Функционально-грузовой блок Заря

Функционально-грузовой блок «Заря» — это первый модуль Международной космической станции (МКС), обеспечивающий её начальное построение на орбите, управление ориентацией и движением, а также хранение топлива и грузов. Разработан и изготовлен в России Государственным космическим научно-производственным центром имени М. В. Хруничева (ГКНПЦ им. Хруничева). Запущен 20 ноября 1998 года на ракете-носителе «Протон-К».

История создания

Предпосылки и контракт

В начале 1990-х годов, после распада СССР, российская космическая программа столкнулась с серьёзными финансовыми трудностями. Проект орбитальной станции «Мир-2» был заморожен. В то же время США инициировали программу «Фридом» (Freedom), которая также испытывала проблемы с бюджетом. В 1993 году было принято решение объединить усилия в рамках совместного проекта — Международной космической станции.

Россия, имея значительный опыт в создании и эксплуатации долговременных орбитальных станций (серии «Салют» и «Мир»), предложила использовать для начального этапа сборки МКС модуль, созданный на базе технологического задела по станции «Мир-2». В 1994 году ГКНПЦ им. Хруничева заключил контракт с компанией Boeing (США) на разработку и изготовление функционально-грузового блока (ФГБ). Стоимость контракта составила около 190 миллионов долларов США.

Разработка и изготовление

Проект получил обозначение «Заря». Конструктивно он базировался на модуле «ТКС» (транспортный корабль снабжения), который ранее использовался для доставки грузов на станцию «Салют-7» и планировался для «Мира-2». Однако, в отличие от ТКС, «Заря» была лишена возможности возвращения на Землю и имела существенно доработанную конструкцию для обеспечения длительного полёта в составе МКС.

Сборка модуля велась в цехах ГКНПЦ им. Хруничева в Москве. Сроки были жёсткими: от начала проектирования до запуска прошло менее четырёх лет. В процессе изготовления использовались как российские комплектующие, так и оборудование, поставленное из США (например, система электропитания, часть приборов системы управления).

Запуск и стыковка

Запуск «Зари» состоялся 20 ноября 1998 года в 6:40 UTC (9:40 мск) с космодрома Байконур. Ракета-носитель «Протон-К» успешно вывела модуль на расчётную орбиту. Через две недели, 4 декабря 1998 года, к «Заре» пристыковался американский шаттл «Индевор» (миссия STS-88), который доставил на орбиту второй модуль МКС — американский соединительный узел Unity (Node-1). Астронавты НАСА вручную, с помощью дистанционного манипулятора шаттла, пристыковали Unity к стыковочному узлу «Зари», образовав первый базовый сегмент станции.

Конструкция и устройство

Корпус и герметичные отсеки

ФГБ «Заря» представляет собой герметичный цилиндрический корпус, состоящий из двух основных отсеков: приборно-грузового (ПГО) и переходного отсека (ПхО). Общая длина модуля составляет 12,6 метра, максимальный диаметр — 4,1 метра, масса на момент запуска — около 20 тонн. Герметичный объём — около 71,5 кубического метра.

• Приборно-грузовой отсек — основной объём, где размещены системы управления, жизнеобеспечения, хранения грузов и топлива. Внутри отсека установлены стеллажи для оборудования и контейнеры с припасами.
• Переходный отсек — меньший по размеру герметичный отсек, соединяющий ПГО с передним стыковочным узлом. В нём расположены пульты управления и часть научной аппаратуры.

Стыковочные узлы

«Заря» оснащена тремя стыковочными узлами:

1. Передний (активный) — гибридный узел типа «штырь-конус», предназначенный для стыковки с американскими шаттлами и модулем Unity.
2. Задний (пассивный) — узел типа «штырь-конус», предназначенный для стыковки с российским служебным модулем «Звезда» (запущен в 2000 году).
3. Надирный (нижний) — пассивный узел, расположенный на корпусе ПГО, предназначенный для стыковки с российскими грузовыми кораблями «Прогресс» и пилотируемыми «Союз». В настоящее время используется редко.

Двигательная установка

«Заря» оснащена собственной двигательной установкой, которая позволяет корректировать орбиту станции, выполнять манёвры уклонения от космического мусора и поддерживать ориентацию. В состав двигательной установки входят:

• 24 двигателя ориентации (тягой по 130 Н) — для управления положением модуля в пространстве.
• 2 маршевых двигателя (тягой по 3000 Н) — для коррекции орбиты.
• 4 бака с топливом (несимметричный диметилгидразин — НДМГ) и окислителем (азотный тетраоксид — АТ). Общая заправка — около 6 тонн топлива.

