MLM Nauka 停靠到国际空间站,此后不久发生故障

by 皮特哈丁

俄罗斯的多用途实验室模块 (MLM) Nauka,意为“科学”,在经历了 20 多年的漫长而艰巨的旅程以及发射后有问题的推进系统威胁到任务的成功后,已经克服了成功对接国际空间站的可能性. 

对接并非没有问题,俄罗斯宇航员指出,在对接前不到一个小时,瑙卡没有走正确的路线;然而,复古刻录很快纠正了这个问题。在对 TORU 手动对接系统的问题进行故障排除后,Nauka 在美国东部时间 09:29 / UTC 时间 13:29 以自动方式成功对接到 Zvezda 服务模块的最低点端口,标志着 20 多年来首次向俄罗斯市场进行重大扩展。

更新 — 7 月 29 日,美国东部时间 5:34 / UTC 时间 21:34

在 12:34 EDT / 16:34 UTC,国际空间站的系统记录到与名义姿态方向的偏离。空间站的陀螺仪试图纠正姿态错误,但无法纠正。

在美国东部时间 12:42 / UTC 时间 16:42,国际空间站的姿态偏离超出限制,并宣布姿态丧失紧急情况,通过地球静止轨道上的 TDRS(跟踪和数据中继卫星)通信网络将美国宇航局和国际空间站列为首要任务。

这时,国际空间站被命令自由漂移,陀螺仪关闭,紧急控制交给俄罗斯段和Zvezda服务舱。 Zvezda 同样试图纠正空间站的方向,在新模块继续发射推进器时与 Nauka 作战。

国际空间站。 (信用:美国宇航局)

在接下来的 45 分钟内,俄罗斯控制人员试图停止来自 Nauka 的推进器发射,这是在没有命令的情况下发生的。在这次事件中,国际空间站的姿态运动从未超过每秒 0.5 度,机组人员没有感觉到这一事件。

据俄罗斯媒体报道,在这次推进器事件中,Nauka 烧尽了剩余的燃料。

在美国东部时间 13:29 / UTC 时间 17:29,由于 Nauka 的推进器不再运行,俄罗斯控制人员能够使用 Progress MS-17 的推进器使空间站恢复姿态控制并返回到稳定的方向。

由于需要对该站进行评估,原定于 7 月 30 日发射的 Starliner 的 OFT-2 任务已推迟至不早于 2021 年 8 月 3 日星期二美国东部时间 13:20:10 / 17:20: 10 世界标准时间。

更新 - 7 月 29 日,美国东部时间 1:53 / UTC 时间 17:53

在成功对接空间站后,大约三个小时后,在美国东部时间 12:45 / UTC 时间 16:45,宇航员打开 Zvezda 到 Nauka 的舱门后,新模块突然开始在没有命令的情况下发射推进器。

这导致国际空间站偏离其标称方向并最终偏离了 45 度。

俄罗斯任务控制员立即发现了这个问题,Zvezda 开始发射自己的推进器,试图纠正这个问题。然而,Nauka 的推进器一直在错误地发射,两个模块本质上是在互相争斗,Nauka 推动国际空间站不对齐,而 Zvezda 试图但无法完全纠正。

与此同时,美国宇航局命令空间站自由漂移,以减轻前哨站模块化连接点的压力。

MCC-Moscow 随后关闭了 Zvezda 的推进器,改用 Progress MS-17 的推进器来纠正空间站姿态。

最终,俄罗斯控制人员能够让 Nauka 的推进器停止发射;当国际空间站返回俄罗斯地面站时,推进器将实现更永久的禁用。

目前,国际空间站没有任何损坏迹象,国际空间站上的所有系统都在正常运行。

这对 Starliner 计划于 7 月 30 日星期五发射的影响尚不清楚。

瑙卡对接

瑙卡 于 7 月 21 日在哈萨克斯坦拜科努尔航天发射场的质子-M 助推器上发射后,过去八天一直在追逐国际空间站 (ISS)。

在成功插入 190 x 350.1 公里的轨道后,立即注意到该模块的通信和推进系统存在问题。当模块进入俄罗斯地面站范围内的短时间内,由于通信受限,最初的故障排除变得复杂。

通信问题在初始轨道上得到解决;然而,推进系统的问题更麻烦,据信与部分模块的燃料供应因气体与主机燃料混合而无法使用有关。

报告表明,由于油箱之间的压力平衡早于计划,主发动机推进油箱中的压力已升至无法接受的水平。因此,需要使用较小的发动机来将油箱压力释放到可以使用主发动机的程度。

再加上持续有限的通信,导致一些最初计划的轨道提升燃烧被取消,然后使用该模块的辅助引擎进行。

这些重新计划的第一次燃烧足以防止瑙卡在几天内重新进入大气层,因为近地点插入距离低 190 公里,这也是恐惧。在第一次燃烧后,俄罗斯控制人员能够稳定 Nauka,让主发动机工作,并使模块按原计划于 7 月 29 日抵达空间站。

接近国际空间站, Nauka 按预期使用了其 KURS 自动交会系统;然而,该模块还配备了 TORU 手动对接系统,这将使国际空间站上的宇航员诺维茨基和杜布罗夫能够控制 Nauka 并在需要时手动飞行。

为了对接,国际空间站被放置在一种特殊的姿态——基本上向上倾斜 90 度——以便沿着速度矢量放置 Nauka 的对接轴。这不是最初的计划,在最初的计划中,Nauka 会接近 R 杆或径向速度矢量,而最低点 Zvezda 端口直接面向地球。

