Войти
Автомобиль для возврата экипажа на МКС - CRV (прототип X-38) Автомобиль для возврата экипажа ( CRV ), иногда называемый Автомобиль с гарантированным возвращением экипажа (ACRV ), был предложенным выделенным спасательной шлюпкой или аварийным модулем для Международная космическая станция (МКС). В течение двух десятилетий рассматривался ряд различных транспортных средств и конструкций - несколько из которых летали в качестве опытных опытных образцов, - но ни один из них не стал действующим. С момента прибытия корабля на МКС в 2000 году возможность аварийного возврата осуществлялась с помощью корабля "Союз", который менялся каждые 6 месяцев.
В первоначальном проекте космической станции для устранения аварийных ситуаций предполагалось наличие на станции "безопасной зоны", куда экипаж мог бы эвакуироваться в ожидании спасения с американского космического шаттла. Однако катастрофа 1986 года космического корабля "Челленджер" и последующее закрытие флота шаттлов заставили проектировщиков станции переосмыслить эту концепцию. Планировщики предвидели необходимость в CRV для решения трех конкретных сценариев:
МКС оборудована пунктом обслуживания здоровья (HMF) для обслуживания определенного уровня медицинских ситуаций, которые подразделяются на три основные классификации:
Однако HMF не рассчитан на общие хирургические возможности, поэтому необходимы средства эвакуации члена экипажа в случае медицинской ситуации, выходящей за рамки возможностей HMF.
В ряде исследований была предпринята попытка оценить медицинские риски для длительного проживания на космических станциях, но результаты неубедительны, так как эпидемиологические данные отсутствуют. Однако понятно, что более длительные периоды нахождения в космосе увеличивают риск серьезных проблем. По самым близким оценкам, коэффициент заболеваемости / травматизма составляет 1: 3 в год, при этом 1% оценивается, что требует экстренной эвакуации с помощью CRV. Для экипажа МКС из восьми человек это означает ожидаемую потребность в полете CRV каждые 4–12 лет. Эти оценки были частично подтверждены опытом, полученным на борту космической станции Мир Советского Союза. В 1980-х годах в Советском Союзе было как минимум три инцидента, когда космонавтов пришлось вернуть в неотложных медицинских условиях.
Из-за его потенциального использования в качестве метода медицинской эвакуации потребовалась конструкция CRV. для решения ряда проблем, которые не являются факторами для стандартного пилотируемого космического корабля. Прежде всего, это перегрузки, которые зависят от профилей повторного входа и методов замедления / приземления у пациентов с проблемами геморрагического шока. Проблемы безопасности пациентов более важны для раненых космонавтов, чем для неповрежденного персонала. Кроме того, в зависимости от характера травмы, маловероятно, что пациент может быть помещен в экологически безопасный скафандр или миникапсулу, поэтому CRV должен обладать способностью обеспечивать среду «рукав рубашки». Возможность решать проблемы чистоты воздуха включена в это требование, поскольку чистота воздуха особенно важна в медицинских ситуациях, а также в ситуациях токсического воздействия.
Концепт-арт HL-20 Dr. Вернер фон Браун впервые представил концепцию космических спасательных шлюпок в статье 1966 года, а затем, позже, NASA разработали ряд ранних концепций спасательной шлюпки для космической станции:
Спасательная машина экипажа HL-20 была основана на концепции системы запуска персонала (PLS), разработанной НАСА в результате более ранних исследований подъемного тела. В октябре 1989 года Rockwell International (подразделение космических систем) приступило к выполнению годичного контракта под руководством Исследовательского центра Лэнгли для проведения углубленного изучения конструкции PLS и операций с HL. -20 концепция в качестве основы для исследования. В октябре 1991 года компания Lockheed Advanced Development Company (более известная как Skunk Works ) начала исследование, чтобы определить возможность разработки прототипа и операционной системы. Соглашение о сотрудничестве между НАСА, Государственным университетом Северной Каролины и Университетом AT Северной Каролины привело к созданию полномасштабной модели HL-20 PLS для дальнейших исследований человеческого фактора в этой области. концепция. Из всех вариантов подъемное тело представляет собой наиболее идеальную медицинскую среду с точки зрения контролируемой среды, а также низкой перегрузки во время входа и посадки. Однако стоимость проекта HL-20 составляла 2 миллиарда долларов США, и Конгресс сократил эту программу из бюджета НАСА в 1990 году.
