Полёт в формации. Факторы, лежащие в основе насущного сотрудничества Китая и остальных стран мира на низкой околоземной орбите

Технический перевод статьи журнала ROOM, № 2(8) 2016

Чэнь Лань (Chen Lan), независимый китайский космический аналитик и автор

Это следует из сообщения Китайского агентства пилотируемых полётов в космос (CMSA), которое объявило о прекращении работы орбитальной лаборатории в конце марта. До этого мы ожидали, что после планируемого запуска «Тяньгун-2» в конце этого года две космические мини-станции будут летать на орбите вместе, предоставив нам шанс проводить сопряжённые эксперименты.

Если бы мы смогли им воспользоваться, этот случай стал бы лишь вторым в истории космоса, когда совместную работу можно проводить одновременно на двух орбитальных космических станциях. В этой статье независимый китайский космический аналитик Чэнь Лань бросает вызов политическому истеблишменту Запада, допуская мысль о потере уникальной возможности, которая в состоянии наметить новый курс в истории пилотируемых космических полётов и орбитальных исследований.

Нам известно несколько случаев, когда две или более космических станции работали одновременно на орбите Земли. Например, «Скайлэб» США вместе с различными космическими станциями «Салют» бывшего Советского Союза, Международная космическая станция (МКС) с «Тяньгун-1», а также кратковременные пересечения двух поколений космических станций «Салют».

В то же время во всех упомянутых случаях станции работали независимо друг от друга и не были связаны какой-либо совместной работой. Единственное исключение имело место в 1986 году, когда «Союз Т-15» состыковался с недавно запущенным орбитальным комплексом «Мир» и планируемая к списанию станция «Салют-7», и оборудование были переведены с «Салюта-7» на «Мир». Такое случилось первый раз в истории космонавтики, когда пилотируемый космический корабль произвёл стыковку с двумя космическими станциями в рамках одного и того же космического полёта; и единственный раз в истории, когда экипаж и оборудование передавались между космическими станциями.

Выполнение подобного рода задачи требует, чтобы две станции находились на одной и той же орбите. На самом деле со- орбитальный полёт имеет гораздо больше перспектив, чем продемонстрировал полёт в 1986 году, поскольку он открывает целый ряд чрезвычайно важных преимуществ:           

• Совместные аварийно-спасательные структуры: в случае возникновения чрезвычайной ситуации на одной станции, если повреждён её спасатель-корабль (и), в течение всего времени, пока на любой из станций в наличии имеется один пилотируемый космический аппарат, сохраняется возможность перевести экипаж на другую станцию​​, а затем ждать прибытия последующих транспортных кораблей, чтобы вернуть их на Землю. Каждая станция будет обеспечивать прикрытие для другой. Это была бы беспрецедентная, никогда ранее не реализованная возможность обеспечить дополнительный уровень безопасности для обоих экипажей.
• Взаимная поддержка: две станции обеспечивают резервирование многих базовых возможностей, а также в состоянии поддержать друг друга, особенно, когда на одной из станций есть какой-либо дефицит. Например, совместное пользование орбитальными транспортными средствами повторного наддува, складскими помещениями и расходными материалами, линиями передачи данных наземной станции, бортовой медицинской помощью, а также резервными стыковочными портами так далее. Без подобной взаимной поддержки, как в настоящее время на МКС, та же самая работа обойдётся дороже, и может даже потребуется новый старт для её завершения.  
• Совместные эксперименты: подобный способ реализации создаёт благоприятные условия, чтобы задействовать обе станции для проведения экспериментов, например, лазерной связи и продолжительных базовых астрономических наблюдений. Причём «двойная» станция позволяет провести один и тот же эксперимент одновременно на двух станциях для сравнения. На самом деле такой подход мог бы открыть дверь для таких инновационных экспериментов, о которых мы никогда прежде не мечтали.
• Продлённое использование модулей: со- орбитальные станции дают новую возможность обмена модулями. Когда одна из станций заканчивает свой срок службы, модули с достаточным количеством оставшегося эксплуатационного ресурса могут быть переданы на другую станцию​​. Они продолжат функционировать, пока их эксплуатационный ресурс не подойдёт к концу, оптимизируя таким образом финансовые вложения.
• Групповой полёт: в первые дни космической эры иногда два пилотируемых космических кораблях летели на близком друг к другу расстоянии. Однако это были кратковременные полёты. Групповой полёт может принести пользу для будущих дальних пилотируемых космических полётов. Он придаст более высокую степень резервирования и гибкости для длительных полётов. Co-орбитальные космические станции предлагают возможность поэкспериментировать с подобной концепцией.

