Транспортный грузовой корабль "Прогресс": модификации, характеристики

«Прогресс» – транспортный космический корабль, который в основном выводится на орбиту ракетой-носителем «Союз». Ранее использовался для снабжения советских станций «Салют» и «Мир», а в данное время 3–4 раза в год доставляет грузы, ​ракетное топливо, воду и сжатые газы на МКС.

Первый старт корабля «Прогресс» состоялся в 1978 г. Тогда доставка осуществлялась на советскую космическую станцию ​​«Салют-6». С тех пор грузовой корабль несколько раз модифицировался, и сменилось несколько поколений, прежде чем появился современный транспортный летательный аппарат «Прогресс-MC».

Программа полета

Транспортный грузовой беспилотный корабль выводится на орбиту ракетой-носителем «Союз-У», но она постепенно выводится из эксплуатации. Отвечать за доставку «Прогресса» к МКС в дальнейшем будет «Союз-2».

Корабль может стыковаться с любым портом российского сегмента Международной космической станции. После соединения и надежного закрепления экипаж открывает люк для разгрузки. Поскольку на орбите космонавты на «Прогресс» попасть могут, корабль классифицируется как пилотируемый, хотя запускается без людей.

Все доставленное выгружается на МКС. Экипаж переносит предметы, кислород и газообразный азот выпускаются для повышения давления в атмосфере космической станции, а вода и ракетное топливо по специальным транспортным системам подаются в баки, установленные в российском сегменте.

Затем «Прогресс» загружается мусором и ненужными предметами, люк закрывается и корабль отстыковывается. Летательный аппарат не имеет тепловой защиты и совершает саморазрушительное возвращение в атмосферу, завершая свой полет.

Корабль «Прогресс»: характеристики

Производимый РКК «Энергия» космический аппарат состоит из трех отсеков: приборно-агрегатного, компонентов дозаправки (вместо спускаемого аппарата «Союза») и герметичного грузового модуля со стыковочным агрегатом и системой подачи ракетного топлива. Корабль обладает стартовой массой до 7200 кг, имеет 7,23 м в длину и максимальный диаметр 2,72 м. Диаметр грузового отсека составляет 2,2 м.

«Прогресс» способен перевозить до 1800 кг сухого груза, 420 л воды, 50 кг воздуха или кислорода и 850 кг ракетного топлива. Для обратной поездки корабль может загружать от 1000 до 1600 кг мусора и 400 кг жидких отходов. Полностью развернутый на орбите аппарат имеет ширину 10,6 м.

«Прогресс» сертифицирован для пребывания в космосе на срок до 6 месяцев. Согласно расписанию рейсов, незадолго до запуска очередного грузового транспортного корабля аппарат отсоединяется от станции, освобождая стыковочный порт. Раньше «Прогрессы» после доставки выполняли множество дополнительных задач, включая научные эксперименты и технические демонстрации в космосе. В отличие от «Союза», транспортный корабль не способен отделять свои модули, потому что он не предназначен для выживания.

Грузовой отсек

Вместо спускаемого аппарата корабль «Прогресс» имеет модуль компонентов дозаправки, в котором находятся 4 топливных бака, заполненных несимметричным диметилгидразиновым топливом (гептилом) и окислителем (тетроксидом азота).

Кроме того, в отсеке есть 2 емкости для воды, в которых можно доставить на Международную космическую станцию до 420 кг воды ​​и забрать до 400 кг жидких отходов (сточных вод и мочи). Кроме того, дозаправочный модуль оснащен сферическими газовыми баллонами, которые вмещают до 50 кг сжатого кислорода, азота или воздуха.

Ракетное топливо сливается через соединители стыковочного интерфейса, откуда оно через переходник поступает в топливную систему МКС. Во избежание загрязнения, топливопроводы после использования промываются. Они не проходят через обитаемые отсеки космической станции, чтобы члены экипажа не контактировали с токсичными химическими веществами.

Емкости с газом также расположены снаружи экипажного модуля, так что любые утечки не приведут к выделению газа в атмосферу МКС.

Приборно-агрегатный отсек

Конструкция данного модуля идентична кораблю «Союз», но имеет немного другую конфигурацию. В его состав входят двигательная система, система электропитания и датчики, а также бортовые компьютеры. В герметичном контейнере установлены системы обеспечения теплового режима, электроснабжения, связи, телеметрии и навигации. Негерметичная часть приборного отсека включает главный двигатель и жидкотопливную двигательную систему.

