ATV-2: Техническите подробности

Възможно е този запис да стане доста дълъг и скучничък, въпреки че ще посъкратя най-големите подробности. А дори и така очаквам да е интересен само за любителите на космоса, които обичат да мечтаят. Дори така обаче може би няма да е излишен – от тези мечтатели израстват инженерите, които създават подобни чудеса.

Общо устройство

Формата на ATV е грубо цилиндрична (състои се от два цилиндъра – преден, широк 4.5 м., и заден, широк мъничко над 4 м.) Дължината на цилиндъра е 10.3 м. Максималната му ширина е 4.5 метра. Теглото му напълно празен е 10 470 кг; максималното тегло при изстрелване е 20 760 кг.

Състои се от два модула: преден – Integrated Cargo Carrier (ICC), и заден – ATV Service Module (ATVSM).

Целият кораб е покрит с бяло фолио, под което са разположени панели за защита от микрометеорити. Панелите са изработени от алуминиеви слоеве с различна дебелина, разположени в структура тип “пчелна пита”. Поради високата скорост при удар микрометеоритите са способни да пробият дори доста дебел плътен защитен слой, но се изпаряват напълно дори при среща с много тънък слой, Ако няколко тънки слоя са разположени във вакуум с известно разстояние помежду им, те успешно предпазват от удара на микрометеорит, който иначе би пробил единичен защитен слой с дебелина далеч над общата на няколкото тънки. Така се олекотява структурата.

ATV Service Module

Ако оприличим ATV на космически камион, ATVSM е неговата “платформа”: двигател, кабина, шаси, колела. (ICC пък би бил специализираната надстройка-каросерия.) ATVSM е основата на ATV; предвиден е да може да работи с различни “каросерии”, за изпълнение на различни функции. Модулът е нехерметичен. Дължината му е около 4 м, ширината е малко над 4 м.

В предната част на модула се намира т. нар. Avionics Bay. Представлява цилиндричен пръстен с дължина 1.36 м., и съдържа компютрите, жироскопите, навигационните системи и комуникационното оборудване – по същество мозъкът на ATV. Оборудването е монтирано в десет специални касети, които са защитени от промените в температурата чрез специални топлопроводи. Захранва се от батерии: непрезареждащи се, които захранват кораба преди разгъването на слънчевите панели, и презареждащи се, които поемат функцията след разтварянето на панелите. Максималната консумирана от оборудването мощност е около 400 вата в “спящо” и около 900 вата при “активно” състояние (предполагам, че по време на скачване тази стойност може да бъде надхвърлена).

Отвън на пръстена се намират четирите слънчеви панела на ATV. Всеки от панелите се състои от четири секции, които при изстрелването са сгънати една върху друга. Всяка секция представлява многослоен пластмасов панел с площ 2.1 кв. м., подсилен с въглеродни влакна, върху който са разположени силициевите слънчеви клетки, които му придават металносин цвят. Общата площ на всеки панел е 8.4 кв. м., на всички панели заедно – 33.6 кв. м. Всеки панел е свързан към кораба чрез въртяща се ос, и се управлява самостоятелно така, че да заема най-благоприятно разположение спрямо Слънцето. Биват разгънати 100 минути след изстрелването, и придават на ATV характерната му Х-образна форма. Размахът им достига 22.3 м.

Средната мощност, която произвеждат панелите, е 4800 вата; след 6 месеца на орбита мощността може да спадне за сметка на излезли от строя клетки, секции или панели, но се очаква да е не по-малко от 3600 вата. Необходима е както за захранване на оборудването, така и за зареждане на акумулаторните батерии, които ще захранват оборудването, докато корабът е в сянката на Земята.

Зад, и отчасти вътре в Avionics Bay се намира Propulsion Bay – отсекът с резервоарите за пропелант. Осем на брой (четири за гориво, четири за окислител), сферични по форма, те са изработени от титан. Разделени са на две четворки, една пред друга, всяка захваната за поддържащ пръстен с плоскост. Побират общо около 7000 кг. пропелант. Пак там се намират двата резервоара за хелий, изработени от въглеродни влакна. (Хелият е необходим за поддържане в резервоарите на налягане, което да изтласква пропеланта към двигателите.)

