1967 metais Mašinų statybos centrinis konstravimų biuras (iki 1966 metų Bandomasis konstravimų biuras Nr. 52) gavo užduotį sukurti erdvėlaivį karinei orbitinei pilotuojamai stočiai Almaz. Pilotuojamas erdvėlaivis Sojuz ir jo krovininė versija Progress stoties poreikius galėjo tenkinti tik pirmajame jos vystymo etape, todėl naujajam erdvėlaiviui buvo keliamios tokios užduotys: 1) susijungimas su karine orbitine stotimi; 2) ekipažų skraidinimas į abi puses; 3) krovinių ir eksperimentų aparatūros gabenimas į stotį; 4) ekipažų maisto, vandens ir visų kitų, reikalingų pilnaverčiam gyvenimui ir darbui, priemonių gabenimas; 5) kosminės stoties orbitos pakėlimas; 6) viso orbitinio komplekso (orbitinė stotis + pilotuojamas krovininis erdvėlaivis) orientacija ir ilgalaikis (90 parų trukmės) skrydžio valdymas; 7) orbitinės pilotuojamos stoties ekipažas nuolat turi automatinį nusileidimo aparatą, kuris yra pilotuojamo krovininio erdvėlaivio sudedamoji dalis.
Erdvėlaivio krovinių blokas, nusileidimo aparatas ir avarinio gelbėjimo sistema
Pilotuojamas krovininis erdvėlaivis (transportinis erdvėlaivis aprūpinimo – транспортный корабль снабжения). Antrame plane – karinė stotis Almaz
Pilotuojamas krovininis erdvėlaivis
Erdvėlaivio techninės charakteristikos:
- Ekipažas – iki 3 kosmonautų
- Masė starto metu – 21.62 t
- Pakilimo nusileidimo aparato masė starto metu (su avarinio gelbėjimo sistema) – ~ 7.3 t
- Vidaus hermetiškų patalpų tūris – 49.88 m3
- Viso erdvėlaivio ilgis starto metu – 17.51 m
- Viso erdvėlaivio ilgis skriejant orbita – 13.2 m
- Pakilimo nusileidimo aparato ilgis su avarinio gelbėjimo sistema – 10.3 m
- Pakilimo nusileidimo aparato avarinio gelbėjimo sistemos ilgis – 4.31 m
- Pakilimo nusileidimo aparato (su išskriejimo iš orbitos (skrydžio greičio pristabdymo) variklių įrenginiu) ilgis 5.99 m
- Naudingojo krovinio masė su nusileidimo aparatu 12.6 t
- Naudingojo krovinio masė be nusileidimo aparato 5.2 t
- Erdvėlaivio krovininio modulio kuro bakų talpa – 3.8 t
- Saulės baterijų galia – 3.5 kW
- Pakilimo nusileidimo aparato masė orbitoje (be avarinio gelbėjimo sistemos) per 4.8 tonos, nusileidimo iš orbitos metu – ~ 3.8 tonos
- Pakilimo nusileidimo aparato tūris – 3.5 m3 (kita versija 4.56 m³)
- Pakilimo nusileidimo aparato skersmuo – 2.79 m
- Grąžinamo į Žemę krovinio su ekipažu masė – 50 kg (500 kg be ekipažo)
- Autonominio skrydžio trukmė – 4 paros
- Susijungusio su orbitine stotimi Almaz skriejimo trukmė – 90 parų
- Nusileidimo aparato autonominio skrydžio trukmė – 3 valandos
- Ekipažo maksimali darbo trukmė nusileidimo aparate – 31 valanda
- Kuras: azoto tetraksidas + nesimetrinis dimetilgidrazinas
Erdvėlaivio schema: 1 – starto nusileidimo aparatas; 2 – hermetiškas nusileidimo aparato dugnas ir krovinių blokas; 3 – orbitos korekcijos ir suartėjimo su stotimi Almaz varikliai; 4 – skaičiavimo mašina Argon-16; 5,18 – antenos; 6 – giroskopai; 7 – orientacijos į Saulę blokas; 8 – susijungimo sistemos Igla antena; 9 – iliuminatoriai; 10 – televizijo kameros; 11 – kūgio formos dugnas; 12 – avarinės elektros maitinimo sistemos baterijos; 13 – kūgio formos apvalkalas; 14 – infraraudonoji vertikalė; 15 – optinės apžvalgos prietaisas; 16 – cilindro formos apvalkalas; 17 – orbitinis radiolokatorius; 18 – gyvybės