国际空间站对接方向计划进行了更改,以适应发射后 Nauka 的现状。

停靠在 Zvezda 的最低点停靠港口,该港口最近于 7 月 26 日被 Pirs 模块腾空。 此端口使用称为混合 Drogue 适配器 (HDA) 的对接系统。

瑙卡,就在封装发射之前。 (信用:Roscosmos)

HDA 是俄罗斯系统,本质上是传统 Probe & Drogue (SSVP) 系统和雌雄同体外围附件系统 (APAS) 的组合,现在 Dragon 和 Starliner 的对接系统基于该系统。

具体来说,HDA 使用 APAS 系统的对接环,但不像美国段那样使用捕获环,而是使用 SSVP 系统上的对接锥套。这使对接发生的方式与联盟号/进步号车辆的对接方式相同,但提供了更宽的舱口通道,这对永久模块很有用。

在对接和硬捕获之后,接下来的直接步骤将是泄漏检查和前厅加压,然后是舱口打开、第一次进入和模块激活。

未来的计划:

总共需要多达 11 次太空行走才能完全装备和委托 Nauka,其中第一次将在 9 月进行。

在外部,当模块通过一系列电缆连接到国际空间站后, 第一项业务将是部署欧洲机械臂 (ERA),该机械臂安装在 Nauka 外部。

这将涉及拆除外罩和发射限制,然后臂将被激活并从地面完全检查出来。 ERA 需要全面运行才能进行下一阶段的操作——即将气闸和散热器转移到 Nauka。

该散热器和气闸于 2010 年 5 月由亚特兰蒂斯号航天飞机在 STS-132 任务中发射到连接到微型研究模块 1 (MRM-1) Rassvet 外部的国际空间站。 11年来,他们一直在耐心等待Nauka的到来。

可部署的散热器将用于为 Nauka 增加额外的冷却能力,这将使该模块能够进行更多的科学实验。在 ERA 的帮助下,气闸将仅用于通过模块内部和外部的实验——与空间站美国部分的日本气闸非常相似。

ERA 将用于从 MRM-1 上拆下散热器和气闸并将它们转移到 MLM - 需要一个延伸臂来允许 ERA 到达气闸。这个过程预计需要几个月的时间。一个便携式工作平台也将被转移过来,它可以连接到 ERA 的末端,让宇航员在太空行走期间“骑”在手臂的末端。

瑙卡 还在其最低点上有一个停靠端口,其他模块/车辆可以停靠。该端口也是 HDA 类型(无源端),但它具有一个特殊的适配器,以便将其转换为传统的 Probe & Drogue 端口。该适配器将 APAS 对接环转换为 SSVP 对接环,这将使联盟号和 Progress 车辆能够与 MLM 对接。

显示 Nauka 布局的内部剖视图。 (信用:Roscosmos)

11 月,俄罗斯将向国际空间站发射节点模块(NM)Prichal,它将停靠在 Nauka 的最低点港口,并将在俄罗斯段增加另外四个 HDA 型港口以供未来扩展——尽管现在任何扩展计划在俄罗斯决定将其未来的努力集中在建造自己的空间站以接替国际空间站之后,可能与中国合作,这有点悬而未决。

普里哈尔 将使用 HDA 系统与 Nauka 对接,这首先需要从 Nauka 的最低点端口移除 HDA 到 SSVP 的适配器环。

因此,该环被添加为“保险单”,以防 Prichal 未能将其送入轨道,这将使 Nauka 的最低点 HDA 端口无用,因为联盟号和 Progress 车辆将无法停靠到它,这将离开俄罗斯只有三个可用对接端口的段。

与 Nauka 的首次对接计划于 9 月 28 日进行,届时联盟号 MS-18 将从 Rassvet 搬迁到 Nauka 的最低点港口,以便为 Rassvet 清理 Rassvet 以迎接联盟号 MS-19 的到来。 MS-18 将于 10 月 17 日离开 Nauka,随后 Progress MS-17 将从 MRM-2 Poisk 脱离,并于 10 月 27 日搬迁至 Nauka。

假设 Prichal 于 11 月 24 日成功发射,Progress MS-17 将与 Nauka 脱离对接,并携带 APAS-to-SSVP 适配器环,它将 Nauka 的最低点端口转换回 HDA 配置,为 Prichal 的到来做好准备。

附上Nauka和Prichal之后ISS的规划配置。 (信用:Roscosmos)

未来,将联盟号车辆停靠到 Rassvet 和 Prichal 的最低点港口,并将 Progresses 停靠到 Zvezda 的后港口和 Poisk 的最高点港口将成为标准做法。

这是因为连接到 Zvezda 后端口的传输室有一个小泄漏,这需要舱口尽可能保持关闭,如果它停靠在 Zvezda 的后端口,这将阻止进入联盟号。此外,Zvezda 的后端口首选 Progress 飞船,因为这使它们能够使用其主引擎执行 ISS 升压。

Poisk 天顶港也有进展,因为在 Pirs 离开后,Poisk 现在作为俄罗斯航段的气闸,停靠在 Poisk 的联盟号飞船的通道被阻止,而 Poisk 在太空行走期间减压,这给国际空间站撤离带来了安全问题设想。

(主要图片:Nauka 抵达国际空间站。信用:NSF/L2 的 Mack Crawford)

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