Экипаж девятой экспедиции на МКС готовится к очередному, четвертому выходу в открытый космос. В ночь на субботу космонавтам Геннадию Падалке и Майклу Финку предстоит заменить панель регулятора расхода жидкости на российском модуле «Заря» и установить на поручни модуля четыре направляющих проводки (устройства для направления страховочных тросов американских скафандров EMU). Кроме того, экипаж МКС-9 должен сфотографировать панель № 3 установки МРАС&SEED, а также установить три антенны межбортовой радиолинии для причаливания европейского грузовика «Жюль Верн». Работа продлится около шести часов (с 20.50 до 2.45 мск).
Однако, как выяснила «Газета.Ru», уже сейчас специалисты не исключают, что станция вновь потеряет ориентацию, как это произошло во время прошлого выхода в космос.
Тогда, 3 августа, во время внекорабельной деятельности космонавтов специалисты на земле зафиксировали сильные динамические возмущения: согласно полученной от гиродинов (приборов для поддержания ориентации станции) информации, МКС якобы стремительно отклонялась от нормального положения в пространстве. Вместе с ростом возмущения стал расти и показатель кинетического момента гиродинов (момент количества движения, одна из мер механического движения материальной системы). В итоге американские гиродины, пытаясь компенсировать потерю ориентации, дошли до упора – «перенасытились». Автоматика выработала требование разгрузки с помощью двигателей российского сегмента. Гиродины отключились от контура управления и станция перешла в режим дрейфа (состояние свободного вращения).
Как оказалось, специалисты знали о возможности подобного сценарии развития событий заранее, так как впервые американские гиродины показали нерасчетное поведение кинетического момента еще в феврале этого года.
Об этом «Газете.Ru» рассказал руководитель группы анализа и интеграции бортовых систем российского сегмента МКС, сопредседатель американо-российской комиссии по совместным операциям Юрий Антошечкин.
Специалист пояснил, что обычно (при работе четырех гиродинов) график поведения кинетического момента довольно стабильный – синусоида с маленькой амплитудой. Незначительные динамические возмущения появляются разве что с момента открытия выходного люка. Это происходит из-за того, что из рабочего отсека начинает выходить газ. «Мы, естественно, стравливаем его заранее, через клапан с безмоментной насадкой (чтобы не создавать кинетический момент)», — рассказал руководитель группы анализа и интеграции. Давление снижается до 10–15 мм рт. ст., и только после этого космонавты открывают люк и выходят в открытый космос. Естественно, вместе с космонавтами начинает выходить и воздух, оставшийся в шлюзовом отсеке. И ходя диаметр люка около 80 см – достаточно большой, чтобы не создавать ударный возмущающий момент, тем не менее, воздух и водяные пары из обшивки выходят в течение всей работы в космосе (5,5–6 часов). До сих пор это считается основным возмущающим моментом, действующим на станцию во время выхода.
Однако, по словам специалиста, полгода назад во время внекорабельной работы Александра Калери и Майкла Фоэла рост динамических возмущений оказался значительным. «Американские гиродины были настроены на 80-процентное нарастание суммарного кинетического момента, — рассказал Антошечкин. – В дрейф мы не свалились, но до этих 80% нам не хватило буквально нескольких процентов». В этот период работали только три гиродина.
В июле, когда в космос вышли космонавты уже девятой основной экспедиции на МКС, рост кинетического момента был, но только до 60%. Вероятно, потому что экипаж работал на американском сегменте, а точнее, с одним из гиродинов. А вот во время августовского выхода специалисты снова зафиксировали быстрый рост кинетического момента. Его прогнозировали, так как к этому времени конфигурация МКС отличалась от конфигурации в предыдущих выходах (из-за этого центр масс сместился в сторону американского сегмента).
«Мы заранее увеличили предел насыщения с 80 до 92%. Но, как оказалось, даже если бы мы подняли его еще выше, это все равно не помогло бы. За 27 минут (с 8.12 до 8.39 по Гринвичу) возмущающий момент вырос почти на 50% — с 40 до 90% — и продолжал расти, — рассказал Антошечкин. – Переход в дрейф был предрешен».
