Стыковка "Салют-7" с "Миром"

[Zenitchik]

Здесь я буду размышлять о технической возможности таковой.

Расчёт переходной орбиты рассмотрю в конце, потому что это меньшая из проблем.

Причины, по которым не следовало этого делать (и это не было сделано) я упомяну по ходу рассмотрения технических вопросов, но обсуждаться в теме они не будут - тема не о них.

Далее я буду использовать сокращения (хотя иногда - не буду).

СтА - стыковочный агрегат.

ССВП - система стыковки с внутренним переходом (это тот тип СтА, который использовался на станциях "Салют", "Мир", кораблях "Союз" и "Прогресс")

ТКС - транспортный корабль снабжения разработки Челомея (хотя в контексте темы речь будет идти только об одном ТКС - ТКС-4)

РО - рабочий отсек орбитальной станции.

ПхО - переходный отсек орбитальной станции.

КА - космический аппарат

ВКД - внекорабельная деятельность (работа в открытом или закрытом космосе)

"Салют-7"-"ТКС-4" существует со 2 октября 1985 года

1. транспортный корабль снабжения ТКС;
2. панели дополнительных солнечных батарей;
3. панели основных солнечных батарей;
4. большой диаметр рабочего отсека;
5. промежуточная камера;
6. пассивный стыковочный агрегат ССВП; 
7. отсек научной аппаратуры;
8. малый диаметр рабочего отсека;
9. переходный отсек;
10. пассивный стыковочный агрегат ССВП

 

[http://www.gctc.ru/main.php?id=311]

Стыковочный агрегат расположенный на переходном отсеке называют передним, а расположенный на рабочем отсеке - задним. Я буду придерживаться той же терминологии.

Стыковочный агрегат станции "Салют" был дополнительно оборудован конической и цилиндрической проставками. В них имелись узлы для сцепки с головкой штанги стыковочного механизма ТКС и штыри замков стыка, т.е. была сделана ответная часть замкового устройства ТКС, что позволяло обеспечить совместимость стыковочных агрегатов ТКС "Космос" и станции "Салют". Когда к станции "Салют" причаливал корабль "Союз", космонавт устанавливал в приёмный конус агрегата станции коническую проставку. ["Земля и вселенная" 1992 №3 стр.37-38]

Я не нашёл подробной информации, один СтА оборудован таким образом или оба, но что-то мне подсказывает, что скорее всего один, следовательно, перенести ТКС-4 на другой узел нельзя, и свободным для стыковки остаётся только задний СтА.

 

20 февраля 1986 года (т.е. почти через 4 месяца) на орбиту выведен центральный блок станции "Мир" (он проходил под собственным именем "Заря", но это имя не прижилось и мы его использовать не будем).

Конструкция станции "Мир" в целом сходна со станцией "Салют", отличаясь переходным отсеком.

1. Базовый блок.
2. Корабль “Союз-Т”
3. Переходный отсек
4. Гнездо манипулятора
5. Боковые стыковочные агрегаты
6. Антенна системы сближения
7. Рабочий отсек
8. Люк рабочего отсека
9. Центральный пост управления
10. Поручни
11. Съемные панели интерьера
12. Солнечные батареи
13. Тренажер “Велоэргометр”
14. Рабочий стол
15. Индивидуальная каюта
16. Туалет
17. Умывальное устройство
18. Антенна связи через спутник
19. Осевой стыковочный агрегат
20. Тренажер “Бегущая дорожка”
21. Промежуточная камера
22. Двигатель с крышей
23. Мишень
24. Агрегатный отсек
25. Крышка люка
26. Иллюминатор
27. Бленда иллюминатора

[http://space-architect.com/intereryi-kosmicheskih-korabley/orbitalnaya-kosmicheskaya-stantsiya-mir/]

СтА "Мира" обозначаются по направлениям. Осевой СтА ПхО обозначается "-X", СтА рабочего отсека "+X", боковые - ±Y и ±Z какие из них какие - для темы статьи неважно.