aprūpinimo sistemos agregatai; 20 – vandens bakas; 21, 36 – oro pripūtimo ir išhermetinimo sistemos sferiniai balionai; 22 – valdymo sistemos aparatūra; 23, 30 – elektronikos blokai; 24, 29 – orientacijos ir stabilizavimo varikliai; 25 – oro pripūtimo sistemos sferiniai helio balionai; 26 – buferio akumuliatoriai; 27 – elektros tiekimo sistemos kontrolės ir valdymo blokai, 28 – Saulės elementų baterijos; 31 – cilindro formos kuro bakai; 32 – paieškos sistemos antenos; 33 – suartėjimo ir susijungimo sistemos pultas; 34 – sistemos Igla elektronikos blokai; 35 – deguonies ir azoto talpos; 37 – sistemos Igla antenos; 38 – kosmonautų gyvybės užtikrinimo sistemos blokai; 39 – konteineriai su maistu
Mašinų statybos centrinis konstravimų biuras buvo pagrindinis orbitinės stoties Almaz (gaminys 11F71) kūrėjas. Be jos dar kūrė ir informacijos nuleidimo į Žemę kapsulę (gaminys 11F76) ir pilotuojamo krovininio erdvėlaivio nusileidimo aparatą (gaminys 11F74). Atsakingu už viso erdvėlaivio (gaminys 11F72) pagaminimą buvo filialas Nr. 1 Filiuose (Filiai – istorinis Maskvos rajonas). Jame buvo kuriamas erdvėlaivio krovinių blokas. Visą kompleksą planuota gaminti M. Kruničevo gamykloje, kurioje buvo gaminama raketa Proton-K.
Erdvėlaivio su avarinio gelbėjimo sistema (gaminys 11F72), sujungto su orbitine stotimi Almaz (gaminys 11F71) maketas
Erdvėlaivis starto metu, užkeltas ant raketos Proton-K, išsiskyrė ilgu avarinio gelbėjimo sistemos varikliu. Po gelbėjimo sistema buvo nusileidimo aparatas (ekipažo kabina), o dar žemiau krovinių modulis. Iškėlimo į orbitą metu priekinė ir centrinė erdvėlaivio dalys buvo apsaugotos numetamu apvalkalu.
Erdvėlaivis su avarinio gelbėjimo sistema
Erdvėlaivis su raketa Proton keliauja į starto aikštelę bandomajam skrydžiui
Proton K starto aikštelėje su erdvėlaiviu, virš jo – avarinė gelbėjimo sistema
Erdvėlaivio ekipažo avarinio gelbėjimo sistema
Erdvėlaivis ir karinė stotis Almaz – pirmasis sovietų karinės stoties projektas
Karinės stoties Almaz erdvėlaivis
Erdvėlaivis + karinė stotis Almaz
Erdvėlaivio ekipažo pakilimo nusileidimo aparatas su išskriejimo iš orbitos varikliais
Erdvėlaivio krovininis modulis (nepilnai surinktas)
Kosmines stotis Almaz į orbitą iškėlė raketa Proton – K. Natūralu, kad ir erdvėlaivis būtų iškeliamas ta pačia raketa. Erdvėlaiviui kelti aukšti reikalavimai, jis turėjo skrieti autonomiškai net su ekipažu.
Buvo numatyta erdvėlaivio valdymo sistemą išskirti į dvi autonomines dalis: krovininio modulio valdymo sistemą ir nusileidimo aparato valdymo sistemą. Krovininis modulis galėjo skrieti savarankiškai, jo valdymo sistema užtikrino viso erdvėlaivio (krovininis modulis + nusileidimo aparatas) arba tik jo paties iškėlimą į reikiamo aukščio orbitą, skrydžio orbitoje klausimus (erdvėlaivio skrydis iki susijungimo su orbitine stotimi Almaz, 90 parų bendras skrydis, atsijungimas) ir nusileidimo aparato paruošimą grįžimui į Žemę. Nusileidimo aparato valdymo sistema pasiruošdavo nusileidimui ir autonomiškai valdė nusileidimo procesą. Pilotuojamas krovininis erdvėlaivis sudarytas iš dviejų savarankiškų aparatų: krovininio modulio ir nusileidimo aparato (NA). Po kiekvieno nusileidimo, iš naujo pagaminus apsauginį sluoksnį, nusileidimo aparatą planuota panaudoti iki 10 kartų.