Как часть их широкомасштабных программ. В октябре 1992 года Европейское космическое агентство (ЕКА) начало проводить исследования ранжирования потенциальных программ пилотируемых космических полетов, начав шестимесячный первый этап исследования ACRV. Основными подрядчиками исследования были Aérospatiale, Alenia Spazio и Deutsche Aerospace.
ЕКА изучило несколько концепций CRV:
Программа ACRV ЕКА стоимостью 1,7 млрд долларов США была отменена в 1995 году, хотя протесты Франции привели к заключению двухлетнего контракта на проведение дальнейших исследований, что привело к в уменьшенную в масштабе капсулу Atmospheric Reentry Demonstrator, которая была запущена в 1997 году. Вместо этого ЕКА решило присоединиться к программе НАСА X-38 CRV в мае 1996 года, после того как эта программа завершила свое исследование фазы A.
Идея использования корабля российского производства в качестве CRV возникла в марте 1993 года, когда президент Билл Клинтон поручил НАСА переработать космическую станцию «Свобода» и считайте включение русских элементов. Этим летом дизайн был пересмотрен, в результате чего была создана космическая станция «Альфа» (позже Международная космическая станция ). Одним из российских элементов, рассматриваемых как часть редизайна, было использование "спасательных шлюпок" Союза. Было подсчитано, что использование капсул "Союз" для целей CRV сэкономит НАСА 500 миллионов долларов сверх затрат, ожидаемых для Freedom.
Однако в 1995 году было создано совместное предприятие Energia, Rockwell International и Хруничев предложили конструкцию Lifeboat Alpha, заимствованную на базе десантного корабля Заря. Возвратный двигатель был твердотопливным, а в маневрирующих двигателях использовался холодный газ, так что срок его службы на станции составлял пять лет. Однако в июне 1996 года проект был отклонен в пользу программы NASA CRV / X-38.
Помимо ссылки на общую роль в программе МКС, название Автомобиль для возврата экипажа также относится к специальной программе проектирования, инициированной НАСА и к которой присоединилось ЕКА. Идея заключалась в том, чтобы создать космический самолет, предназначенный только для CRV. Таким образом, у него должно было быть три конкретных задачи: медицинское возвращение, возвращение экипажа в случае, если МКС станет непригодной для проживания, и возвращение экипажа, если МКС не может быть пополнено.
Как продолжение программы HL-20, НАСА намеревалось применить к программе концепцию администратора Дэна Голдина «лучше, быстрее, дешевле». Концепция проекта CRV включала в себя три основных элемента: спускаемый аппарат с подъемным кузовом, международный причальный / стыковочный модуль и ступень схода с орбиты. Транспортное средство должно было быть рассчитано на размещение до семи членов экипажа без рукавов. Из-за необходимости иметь возможность работать с недееспособными членами экипажа, летные и посадочные операции должны были выполняться автономно. Конструкция CRV не имела двигательной установки для космического маневрирования.
НАСА и ЕКА согласились, что CRV будет спроектирован для запуска на одноразовой ракете-носителе (ELV), такой как Ариана 5. Программа предусматривала строительство четырех машин CRV и двух причальных и стыковочных модулей. Транспортные средства и стыковочно-стыковочные модули должны были быть доставлены на МКС космическим шаттлом, и каждый из них должен был оставаться в стыковке в течение трех лет.
В зависимости от того, какая миссия выполнялась, максимальная продолжительность миссии должна была увеличиваться до девяти часов. Если миссия связана с экстренным медицинским возвратом, продолжительность миссии может быть сокращена до трех часов, учитывая оптимальную последовательность между вылетом МКС и выходом с орбиты / возвращением. В нормальных условиях процесс отстыковки займет до 30 минут, но в аварийной ситуации CRV может отделиться от МКС всего за три минуты.
CRV должна была иметь длину 29,8 фута (9,1 м). м) и объемом кабины 416,4 фут3 (11,8 м3). Максимальный посадочный вес должен был составлять 22 046 фунтов (10 000 кг). Автономная система приземления предназначалась для установки аппарата на землю в пределах 3 000 футов (0,9 км) от намеченной цели.
Ступень движения с орбиты была разработана Aerojet GenCorp по контракту с Центр космических полетов им. Маршалла. Модуль должен был быть прикреплен к кормовой части космического корабля в шести точках, и имел длину 15,5 футов (4,72 м) и ширину 6 футов (1,83 м). Полностью заправленный, модуль будет весить около 6 000 фунтов (2721,5 кг). Модуль был спроектирован с восемью ракетными двигателями тягой 100 фунтов (0,44 кН), работающими на гидразине, которые работали в течение десяти минут, чтобы покинуть CRV. Восемь реактивных двигателей управления будут затем контролировать положение корабля при спуске с орбиты. Как только возгорание было завершено, модуль должен был быть сброшен, и большая часть его массы сгорела бы при возвращении в атмосферу.
