Международная космическая станция

Материал из Циклопедии
Перейти к: навигация, поиск
МКС в 2011 году
Экскурсия по МКС от астронавта NASA (русский перевод) // Простая наука

Международная космическая станция или МКС — пилотируемая орбитальная станция, используемая как многоцелевой космический исследовательский комплекс. В этом проекте участвуют 15 стран, в том числе РФ и США.

Содержание

[править] Цель

Согласно первоначальному соглашению, Международная космическая станция должна быть лабораторией, обсерваторией и заводом в космосе. Было также запланировано обеспечить транспортировку, техническое обслуживание и использование в качестве промежуточной базы для возможных будущих полетов на Луну, Марс и астероиды. В 2010 году, согласно национальной космической политике США, МКС была предоставлена дополнительная роль — выполнение коммерческих, дипломатических и образовательных задач.[1]

[править] Научные исследования

МКС является платформой для проведения научных исследований, которые не могут быть выполнены в любой другой форме. Небольшой беспилотный космический корабль может быть платформой для работы в невесомости, космические станции предлагают долгосрочную среду, в которой исследования могут быть выполнены потенциально течение многих десятилетий, в сочетании с оперативным доступом исследователей в течение периодов, превышающих возможности пилотируемых космических кораблей.

Станция упрощает отдельные эксперименты, устраняя необходимость в отдельных ракетных запусках и научных сотрудниках. Исследуются космическая биология, астрономия, невесомость, космическая медицина и науки о жизни, физические науки, материаловедение, изучение космической погоды, и погоды на Земле (метеорология). Ученые на Земле имеют доступ к данным экипажа и могут изменять эксперименты или запускать новые, что обычно невозможно в случае использования беспилотных космических аппаратов. Экипажи осуществляют экспедиции продолжительностью несколько месяцев, обеспечивая примерно 160 человеко-часов в течение рабочей недели в экипаже из 6 человек.[2][3]

Модуль «Кибо» предназначен для ускорения прогресса Японии в области науки и техники, получение новых знаний и применения их в промышленности и медицине.[4]

Для выявления темной материи и поиска ответов на другие фундаментальные вопросы нашей Вселенной, инженеры и ученые со всего мира построили «Магнитный альфа-спектрометр» (англ. Alpha Magnetic Spectrometer AMS), который НАСА сравнивает с телескопом Хаббл, и который невозможно разместить на спутниковой платформе для свободного полета отчасти из-за требований к мощности и пропускной способности данных.[5][6] 3 апреля 2013 ученые НАСА сообщили, что следы темной материи, возможно, были обнаружены Альфа-магнитным спектрометром.[7][8][9][10][11][12] По мнению ученых, «первые результаты от космического альфа-магнитного спектрометра подтвердили непонятный избыток высокоэнергетических позитронов в околоземных космических лучах».

Космическая среда непригодна для жизни. Незащищенное пребывание в космосе характеризуется интенсивным излучением (состоящий преимущественно из протонов и других субатомных заряженных частиц с солнечного ветра, в дополнение к космических лучей), высоким вакуумом, экстремальным температурами и микрогравитации.[13] Некоторые простые формы жизни, экстремофилы, в том числе мелкие беспозвоночные тихоходки, могут выжить в этой среде в очень сухом состоянии.

Медицинские исследования улучшают знания о последствиях длительного космического воздействия на организм человека, в частности мышечной атрофии, остеопороза и смещения жидкости. Эти данные будут использоваться для определения возможности осуществления длительного космического полета человека и колонизации космоса. В 2006 году данные о потере костной массы и мышечной атрофии указывали на значительный риск переломов и проблем с передвижением, если бы космонавты высадились на планете после длительного межпланетного рейса, например, шестимесячного полета, необходимого для путешествия на Марс.[14][15]

[править] Микрогравитация

Горение свечи на Земле (слева) и в условиях микрогравитации (справа)

Гравитация Земли на высоте полета МКС лишь немного слабее, чем на поверхности. Однако объекты на орбите находятся в состоянии непрерывного свободного падения, в результате чего они оказываются в невесомости. Восприятие невесомости нарушается пятью отдельными эффектами:

  • Торможением остаточной атмосферы; когда МКС входит в тень Земли, основные солнечные панели возвращаются, чтобы минимизировать аэродинамическое сопротивление для предотвращения снижения орбиты.
  • Вибрация от работы механических систем и экипажа.
  • Работа бортовых гироскопов системы управления стабилизацией.
  • Включение ракетных двигателей для изменения стабилизации или высоты орбиты.
  • Эффекты изменения гравитации, также известные как сила приливных эффектов. Не прикреплено к станции оборудования осуществляет полет по несколько иным орбитами. Будучи механически соединенными, эти элементы несут влияние малых сил, удерживающих станцию ​​во время движения как твердое тело.

Исследователи изучают влияние почти невесомости на станции на эволюцию, развитие, рост и внутренние процессы растений и животных. НАСА хочет выяснить влияние микрогравитации на рост трехмерных, человекообразных тканей и необычных белковых кристаллов, которые могут сформироваться в космосе.

Исследование физики жидкостей в условиях микрогравитации позволит исследователям лучше моделировать поведение жидкостей. Поскольку жидкости могут быть почти полностью соединены в условиях микрогравитации, физики исследуют жидкости, которые не смешиваются хорошо на Земле. Кроме того, изучение реакций, которые замедляются низкой гравитацией и температурами позволит ученым лучше понять сверхпроводимость.

Материаловедение является важной исследовательской деятельностью МКС, целью которой является получение экономической выгоды за счет улучшения методов, используемых на Земле.[16] Эффект низкой гравитации среды при сгорании имеет ценность через изучение эффективности горения и контроля выбросов и загрязняющих веществ. Эти данные могут улучшить текущие знания о производстве энергии и привести к экономическим и экологическим выгодам. Планами на будущее для исследователей на борту МКС является изучение аэрозолей, озона, водяного пара, оксидов в атмосфере Земли, а также космических лучей, космической пыли, антивещества и темной материи во Вселенной.

[править] Исследования перед будущими полётами в дальний космос

Комплекс Марс-500

МКС находится на низкой околоземной орбите, пригодной для проверки систем космических аппаратов, которые будут необходимы для длительных полетов на Луну и Марс. Во время полета станции можно получить опыт по управлению, техническому обслуживанию, а также ремонту на орбите, что обеспечит существенные навыки в обслуживании космических аппаратов далеко от Земли, снизит риски при полетах и увеличит возможности межпланетных кораблей.[17] Основываясь на данных эксперимента «Марс-500», ЕКА считает, что «В то время как МКС имеет важное значение для ответа на вопрос возможного влияния невесомости, радиации и других космических факторов, такие аспекты, как влияние длительной изоляции и лишения свободы целесообразнее исследовать благодаря моделированию на Земле». 2011 Сергей Краснов, руководитель программ полета человека в космос российского космического агентства, Роскосмоса, предложил осуществить на МКС «короткую версию» «Марса-500».[18]

В 2009 году, отметив значение партнерства, Сергей Краснов написал: «По сравнению с партнерами, действуют отдельно, партнеры не используют совместно возможности и ресурсов могли бы иметь гораздо больше уверенности в успехе и безопасности освоения космоса. МКС помогает продвигать околоземные исследования и реализовывать перспективные программы изучения и исследования Солнечной системы, включая Луну и Марс». Пилотируемый полет на Марс, однако, может быть многонациональным усилиям с участием космических агентств и стран за пределами текущего партнерства МКС. 2010 Генеральный директор ЕКА Жан-Жак Дорден заявил, что его ведомство готово предложить другим 4 партнерам пригласить Китай, Индию и Южную Корею присоединиться к партнерству по МКС. Глава НАСА Чарли Болден заявил в феврале 2011 «Любой полет на Марс, вероятно, будет глобальным». По состоянию на 2011 американское законодательство не позволяло НАСА сотрудничать с Китаем в космических проектах.[19]

[править] Возможности образования

Экипаж МКС предоставляет возможность осуществлять эксперименты, разработанные студентами на Земле, делая образовательные демонстрации, позволяет участие студентов в кабинетной версии экспериментов на МКС, и непосредственно привлечения студентов с использованием радио-, видеосвязи и электронной почты.[20] ЕКА предлагает широкий спектр бесплатных учебных материалов, которые можно загрузить для использования в школах. Во время урока студенты могут перемещаться по 3D-модели интерьера и экстерьера МКС, и решать спонтанные проблемы в реальном времени.