Причаливание кораблей и модулей возможно только к осевым СтА. На боковые СтА модули переносились манипуляторами-перестановщиками - своим на каждом модуле, а на ПхО станции "Мир" для этого находятся два гнезда для соединения с манипулятором-перестыковщиком.

На фотографии макета станции, находящегося в музее Космонавтики в Москве, хорошо видно гнездо для манипулятора перестыковщика равноудалённое от трёх СтА. С другой стороны - второе такое же.

 

Что собой представляет ССВП (нам это понадобится):

СтА ССВП конструктивно состоит из стыковочного шпангоута и стыковочного механизма.

Стыковочный шпангоут служит для постоянного жёсткого герметичного соединения космических аппаратов между собой. Стыковочные шпангоуты ССВП - идентичны друг другу (андрогинны).

Стыковочный механизм используется на этапе стыковки: он обеспечивает парирование ошибки сближения в пределах геометрии приёмного конуса, амортизацию удара, выравнивание КА относительно друг друга, стягивание КА до соприкосновения стыковочных шпангоутов.

Стыковочный механизм существует в двух вариантах - активный и пассивный. Именно их типом отличаются друг от друга активный и пассивный СтА.

Стыковочный механизм расположен на крышке переходного туннеля, после закрытия замков на стыковочных шпангоутах, стыковочные механизмы разъединяются между собой и откидываются вместе с крышками внутрь отсеков космического корабля и станции.

При долговременной стыковке модулей станции, крышки люков со стыковочными механизмами снимаются полностью.

В ПхО станции "Мир" для экономии места в отсеке использовались всего два стыковочных механизма, остальные три крышки были плоскими. Когда нужно было перестыковать модуль с осевого СтА -X на один из боковых - космонавт, выйдя в закрытый космос отсека, менял крышки местами, таким образом, чтобы крышки с приёмными конусами стояли на обоих используемых для операции СтА.

Аналогично, возможна замена в полёте пассивного стыковочного механизма на активный или наоборот - вместе с крышкой люка.

 

 

Таймлайн основных событий, произошедших в реальности был такой:

 

11 февраля 1985 года станция "Салют-7" попыталась сдохнуть,

6 июня 1985 Союз Т-13 посадка 26 сентября 1985 стыковка в ручном режиме, спасательная операция по восстановлению работоспособности станции

21 июня 1985 - "Прогресс-24" к Салют-7 стыковка - 23 июня 1985, расстыковка - 15 июля 1985

19 июля 1985 - Космос-1669 к Салют-7 стыковка - 21 июля 1985, расстыковка - 30 августа 1985

17 сентября 1985 Союз Т-14 посадка21 ноября 1985

2 октября 1985 года к ней прилетел "Космос-1686" - он же ТКС-4. Этот аппарат взял на себя общее управление манёврами комплекса.

 

20 февраля 1986 года на орбиту выведен "Мир".

13 марта 1986 - "Союз Т-15" Первая экспедиция на "Мир"

19 марта 1986 Прогресс-25 к Мир стыковка - 21 марта 1986, расстыковка - 21 апреля 1986

23 апреля 1986 Прогресс-26 к Мир стыковка - 26 апреля 1986, расстыковка - 23 июня 1986

4—6 мая 1986 года "Союз Т-15" экспедиция с "Мир" на "Салют-7" и обратно. Станция была законсервирована.

22 августа 1986 года ТКС-4 перевёл станцию на орбиту с апогеем 492 км и перигеем 474 км (вероятно, именно тогда было выработано топливо и дальнейшие орбитальные манёвры стали невозможны).