Силовая установка используется для маневров управления ориентацией, сближением для стыковки и корректировки орбиты, а также для придания тормозного импульса для схода с орбиты. Космический корабль «Прогресс-М» оснащен корректирующе-тормозной двигательной установкой КТДУ-80. Он включает 4 сферических резервуара, которые могут вмещать до 880 кг НДМГ (гептила) и тетраоксида азота N₂O₄. Основной двигатель С5.80 может работать с тремя уровнями тяги. Номинальная тяга равна 2950 Н. КТДУ-80 весит 310 кг и обеспечивает импульс в течение 326-286 с. Двигатель работает при давлении в камере 8,8 бара. КТДУ-80 имеет длину 1,2 м и 2,1 м в диаметре.

В дополнение к своей основной силовой установке «Прогресс» оборудован 28 многонаправленными двигателями управления движением, тяга каждого из которых составляет 130 Н. КТДУ включает 4 топливных бака и 4 емкости со сжатым газообразным гелием для повышения давления в них. Гептил и окислитель, оставшееся неиспользованными, после стыковки с МКС пополняют запасы космической станции (за исключением объема, необходимого для торможения).

Суммарное количество ракетного топлива может варьироваться от 185 до 250 кг. Для орбитальной коррекции «Прогресс» использует четыре или восемь своих подруливающих устройств управления ориентацией, ориентированных в нужном направлении. Основные двигатели, как правило, для этого не используются, так как это создало бы нагрузку на стыковочный интерфейс между МКС и транспортным кораблем.

Приборный модуль имеет систему электропитания, состоящую из двух солнечных батарей, которые разворачиваются, когда аппарат находится на орбите. Размах батарей составляет 10,6 м. Кроме того, в систему питания входят и встроенные аккумуляторы.

Приборный отсек снабжен главным полетным компьютером, который отвечает за все аспекты миссии. После недавнего обновления «Прогресс» был оборудован цифровой вычислительной машиной ЦВМ-101 и цифровой телеметрической системой МБИТС. Новый компьютер на 60 кг легче старого «Аргона-16». Переход на цифровую систему позволил кораблю перевозить 75 кг дополнительного груза.

Вся авионика расположена в герметичном приборном отсеке корабля «Прогресс», который в два раза длиннее, чем у «Союза», поскольку здесь размещается оборудование, которое в пилотируемом летательном аппарате находилась в стыковочном модуле.

Полетное задание

«Прогресс» запускается на ракете «Союз-У» (и «Союз-2» с 2014 года), которая доставляет его на заданную орбиту менее чем за 9 минут. После отделения от стартового ускорителя космический корабль развертывает свои солнечные батареи и коммуникационные антенны для завершения процесса выхода на требуемую траекторию полета. После этого «Прогресс» начинает стандартную 34-витковую процедуру сближения с Международной космической станцией. Также доступен ускоренный вариант стыковки с МКС всего за 4 витка, но это требует определенной динамики и точного выведения на орбиту ракетой-носителем.

Во время сближения с космической станцией «Прогресс» выполняет корректировки траектории, увеличивая высоту полета и сокращая расстояние. При этом транспортный грузовой корабль совершает маневры, подготавливающие основу для автоматической стыковки. Эта процедура начинается на большом расстоянии от МКС. «Прогресс» использует радиосистему КУРС, которая связывается с ее аналогом на космической станции, чтобы по мере сближения обеспечивать компьютеры транспортного средства навигационными данными. Благодаря этому во время похода корабль маневрирует и корректирует курс.

На расстоянии 400 м экипаж на борту МКС может дистанционно управлять транспортным кораблем по системе ТОРУ, которая в случае отказа автоматики позволяет произвести стыковку вручную.

Когда «Прогресс» приближается к Международной космической станции, он начинает выравниваться по отношению к ее стыковочному узлу. После выравнивания транспортный корабль остается на расстоянии 200 м, ожидая завершения короткого подготовительного периода, в течение которого экипаж проверяет выравнивание и системы летательного аппарата. После того как все будет проверено, «Прогресс» возобновляет подход и аккуратно запускает свои подруливающие устройства для причаливания со скоростью 0,1 м/с. После мягкой стыковки замки сцепляются, образуя надежное крепление двух летательных аппаратов, а затем начинается стандартная одночасовая проверка герметичности соединения. После этого экипаж может открыть люк космического корабля, чтобы начать разгрузочно-погрузочные работы.