Через серию образовательных пособий изучается глубокое понимание прошлого и ближайшее будущее пилотируемой космонавтики, так же, как на Земле и в жизни. В космических экспериментах JAXA «Семена» исследуется влияние мутагенных эффектов космического полета на семена растений на борту МКС. Студенты проращивали семена, которые летали на МКС около девяти месяцев, как начальное «прикосновение к Вселенной». На первом этапе использования модуля Кибо, с 2008 по середину 2010 г., исследователи из более десяти японских университетов провели эксперименты в различных областях.

[править] История

Запуск модуля «Заря»

В апреле 1971 года была выведена на орбиту первая в мире орбитальная станция «Салют-1». Долговременные орбитальные станции были необходимы для научных исследований. Их создание стало необходимым этапом подготовки к будущим полетам человека к другим планетам. В течение выполнения программы «Салют» с 1971 по 1986 год СССР имел возможность испытать основные архитектурные элементы космических станций и впоследствии использовать их в проекте новой долговременной орбитальной станции — «Мир».

Распад Советского Союза привел к сокращению финансирования космической программы, поэтому Россия самостоятельно не могла не только построить новую орбитальную станцию, но и поддерживать работоспособность станции «Мир». К тому времени у американцев опыт создания орбитальных станций практически отсутствовал. В 1993 году вице-президент США Альберт Гор и премьер-министр России Виктор Черномырдин подписали соглашение о космическом сотрудничестве «Мир — Шаттл». Американцы согласились финансировать строительство последних двух модулей станции «Мир»: «Спектр» и «Природа». Кроме того, США с 1994 по 1998 год совершили 11 полетов к «Миру». Также договор предусматривал создание совместного проекта — Международной космической станции (МКС). Кроме Федерального космического агентства России (Роскосмоса) и Национального аэрокосмического агентства США (NASA), в проекте приняли участие Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA), Европейское космическое агентство (ESA, объединяет 17 стран-участниц), Канадское космическое агентство (CSA), а также космическое агентство Бразилии (AEB). Заинтересованность в проекте МКС выражали Индия и КНР. 28 января 1998 года в Вашингтоне было подписано окончательное соглашение о начале строительства МКС.

Сборка Международной космической станции началась в ноябре 1998 года. Российские модули были запущены и пристыкованы автоматически, кроме модуля Рассвет. Все остальные модули были доставлены челноками, требовали установки экипажами МКС шаттла с помощью мобильной системы обслуживания и выходов в открытый космос; по состоянию на 5 июня 2011 года, было добавлено 159 компонентов в течение более 1000 часов ПКД. 127 из этих выходов в открытый космос происходили со станции, а остальные 32 ​​- из шлюзов пристыкован космических челноков. Бета-угол станции (процентный период воздействия Солнца на станцию ​​и пристыкованные аппараты) в течение всего времени строительства должен сохраняться неизменным.

[править] Конструкция

МКС — станция третьего поколения с модульной структурой, модули можно добавлять или удалять во время полета, что добавляет структуре гибкость. Различные сегменты созданы усилиями стран-участниц проекта и имеют свою определенную функцию: исследовательскую, жилую или складскую. Некоторые из модулей, например, американские модули серии Unity, есть перемычками или используются для стыковки с транспортными кораблями. В достроенном виде МКС будет состоять из 14 основных модулей общим объемом 1000 кубометров, на борту станции будет постоянно находиться экипаж из 6 или 7 человек.

Масса МКС после завершения ее строительства, согласно планам, составит более 400 тонн. По габаритам станция примерно равна футбольному полю. На звездном небе ее можно наблюдать невооруженным глазом — иногда станция является ярким небесным телом после Солнца и Луны.