Erdvėlaivio krovininis modulis
Pagrindine krovininio modulio dalimi buvo 2.9 metro skersmens cilindro formos skyrius. Vienas jo galas išsiplėtė iki 4.1 metrų skersmens, prie jo sumontavus du kūgio formos intarpus. Už jų įrengtas erdvėlaivio aktyvusis susijungimo agregatas. Būtina pastebėti, kad specialiai pilotuojamam krovininiam erdvėlaiviui pirmą kartą pasaulyje buvo sukurtas naujas susijungimo mazgas. Pasyvusis susijungimo įrenginys buvo orbitinėje stotyje Almaz, o aktyvusis – pilotuojamo krovininio erdvėlaivio krovininiame modulyje ir turėjo besisukiojantį ant šarnyro susijungimo strypą. Todėl šis erdvėlaivis galėjo jungtis prie stoties ir kai jų judėjimo kryptys pilnai nesutapdavo. Susijungimo metu, lanksčiam strypui patekus į susijungimo kūgį, besijungiantys aparatai nuo smūgio vienas į kitą neišsiskirdavo į priešingas puses.
Visas kuras (3822 kg azoto tetraksido + nesimetrinis dimetilgidrazinas) buvo krovininio bloko išorėje esančiuose 8 cilindro formos bakuose. Krovininio bloko išorėje įrengti variklių sistemos pagrindiniai agregatai, orientacijos ir stabilizacijos skystojo kuro varikliai, antenos ir jutikliai, temperatūros reguliavimo sistemos radiatoriai ir saulės elementų panelės – du „sparnai“, kurių kiekvieno plotas 17 m2 ir 5 m2 ploto Saulės elementais.
Krovininio modulio paviršiuje sumontuoti cilindro formos kuro bakai ir variklių sistemos pagrindiniai agregatai
Du pagrindiniai erdvėlaivio varikliai, kurių kiekvieno trauka po 447 kgs, buvo įrengti krovininio bloko priekyje. Šie skystojo kuro raketiniai varikliai buvo sukurti M. Isajev konstruktorių biure. Jie galėjo būti įjungti iki 100 kartų, o resursas – 2600 sekundžių (~ 43 min).
Orientacijos valdymo varikliai sugrupuoti į keturis junginius – po du junginius kiekviename krovininio bloko gale. Kiekviename junginyje buvo po penkis skystojo kuro variklius, kurių trauka po 40 kgs. Šie varikliai taip pat sukurti M. Isajev konstruktorių biure.
Erdvėlaivio valdymo sistema turėjo ir skaitmeninį variantą. Tai tuo metu buvo pakankamai drąsus sprendimas. Kūrėjai nesiryžo iš karto pereiti prie skaitmeninės sistemos ir paliko analoginius prietaisus. Tad erdvėlaivis turėjo „skaitmeninę – analoginę“ valdymo sistemą su skirtingais darbo rėžimais, vykdant atsakingas operacijas (pavyzdžiui gelbėjant ekipažą). Orbitinės stoties suradimui ir susijungimui su ja erdvėlaivis naudojosi sistema Igla – 1R (Игла – 1Р).
Ekipažas, erdvėlaivio nusileidimo aparate pakilęs į orbitą, privalėjo atidaryti liuką nusileidimo aparato dugne ir pereiti į erdvėlaivio krovininį modulį. Krovininio modulio „mažojo skersmens (2.9 m) zonos“ šonuose būtų sukrauti „sausieji“ kroviniai. „Didžiojo skersmens (4.1 m) zonoje“ turėjo būti išdėstytos informacijos nuleidimo kapsulės. Kad krovininio modulio viduje būtų lengviau nešioti krovinius, pagal visą jo ilgį turėjo būti nutiesti bėgiai, kuriais kosmonautai, specialių griebtuvų – transporterių pagalba, turėjo po susijungimo su karine stotimi Almaz į ją pergabenti atskraidintus krovinius.
