Транспортный корабль снабжения

«Транспортный корабль снабжения» (ТКС) — советский многофункциональный космический корабль, разработанный ОКБ-52 (ныне КБ "Салют" Государственного космического научно-производственного центра (ГКНПЦ) им. Хруничева) под руководством Владимира Челомея для доставки экипажа и грузов на орбитальную пилотируемую станцию (ОПС) военного назначения «Алмаз». 

                                     Владимир Николаевич Челомей

Биографическая справка

Владимир Николаевич Челомей (17 (30) июня 1914, Седльце, Российская империя — 8 декабря 1984, Москва, СССР) — советский конструктор ракетно-космической техники и учёный в области механики и процессов управления, академик АН СССР (1962). Дважды Герой Социалистического Труда (1959, 1963). Лауреат Ленинской премии и трёх Государственных премий СССР. Фактически возглавлял Совет главных конструкторов в 1961–1964 гг.

ТКС в виде автоматического грузового корабля и отсека стыковался к гражданским орбитальным станциям «Салют», а также, в модифицированных вариантах, — к ОПС «Мир» и «Международной космической станции». Имеет возвращаемый на Землю спускаемый аппарат для экипажа и результатов исследований.

                              Макет транспортного корабля снабжения 

Устройство корабля

ТКС состоит из двух частей: возвращаемого аппарата (ВА) и функционально-грузового блока (ФГБ), каждый из которых способен осуществлять автономный полет.

Функционально-грузовой блок

Функционально-грузовой блок (ФГБ) и возвращаемый аппарат (ВА) 

ФГБ состоит из секций различного диаметра. Спереди, на зоне малого (2,9 м) диаметра на него устанавливался возвращаемый аппарат, сзади отсек имел расширение, образованное двумя коническими проставками максимальным диаметром 4,1 м. В хвостовой части ТКС располагался активный стыковочный агрегат, специально приспособленный для стыковки объектов массой по 20 т. В передней части блока находятся два двигателя коррекции (11Д442) тягой по 447 кгс. Двигатели могли включаться до 100 раз; их ресурс составлял 2600 с. Для корабля столь большой массы оказалось более выгодным использовать двигательную установку с турбонасосной системой подачи, а не с вытеснительной как на «Союзе». Все топливо (АТ+НДМГ) размещалось в восьми цилиндрических баках на внешней поверхности ФГБ. Там же установлены основные агрегаты двигательной установки (ДУ), двигатели ориентации и стабилизации, антенны и датчики, радиаторы системы терморегулирования.

Возвращаемый аппарат

                             Возвращаемый аппарат КА «Космос-1443» 

По конфигурации ВА напоминает спускаемые аппараты КА «Джемини» и КА «Аполлон», обладает высоким аэродинамическим качеством (0,25 на ‎гиперзвуке), что позволяет выполнять управляемый спуск в атмосфере с небольшими тепловыми нагрузками.

Теплозащита ВА состоит из донного полусферического сегмента (лобового экрана), боковой теплозащиты, сегмента носового отсека. Теплозащитное покрытие выполнено из кремнеземной ткани, пропитанной фенолформальдегидной смолой. При нагреве смола испаряется и газообразные продукты пиролиза блокируют приток тепла. После возвращения теплозащиту можно восстановить и использовать снова (до 10 раз). На днище ВА сделан люк диаметром 550 мм для доступа экипажа в ФГБ. Несмотря на то, что этот участок теплозащиты подвергается наиболее интенсивному нагреву, такая схема продемонстрировала высокую надежность в эксплуатации.

На днище ВА был закреплен навесной отсек с системой жизнеобеспечения. В верхней части кабины установлен носовой отсек (НО) с реактивной системой управления (РСУ) спуском, парашютной и некоторыми другими системами. НО оканчивался пороховой ТДУ с четырьмя соплами, направленными назад, вдоль образующей конуса. Над ТДУ на коротком переходнике закреплялась длинная цилиндрическая АДУ, сопла которой также были направлены вдоль образующей конуса ВА. ТДУ обеспечивала тормозной импульс скорости (около 100 м/с) для схода ВА с орбиты. Управление ориентацией аппарата на орбите и при спуске в атмосфере — посредством РСУ.