Мы можем назвать подобную концепцию со- орбитальных станций «формацией космических станций». Космические аппараты летают разными курсами на той же орбите, работают независимо друг от друга, но также могут сотрудничать. Такую формацию можно рассматривать как единую «виртуальную» космическую станцию, выполняющую гораздо большее количество функций, чем обычно выполняет одна станция, включая расширенное количество функций по обеспечению безопасности и резервирования, которые не под силу обеспечить одной станции. Формацию легко увеличить, возможно, при помощи таких космических аппаратов, как коммерческие модули Бигелоу.

Наше предложение заключается в запуске китайской космической станции (ККС) на орбиту МКС с определённым расстоянием друг от друга, скажем, в 100 км. Каждая станция работает независимо друг от друга, но они также могут работать совместно, чтобы поддерживать друг друга. Посещающие транспортные средства с оборудованием / снабжением и экипажем могут передвигаться относительно быстро и легко от одной станции к другой. Такая концепция ставит мировые программы космических полётов человека в единые рамки, которые не только повышают безопасность и научную отдачу, но и расширяют атмосферу международного сотрудничества, сформированную на МКС.

Вклад Китая и отдача

Как отмечалось ранее, формация космических станций имеет множество преимуществ, наиболее важным из которых является повышение безопасности. По сравнению с Россией и США Китай имеет ограниченный опыт в длительных операциях космических станций. Если аварийная ситуация, наподобие неожиданного столкновения, пожара или неисправности управляющего вычислительного устройства, которые имели место на российской космической станции «Мир», происходит на ККС, возможность обеспечения спасательных действий со стороны близлежащей МКС становится насущно важной.

Благодаря совместимости стыковочного узла и систем связи российских и американских пилотируемых и грузовых космических кораблей, остаётся возможность произвести аварийно-спасательный запуск с земли. Находясь на орбите МКС, российские корабли-спасатели со стартовых площадок космодромов «Байконур» и «Восточный» также в состоянии достичь ККС, предоставляя дополнительные гарантии безопасности.

После запрета на старт грузовых космических кораблей «Шэньчжоу» или «Тьяньчжоу» Китай может также продолжить эксплуатировать станцию, используя транспортные средства других стран или коммерческие транспортные аппараты по аналогии с ситуацией, когда США смогли продолжить работу на МКС после запрета на запуск «Шаттл».

Можно будет воспользоваться и другими преимуществами от эксплуатации со- орбитальных космических станций. Например, увеличить площадь наблюдения за поверхностью Земли, чтобы охватить полностью Китай, США и Японию, а также большинство стран Европы. Китайский автономный летающий телескоп в случае необходимости может также обслуживать МКС.

С политической точки зрения, и как утверждалось ранее, такой подход означает значительное развитие международного сотрудничества и укрепление позиции Китая. На уровне реализации Китай уже дал понять, что в состоянии адаптировать ККС для международного сотрудничества и стыковки модулей, поставляемых другими странами.

ККС можно рассматривать в качестве «МКС-2» и делить орбиту с МКС, что сделает процесс более целесообразным и экономически жизнеспособным. Приведём один из примеров: модуль Columbus ЕКА, который в рамках программы МКС был запущен сравнительно поздно и имеет ещё сравнительно большой срок службы. Если ККС находится на той же орбите, Columbus можно передать ККС, где он продолжит функционировать после завершения эксплуатации МКС.