Около 2300 кг от пропеланта са необходими за орбиталните маневри на ATV – издигане на орбита до станцията, скачване, отделяне и де-орбитиране: това е минимумът, който винаги ще бъде зареждан в кораба. Останалите до 4700 кг. могат да бъдат използвани за издигане на МКС на по-висока орбита или за други задачи на ATV; те могат да не бъдат заредени изцяло, за да се освободи възможност за доставяне на повече товар.

На задната част на модула, близо до периферията на цилиндъра, са монтирани четирите главни двигателя. Всеки от тях има тяга 490 нютона, или 50 кг. Управлението им е гъвкаво: дори два (диагонално разположени) са достатъчни за на практика всяка задача на ATV.

Отстрани на модула, срещу всеки главен двигател, има блок с двигатели за контрол на ориентацията и посоката. Блокът е приблизително кубичен, и на него са разположени общо 5 двигателя: два обърнати напред, и по един обърнат назад и към двете страни. Докато обърнатите напред и назад двигатели са поставени под сравнително лек ъгъл към оста на движение и корпуса на кораба, обърнатите настрани са под ъгъл около 45 градуса; така се подобрява съвместната им работа и гъвкавостта на насочването и завъртането около оста на кораба. Още по 2 на страна (общо осем) ориентационни двигателя са поставени отстрани в предната част на Integrated Cargo Carrier модула, върху възела за скачване. Всеки от ориентационните двигатели има тяга 220 нютона; дори при пълно изключване на главните двигатели, ориентационните биха могли, на цената на малко повече разход на пропелант, да изпълнят задачите на ATV.

Двигателите са свързани в 4 системи – Propulsion Configuration A, B, C и D. Всяка система се състои от 2 резервоара за пропелант (1 за гориво и 1 за окислител), 1 главен двигател, 7 контролни двигателя, свързващите ги тръби и клапи, и 1 модул за управление. (PC A при “Жул Верн” се беше изключила, вероятно поради проблем с електрониката – при последващо рестартиране на всички модули за управление на двигателите, всичко беше наред.)

През цялата дължина на ATVSM, през средата му, минава празен канал с ширина малко над 1 м. Предвиден е, за да може да бъде поставен в него херметичен ръкав, и на задния край на ATV да бъде монтиран втори скачващ възел; така корабът ще може да се скачва към други кораби откъм и двата си края, и космонавтите да минават през него.

В модула има предвидено място за монтиране и на допълнителни елементи. Така например, в него е монтирана руската система за управление на скачването “Курс”, чрез която се скачват към модула “Звезда” корабите “Союз” и “Прогрес”. Тя е резервен вариант, за в случай, че двете основни системи за управление на скачването на ATV откажат.

Integrated Cargo Carrier

Дължината на ICC е около 6.3 метра, ширината му е 4.5 метра. Дели се на херметичен и нехерметичен (Equipped External Bay) отсек, и носи всички припаси за снабдяване на станцията.

Модулът е базиран на италианския Multi-Purpose Logistics Module – херметичен модул, използван като “баржа” за товари, които трябва да бъдат пренесени чрез товарен космически кораб и разтоварени в херметизирана среда. MPLP е летял на космическата совалка, и е свързван чрез американски скачващ възел към американския край на станцията; изваждането му от товарния отсек на совалката и скачването е извършвано чрез механичната ръка на МКС. (На същия модул е базиран и европейският модул на МКС – “Колумбус”; всъщност ICC използва някои и от неговите елементи.)

(Изобщо, италианците сериозно се опитват да се наложат като втори след французите в ЕКА. Те произведоха и модула Cupola за МКС, и взеха дейно участие в мисията “Касини-Хюйгенс”, по-точно в построяването на “Хюйгенс”. Свалям им шапка.)

На нехерметичния отсек се пада около 10% от обема на ICC. Той е разположен в задната част на модула. Представлява цилиндричен, или по-точно пръстеновиден (средната му част, с ширина около 2 м., е празна) отсек, в който е разположен “течният” товар. Съдържа 22 сферични резервоара с различни размери, боядисани в различни цветове. Резервоарите побират както следва:

– до 840 кг. вода за пиене
– до 100 кг. атмосферни газове (въздух, азот, кислород) (2 резервоара по 50 кг – наведнъж могат да се превозват не повече от 2 различни газа)
– до 860 кг. пропелант за станцията (2 вида, подходящ за руския модул “Звезда” – АДМХ за гориво и двуазотен четириокис за окислител)

(Не винаги всички резервоари ще бъдат зареждани напълно. Теоретичният пълен капацитет на всеки резервоар и отсек поотделно, събрани заедно, дават около 12 тона (без да се брои горивото за орбитални маневри), въпреки че корабът може да бъде натоварен с не повече от 7.7 тона. Така се постига гъвкавост във видовете на доставяните на орбита товари.)