ТКС — корабль со сложной историей. Он создавался как альтернатива «Союзам» и превосходил их по многим параметрам. Носителем для него служила ракета «Протон» — самая мощная «рабочая лошадка» отечественной космонавтики, не считая сверхтяжелых Н-1 и «Энергии». Но после нескольких пусков, полностью готовый проект закрыли. Впоследствии ТКС получил второе рождение, послужив основой для модулей орбитальных станций «Мир» и МКС. 

1. ТКС — транспортный корабль снабжения, ЦКБМ — НПОмашиностроения, СССР, на разрезе ТКС обозначены: 1 — блок схода с орбиты; 2 — возвращаемый аппарат; 3 — сближающее-корректирующие двигатели; 4 — люк в теплозащите; 5 — блоки бортовых систем ТКС; 6 — радионавигационные антенны; 7 — оптический визир; 8 — топливные баки; 9 — антенна системы стыковки; 10 — пульт ручного управления стыковкой; 11 — стыковочный агрегат; 12 — грузы; доставляемые на станцию

2. В таком виде на околоземную орбиту отправился модуль «Квант». 1 — буксир на базе ФГБ; 2 — переходный отсек; 3 — модуль «Квант»

3. Первый из «боковых» модулей «Мира» — модуль дооснащения «Д», позднее названный «Квант-2» 

История создания

Во второй половине 60-х годов в СССР начинаются работы по орбитальной станции «Алмаз». Станция задумывалась как наблюдательный пункт на орбите, в котором длительное время будут жить космонавты и проводить съемку Земли с помощью мощного телескопа-фотоаппарата «Агат-1».

ТКС пристыкованный к ОС «Салют-7» в представлении художника 

Естественно, для обслуживания такой станции потребуются регулярные рейсы грузовых и пилотируемых кораблей. Кроме того, требовались и обратные рейсы со станции на Землю, с грузом отснятых материалов и данных разведки. Предварительные расчеты показали, что грузоподъемности и вместительности кораблей «Союз» будет недостаточно для полноценного функционирования станции.

В 1967 году в Центральном конструкторском бюро машиностроения (ЦКБМ, ранее ОКБ-52) началась разработка транспортного корабля снабжения.

Основные задачи, поставленные перед ТКС:
- доставка на орбитальную пилотируемую станцию (ОПС) топлива, грузов и экипажа
- подъем орбиты ОПС
- управление полетом комплекса ОПС+ТКС в течение длительного времени
- доставка экипажа на Землю
- возврат на Землю спускаемого аппарата с полезным грузом в автоматическом режиме

Первые эскизы ТКС были готовы в том же 1967 году. Однако потом в 1969 году разработка была прервана, в связи с задачей в кратчайшие сроки создать станцию «Салют» в связке с «Союзом», как «наш ответ американцам», высадившимся на Луне.

«Салют-6» и «Салют-7» имели по два стыковочных узла 

К работе над ТКС вернулись в 1970 году, а через пять лет начались летно-конструкторские испытания.

Устройство корабля

Конструкция ТКС: 1- возвращаемый аппарат; 2 — герметичное днище; 3 — двигатели коррекции и сближения; 4 — БЦВМ «Аргон-16»; 5, 18 – антенна; 6 – гироскопические приборы; 7 – блок ориентации на Солнце; 8 – антенна системы «Игла»; 9 – иллюминаторы; 10 – телевизионные камеры; 11 – коническое днище; 12 – аварийные батареи электропитания; 13 – коническая обечайка; 14 – ИК-вертикаль; 15 – оптический визир; 16 – цилиндрическая обечайка; 17 – орбитальный радиолокатор; 19 – агрегаты системы жизнеобеспечения; 20 – бак с водой; 21, 36 – сферические баллоны системы наддува и разгерметизации; 22 – аппаратура системы управления; 23, 30 – электронные блоки; 24, 29 – двигатели ориентации и стабилизации; 25 – сферические гелиевые баллоны системы наддува; 26 – буферные аккумуляторные батареи; 27 – блоки контроля и управления системы электропитания; 28 – солнечные батареи; 31 – цилиндрические баки с топливом; 32 – антенны системы поиска; 33 – пульт управления сближением и стыковкой; 34 – электронные блоки системы «Игла»; 35 – емкости с кислородом и азотом; 37 – антенны системы «Игла»; 38 – блоки поглотителей системы жизнеобеспечения; 39 – контейнеры с рационом питания 

Как отмечалось выше корабль состоит из двух основных блоков: возвращаемого аппарата (ВА) и функционально-грузового блока (ФГБ).