С другой стороны, для запуска ККС на орбиту МКС Китай должен решить два следующих основных в техническом плане вопроса, требующих определённого количества инвестиций:

Несоответствие стартовых возможностей

Орбита МКС является круглой (около 400 км, с уклоном 51,6 градуса) по сравнению с предполагаемой орбитой ККС (300–350 км и 42-43 градуса). Все посещающие грузовые и пилотируемые транспортные корабли также следует запускать на эту орбиту. Вполне вероятно, что китайская стартовая установка CZ -5B, зарезервированная для подъёма модулей станции, установка CZ-2F, предназначенная для запуска «Шэньчжоу» и CZ-7, планируемая для запуска грузовых кораблей «Тьяньчжоу», несколько не совпадают с заданным потенциалом полезной нагрузки.

Эту проблему можно решить путём сокращения запасов топлива и удаления съёмного оборудования на борту космического аппарата, а также снижения высоты орбиты МКС до 350 км (как это было до 2011 года). И как только ККС будет готова, всё равно останется возможность поднять её орбиту до 400 км орбиты МКС.

Станции слежения и зона посадки

Изменение наклона также приведёт к изменению параметров стартовой позиции в направлении полёта, а также траектории полёта перед посадкой. Этот факт найдёт своё выражение в невозможности использования некоторых имеющихся в распоряжении Китая станций слежения и резервной зоны посадки вблизи Цзю юань, и будет означать строительство новых станций слежения к юго-востоку от Цзю юань и юго-западу от Сыцзыван, основной зоны посадки, а также новой резервной зоны приземления к юго-западу от Сыцзыван в случае баллистического повторного входа. Кроме того, суда слежения подлежат перераспределению в Индийском океане и вблизи космического стартового комплекса Wenchang, а все аварийно-посадочные площадки по всему миру подлежат перепланированию и подготовке.

Остаётся чуть более двух лет до планируемого запуска первого экспериментального основного модуля ККС в 2018 году. Реализация предложения, представленного здесь, является весьма серьёзной технической задачей, не говоря уже об огромных политических препятствиях.

Согласно плану Китая, экспериментальный основной модуль станет базовым модулем ККС, исходя из посылки его надлежащего функционирования в космическом пространстве. Если он не сможет соответствовать требованиям, будет запущен новый улучшенный операционный основной модуль. Таким образом, остаётся ещё вероятность, что экспериментальный основной модуль по-прежнему может быть запущен на орбиту в 42-43 градуса, но уже не в качестве базы ККС. Операционный основной модуль будет выведен на орбиту МКС позднее, уступая два дополнительных года плану формации станций. Экспериментальный основной модуль более не будет повторно использоваться, но, если реализуется формация космических станций, он оправдает затраты.

Роль Европы

Формация ККС – МКС принесёт пользу не только Китаю. Она также будет иметь большое значение для существующих партнёров МКС. МКС была запущена и работает в течение более 17 лет, её планируемое окончание эксплуатационного периода – 2024 год (или 2028 году), её срок службы составит 25 лет (или 29 лет). Устаревшее оборудование становится самой серьёзной угрозой безопасности, а гарантия безопасности, предусмотренная «формацией станций», ценится чрезвычайно высоко.

Некоторые партнёры по МКС также столкнутся с важным выбором после завершения срока службы МКС. Для Европы, кажется, не останется другого выбора, кроме как присоединиться к программе США по исследованию глубокого космоса, что практически означает выход из программы космических полётов человека на НОО. Сотрудничество в рамках ККС, однако, поможет открыть для Европы новую дверь, чтобы продолжить своё присутствие на НОО.

Для России возможность реализовать свой ​​независимый план космической станции всегда была связана со многими знаками вопроса, и сотрудничество с Китаем, по всей вероятности, также означает хороший выбор. Если реализовать формацию ККС – МКС, последние модули, запущенные МКС, такие как «Колумбус» и «Многоцелевой лабораторный модуль» («МЛМ» или «Наука», запуск которого запланирован на 2017 год), могут быть переданы на ККС, чтобы продолжить свою миссию.

