Функционально-грузовой блок «Заря

Функционально-грузовой блок «Заря» (изделие 77КМ, FGB) — это первый модуль Международной космической станции (МКС), выведенный на орбиту 20 ноября 1998 года. Он является базовым элементом российского сегмента станции, обеспечивающим управление полётом, энергоснабжение, коррекцию орбиты и стыковку с другими модулями. «Заря» была создана Государственным космическим научно-производственным центром имени М. В. Хруничева (ГКНПЦ им. Хруничева) по заказу США в рамках программы МКС.

История создания

Предпосылки и контракт

В начале 1990-х годов, после распада СССР, Россия вошла в международную программу создания орбитальной станции «Фридом» (Freedom), которая впоследствии трансформировалась в проект МКС. В 1994 году между Российским космическим агентством (ныне Госкорпорация «Роскосмос») и NASA было подписано соглашение о сотрудничестве. Одним из ключевых пунктов стало обязательство России построить первый модуль станции — функционально-грузовой блок. Контракт на сумму около 190 миллионов долларов США был заключён между Boeing и ГКНПЦ им. Хруничева.

Разработка и производство

Разработка «Зари» велась на базе тяжёлого модуля для станции «Мир» — ТКС (транспортный корабль снабжения). В отличие от предшественника, «Заря» была адаптирована под требования международного проекта: изменена компоновка, установлены стыковочные узлы американского стандарта (APAS-95) и системы управления. Сборка модуля производилась в цехах завода имени М. В. Хруничева в Москве. В 1997 году блок был отправлен на космодром Байконур для подготовки к запуску.

Запуск и стыковка

20 ноября 1998 года в 06:40 UTC ракета-носитель «Протон-К» успешно вывела «Зарю» на опорную орбиту. Модуль стал первым элементом МКС. 4 декабря 1998 года к нему пристыковался американский модуль «Unity» (Node 1), доставленный шаттлом «Индевор» (миссия STS-88). Стыковка была выполнена с помощью дистанционного манипулятора «Канадарм» и астронавтов NASA. После этого «Заря» и «Unity» образовали начальную конфигурацию станции.

Устройство и конструкция

Корпус и компоновка

«Заря» представляет собой герметичный цилиндрический корпус диаметром 4,1 метра и длиной 12,99 метра. Масса модуля на старте составляла 20,26 тонны, после дооснащения на орбите — около 19,3 тонны. Корпус разделён на два основных отсека:

• Приборно-герметичный отсек — объёмом около 72 кубических метров, в котором размещены системы управления, жизнеобеспечения, хранения грузов и научное оборудование.
• Агрегатный отсек — негерметичная часть, где расположены двигатели, баки с топливом, радиаторы системы терморегулирования и антенны.

Системы управления

Модуль оснащён бортовым компьютерным комплексом, включающим три центральных процессора (ЦП) на базе БИС серии 1806 (советские аналоги Intel 8086). Система управления движением и навигацией (СУДН) обеспечивает ориентацию модуля в пространстве, коррекцию орбиты и сближение с другими объектами. Для управления используются гироскопы (силовые гиростабилизаторы) и двигатели ориентации.

Энергоснабжение

Электропитание «Зари» осуществляется от двух больших солнечных батарей общей площадью 72 квадратных метра. Каждая батарея состоит из 84 панелей, генерирующих до 3,5 кВт электроэнергии (в сумме до 7 кВт). Энергия накапливается в никель-кадмиевых аккумуляторных батареях ёмкостью 120 ампер-часов. После развёртывания американского сегмента часть нагрузки была передана на солнечные батареи модуля «Звезда» и ферменных конструкций.

Двигательная установка

На «Заре» установлены 24 двигателя ориентации (ДО) тягой по 130 Н и 4 маршевых двигателя (ДМ) тягой по 400 кгс (≈ 3920 Н). Маршевые двигатели используются для коррекции орбиты и уклонения от космического мусора. Топливо — несимметричный диметилгидразин (гептил) и окислитель — азотный тетраоксид (амил). Запас топлива составляет около 5,7 тонны, что позволяет поддерживать орбиту станции в течение нескольких лет без дозаправки.

