жидкости и газа, а в датчике космической среды и плотности атмосферы заменили нить накала. Провели ремонт стойки бесконтейнерной обработки материалов. Пропустили через систему учета и разложили по местам все обнаруженное на станции.
В видеоотчете за 6 июля показали, как Чэнь Дун проверяет скафандр для работы в открытом космосе, а Лю Ян в свободное время складывает из бумаги звездочки и собирает их в стеклянную бутылку.
6 июля Синьхуа сообщило, что космонавты смонтировали установку для удаления углекислого газа. На самом деле речь шла о реакторе Сабатье, который экипаж смонтировал и проверил 23 июня при помощи специалистов Пекинского ЦУПа. Это устройство получает на входе водород из электролизера и углекислый газ из воздуха, и преобразует их в метан, сбрасываемый за борт, и воду. К 19 июля реактор Сабатье наработал 22 литра воды.
Тем временем 4 июля орбитальный комплекс провел коррекцию и снизил свою орбиту с 383.6×387.3 до 380.8×385.0 км. 12 июля последовал спуск на еще одну маленькую «ступенечку», до 378.8×383.6 км. Это были типичные маневры фазирования – прогнозное положение станции на орбите подгонялось к необходимому на момент старта модуля.
17 июля в 10:59 пекинского времени от носового узла «Тяньхэ» отстыковался старый «грузовик» «Тяньчжоу-3», запущенный еще 20 сентября 2021 г., и поднялся до 382.7×385.4 км. Он пролетал еще 10 суток, в течение которых «были проведены испытания космических технологий, что позволило накопить важный опыт для строительства на орбите, а также эксплуатации и управления космической станцией». Корабль был сведен с орбиты уже после прибытия «Вэньтяня» – это произошло 27 июля в 11:31 по Пекину над южной частью Тихого океана.
19 июля орбиту «Тяньгуна» скорректировали еще раз – только теперь подняли до 379.5×388.7 км.
23 июля, накануне старта, экипаж «Шэньчжоу-14» провел тренировку по телеоператорному режиму управления сближением и стыковкой с отработкой штатных и аварийных вариантов.
Модуль прибыл
25 июля в 03:13 пекинского времени, через 12 час 51 мин после старта, модуль «Вэньтянь» успешно причалил к носовому узлу «Тяньхэ».
Китайские СМИ не сообщили подробностей о схеме сближения «Вэньтяня», но она вряд ли сильно отличалась от уже отработанной на кораблях «Тяньчжоу», с выходом в контрольную точку в 52 км позади станции и в 13 км ниже ее и с последующим выходом на отметки 5 км, 400 м, 200 м и 19 м.
Какому именно событию соответствует указанное официальное время, тоже неизвестно. По неофициальной информации, касание и захват состоялись в 03:08, а полное завершение стягивания и закрытие крюков имели место в 03:24.
После стыковки солнечные батареи модуля «Вэньтянь» были выдвинуты на полную длину, на что ушло почти 80 минут. На кадрах бортовой камеры модуля было заметно, как в процессе выдвижения фермы колышется «полотно» солнечных батарей.
Наутро экипаж проконтролировал состав атмосферы модуля, выравнял давление, открыл переходные люки, вошел в 10:03 в новый модуль и сделал соответствующий доклад под телекамеру.
На расконсервацию и освоение нового модуля программой полета отводилось почти две недели. Космонавты запустили средства контроля среды обитания и жизнеобеспечения, опробовали новые спальные места, кухню и санузел, перенесли из «Тяньхэ» в «Вэньтянь» велоэргометр. Затем они занялись снятием со стартовых креплений и проверкой стоек научной аппаратуры.
28 июля был впервые опробован режим двухстепенной ориентации солнечных батарей нового модуля. Эксперимент был «не очень чистым», так как станция летела модулем «Вэньтянь» вперед, и вращение выполнялось не в той плоскости, как должно быть по проекту. Дело в том, что перестыковка модуля на правый боковой узел планируется в сентябре, незадолго до запуска грузового корабля «Тяньчжоу-15».
2 августа успешно завершилась серия проверок и функциональных испытаний малого манипулятора. К 7 августа в «Вэньтяне» установили пятый гиродин.
Первый выход в открытый космос из новой шлюзовой камеры готовится во второй половине августа. Участвовать, судя по кадрам подготовки, будут более опытные Чэнь Дун и Лю Ян.
План пусков к станции до конца 2022 г. представлен в таблице 2.
Таблица 2. График пусков по программе космической станции КНР в 2022 г.
|
Год |
Носитель |
Космодром |
Объект |
|
2022.05.10 |
CZ-7 Y5 |
Вэньчан |
Тяньчжоу-4 |
|
2022.06.05 |
CZ-2F Y14 |
Цзюцюань |
Шэньчжоу-14 |
|
2022.07.24 |
CZ-5B Y3 |
Вэньчан |
Вэньтянь |
|
2022.10.27 |
CZ-5B Y4 |
Вэньчан |
Мэнтянь |
|
2022.11.06 |
CZ-7 Y6 |
Вэньчан |
Тяньчжоу-5 |
|
2022.11.27 |
CZ-2F Y15 |
Цзюцюань |
Шэньчжоу-15 |
Автор: Liss