Prieš susijungiant su orbitine stotimi Almaz, ekipažas privalėjo apsirengti skafandrais Sokol-T ir įsikurti specialiuose krėsluose prie erdvėlaivio valdymo pulto jo krovininio modulio užpakalinėje dalyje greta susijungimo įrenginio ir stebėti pro iliuminatorių kosminių aparatų suartėjimo ir susijungimo procesą. Kuriant erdvėlaivį apsieita be sudėtingos periskopų ir televizijos kemerų sistemos, kokia yra erdvėlaivyje Sojuz. Rrdvėlaivio ir orbitinės stoties Almaz suartėjimas ir susijungimas privalėjo vykti automatiniu būdu. Karininkų ekipažas perimtų valdymą tik išskirtiniais atvejais.
Kosmonautai V. Ponamariov, G. Saeafanov ir V. Preobraženskij, vilkintys skafandrus Sokol-T, po 8 parų „skrydžio” pilotuojamo krovininio erdvėlaivio makete. Skafandrai Sokol-T specialiai sukurti pilotuojamam krovininiam erdvėlaiviui
Po susijungimo ekipažas išlygintų oro slėgimą tarp aparatų, atidarytų liuką ir „nuplauktų” į orbitinės stoties patalpas.
Ekipažo pakilimo nusileidimo aparatas
Erdvėlaivio pakilimo nusileidimo aparatas buvo kuriamas remiantis Mašinų statybos centrinio konstravimų biuro jau sukurtais Mėnulio erdvėlaiviais ML-1 (ML-1 – Mėnulio laivas-1 – ЛК-1 – Лунный Корабль 1) ir ML-700 ( ML-700 – Mėnulio laivas-700 – ЛК-700 – Лунный Корабль 700), remiantis stendinių modelių bandymais ir pasinaudojant informacija apie JAV erdvėlaivių Gemini ir Apollo charakteristikas.
ML-1 – Mėnulio laivas-1
ML-700 – Mėnulio laivas-700
Perėjimo liukas ekipažo pakilimo nusileidimo aparato dugne (jis labiausiai įkaista aparatui sugrįžtant į Žemę) buvo pakankamai originalus sprendimas, sukėlęs daug diskusijų dėl galimo aparato išsihermetinimo. Bet generalinis konstruktorius V. Čelomej apgynė savo sprendimą, o bandomieji skrydžiai patvirtino šio sprendimo patikimumą.
Pilotuojamo krovininio erdvėlaivio pakilimo nusileidimo aparato ypatybės:
- Nusileidimo metu neatskiriamas aparato dugno šilumos ekranas po kiekvieno skrydžio yra atnaujinamas, tai leidžia aparatui iki 10 kartų sėkmingai sugrįžti iš orbitos.
- Aukšta aerodinaminė kokybė leidžia sumažinti apkrovas ir valdomu rėžimu tiksliai nusileisti į pasirinktą vietovę.
- Po 90 – ties parų bendro skrydžio nusileidimo aparatas, atsiskyręs nuo erdvėlaivio krovininio modulio, tampa savarankišku mažu erdvėlaiviu, per 3 valandas grąžinančiu kosmonautus į Žemę. Todėl erdvėlaivio krovininis modulis ir orbitinė stotis kurį laiką (kol sulauktų naujo ekipažo) galėtų skrieti kartu. Per šį laiką orbitinės stoties skrydis būtų pilnai valdomas krovininio erdvėlaivio varikliais. Taip būtų taupomi orbitinės stoties energetiniai resursai.