В рамках данного предложения политические препятствия представляются гораздо более сложными и трудными, чем технические вопросы. Во время Международного конгресса по астронавтике в октябре прошлого года (IAC), в Иерусалиме, были процитированы слова Генерального директора ЕКА Йохан-Дитрих Вернера о том, что он хочет, чтобы Китай отказался от своей собственной космической станции в пользу присоединения к МКС.

Кажется, что профессор Вернер может быть не в курсе истории китайско-американского сотрудничества в космической сфере. Китай много раз выражал свою готовность присоединиться к МКС, начиная с конца 1990-х годов и до середины 2000-х годов, но Соединённые Штаты отклонили все попытки. И до настоящего момента Конгресс США не изменил своё отношение к китайско-американскому сотрудничеству в космической сфере. С другой стороны, за лишь немногим более двух лет, что остались до запуска его основного модуля, Китай не находит возможным отказаться от своего независимого и долгосрочного плана в пользу МКС, свернув свою будущую деятельность по космическим полётам человека в рамки МКС за менее чем 10 лет её оставшегося эксплуатационного периода.

План России отделить свой ​​сегмент от МКС и проблем, вызванных кризисом Украины, также, возможно, послужил напоминанием Китаю, чтобы не повторить путь России. Есть потенциальные конфликты интересов, глобальные и региональные, между Китаем и США, так что в будущем Китай может столкнуться с аналогичной или более серьёзной ситуацией, чем Россия столкнулась сегодня.

Исходя из приведённого выше анализа, для Китая нереально и неразумно, чтобы продвигать сотрудничество в одностороннем порядке, даже с точки зрения этого менее сложного предложения. Для его реализации Китай будет стороной, берущей на себя большую часть работы, инвестиций и рисков. Китай будет активно участвовать, только если другие стороны проявят добрую волю и приверженность, а изменение отношения США является обязательным условием для сотрудничества. Таким образом, можно начать с Европы, или (ЕКА), которая находится в лучшем положении, чтобы вести и проталкивать этот проект.

Однако придётся взять на себя следующие задачи:

• Убедить американскую сторону изменить своё отношение к китайско-американскому сотрудничеству в космической сфере. Обе стороны сотрудничества имеют право на независимую работу своих станций, у нас есть основания для оптимизма, что США могут быть открыты для изменений.           
• Планирование технической реализации формации космических станций; координация всех партнёров, включая Китай, для выполнения необходимых технических работ, таких как создание совместимых механизмов стыковки, интеграции систем передачи данных, создания скоординированного управления миссией и системы управления и так далее. При проведении работ подобного рода опыт ЕКА, наработанный на МКС, мог бы помочь в значительной степени.

Завершить означенные работы в течение трёх-пяти лет – нелёгкая задача, но возможность и окно, что мы имеем в настоящее время, очень редкое явление. Я считаю, что это предложение с технической и политической точки зрения является наиболее реалистичным, мало затратным и простым в реализации решений. Тем не менее остаётся не так много времени. Мы нуждаемся в сильной воле и решительных действиях с обеих сторон, с которыми все проблемы могут быть преодолены. Китайское национальное космическое управление (КНКУ), ЕКА и НАСА – все имеют редкую возможность предпринять некоторые меры, чтобы быстро ухватиться за эту возможность и при этом изменить пост-историю МКС и полётов человека в космос на десятилетия вперёд.

Об авторе материала

Чэнь Лань – независимый аналитик, который в 1998 году создал Go Taikonauts!, самый ранний неофициальный сайт о китайской космической программе. Он также является одним из основателей и главным спонсором электронного журнала Go Taikonauts! который предоставляет углубленные отчёты о выполнении китайской космической программы.

Технический перевод статьи журнала ROOM

Оригинал статьи можно прочитать по этой ссылке
Flying in formation - why China and the rest of the world should collaborate
 журнал ROOM №2 (8) 2016