Правда, как пояснил специалист, сам по себе дрейф не опасен. Но чем дольше станция дрейфует, тем труднее получается поддерживать тепловой режим оборудования на фермах американского сегмента. Аппаратура, рассчитанная на пребывание на солнечной стороне станции и оказавшаяся в тени, начинает потреблять для самообогрева слишком много энергии. Восполняя потерю этой энергии, от электричества отключают российские модули ФГБ и СМ (в штатном режиме они получают с американского сегмента по 1,5 кВт). Затем NASA отключает свою научную аппаратуру. «И если не восстановить ориентацию вовремя, то… Но до такого, естественно, не доходило», — сказал Антошечкин.
В такой ситуации гиродины отключаются, российский ЦУП берет управление на себя и с помощью своих двигателей начинает восстанавливать ориентацию. В это время американские специалисты командами с Земли выставляют рамки гиродинов в исходное положение (когда гиродины уходят в насыщение, рамки разворачиваются на максимальный уровень). И, после того как станции возвращают прежнюю ориентацию, управление опять переходит на американский сегмент.
Но во время августовского выхода расчетная ситуация переросла в нештатную. Неожиданно для ЦУПа по неизвестной причине отключилась связь с космонавтами. «Причем мы потеряли не только голосовую связь с экипажем, но и связь по управлению», — отметил Антошечкин.
По его словам, «это заставило российский ЦУП очень быстро приостановить внекорабельную деятельность». Правда, Антошечкин отметил, что к тому времени программа была практически выполнена, но все-таки неожиданная проблема со связью привела российских специалистов в некоторое замешательство. «Хорошо хоть, что это произошло за 10 минут до зоны российских НИПов (наземных измерительных пунктов. – «Газета.Ru»), — пояснил он. — Как только станция вошла на нашу территорию и связь восстановилась, мы дали экипажу указание уйти из районов двигателей».
Сейчас уже известно, что связь пропала по ошибке, затерявшейся в массиве командной информации, переданной на борт станции ЦУПом в Хьюстоне. «Американские специалисты приняли решение сбрасывать нагрузку сразу, как только МКС перешла в дрейф, понимая, что все равно это придется делать рано или поздно, — пояснил Антошечкин. – При этом ошибочно отключилась и система связи». Когда американская сторона выяснила причину нештатной ситуации, специалисты приняли решение вообще заблокировать циклограмму отключения нагрузок. Так что на этот раз потери связи быть не должно, считают в обоих ЦУПах.
Но вот точного ответа на вопрос, почему во время ВКД так стремительно растет кинетический момент гиродинов, у специалистов до сих пор нет. И, несмотря на то что с этой проблемой научились справляться, ее надо решать.
Сейчас специалисты рассматривают два возможных источника динамического возмущения станции (помимо воздуха из люка). Во-первых, анализируются возмущающие моменты, которые создает экипаж своими физическими действиями во время работы в космосе. Проще говоря, специалисты выясняют, могли ли космонавты «раскачать станцию». «Но это влияние на громадную станцию слишком незначительное, — считает Антошечкин. – Здесь момент не направленный: положение тела космонавта все время меняется».
Специалист уточнил, что плечо (расстояние от точки приложения силы, в данном случае — от места нахождения космонавтов, до центра массы станции), действительно, может быть достаточно большим, но сила все время действует в разные стороны, поэтому на общий суммарный возмущающий момент практически никакого влияние не оказывает. К тому же в тот самый момент, когда рост кинетического момента был наиболее стремительный, космонавты активной деятельности не вели.