 

16 января 1987 Прогресс-27 к Мир стыковка - 18 января 1987, расстыковка - 25 февраля 1987

5 февраля 1987 Союз ТМ-2 к Мир посадка 30 июля 1987

3 марта 1987 Прогресс-28 к Мир стыковка - 5 марта 1987, расстыковка - 28 марта 1987

31 марта 1987 "Квант"

21 апреля 1987 Прогресс-29 к Мир стыковка - 23 апреля 1987, расстыковка - 11 мая 1987

19 мая 1987 Прогресс-30 к Мир стыковка - 21 мая 1987, расстыковка - 19 июля 1987

22 июля 1987 Союз ТМ-3 к Мир посадка 29 декабря 1987

3 августа 1987 Прогресс-31 к Мир стыковка - 5 августа 1987, расстыковка - 23 сентября 1987

23 сентября 1987 Прогресс-32 к Мир стыковка - 26 сентября 1987, расстыковка - 19 ноября 1987

20 ноября 1987 Прогресс-33 к Мир стыковка - 23 ноября 1987, расстыковка - 19 декабря 1987

21 декабря 1987 Союз ТМ-4 к Мир посадка 17 июня 1988

 

20 января 1988 Прогресс-34 к Мир стыковка - 23 января 1988, расстыковка - 4 марта 1988

23 марта 1988 Прогресс-35 к Мир стыковка - 25 марта 1988, расстыковка - 5 мая 1988

13 мая 1988 Прогресс-36 к Мир стыковка - 15 мая 1988, расстыковка - 5 июня 1988

7 июня 1988 Союз ТМ-5 к Мир посадка 7 сентября 1988

18 июля 1988 Прогресс-37 к Мир стыковка - 20 июля 1988, расстыковка - 12 августа 1988

29 августа 1988 Союз ТМ-6 к Мир посадка 21 декабря 1988

9 сентября 1988 Прогресс-38 к Мир стыковка - 12 сентября 1988, расстыковка - 23 ноября 1988

26 ноября 1988 Союз ТМ-7 к Мир посадка 27 апреля 1989

25 декабря 1988 Прогресс-39 к Мир стыковка - 27 декабря 1988, расстыковка - 7 февраля 1989

 

10 февраля 1989 Прогресс-40 к Мир стыковка - 12 февраля 1989, расстыковка - 5 марта 1989

16 марта 1989 Прогресс-41 к Мир стыковка - 18 марта 1989, расстыковка - 25 апреля 1989

5 сентября 1989 Союз ТМ-8 к Мир посадка 19 февраля 1990

6 декабря 1989 "Квант-2"

 

В 1990 году из-за возросшей солнечной активности раздулась атмосфера Земли, и комплекс "Салют-7"-"ТКС-4" начал неконтролируемо снижаться (на этом поставим точку).

Я буду рассматривать два возможных времени принятия решения о соединении орбитальных комплексов: до пуска станции "Мир" и после него.

 

Процесс сближения и стыковки состоит из трёх этапов:

1. Орбитальный манёвр дальнего сближения

Эту часть я отложу на потом - она самая простая.

2. Ближнее сближение

Сближения станции должны быть оборудованы взаимодополнительными средствами комплекса сближения "Игла", системы "Курс" тогда ещё не существовало.

Станции "Салют-7" и "Мир" оборудованы пассивной частью системы. Для обеспечения стыковки, одна из них должна быть дооборудована активной частью. 

Возможны три способа это сделать:

1) При доработке станции "Мир" на земле, на неё устанавливаются обе части системы "Игла" (техническая возможность уточняется)

2) На одну из станций ("Мир" или "Салют-7") доставляется активная части системы и устанавливается космонавтами (техническая возможность уточняется)

3) Разрабатывается космический аппарат-переходник с двумя СтА и двумя комплектами антенн "Иглы" - для обоих стыков.

3. Стыковка.

Для стыковки необходимы активный и пассивный СтА. На обеих станциях имеются пассивные ССВП. Нужен активный. Существует так же три варианта решения этой задачи:

1) При доработке станции "Мир" на земле один её СтА делается изменяемым в полёте - для этого нужно разместить в отсеке вторую крышку переходного люка, чтобы космонавт мог их менять.

2) На одну из станций доставляется активный стыковочный механизм (техническая возможность уточняется)

3) Разрабатывается космический аппарат-переходник с двумя активными СтА.

 

Выбор СтА станции "Мир"

Станция "Салют-7" может причалить к одному из осевых СтА станции "Мир". Т.к. манипулятора-перестыковщика на ней нет, перестыковаться на боковой СтА она не может, если только описанный выше аппарат-переходник не будет оборудован манипулятором-перестыковщиком (что сомнительно в 1986 году).