Отличительной особенностью возвращаемого аппарата ТКС был переходный люк в ФГБ, расположенный в нижней части капсулы. При посадке — это самое теплонапряженное место корабля и такое расположение люка вызвало множество споров. Была опасность прогара люка и гибели космонавтов. Однако все последующие испытания показали надежность конструкции.

Возвращаемый аппарат ТКС

Еще один люк находится в боковой стенке ВА. Он предназначен для посадки и высадки экипажа.

Для доступа к переходному люку центральное из трех кресел космонавтов было сделано откидным. При стыковке со станцией космонавты должны были перейти из ВА в ФГБ, где около стыковочного агрегата находился пульт управления стыковкой. Эта схема отличается от применяемой в «Союзах», где космонавты во время стыковки находятся в своих креслах. Но в каком-то смысле в ТКС управлять стыковкой было бы удобнее, так как и пульт и иллюминаторы находятся рядом со стыковочным узлом, и нет необходимости использовать перископ.

Спускаемый аппарат, помимо всего прочего, был многоразовым. После приземления, теплозащиту на капсуле восстанавливали. Таким образом ВУ можно было использовать до 10 раз.

Перед конструкторами во время проектирования корабля стояла задача сделать его составные блоки максимально автономными. Поэтому ВА и ФГБ получили раздельные системы управления. По сути эти блоки могли выполнять каждый свою задачу. Например, ВА могли отправить на Землю, а ФГБ остался бы на орбитальной станции как дополнительный модуль.

ТКС был первым из отечественных кораблей, где часть электроники сделали цифровой. Создатели корабля не стали делать полностью цифровую систему управления, так как в то время цифровые системы были развиты слабо и полностью полагаться на них побоялись.

Ракета «Протон» с установленным ТКС

Для запуска ТКС была создана модификация «Протона» УР-500К-ТКС. В целом она мало отличалась от других «Протонов». Сверху ракеты устанавливался корабль, защищенный головным обтекателем. В отличие от «Союзов» обтекатель не закрывал корабль полностью, оставляя открытым возвращаемый аппарат. Это помогло упростить работу САС. Теперь при ее срабатывании не нужно было отстреливать обтекатель — ВА сразу отрывался от ракеты.

Вывод ТКС на орбиту модификацией «Протона» УР-500К-ТКС 

Еще одной особенностью САС ТКС была одновременная работа АДУ и ТДУ в аварийной ситуации. Это стало возможно благодаря особой конфигурации носового отсека, когда векторы тяги обеих двигательных установок направлены в одну сторону.(0 ТКС обладал и некоторым запасом расширения своих возможностей. Если отказаться от многоразовости корабля, то внутренний объем спускаемого аппарата можно было увеличить, и тогда число членов экипажа составило бы 6 человек.

Летно-конструкторские испытания В ходе ЛКИ, начавшихся в 1975 году, были проведены испытания элементов корабля на прочность и надежность. До 1979 года на Байконуре было осуществлено несколько успешных запусков САС. С 1976 года начались запуски в космос массо-габаритных макетов ТКС.

Макет представлял два ВА, поставленных друг на друга. В космосе они должны были разделиться и сесть каждый самостоятельно. До 1979 года было произведено 4 пробных пуска. Первый запуск прошел успешно. На втором, из-за аварии ракеты, один ВА был спасен САС, второй — уничтожен. Третий запуск — успешный. На четвертом оба аппарата были потеряны из-за замыкания электропроводки. В целом результаты испытаний оценивались как успешные. Одна авария была связана с ракетой. В остальном, САС доказала свою надежность, автоматический спуск проходил в заданном режиме. Некоторые ВА побывали в космосе два раза.

Запуски самих ТКС (с ФГБ) начались в 1977 году, всего было проведено 4 пуска.