Кабина CRV была спроектирована так, чтобы быть «кабиной без окон», как и окна а ветровые стекла придают конструкции значительный вес и создают дополнительные риски для полета космического корабля. Вместо этого CRV должна была иметь систему «виртуального окна кабины», в которой использовались инструменты синтетического зрения для обеспечения всепогодного, дневного или ночного, трехмерного визуального отображения для пассажиров в реальном времени.
Чтобы разработать дизайн и технологии для действующего CRV за небольшую часть стоимости других космических аппаратов, НАСА запустило программу по разработке серии недорогих быстрых прототипов автомобили, обозначенные как X-38 Advanced Technology Demonstrators . Как описано в EAS Bulletin 101, программа X-38 «представляет собой демонстрацию технологий с множеством приложений и программу снижения рисков, которая впервые нашла свое применение в качестве ориентира для действующего корабля возврата экипажа (CRV) для Международной космической станции (МКС)».
НАСА выступило в качестве собственного генерального подрядчика по программе X-38, а Космический центр Джонсона взял на себя руководство проектом. Все аспекты строительства и девелопмента управлялись собственными силами, хотя конкретные задачи выполнялись подрядчиком. Для производства CRV НАСА намеревалось выбрать внешнего генерального подрядчика для постройки корабля.
Было запланировано четыре тестовых корабля, но построено было только два, оба - в атмосфере. Планеры, которые в основном были построены из композитных материалов, были построены по контракту Scaled Composites. Первый совершил свой первый полет 12 марта 1998 года. В X-38 использовалась уникальная система приземления парафойл, разработанная Pioneer Aerospace. Парафоил, надуваемый набегающим воздухом, использованный в программе летных испытаний, был самым большим в мире с площадью поверхности 7 500 квадратных футов (700 м). Парафойл активно контролировался бортовой системой наведения, основанной на GPS-навигации.
В планы НАСА по программе разработки не входило эксплуатационное испытание реальной CRV, которая должна была иметь предполагал, что он был запущен на МКС, оставался там до трех месяцев, а затем совершил «пустой» возврат на Землю. Вместо этого НАСА планировало оценить космический корабль "человеком" на основе результатов орбитальных испытаний X-38. Три независимых экспертных группы, а также Управление генерального инспектора НАСА выразили озабоченность по поводу мудрости и безопасности этого плана.
Метод разработки быстрого прототипа в отличие от метода разработки. Подход последовательного проектирования, разработки, испытаний и инженерной оценки также вызвал некоторые опасения по поводу программного риска.
В 1999 году НАСА прогнозировало стоимость программы X-38 в 96 миллионов долларов США. (Средства для продвинутых проектов космических полетов) и фактическая программа CRV на сумму 1,1 миллиарда долларов США (средства программы ISS). Годом позже стоимость X-38 выросла до 124,3 миллиона долларов США, при этом повышенная стоимость была оплачена за счет средств ISS. Частично увеличение затрат было результатом необходимости провести эксплуатационные испытания CRV с использованием по крайней мере одного, а возможно, и большего числа запусков шаттлов.
ESA решило не финансировать программу CRV напрямую, а вместо этого решило разрешить Правительства стран-участниц ЕКА будут финансировать программу индивидуально, начиная с 1999 года. Бельгия, Франция, Германия, Нидерланды, Италия, Испания, Швеция и Швейцария указали, что они сделают существенный вклад.