След свързване към МКС съдържанието на резервоарите се прехвърля в нея. Някои от течностите (напр. пропелантът) се прехвърлят през тръби, свързани автоматично със скачването; други, напр. питейната вода – по ръчно свързани маркучи; газовете за дишане (кислород, азот, въздух) просто се изпускат през клапа вътре в ICC, и преминават оттам през люка в МКС.

Херметичният отсек има обем 48 куб. м. Носи “сухия” товар за станцията, и евентуално оборудване за експерименти. В него могат да бъдат поставени до 8 стандартни стелажа, всеки от които съдържа по 6 стандартни алуминиеви чекмеджета. Всяко от чекмеджетата може да съдържа апаратура или “насипен” товар (всъщност предметите се поставят в тях задължително опаковани в надписани бели пластмасови торби); по понятни причини всяко чекмедже има капак, който го покрива отгоре. Предназначени са да бъдат изваждани от стелажа нацяло, и пренасяни през люка в станцията, където да бъдат отваряни и съдържанието им да бъде разпределяно на място. Общото тегло на стелажите, чекмеджетата и съдържанието им е до 5500 кг.

Освен като товарен склад, херметичният отсек може да бъде използван и като работно място за експерименти с монтирана в чекмеджетата апаратура. Височината и ширината на празното пространство между шкафовете са по малко над 2 м. – предостатъчно, за да могат двама космонавти да работят удобно.

Скачващият възел

Възелът е руско производство, и тежи 235 кг. Предназначен е за скачване с руския модул “Звезда”. В предишния запис от серията дадох някои подробности за работата му и описах механиката, която извършва механичното скачване; тук е описано техническото устройство.

Дължината му е около метър, ширината в предната част около метър, и малко под 2 метра в задната; отворът на люка му е с диаметър 80 см. При включването си автоматично свързва електрически връзки и тръби за прехвърляне на пропелант.

На възела са разположени 2 видеометъра, 2 телегониометъра, 2 уреда за следене на звездите (които са способни да разпознаят съзвездията и да се ориентират по тях), два визуални идентификатора (по тях екипажът на МКС следи приближаването на ATV) и 8 двигателя за управление (свързани по два към четирите системи за управление на двигателите на ATVSM).

Функционално част от възела (макар и да е разположена физически в ATVSM) е руската система за управление на скачването “Курс”.

“Оживяването” на кораба

ATV е автоматичен кораб, способен да извършва извънредно сложни задачи – а това ще рече, че сложността му в някои отношения доближава тази на живите същества. Подобни системи най-често не се включват отведнъж като котлон. При ATV последователността е следната:

– 2 часа преди изстрелването космодрумът на Куру установява връзка с ATV Control Centre в Тулуза, и последната версия на специализирания софтуер се зарежда в ATV.
– 30 минути преди излитането в ATV се зарежда орбиталния полетен профил.
– 10 минути преди излитането контролните центрове в Тулуза и Куру прави последна преценка дали всичко в ATV работи изправно
– 8 минути преди излитането ATV се превключва на автономно захранване
– 70 минути след изстрелването ATV се отделя от третата степен на Ариане-5. Навигационните и двигателните системи се активират. Отговорността за управлението на кораба се предава от космодрума в Куру на центъра за управление в Тулуза.
– 70 до 90 минута след изстрелването се установява и оптимизира връзката към кораба през системата за връзка с него.
– около 95 минута след изстрелването: ATV установява самостоятелна навигация, като използва уредите за следене на звездите
– около 100 минута след изстрелването: разтварят се четирите слънчеви панела
– около 120 минута след изстрелването: разтваря се антената, която подпомага скачването с МКС
– около 130 минута след изстрелването: активира се GPS системата на ATV.
След тази стъпка корабът вече е в пълен орбитален режим.