Пока «Прогресс» состыкован, экипаж освобождает его, перенося предметы на станцию. Топливо перекачивается по команде с Земли, а вода – по команде панели управления грузового модуля. Газы наддува обитаемых отсеков выпускаются непосредственно внутри транспортного корабля и таким образом попадают в МКС. После загрузки мусора и жидких отходов люк закрывается, и «Прогресс» отстыковывается.

Грузовой корабль может либо в течение нескольких недель выполнять дополнительную миссию, либо готовиться к более быстрому завершению полета. Когда задача космического аппарата на орбите будет выполнена, его двигатели запускаются, чтобы выполнить торможение и сгореть в атмосфере над Тихим океаном, чтобы сохранившиеся части могли упасть далеко от населенных участков суши.

«Прогресс-M1»

Эта так называемая топливная модификация корабля серии «Прогресс» была разработана специально для Международной космической станции. РКК «Энергия» «переупаковала» средний дозаправочный отсек, чтобы обеспечить доставку на МКС большего количества топлива. Дополнительные баки с горючим были помещены в среднем отсеке за счет емкостей для воды, которые были перемещены в переднюю часть судна. 12 баков с азотной и кислородной смесью для атмосферы станции переместились на внешнюю сторону корабля вокруг «шеи» между грузовым и топливным модулями.

Также была внедрена новая цифровая система управления полетом, сближением и стыковкой КУРС-ММ, которая сменила предыдущую версию.

Первый полет M1 состоялся 1 февраля 2000 года на космическую станцию ​​«Мир». А 6 августа 2000 г. был произведен первый запуск грузового корабля «Прогресс» к МКС.

«Прогресс-М2»

Начиная с 1980 годов НПО «Энергия» разрабатывала новую, более тяжелую модификацию транспортного корабля с удлиненным грузовым модулем. Летательный аппарат доставлялся в космос с помощью ракеты «Зенит», способной выводить на низкую околоземную орбиту до 10-13 т груза. Первоначальные планы предполагали запуск с космодрома в Плесецке на орбиту с высоким наклоном (62 градуса к экватору), предназначенную для станции «Мир-2».

Распад СССР, по существу, разрушил все планы использования «Зенита» в качестве ракеты для российской пилотируемой космической программы, так как он производился в независимой Украине.

Позже РКК «Энергия» планировала использовать М2 в качестве корабля доставки к МКС, однако политические и финансовые проблемы застопорили реализацию проекта на многие годы.

В конце 1990 годов, когда российско-украинские отношения стабилизировались, РКК «Энергия» попыталась восстановить проект на базе «Прогресса-М2». Опубликованные проекты модуля Enterprise и возможные будущие российско-украинские отсеки для МКС могли использовать аппаратное обеспечение, разработанное для данного проекта.

«Прогресс М-М»

Впервые представленная в 2008 году модификация транспортного грузового корабля получила современную цифровую систему управления полетом ЦВН-101, которая заменила устаревший компьютер «Аргон-16». Также на борту появилась новая миниатюрная радиотелеметрическая система МБИТС. Эти усовершенствования позволили быстрее и эффективнее управлять полетом, снизив общую массу авионики на 75 кг и сократив количество модулей на пятнадцать единиц.

«Прогресс-MC»

Грузовой космический аппарат нового поколения был впервые запущен 21 декабря 2015 г. Модернизация производства корабля «Прогресс», которая коснулась и пилотируемого «Союза», в основном затронула коммуникационные и навигационные системы, замененные современной электроникой. Космический аппарат был оборудован новыми системами навигации (КУРС), радиосвязи (ЕКТС) и позиционирования (GPS/ГЛОНАСС), а также линией связи для определения относительного перемещения. Эти изменения существенно не повлияли на внешний вид «Прогресса», за исключением количества развертываемых на транспортном корабле антенн, и установки внешних креплений для спутников CubeSat.

Аппарат способен перевозить грузы в герметичном грузовом отсеке и доставлять на космическую станцию ​​топливо, воду и сжатые газы.