В случае стыковки комлекса "Салют-7"-"ТКС-4" с любым из осевых СтА станции, свободным для причаливания космических кораблей останется только один.
Однако, модуль "Квант" планируется стыковать к станции уже во время пилотируемого полёта - т.е. потребуются два СтА - один для "Кванта", второй для "Союза".

Освободить СтА можно тремя способами:

1) Расстыковать ТКС-4 с "Салют-7" и подготовка переднего СтА для приёма "Союза"
2) Расстыковка "Салют-7" с "Мир".
3) Перестыковка комплекса "переходник"-"Салют-7"-"Мир" на боковой СтА (маловероятный вариант).

Модуль "Квант" должен стыковаться на СтА +X. Следовательно, если мы не хотим выбросить "Салют" и заменить его "Квантом" - мы можем стыковать его только на СтА -X.

Вариант стыковки модуля "Квант" к "Салют-7" - нежелателен, т.к. модуль "Квант" не имеет двигателей и не может быть перестыкован позже.

 

Исходя из описанного, возможны следующие сценарии:

1. "Мир" дорабатывается на земле, на него устанавливается активная часть средств сближения и стыковки;
Затем "Мир" выводится на орбиту "Салют-7" и стыкуется с ней.
После этого ТКС-4 поднимает орбиту комплекса.
Данный вариант в общем-то хорош со всех сторон. Все доработки минимальны, не требуется ВКД. Единственное ограничение - этот вариант применим только если решение принято ещё на этапе сборки "Мира".

 

 

 

2. Доработка станции "Салют-7" на орбите.
Затем ТКС-4 выполняет манёвр дальнего сближения и стыкует "Салют-7" с "Миром".
Требуется ВКД для установки антенн системы "Игла" и замены крышки люка со стыковочным механизмом, требуется работа на станции по установки пассивной части системы "Игла" и доработке системы управления.

3. Доработка станции "Мир" на орбите.
Затем ТКС-4 выполняет манёвр дальнего сближения, а ближнее сближение и стыковку выполняет "Мир".
Требуются работы, аналогичные сценарию 2, но не на "Салюте", а на "Мире". Возможно, цифровой "Мир" окажется легче сделать активным аппаратом, чем аналоговые "Салют" и "ТКС".

4. Разработка аппарата-переходника и его стыковка с "Миром".
Затем ТКС-4 выполняет манёвр дальнего сближения, а ближнее сближение и стыковку выполняет "Мир".
Этот вариант лучше варианта 3 тем, что не требуется ВКД, но по прежнему требуются работы на станции для сопряжения системы "Игла" и системы управления.

5. Разработка аппарата-переходника и его стыковка с "Салют-7".
Затем ТКС-4 выполняет манёвр дальнего сближения и стыкует "Салют-7" с "Миром".
Этот вариант проблематичен, потому что у комплекса "Салют-7"-"ТКС-4" только один свободный СтА, следовательно доступ на борт придётся осуществлять через переходник. Для этого переходник должен иметь так же и пассивную часть комплекса "Игла" и модифицируемый в полёте СтА. Кроме того, на летящем к нему "Союзе" потребуется либо так же иметь обе крышки люка, либо расстыковываться при незакрытой крышке со своей стороны, что затрудняет дальнейшую работу в космосе.

 

Вопросы, которые я должен выяснить чтобы продолжить разработку сценария:

Достаточно ли велик боковой люк в переходном отсеке "Салюта" для того, чтобы через него можно было внести крышку переходного люка, и достаточно ли широки внутренние люки, чтобы пронести крышку из ПхО в РО, а затем из РО в шлюзовую камеру?

Можно ли сконструировать разборную крышку переходного люка с активным стыковочным механизмом, чтобы пронести её через переходный туннель по частям и там собрать?

Из каких блоков состоит система "Игла" и насколько возможно установить их в полёте?

Как происходит взаимодействие системы "Игла" с системой управления полётом?

Каковы возможности маневрирования главного блока "Мир"?