США. финансирование CRV НАСА / ЕКА никогда не было решенным вопросом. В законопроекте о финансировании 2002 финансового года (FY) Конгресс рекомендовал сумму финансирования в размере 275 миллионов долларов США, но дал понять, что это было условно:
[T] он не ожидает предоставления дополнительных средств для этой цели, если только это не предусмотрено. пояснил, что администрация и международные партнеры привержены Международной космической станции как исследовательскому центру. По этой причине формулировка, включенная в законопроект, аннулирует 275000000 долларов, если Администрация не запросит не менее 200000000 долларов на транспортное средство для возвращения экипажа в бюджетном запросе НАСА на 2003 финансовый год
Кроме того, финансирование программы CRV было привязано к обоснованию Администрации миссии ISS:
К 1 марта 2002 г. Президент должен представить Комитетам по ассигнованиям Палаты представителей и Сенату всеобъемлющий план, отвечающий следующим условиям: Во-первых, четкое и недвусмысленное заявление о роль исследований в программе Международной космической станции. Во-вторых, подробный план предпринимаемых усилий по обеспечению жильем постоянно занятой бригады численностью не менее шести человек.... В-третьих, ожидаемые затраты на программу возвращения экипажей транспортных средств к финансовому году.... В-четвертых, относительный приоритет программы разработки средств возвращения экипажа в контексте Международной космической станции. Комитет не намерен предоставлять какие-либо дополнительные средства или одобрять выплату какой-либо из 275000000 долларов, указанных в этом счете, до тех пор, пока все условия не будут полностью удовлетворены.
29 апреля 2002 года НАСА объявило, что он отменял программы CRV и X-38 из-за бюджетного давления, связанного с другими элементами ISS. Агентство столкнулось с нехваткой 4 миллиардов долларов США и поэтому радикально изменило масштаб МКС, назвав новую версию США. Core Complete . Эта уменьшенная в масштабе станция не включала CRV на базе X-38. Хотя в бюджете Дома на 2002 финансовый год было предложено 275 миллионов долларов США для CRV, это не было включено в окончательный бюджетный законопроект. Конференция Палаты представителей и Сената, однако, увидела необходимость оставить варианты CRV открытыми, полагая, что изменение конструкции НАСА и последующее удаление CRV преждевременно, и поэтому побудили НАСА потратить до 40 миллионов долларов США на поддержание программы X-38.
Отмена CRV вызвала споры: конгрессмен Ральф Холл (штат Техас) обратился к НАСА в открытом письме с подробным описанием трех областей критики:
администратор НАСА Шон О'Киф не удовлетворил мистера Холла, но решение осталось в силе.
В рамках Комплексного плана космических перевозок (ISTP) НАСА, реструктурировавшего Инициативу космических запусков (SLI), в 2002 году основное внимание было уделено разработке орбитального космического самолета (OSP). (ранее назывался Crew Transfer Vehicle, или CTV), который будет использоваться как в качестве транспорта для экипажа, так и в качестве CRV. В ходе реструктуризации приоритеты программы были изменены, как заявило НАСА: «Потребности НАСА в транспортировке американского экипажа на космическую станцию и с нее являются основным требованием к космической транспортировке и должны рассматриваться в качестве приоритета агентства. Ответственность за обеспечение возможности для аварийного возвращения экипажа МКС. Проектирование и разработка эволюционируемой и гибкой архитектуры корабля, которая сначала обеспечит возможность возвращения экипажа, а затем превратится в транспортное средство экипажа, теперь является ближайшим направлением SLI ».
Исследование транспортных средств для переброски экипажа / спасательных средств экипажа, проведенное программой SLI в 2002 году, показало, что многоцелевой орбитальный космический самолет, который может выполнять как функции переброски экипажа, так и функции возврата экипажа для космической станции, является жизнеспособным и может обеспечить величайшая долгосрочная выгода для инвестиций НАСА. Одна из ключевых задач OSP, по определению НАСА в 2002 году, заключалась в том, чтобы обеспечить «возможность спасения не менее четырех членов экипажа космической станции в кратчайшие сроки, но не позднее 2010 года». В рамках программы оценки полета, целью которой было исследование и проверка технологий, которые будут использоваться в OSP, НАСА инициировало программу X-37, выбрав Boeing Integrated Defense Systems в качестве основного
Тем не менее, OSP подверглась резкой критике со стороны Конгресса за слишком ограниченную миссию («... основной недостаток OSP в том, что, как и предполагалось в настоящее время, он не ведет никуда, кроме космической станции») и на сумму 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 DARPA <2.>, где некоторые аспекты развития технологий были продолжены, но только в качестве транспортного средства для атмосферных испытаний.