1. 17 июля 1977 г. — «Космос-929». Первый запуск ТКС. В качестве ПН был использован балластный груз. Корабль провел несколько маневров на орбите. 17 августа ВА отделился и совершил посадку. ФГБ находился на орбите до 3 февраля 1978 г. и выполнил несколько самостоятельных маневров. За перемещениями корабля внимательно следили американцы, и думали, что русские испытывают какой-то межорбитальный буксир.

2. 25 апреля 1981 г. — «Космос-1267». Корабль находился в автономном полете до 19 июня, после чего был пристыкован к станции «Салют-6». ВА отделился от корабля месяцем раньше — 24 мая. Полноценной стыковки ТКС и станции не было, так как стыковочные узлы отличались. Совместный полет продолжался до 29 июля 1982 г. За это время ТКС несколько раз корректировал орбиту ОПС. После этого ТКС вместе с «Салютом» были сведены с орбиты.

3. 3 марта 1983 года — «Космос-1443». Корабль был успешно и полноценно пристыкован к станции «Салют-7», благодаря новой проставке для стыковочных агрегатов. Совместный полет продолжался до 14 августа 1983 г. После этого ВА вернулся на Землю с результатами экспериментов, а ФГБ работал на орбите еще 26 суток.

4. 27 сентября 1985 г. — «Космос-1686». Был пристыкован к ОПС «Салют-7». Корабль несколько раз поднимал орбиту станции. В ВА был установлен комплекс «Пион-К» для наблюдения за объектами потенциального противника. Корабль сошел в орбиты 7 февраля 1991 г.

ТКС

Дальнейшая судьба ТКС

В 1982 году госкомиссия решила отказаться от использования ТКС в качестве пилотируемого корабля. И этого несмотря на то, что к полетам было подготовлено множество космонавтов.

Четвертый ТКС уже готовился к пилотируемому полету. В срочном порядке он был переделан в автоматический (модификация ТКС-М). А после этого и остальные планы по выпуску ТКС были приостановлены.

Основной причиной отказа от корабля считается токсичное топливо ракеты «Протон» и самого ТКС. Однако существует мнение, что отказались от корабля по внутриполитическим мотивам. В дальнейшем в стране началась перестройка и развал Союза, и на ТКС не было лишних денег.

Уже изготовленные ФГБ были положены в основу нескольких космических аппаратов. ФГБ был использован при строительстве модуля «Квант» станции «Мир», и аппарата «Скиф-ДМ» («Полюс»), запущенного ракетой «Энергия». Модуль «Заря» Международной космической станции так же был сделан на основе ФГБ, а его дублеру модулю «Наука» (ФГБ-2) еще только предстоит запуск.

Возвращаемому аппарату повезло меньше — он так и не нашел свое применение. На основе ВА предлагалось сделать корабли-спасатели для американской станции Freedom, а затем и МКС. Но идея не получила развития. С российской стороны не было средств, а американцы не захотели спонсировать чужие разработки. В 1993 году два ВА были проданы на аукционе и попали в американский музей.

В 2005 году Центр Хруничева участвовал в конкурсе Роскосмоса на пилотируемый корабль нового поколения с проектом, в основу которого лег ВА ТКС. Но конкурс выиграла РКК «Энергия» с кораблем, который сейчас получил название «Федерация». Запускать ПТК от Центра Хруничева предлагалось на РН «Ангара».

В том же году появилась компания Excalibur Almaz. Это частная британская фирма, планировавшая совершать туристические полеты на модернизированных ВА ТКС. Ее российским партнером было НПО Машиностроения. Компания объявила о громких планах, и с гордостью завила, что использует великое советское наследие. В 2012 году компания планировала начать полеты, а к 2015 году собиралась продавать туры с облетом вокруг Луны. Стоимость путевки в космос оценивалась в 100 млн фунтов.

Пилотируемый корабль Excalibur Almaz

Однако Excalibur Almaz так и не смогла найти инвесторов, а те, кто доверил компании свои деньги обратились в суд с обвинениями в мошенничестве. По слухам, организаторам пришлось распродать оставшиеся детали космических аппаратов. С 2012 года фирма прекратила свою деятельность.

Источник

P.S.: По теме; "Алмаз" стал "Звездой"