Какие из СтА "Салюта" и "Мира" позволяют осуществлять дозаправку станции?

Edited 17 Feb 2018 by Zenitchik

[Граф Цеппелин]

Здесь я буду размышлять о технической возможности таковой.

Но зачем?

Эту часть я отложу на потом - она самая простая.

Для начала, откуда взять дельта-V для такого маневра?

[Zenitchik]

Для начала, откуда взять дельта-V для такого маневра?

Для конца. Потому что потребная ХС есть у ТКС-4. Если ты посмотришь таймлайн, то увидишь, что в реале он совершил более энергоёмкий манёвр.

Но зачем?

За шкафом.

[Граф Цеппелин]

За шкафом.

Рекомендую воздержаться от хамства. Считайте это устным предупреждением.

Модератор.

[dragon.nur]

Граф, ну было б ради чего. Потому что можем раз, и чтоб сохранить обе станции как задел на будущее два. Ессно, это для другого 1991. И модули Пирс/Причал нужны пораньше.

[Граф Цеппелин]

Граф, ну было б ради чего. Потому что можем раз, и чтоб сохранить обе станции как задел на будущее два. Ессно, это для другого 1991. И модули Пирс/Причал нужны пораньше.

Да вот меня и заинтересовало, что конкретно можно так получить.

[sanitareugen]

Не жаль Вам космонавтов... Микроповреждения всегда есть, проинспектировать, нет ли их, практически нереально, так что Вы предлагаете им поиграть в "советскую рулетку", ожидая, пока выслуживший расчётный срок корпус старой станции лопнет...

[Sergey Tolokin]

Салют-7 спустили на 9 году жизни.

Мир, фактически той же конструкции, летал 15 лет.

ФГБ Заря с МКС - летает уже 20 лет, и еще года на четыре его хватит.

О прочности корпуса можете не заботиться - с ней все отлично. 

 

 

Edited 18 Feb 2018 by Sergey Tolokin
коррекция опечатки

[Sergey Tolokin]

Другой вопрос - зачем вообще спасать Салют-7.  Единственный смысл ее сохранения - т.е. увеличение объемов станции отлично решается и так, оперативной доставкой штатных модулей. При этом проблем добавочный вес дает кучу - необходимость в существенно большем количестве топлива для коррекции орбиты, необходимость модернизации в полете, проблемы с устаревшим оборудованием, пустая трата стыковочного узла, банальная нехватка средств... Как временный пиар ход - неплохо, но в перспективе - бессмысленно.

Впрочем, до 95 года, пока не прилетит модуль Природа, можно и оставить.

 

[Граф Цеппелин]

Салют-7 спустили на 9 году жизни. Мир, фактически той же конструкции, летал 15 лет. ФГБ Заря с МКС - летает уже 20 лет, и еще года на четыре его хватит. О прочности корпуса можете не заботиться - с ней все отлично.

"Салют-7" имел неприятный период переохлаждения; могли иметь место деформации.

[Sergey Tolokin]

Алюминиевые сплавы являются очень важным классом конструкционных металлов для применения при отрицательных и даже криогенных температурах. Их применяют в деталях для работы при таких низких температурах как –270 °С. При отрицательных температурах большинство алюминиевых сплавов проявляют лишь незначительные изменения своих прочностных свойств.

Предел прочности при растяжении (временное сопротивление) и предел текучести алюминиевых сплавов со снижением температуры могут лишь незначительно уменьшаться, а ударная прочность остается приблизительно постоянной. Поэтому алюминий является полезным материалом для многих низкотемпературных применений.

Алюминий и его сплавы, в отличие от сталей, не имеют порога хладноломкости. Напротив, их прочность со снижением температуры возрастает.

Edited 18 Feb 2018 by Sergey Tolokin

[Canis Dirus]

Мир, фактически той же конструкции, летал 15 лет.

А это, вообще-то, выдача нужды за добродетель. В норме уже в 1993 году должна была начаться сборка Мира-2, но в условиях базарной экономики все эти планы стали неактуальными. Вот и пришлось выжимать из кисоньки ещё капельку (притом, что на латание тришкиного кафтана уже во второй половине девяностых, НЯЗ, уходило вдвое больше времени чем на собственно научную деятельность).