Erdvėlaivio ekipažo pakilimo nusileidimo aparatas su išskriejimo iš orbitos varikliais
Erdvėlaivio ekipažo pakilimo nusileidimo aparatas sugrįžo iš kosmoso
Pakilimo nusileidimo aparatas turėjo tris liukus: šone, stoge ir dugne
Pakilimo nusileidimo aparato vidus
Erdvėlaivis paleistas 4 kartus
Pirmasis erdvėlaivio startas 1977 m. liepos 17 d. įvardintas kaip Kosmos – 929. Vietoje naudingo krovinio panaudotas balastas, orbitoje atlikti keli manevrai. Rugpjūčio 17 d. nusileidimo aparatas atsiskyrė ir nusileido. Krovinių modulis orbitoje skriejo iki 1978 m. vasario 3 d., atliko kelis savarankiškus manevrus. Šiuos sovietų aparatų skrydžius atidžiai sekė amerikiečiai ir manė, jog tai tarporbitinio buksyro testavimai.
Antrasis startas 1981 m. balandžio 25 d. įvardintas kaip Kosmos – 1267. Gegužės 24 d. nusileidimo aparatas atsiskyrė, krovininis modulis autonomiškai skriejo iki birželio 19 d., po to prisijungė (orbitinės stoties ir krovininio modulio susijungimo įrenginiai buvo skirtingi, tad pilnas susijungimas neįvyko) prie orbitinės stoties Saliut – 6 ir skriejo kartu. Per ta laiką krovininis modulis kelis sykius koregavo stoties orbitą. Po liepos 29 d. abiejų aparatų orbita buvo pažeminta ir jie sudegė atmosferoje.
Trečiasis startas 1983 m. kovo 3 d. įvardintas kaip Kosmos – 1443. Erdvėlaivis sėkmingai prisijungė prie orbitinės stoties Saliut – 7 ir kartu skriejo iki rugpjūčio 14 d. nepilotuojamu režimu. Po to nusileidimo aparatas su eksperimentų duomenimis (350 kg) sėkmingai pasiekė Žemę, o krovininis modulis orbitoje skriejo dar 26 paras.
Kosmos – 1443 – Saliut-7: 1 – erdvėlaivis; 2 – papildomos Saulės elementų baterijos (skrydžio metu nesumontuotos); 3 – pagrindinės Saulės elementų baterijos; 4 – didžiojo skersmens darbo skyrius; 5 – perėjimų kamera tarp orbitinės stoties patalpų ir erdvėlaivio; 6 – pasyvusis susijungimo agregatas, 7 – mokslinės aparatūros skyrius; 8 – mažojo skersmens darbo skyrius; 9 – perėjimų skyrius; 10 – pasyvusis susijungimų agregatas
Kosmos – 1443 – Saliut – 7 – Sojuz T-9
Kosmos – 1443 – Saliut – 7 – Sojuz T-9
Kosmos – 1443 – Saliut – 7 – Sojuz T-9
Kosmos – 1443 nusileidimo aparatas be išskriejimo iš orbitos variklių
Ketvirtasis startas 1985 m. rugsėjo 27 d. Įvardintas kaip Kosmos – 1686. Erdvėlaivis sėkmingai prisijungė prie orbitinės stoties Saliut – 7 ir kelis kartus pakėlė stoties orbitą. Nusileidimo aparate buvo sumontuotas Pion-K įrenginys, skirtas žvalgyti potencialaus priešo objektus. Erdvėlaivis Žemės atmosferoje sudegė 1991 m. vasaryje.
Kosmos – 1686
Kosmos – 1686 – Saliut – 7
Kosmos-1686 ir orbitinė stotis Saliut-7
Kosmos – 1686 – Saliut-7 – Sojuz T-15
Tokio krovininio pilotuojamo erdvėlaivio kaina galėjo siekti apie 300 mln USD ir maždaug du kartus viršijo pilotuojamų erdvėlaivių Sojuz bei transportinių erdvėlaivių Progress kainą kartu sudėjus (orbitinės stoties Saliut aprūpinimas ekipažais ir kroviniais per vienerius metus – 2 krovininiai pilotuojami erdvėlaiviai = 2 Sojuz + 4-5 Progress). Erdvėlaivis vėliau transformavosi į šiuolaikines sistemas: orbitinės stoties Mir moduliai, TKS pirmasis modulis Zaria.
Erdvėlaivis ir pirmasis TKS modulis Zaria
Erdvėlaivio transformacijos. Iliustracija iš Brūgge 2008-12