Стыковочные узлы

Модуль оборудован тремя стыковочными узлами:

• Передний — гибридный штанговый узел (APAS-95), предназначенный для стыковки с американскими шаттлами и модулем «Unity».
• Задний — пассивный узел для стыковки с российским служебным модулем «Звезда» (запущен в 2000 году).
• Надирный (нижний) — узел для стыковки с транспортными кораблями «Прогресс» и пилотируемыми «Союз».

Функции на МКС

Управление полётом

До прибытия модуля «Звезда» (2000 год) «Заря» выполняла функции центра управления станцией: поддерживала ориентацию, корректировала орбиту и обеспечивала связь с Землёй. После интеграции российского сегмента эти задачи были переданы на «Звезду», но «Заря» сохранила резервные возможности.

Энергоснабжение и хранение

Модуль продолжает обеспечивать электроэнергией российский сегмент, особенно в периоды, когда солнечные батареи «Звезды» находятся в тени. В герметичном отсеке хранятся запасы продовольствия, воды, научного оборудования и личных вещей экипажа. Объём грузового отсека позволяет размещать до 3 тонн полезного груза.

Стыковка и дозаправка

«Заря» используется как стыковочный узел для грузовых кораблей «Прогресс». Через топливные магистрали модуля осуществляется перекачка топлива из кораблей в баки «Зари», а затем — в баки «Звезды» и других модулей. Это позволяет поддерживать работоспособность двигательной установки станции.

Научная работа

На внешней поверхности модуля установлены научные приборы, в том числе:

• Спектрометр «Спектр-Р» (для изучения космических лучей).
• Датчики «Колонна-2» (для мониторинга параметров плазмы).
• Аппаратура «Матрешка-Р» (для измерения радиационных доз).

Внутри герметичного отсека проводятся эксперименты по материаловедению, биологии и физике жидкости.

Модернизация и текущее состояние

Обновление систем

В 2007–2010 годах на «Заре» была проведена замена устаревшего бортового компьютера на более современный — на базе процессора IBM ThinkPad (модель 760ED). В 2015 году обновлены аккумуляторные батареи. В 2021 году заменены гироскопы системы ориентации.

Продление ресурса

Изначально ресурс модуля был рассчитан на 15 лет эксплуатации. Однако после технических проверок и замены критических элементов срок службы был продлён до 2028 года. В 2023 году «Роскосмос» и NASA согласовали продление эксплуатации «Зари» как минимум до 2030 года.

Риски и проблемы

Основные риски связаны с устареванием электроники и возможными утечками в топливной системе. В 2019 году была зафиксирована микротрещина в корпусе, которая была устранена экипажем с помощью герметизирующих составов. В 2021 году произошёл сбой в работе двигателей ориентации, который был исправлен удалённой перезагрузкой системы.

Интересные факты

• «Заря» — единственный модуль МКС, построенный в России, но финансировавшийся NASA. Формально он принадлежит США, но эксплуатируется российским сегментом.
• Название «Заря» было выбрано в честь первого советского спутника «Спутник-1» (запущен в 1957 году) и символизирует начало новой эры в освоении космоса.
• Модуль имеет собственный позывной «Заря» (в радиопереговорах — «Zarya»).
• В 1998 году, после запуска, «Заря» некоторое время работала в автономном режиме, пока не пристыковался «Unity».
• Внутри модуля находится копия флага России, подаренная экипажем первой экспедиции МКС (2000 год).

Источники

• «Международная космическая станция: история создания и эксплуатации» (ГКНПЦ им. Хруничева, 2010).
• «Российский сегмент МКС: модуль «Заря»» (журнал «Новости космонавтики», № 12, 1998).
• «МКС: от «Зари» до «Звезды»» (NASA Technical Reports Server, 2001).
• «Функционально-грузовой блок «Заря»: конструкция и системы» (отчёт РКК «Энергия», 2005).
• «Модернизация модуля «Заря» на МКС» (журнал «Космическая техника и технологии», № 3, 2022).