«Прогресс-MC» был разработан для запуска на обновленной ракете «Союз-2-1А», которая позволила кораблю доставлять на МКС большую полезную нагрузку. Аппарат по-прежнему совместим с «Союзом-У», который постепенно уступает место новой версии, чередуя полеты между ними, чтобы можно было устранить возникающие проблемы без существенного прерывания цепочки поставок. Космический корабль «Прогресс» может состыковываться с любым портом российского сегмента МКС, но для этого обычно используется модуль «Пирс» и порт служебного отсека «Звезда».

7 августа 2017 г. Роскосмос объявил об успешном завершении полетных испытаний модели.

Курс на модернизацию

При переходе от версии MM к МС внешне корабль изменился ненамного, как и не претерпел значительных изменений со времен введения аппарата в 1970 годах, хотя внутри имеется ряд существенных различий.

Сохраняя общность пилотируемого и грузового варианта, российская космическая программа обладает уникальной возможностью сначала внедрять новые системы на беспилотном транспортном аппарате и после тщательной проверки внедрять их на «Союзе».

Следует отметить, что изменения в ракетостроении не производятся сразу. Модернизация проводится последовательно, а иногда новые и старые системы объединяются, чтобы в случае проблем иметь возможность использовать проверенную временем технологию, оставленную в качестве резерва. То же происходит и с обновлением корабля «Прогресс-MM» до версии МС. Поскольку «Союз» переходит от версии TMA-M к МС примерно через полгода, это дает возможность выявить и исправить любые недостатки на непилотируемом космическом аппарате, снижая общий риск.

ЕКТС-ТКА

Модернизация включает замену производимой на Украине системы радиосвязи «Квант-В» единой телеметрической системой ЕКТС-ТКА. Благодаря этому Россия стала самостоятельно контролировать производство антенн, фидеров и коммуникационной электроники. Кроме того, новая телеметрия и командная система способны использовать спутники геостационарной связи «Луч» для ретрансляции телеметрии на землю и приема ретранслированных команд на участках орбиты, которые находятся вне пределов прямой видимости российских наземных станций «Клен-Р», действующих в Москве и Железногорске.

Другим обновлением коммуникаций стало внедрение линии связи с космической станцией во время сближения, обеспечивающее относительную навигацию в качестве дополнительного источника навигационных данных. «Прогресс-МС» оснащен приемниками GPS и ГЛОНАСС для точного определения времени, расчета вектора состояния и определения орбиты, позволяя более точно рассчитывать импульс включения двигателя, больше не полагаясь на слежение по радарам, возможное только при прохождении наземных станций. 100% покрытие обеспечит вводом еще одной наземной станции, размещенной на космодроме «Восточный».

Телевизионная система

Транспортный грузовой корабль «Прогресс-МС» оборудован улучшенной системой камер и использует цифровую передачу для обеспечения лучшего качества изображения, передаваемого на МКС и в Центр управления полетами, что необходимо для контроля над процессом сближения и наложения видео и данных для дистанционного управления космическим аппаратом (в случае необходимости).

Улучшения, внесенные в систему управления полетом, бортовое программное обеспечение и коммуникационные системы, позволили перейти от аналоговой к цифровой передаче видео, что улучшило качество изображения во время причаливания.

Система управления движением и навигации

В новейшем поколении российских кораблей «Прогресс» и «Союз» значительно улучшилась навигация. Радиосистему КУРС-А сменил новый цифровой КУРС-НА.

КУРС позволяет космическим аппаратам выполнять сближение, заключительное причаливание и стыковку в автоматическом режиме. При этом сигналы, отправленные с целевой станции, принимаются несколькими антеннами и используются для определения траектории и углов тангажа для дальнего сближения, начинающегося с 200 км, а также угла наклона, направления и обзора, расстояния и скорости сближения во время причаливания. Были заменены все компоненты украинского производства, и достигнуто общее снижение веса при одновременном увеличении ее возможностей. КУРС-НА нуждается только в одной антенне и обеспечивает более точные измерения, позволяющие произвести полностью автоматизированную стыковку кораблей «Прогресс» или «Союз» с МКС.

Другие улучшения

На внешней поверхности транспортного грузового космического корабля появились механизмы для выведения на орбиту спутников CubeSat. Снаружи каждого отсека теперь может переноситься до четырех контейнеров для запуска спутников небольшого размера. Кроме того, на внешней стороне «Прогресса-MC» была установлена дополнительная защита грузового отсека от микрометеороидов и космического мусора. Чтобы повысить надежность космического аппарата, механизм стыковки был оборудован резервным приводом.