Во-вторых, специалисты отрабатывают версию американской стороны о возмущения, которые создают струи из системы охлаждения российских скафандров «Орлан-М». «Хотя и здесь сильного влияние быть не должно, — отметил Антошечкин. — Так же как и с физическим воздействием экипажа, момент не направлен». Тем не менее по просьбе американцев в циклограмме этого выхода запланирован так называемый тест неподвижности. Во время него экипаж, будучи на теневой стороне орбиты, минут на пятнадцать зафиксирует определенное положение. Космонавты стоят неподвижно, а специалисты на земле потом рассчитают момент возмущения и момент «плеча» и смогут сказать, как динамическое возмущение сублиматоров скафандров влияет на общий возмущающий момент.
«Если это внешняя причина, а не проблема гиродинов, мы ее выясним. Но если мы не найдем то, что объяснит такой рост возмущающего момента, тогда останется думать, что что-то случилось с гиродинами», — сказал Антошечкин.
Сопредседатель американо-российской комиссии по совместным операциям напомнил, что ориентацию станции обеспечивают гиродины CMG (Control Moment Gyroscope), установленные в специальном блоке на ферме S0 американского сегмента МКС. Изначально положение станции в пространстве стабилизировали четыре таких устройства. Но два года назад один из них – CMG1 – вышел из строя. Причем поломки были такие, что американские специалисты сразу отсекли идею ремонта. Этот гиродин необходимо менять, сказали они. В 2003 году такой прибор на замену должен был доставить на станцию очередной американский шаттл (в российские «Прогрессы» он не помещается). Однако из-за катастрофы Columbia замену CMG1 отложили на неопределенное время.
Затем проблемы возникли с гиродином CMG3. Специалисты стали периодически отмечать повышенное потребление тока на этом устройстве (вместо нормальных 50 мА – 90 мА и выше). Кроме того, в три раза вырастал уровень колебаний. Причем всплески случались неожиданно. Правда, по словам Антошечкина, «мы (российский сегмент. – «Газета.Ru») проблем с третьим гиродином вообще не чувствовали». «Это были кратковременные скачки – 10–20 раз за пять месяцев, — пояснил он. – И, может быть случайно, они попадали на участки дежурной ориентации, когда никакой динамики не было. Поэтому особых последствий таких всплесков для нас не было».
Но американских специалистов, которые отвечают за работу гиродинов, это, конечно, насторожило. Для того чтобы не допускать ситуацию до отказа гиродина, они провели тест восстановления смазки у этого устройства: гиродины просто выставили на солнце на несколько часов, смазка прогрелась и распределилась по подшипникам должным образом. Тест помог, хотя примерно месяц назад специалисты вновь начали фиксировать повышенные нагрузки на приборе, то есть от нагрева гиродина первопричина проблем не исчезла.
И, наконец, в апреле этого года, вскоре после прибытия на станцию экипажа девятой экспедиции, вышел из строя гиродин CMG2. У него отказал блок RPCM дистанционного управления электропитанием. Возникла опасность того, что два оставшихся гиродина не выдержат возмущений, которые возникают при развороте солнечных батарей или перестройке ориентации (например, из орбитальной в инерциальную). В июле его отремонтировали, но NASA из-за проблем с гиродинами все-таки отменило режим точной ориентации (теперь станция может отклоняться от нормального положения на угол до 10°) и ввело запрет на разгрузку гиродинов.
«Это практически означает, что в любом случае, когда гиродины перенасытятся – в результате отказа самого устройства или от возмущений станции, мы однозначно ложимся в дрейф, — пояснил Антошечкин. – А дальше все зависит от того, в какой момент внекорабельной деятельности это происходит. Если в конце, то мы час ничего не делаем. Кстати, мы сейчас четко определились с американским ЦУПом, что в течение часа они не вмешиваются в процесс при потере ориентации. Тепловой режим оборудования на американском сегменте за норму не выходит. Так вот в этот час экипаж уходит, и тогда восстанавливаем ориентацию».
«Если в начале или середине внекорабельной деятельности экипаж работу еще толком не сделал, тогда ждем, а через час даем экипажу команду уходить в безопасную зону. Включаем двигатели, и через час, в течение которого жидкие компоненты топлива должны испариться, можем продолжать работу в зоне двигателей», — заключил Антошечкин.