После стыковки служебного модуля «Звезда» в 2000 году, двигательная установка «Зари» используется реже, так как основные функции управления орбитой взял на себя модуль «Звезда». Однако «Заря» сохраняет способность выполнять манёвры в случае необходимости.

Система электропитания

Первоначально «Заря» была оснащена солнечными батареями, развёрнутыми после выхода на орбиту. Две панели солнечных батарей (размах — 24 метра) обеспечивали мощность до 3 кВт. Однако после того, как к станции были пристыкованы американские ферменные конструкции с собственными мощными солнечными батареями, часть батарей «Зари» была демонтирована. В настоящее время модуль получает электроэнергию от общей системы электроснабжения МКС, а его собственные батареи используются в качестве резервного источника.

Система терморегулирования

Для поддержания температуры внутри модуля в пределах +18…+28 °C используется активная жидкостная система терморегулирования. Тепло отводится с помощью радиаторов, расположенных на внешней поверхности корпуса. Система способна работать как автономно, так и в составе общей системы терморегулирования МКС.

Применение и роль на МКС

Начальный этап сборки

В первые два года после запуска (1998–2000) «Заря» выполняла роль единственного активного модуля станции. Она обеспечивала:

• Ориентацию и коррекцию орбиты.
• Связь с Землёй.
• Электропитание (от собственных батарей).
• Хранение грузов, доставленных шаттлами.

Текущее использование

После стыковки модуля «Звезда» и последующего расширения станции, «Заря» стала выполнять функции складского и служебного модуля. Внутри неё размещены:

• Запасы продовольствия, воды и одежды для экипажа.
• Запасные части и оборудование для систем станции.
• Научная аппаратура (в основном для экспериментов по материаловедению и биологии).

Кроме того, «Заря» используется как временное жилое помещение для экипажа во время перестыковок кораблей «Союз» и «Прогресс». Внутри модуля установлены спальные места, туалет и система регенерации воды.

Стыковка грузовых кораблей

Надирный стыковочный узел «Зари» периодически используется для приёма российских грузовых кораблей «Прогресс МС». После разгрузки корабля, его двигатели используются для коррекции орбиты станции, после чего корабль отстыковывается и затопляется в Тихом океане.

Технические характеристики

Интересные факты

• Название — «Заря» — было выбрано в честь первого советского искусственного спутника Земли, запущенного в 1957 году. Это символизирует начало новой эры в освоении космоса.
• Двойное гражданство — формально «Заря» является собственностью США (НАСА), но управляется российским Центром управления полётами (ЦУП) в Королёве. Это уникальный случай, когда модуль, построенный в одной стране, принадлежит другой.
• Рекорд долголетия — «Заря» работает на орбите уже более 25 лет, что значительно превышает её первоначальный расчётный ресурс (15 лет). Модуль прошёл несколько модернизаций и продолжает функционировать без серьёзных отказов.
• Спасение станции — в 2000 году, когда модуль «Звезда» испытывал проблемы с герметичностью, «Заря» взяла на себя функции управления станцией, предотвратив возможную потерю МКС.

Критика и недостатки

Несмотря на успешную эксплуатацию, «Заря» имеет ряд конструктивных недостатков, выявленных в ходе эксплуатации:

• Ограниченный объём — герметичный объём модуля (71,5 м³) относительно невелик по сравнению с более поздними модулями МКС (например, российский модуль «Наука» имеет объём 70 м³, но при этом он более функционален).
• Шум — из-за работы вентиляторов и насосов системы терморегулирования, внутри «Зари» постоянно присутствует повышенный уровень шума (до 60–70 дБ), что создаёт дискомфорт для экипажа.
• Устаревшая электроника — часть приборов, установленных в модуле, была разработана в 1990-х годах и не соответствует современным стандартам. Однако они проходят регулярную замену в ходе ремонтных работ.

Будущее модуля

Согласно планам, МКС будет эксплуатироваться как минимум до 2028 года, а возможно, и дольше. «Заря» остаётся одним из ключевых элементов станции. В случае продления срока службы МКС, модуль может потребовать капитального ремонта или замены отдельных систем. В перспективе, после завершения эксплуатации МКС, «Заря» будет затоплена в Тихом океане вместе с остальными модулями станции.

Источники

• «Международная космическая станция: история создания и эксплуатации» — ГКНПЦ им. М. В. Хруничева, 2005.
• Техническое описание модуля «Заря» — Роскосмос, 1998.
• «МКС: 20 лет на орбите» — журнал «Новости космонавтики», № 11, 2018.
• Данные НАСА по модулю «Заря» (Zarya Module) — официальный сайт НАСА, 2023.
• «Космические станции: от «Салюта» до МКС» — А. И. Киселёв, 2010.