[Sergey Tolokin]

Расходы на космонавтику как есть, без учета расходов на поддержание уровня промышленности - были на диво ничтожны (три десятых процента бюджета)  и при этом сулили вполне себе приличную окупаемость. Но для этого требовалось другое руководство и другие подчиненные.

Котенку традиционно не хватало мозгов (с).

 

Edited 18 Feb 2018 by Sergey Tolokin

[Zenitchik]

Коллеги, вопрос целей я рассматривать не намерен. Или я забыл обозначить это в заглавном посте темы? Сейчас обозначу.

UPD

Пардон, третьей заглавного поста:

Причины, по которым не следовало этого делать (и это не было сделано) я упомяну по ходу рассмотрения технических вопросов, но обсуждаться в теме они не будут - тема не о них.

 

Edited 19 Feb 2018 by Zenitchik

[Zenitchik]

Граф Цеппелин

Извиняюсь, что вспылил. Перед этим общался с неприянтым субъектом, которому неочевидно, что Гоманов переход между компланарными круговыми орбитами тем более энергоёмок, чем больше разность их высот.

Вопрос про ХС вызвал реакцию "Неужели и здесь?!!".

[Бука]

 

https://forum.nasaspaceflight.com/index.php?action=dlattach;topic=29332.0;attach=427312;image

Поправка к первой картинке - последний ТКС не имел тду ВА, вместо этого там стоял комплекс приборов "Пион", за инфой с которых и летали с Мир-а.

 

 

ИМХО сам Салют спасать смысла не было, а вот почему не перестыковали ТКС к Мир-у действительно большой вопрос. Штатного ресурса у него еще ого-го, ХС очень приличный и ЦА рабочая.

 

Действительно очень интересно, неужели дело лишь в идиотских стыковочных узлах нетоварища Челомея?

[Бука]

 

Официальная версия что я не раз слышал - перевод С7 на высокую орбиту был сделан специально в целях исследования длительного воздействия среды на модуль, и по плану через несколько лет её с орбиты собирались снять Бураном.

[Zenitchik]

неужели дело лишь в идиотских стыковочных узлах нетоварища Челомея?

Именно так. Вы же прочитали, чего стоила совместимость СтА?

Справедливости ради, его СтА тоже интересен. Позволяет стыковать бОльшие массы по системе конус-штанга.

Поправка к первой картинке - последний ТКС не имел тду ВА, вместо этого там стоял комплекс приборов "Пион",

Спасибо. Эту картинку я тоже видел, но оставил ту из-за подписей.

с орбиты собирались снять Бураном.

Ох, сомнительно. У "Шаттла" он в посадочную массу не вписывался. Не думаю, что "Буран" в этом плане радикально лучше.

 

 

[Бука]

Стоит признать что в одном буран таки лучше шаттла - из за отсутствия на корме 3х маршевых водородников у него возвращаемая ПН как раз около 20 тонн, 

Ну и жаль что челомею указом ЦК запретили изобретать так поздно.

[Zenitchik]

Ну и жаль что челомею указом ЦК запретили изобретать так поздно.

Да, как показала практика, ССВП - достаточно прочна для ТКС, ни к чему было более мощный и тяжёлый механизм возить.

[DiamondWolf]

Салют-7 спустили на 9 году жизни. Мир, фактически той же конструкции, летал 15 лет. ФГБ Заря с МКС - летает уже 20 лет, и еще года на четыре его хватит. О прочности корпуса можете не заботиться - с ней все отлично.   

Где-то читал, что на Салюте-6 в конце воняло, как в общественном туалете и кругом плесень. От старости сгнили все провода и резинки (условно-кратко).

Последовательно (Мир, МКС) эти проблемы устраняли. Аварийный С-7 где в любой момент могло закоротить или загореться юзать было опасно, тем более что денег на космонавтику в СССР не то что не жалели, а не считали вообще.

[Zenitchik]

Спасибо