МКС вращается вокруг Земли на высоте около 340 километров, совершая вокруг нее 16 оборотов в сутки. На борту станции осуществляются научные эксперименты по следующим направлениям:

  • Исследование новых медицинских методов терапии и диагностики и средств жизнеобеспечения в условиях невесомости;
  • Исследования в области биологии, функционирования живых организмов в космическом пространстве под воздействием солнечной радиации;
  • Изучение земной атмосферы, космических лучей, космической пыли и темной материи;
  • Исследование свойств материи, в частности сверхпроводимости.

Первый модуль станции — российская «Заря» (массой 19323 кг) — был выведен на орбиту ракетой-носителем «Протон-К» 20 ноября 1998 года. Модуль использовался на начальном этапе строительства станции в качестве источника электроэнергии, а также для управления ориентацией в пространстве и для поддержания температурного режима. Впоследствии эти функции были переданы другим модулям, а «Заря» стала использоваться как склад.

Модуль «Звезда» является главным жилым модулем станции, на его борту находятся системы жизнеобеспечения и управления станцией. К нему пристиковуются российские транспортные корабли «Союз» и грузовые корабли «Прогресс». Модуль с опозданием на два года был выведен на орбиту ракетой-носителем «Протон-К» 12 июля 2000 года и состыкован 26 июля с «Зарей» и раньше выведенным на орбиту американским стыковочным модулем Unity.

Стыковочный модуль «Пирс» (3480 кг) был запущен на орбиту в сентябре 2001 года, предназначен для стыковки кораблей «Союз» и «Прогресс», а также для выхода в открытый космос.

Россия планирует запустить Многофункциональный лабораторный модуль (МЛМ), после запуска в 2011 году он должен стать самым большим лабораторным модулем станции весом более 20 тонн.

На МКС уже есть лабораторные модули США «Дестини», ЕКА «Колумбус» и Японии «Кибо». Они и основные узловые сегменты «Хармони», «Квест» и «Юнити» были выведены на орбиту шаттлом.

[править] Хронология существования станции

МКС в июле 2000 года, задолго до первой экспедиции
  • Первый модуль Международной космической станции — функционально-грузовой блок «Заря» был выведен на орбиту 20 ноября 1998.
  • Первый основной экипаж (Уильям Шеперд, Сергей Крикалев и Юрий Гидзенко) прибыл на станцию ​​2 ноября 2000 года на корабле «Союз ТМ-31», и с тех пор МКС является постоянно обитаемой.
  • В 2001 году на корневом сегменте Z1 был установлен энергетический модуль P6, на орбиту были доставлены лабораторный модуль «Дестини», шлюзовая камера «Квест», стыковочный отсек «Пирс», две грузовые телескопические стрелы, дистанционный манипулятор. 2002 года станция пополнилась тремя фермен конструкциями (S0, S1, P6), две из которых оборудованы транспортировочными устройствами для перемещения дистанционного манипулятора и астронавтов во время работы в открытом космосе.
  • В связи с катастрофой американского корабля «Колумбия», произошедшей 1 февраля 2003 года, строительство МКС приостановилось, а постоянный экипаж уменьшился с трех до двух человек для экономии ресурсов, поскольку основными поставщиками стали корабли Прогресс, имеющих небольшую грузоподъемность, по сравнению с шаттлами (2,5 т против 20).
  • В 2006 году после возобновления полетов шаттлов строительство МКС продолжилось, а количество членов экипажа увеличилась с двух до трех. На станцию ​​были доставлены новые секции солнечных батарей, что значительно повысило ее энерговооруженность.
  • В конце 2007 года МКС пополнилась двумя герметичными модулями. В октябре шаттл «Дискавери» STS-120 привез на орбиту изготовленный в Италии по заказу США соединительный модуль Node-2 «Гармония» (Harmony) (Node-1 под названием «Юнити» работает в составе станции с декабря 1998 года). В ноябре Node-2 «Гармония» (Harmony), с помощью манипулятора станции был установлен на свое штатное место — на осевой порт модуля «Дестини». По своему назначению Node-2 является соединительным узлом между тремя лабораторными модулями: американским «Дестини», европейским «Колумбус» (Columbus) и японским «Кибо». Кроме того, осевой стыковочный узел Node-2 стал основным причалом для шаттлов.
  • Европейский лабораторный модуль «Колумбус», предназначен для постоянной работы в составе МКС, в феврале 2008 года был выведен на орбиту шаттлом «Атлантис» (миссия STS-122), и 11 февраля с помощью манипулятора этого корабля установлен на свое штатное место. 14 марта и 4 июня было пристыкован два из трех элементов модуля Кибо — экспериментальный модуль обеспечения и герметичный отсек.
  • 9 марта 2008 года состоялся первый запуск европейского автоматического грузового корабля, корабль доставил 7,7 т груза. Планируется 5 запусков до 2015 с промежутками между запусками 13-15 месяцев.
  • 29 мая 2009 года начал работать первый постоянный экипаж из шести человек, доставленный двумя кораблями Союз ТМА. Увеличение количества членов экипажа произошло в результате роста возможностей обеспечения.
  • 10 сентября 2009 года состоялся первый запуск японского автоматического грузового корабля, грузоподъемность корабля 6 т. Корабль не имеет собственной системы сближения — аппарат подлетает как можно ближе к станции, схватывается манипулятором и присоединяется к модулю «Гармония».
  • 3 февраля 2010 года Многосторонний совет по управлению МКС подтвердила, что не существует никаких известных технических ограничений по продлению эксплуатации станции после 2015 года.[21]
  • В 2011 году закончились полеты многоразовых кораблей Спейс Шаттл.
  • 25 мая 2012 года к станции пристыковался первый в мире частный космический корабль Дракон.
  • 18 сентября 2013 года к станции пристыковался частный грузовой космический корабль Сигнус.