С отменой OSP, Apollo капсула еще раз рассматривалась для использования в качестве CRV, на этот раз НАСА в марте 2003 года. В первоначальном исследовании концепции, команда единогласно пришла к выводу, что концепция корабля для возвращения экипажа, созданная на основе Аполлона (CRV), с 4-к Экипаж из 6 человек, по всей видимости, может удовлетворить большую часть требований OSP CRV уровня 1. Транспортное средство для экипажа (CTV), созданное на основе Apollo, также, по всей видимости, будет соответствовать большинству требований OSP CTV уровня 1 с добавлением сервисный модуль. Команда также предположила, что будет возможность рассмотреть концепцию Apollo CSM для общей системы CRV / CTV. Далее был сделан вывод, что использование g Командный модуль (CM) и сервисный модуль (SM) Apollo в качестве ISS CRV и CTV обладает достаточными достоинствами, чтобы гарантировать серьезное подробное исследование производительности, стоимости и графика для этого подхода по сравнению с другими подходами OSP к те же требования Уровня 1. "
Исследование выявило ряд проблем с разработкой этой опции:" С одной стороны, система Apollo хорошо изучена и оказалась очень успешной, надежной системой с очень способная система отмены запуска. Документация очень пригодится дизайнерам. С другой стороны, почти каждую систему придется перепроектировать, даже если ее нужно будет воспроизвести. Ни одно из существующего оборудования (например, КМ в музеях) не считалось пригодным для использования из-за возраста, устаревания, отсутствия возможности отслеживания и погружения в воду. Не было бы необходимости в топливных элементах или криогенике, а современные системы управления и связи были бы легче и дешевле. Хотя летное оборудование будет менее дорогостоящим, а его влияние на расходуемые ракеты-носители будет минимальным (это просто еще одна осесимметричная полезная нагрузка), места посадки CRV могут привести к увеличению затрат на жизненный цикл. Добавив служебный модуль (меньший, чем тот, который требуется для полета на Луну), можно увеличить дальность полета от 3000 до 5000 футов / с (1500 м / с) и радикально сократить количество посадочных площадок. Если к системе можно будет безопасно добавить приземления, это приведет к еще одному значительному сокращению затрат на жизненный цикл, потому что команда считала, что систему можно сделать многоразовой ».
Из-за аэродинамических характеристик капсулы, g - нагрузки находятся в умеренном диапазоне (от 2,5 до 3,5 г). Однако с медицинской точки зрения капсула типа Apollo имеет ряд недостатков. Капсула Apollo будет иметь внутреннее атмосферное рабочее давление всего 5 фунтов на квадратный дюйм, в отличие от капсулы типа Apollo. 14,5 фунтов на квадратный дюйм станции. Кроме того, посадка на воду в короткие сроки представляет некоторые существенные задержки в извлечении капсулы.
С отменой X-38 и В программах CRV в 2001 г. было ясно, что временное использование капсул "Союз" будет более долгой необходимостью. Чтобы сделать их более совместимыми с потребностями МКС, Энергия заключила контракт на модификацию стандартной капсулы "Союз ТМ". к комплектации ТМА. Основные изменения касаются внутренней планировки, с новой, впечатляющей сиденья увеличены, чтобы соответствовать антропометрическим стандартам американских астронавтов. В 1998 и 1999 годах была произведена серия испытательных сбросов улучшенной капсулы с грузового самолета Ил-76 для проверки посадочных возможностей ТМА.
A Капсула Союз-ТМА всегда подключается к МКС в режиме «ожидания», на случай возникновения аварийных ситуаций. При работе в этой конфигурации ТМА имеет срок службы около 200 дней, прежде чем его нужно будет выгрузить из-за разложения пероксида водорода, используемого в его системе управления реакцией. Из-за этого ограничения стандартный цикл замены автомобиля составляет шесть месяцев. Первый полет ТМА к МКС произошел 29 октября 2002 г. вместе с полетом корабля "Союз ТМА-1".
Поскольку ТМА ограничено тремя пассажирами, на МКС также было ограничено это количество пассажиров, что резко сокращает объем исследований, которые можно проводить на борту МКС, до 20 человеко-часов в неделю, что намного меньше, чем предполагалось при проектировании станции. С мая 2009 г. численность экипажа МКС была увеличена с 3 до 6 человек за счет одновременной стыковки двух космических кораблей «Союз».
В 2008 году НАСА начало администрировать программу (CCDev) по финансированию разработки коммерческих технологий транспортировки экипажей. Программа финансировала заявки на разработку конкретных технологий с награждением за достижение вех. Первый раунд получателей в начале 2010 года включал Boeing за его капсулу CST-100 и Sierra Nevada Corporation за свой космический самолет Dream Chaser. Дальнейшие предложения, представленные в конце 2010 года для второго раунда финансирования, включали Orbital Sciences Corporation для своего космоплана Prometheus и SpaceX для разработки системы прерывания запуска для своего Космический корабль Dragon.
| journal =()| journal =()