[править] Посещение станции

К 28 мая 2014 МКС посетило 214 человек совершили 359 полетов в 40 экспедициях, что является рекордом для космических станций (на «Мире» побывали 104 человека). МКС стал первым примером коммерциализации космических полетов. Роскосмос совместно с компанией Space Adventures впервые отправил на орбиту космических туристов. Кроме того, в рамках контракта на закупку Малайзией российского вооружения Роскосмос в 2007 году организовал полет на МКС первого малайзийского космонавта — шейха Музафара Шукора (Muszaphar Shukor).

[править] Аварии

Среди серьезных происшествий на МКС можно назвать катастрофу при посадке шаттла «Колумбия» 1 февраля 2003 года. Хотя «Колумбия» не стыковалась с МКС, проводя самостоятельную исследовательскую миссию, эта катастрофа приостановила полеты шаттлов, которые возобновились только в июле 2005 года. Это отодвинуло сроки завершения строительства станции и сделало российские корабли «Союз» и «Прогресс» единственным средством доставки космонавтов и грузов на станцию.

В российском сегменте станции в 2006 году произошло задымление, а также зафиксирован отказ работы компьютеров в российских и американских сегментах 2001 и дважды в 2007-м году. Осенью 2007 года экипаж станции ремонтировал разрыв солнечной батареи, который произошел во время ее установки.

[править] Перспективы

Окончание строительства МКС намечено на 2015 год. Благодаря новому оборудованию, доставленном на борт МКС экспедицией шаттла «Индевор» в ноябре 2008 года, экипаж станции 2009 был от 3 ​​до 6 человек. Изначально планировалось, что станция должна проработать на орбите до 2010 года, 2008 называлась другая дата — 2016 или 2020. По мнению экспертов, МКС, в отличие от станции «Мир» не будут топить в океане, предполагается использовать ее как базу для сбора межпланетных кораблей. Несмотря на то, что в NASA высказывались за уменьшение финансирования станции, председатель агентства Майкл Гриффин пообещал выполнить все обязательства США для завершения строительства станции. Однако после войны в Южной Осетии многие эксперты, в том числе и Гриффин, заявляли, что охлаждение отношений между Россией и США может привести к прекращению сотрудничества Роскосмоса с NASA и американцы не смогут отправлять на станцию ​​свои экспедиции.

После заявлений США о возможности введения санкций против РФ 13 мая 2014 вице-премьер РФ Дмитрий Рогозин заявил, что Россия не будет продлевать эксплуатацию МКС после 2020 года.[22]

[править] Наблюдение за МКС

МКС можно наблюдать невооруженным глазом с поверхности Земли. Она будет наблюдаться как яркая звезда, достаточно быстро летящей, чаще всего с запада на восток. В зависимости от угла наблюдения (азимуту), ее звездная величина m может колебаться от −4 до 0. Сайт Heavens-Above при сотрудничестве с Европейским космическим агентством предоставляет возможность всем желающим узнать расписание движения МКС и других астрономических объектов по небу над указанным населенным пунктом на ближайшие дни.

[править] Факты

  • Космический турист Ричард Гэрриот взял на МКС «Диск бессмертия» — цифровой носитель, на котором записаны данные о наиболее значимых достижениях человечества и о структуре ДНК известных людей.
  • До сих пор считалось, что в условиях невесомости организм человека или животного испытывает физиологический стресс, начинается атрофия мышц и ускоряется старение. Именно это хотели подтвердить ученые из Токийского института геронтологии, для чего «отправили» на Международную космическую станцию ​​нематод Caenorhabitis elegans.[23]
  • Черви находились в космосе 11 дней. Когда «космонавты» вернулись, у нематод не оказалось никаких признаков атрофии мышц и усиленного накопления белка Q-35, который сопровождает возрастные изменения в организме человека. Более того, черви, которые все это время находились на Земле, постарели значительно сильнее, чем их товарищи астронавты. Ученые не могут утверждать, сказалось ли путешествие в космос на реальной продолжительности жизни нематод: червей сразу после прибытия заморозили, чтобы зафиксировать те изменения, которые произошли с ними на орбите. Очевидно, замедление старения происходило из-за общего замедления метаболизма. Связь между скоростью метаболизма и скоростью старения известна давно. Но удивительно то, что нематоды отреагировали именно таким образом, находясь в космосе, где другие организмы отвечают на стресс иначе. Японские ученые отмечают: если удастся понять, как нематоды замедляют активность своих генов, то этот же механизм можно будет применить для продления жизни человека.

[править] Источники

  1. «Memorandum of Understanding Between the National Aeronautics and Space Administration of the United States of America and the Russian Space Agency Concerning Cooperation on the Civil International Space Station»
  2. «International Space Station Overview». ShuttlePressKit.com. 3 June 1999
  3. «The International Space Station: life in space»
  4. JAXA | Kibo: Japan’s First Human Space Facility
  5. NASA — AMS to Focus on Invisible Universe
  6. In Search Of Antimatter Galaxies — NASA Science
  7. «First Result from the Alpha Magnetic Spectrometer on the International Space Station: Precision Measurement of the Positron Fraction in Primary Cosmic Rays of 0.5-350 GeV»
  8. «First Result from the Alpha Magnetic Spectrometer Experiment»
  9. «Scientists find hint of dark matter from cosmos»
  10. «Alpha Magnetic Spectrometer zeroes in on dark matter»
  11. «NASA TV Briefing Discusses Alpha Magnetic Spectrometer Results»
  12. «New Clues to the Mystery of Dark Matter»
  13. G Horneck, DM Klaus & RL Mancinelli (Березно 2010). «Space Microbiology, section Space Environment (p. 122)». Microbiology and Molecular Biology Reviews
  14. Jay Buckey (23 February 2006). Space Physiology. Oxford University Press USA.
  15. «Ion engine could one day power 39-day trips to Mars»
  16. «Materials Science 101»
  17. [1]
  18. «Space station may be site for next mock Mars mission». New Scientist
  19. «Memorandum Opinion for the General Counsel, Office of Science and Technology Policy»
  20. Gro Mjeldheim Sandal; Dietrich Manzey (December 2009). «Cross-cultural issues in space operations: A survey study among ground personnel of the European Space Agency». Acta Astronautica 65 (11-12). с. 1520—1529
  21. Совместное заявление Многостороннего совета по управлению МКС, обобщает общую точку зрения щодо перспектив Международной космической станции
  22. Рогозин: Россия не буде продлевать эксплуатацию МКС после 2020
  23. Исследование Токийского института геронтологии
Персональные инструменты
Пространства имён

Варианты
Действия
Навигация
Инструменты