Купол МКС: Обзорный модуль Международной космической станции

Введение

Модуль наблюдения Международной космической станции, модуль Международной космической станции.

Купол — это обсерваторский модуль Международной космической станции (МКС), созданный ESA. Его название происходит от итальянского слова "cupola", означающего "купол". Семь окон Купола используются для проведения экспериментов, стыковки и наблюдения за Землей. Он был запущен на борту космического шаттла "Эндевор" в миссии STS-130 8 февраля 2010 года и пристыкован к модулю "Спокойствие" (узловой модуль 3). С установкой Купола сборка МКС достигла 85-процентной завершенности. Диаметр центрального окна Купола составляет .

Обзор

Купол предоставляет наблюдательную и рабочую зону для экипажа МКС, обеспечивая обзор для поддержки управления системой дистанционного манипулирования космической станцией и общего наблюдения за Землей, небесными объектами и прибывающими кораблями. Проект Купола был начат NASA и Boeing, но отменен из-за сокращения финансирования. Бартерное соглашение между NASA и ESA привело к возобновлению разработки Купола в 1998 году силами ESA. Купол имеет большое значение для астронавтов на борту МКС, которые любят использовать модуль для наблюдения и фотографирования Земли. Купол заменил российскую станцию "Звезда" для этих целей. Ранее астронавты смотрели в небольшие иллюминаторы или, в лучшем случае, в окно лаборатории "Дестини". Купол пристыкован к земленому порту модуля "Спокойствие". Благодаря своей форме и многооконной конфигурации Купол сравнивают с окном кабины пилота "Тысячелетнего сокола".

Дизайн и строительство

Купол Международной космической станции был впервые задуман в 1987 году менеджером по архитектурному контролю систем жизнеобеспечения станции Гэри Китмахером как рабочее место для управления роботизированной рукой станции Canadarm2, маневрирования аппаратами вне станции, а также наблюдения и поддержки выходов в открытый космос. Он проводил аналогию с использованием задней кабины шаттла. Изначально планировалось построить два купола, по одному на каждом конце трассы, образованной модулями и узлами станции. Первоначально он назывался «оконной рабочей станцией», чтобы отличить его от других компьютерных рабочих станций внутри станции, с помощью которых экипаж мог управлять системами станции. После первоначального одобрения идеи, за работу взялись несколько человек. Специалист по эргономике Фрэнсис Маунт начала разрабатывать обоснование и оперативные сценарии для Купола и получила значительную поддержку от главного астронавта Джона Янга и командира шаттла Гордона Фуллертона. Чарльз Уилрайт, который определял спецификации для каждого иллюминатора на всех предыдущих пилотируемых космических кораблях США, начал определять конструктивные спецификации иллюминаторов Купола. Лори Уивер, которая только что начала работать в НАСА в качестве стажера, приступила к разработке серии различных конфигураций Купола. Она отталкивалась от идеи Китмахера, основанной на задней кабине шаттла, в данном случае – от двух задних кабин, установленных спиной к спине, на вершине короткого цилиндра. Была построена недорогая макетная модель из ПВХ-труб, которая была протестирована под водой, где можно было измерить критические размеры, чтобы убедиться, что два члена экипажа в невесомости будут иметь достаточный доступ. Затем она создала серию небольших картонных моделей, рассматривая различные альтернативные формы. Различные конфигурации и их преимущества и недостатки были представлены на серии совещаний по оценке рабочих мест экипажа в течение следующего года, где участники оценивали каждую из них. В итоге Купол получил восьмиугольную форму с восемью похожими иллюминаторами по периметру, четырьмя обзорными иллюминаторами над головой и был установлен на цилиндр. Модуль был спроектирован так, чтобы полностью вмещать по крайней мере двух членов экипажа, «плавающих» бок о бок в нейтральной позе тела в условиях невесомости. Примерно в это же время Китмахер и дизайнер Джей Кори впервые использовали термин «Купол». Китмахер включил требования и название в документ по архитектурному контролю систем жизнеобеспечения и в запросы предложений для Рабочего пакета 1 в MSFC и Рабочего пакета 2 в JSC. Позже Китмахер возглавил группу по системам жизнеобеспечения, руководил первыми исследованиями лунного форпоста и лунной базы, и Купол вновь появился на нескольких его проектах роверов и модулей. Из-за путаницы в ответственности по двум контрактам, и Boeing, выигравший Рабочий пакет 1, и McDonnell Douglas, выигравший Рабочий пакет 2, подали заявки на строительство Купола. Проект McDonnell Douglas был в основном таким же, как у НАСА, но проект Boeing был меньше – шестиугольник с одним большим круглым иллюминатором над головой и гораздо более коротким цилиндром. Проект Boeing рассматривался, но был отклонен ранее, поскольку он не мог полностью вместить двух членов экипажа и вместо этого потребовал бы, чтобы члены экипажа висели ногами и телом в узле, к которому будет пристыкован Купол. В конечном итоге был построен именно этот проект.

The International Space Station Cupola was first conceived in 1987 by Space Station Man Systems Architectural Control Manager Gary Kitmacher as a workstation for operating the station's Canadarm2 robotic arm, maneuvering vehicles outside the station, and observing and supporting spacewalks. He likened the use as similar to that of the Shuttle Orbiter Aft Flight Deck. There were to have been two Cupolas, one on either end of the racetrack shape formed by the station modules and nodes. It was initially named the "windowed workstation", to distinguish it from other computer based workstations inside of the station and from which the crew could operate the station's systems. Once the idea was initially accepted, a number of people went to work. Human factors specialist Frances Mount began to develop the rationale and operational scenarios for the Cupola, and got considerable support from Chief Astronaut John Young and Shuttle Commander Gordon Fullerton. Charles Wheelwright, who had defined the specifications for every window on every prior United States crewed spacecraft, began to define the design specifications of the Cupola windows. Laurie Weaver, who had just started with NASA as a student intern, began to work on a series of different configurations for the Cupola. She started with Kitmacher's idea, based on the Shuttle Aft Flight Deck, in this case two Aft Flight Decks mounted back to back, placed atop a short cylinder. An inexpensive mock up made of PVC tubes was built and tested underwater, where critical dimensions could be measured to ensure that two crew members in zero g would have adequate access. Then she built a series of small cardboard models, looking at a variety of different alternative shapes. The different configurations and their positive and negative attributes were presented at a series of Crew Station Reviews over the next year in which participants rated each. The Cupola that evolved was octagonal in shape, with eight similar windows around the periphery, four quadrant windows overhead, and mounted on a cylinder. The module was designed to fully contain at least two crewmembers "floating" side by side in zero g neutral body posture. About this time, Kitmacher and designer Jay Cory applied the term Cupola for the first time. Kitmacher wrote the requirements and the name into the Man Systems Architectural Control Document and into the requests for proposals for Work Package 1 at MSFC and Work Package 2 at JSC. Later, Kitmacher went on to lead the Man Systems group, leading the first lunar outpost and moonbase studies and the Cupola reappeared on several of his rover and module designs. Because of confusion between the responsibilities of the two contracts, both Boeing, which won Work Package 1, and McDonnell Douglas, which won Work Package 2, bid to build the Cupola. The McDonnell Douglas design was basically the same as NASA's, but Boeing's was smaller — a hexagon, with a single large circular overhead window, and a much shorter cylinder. The Boeing design had been considered but previously discarded, because it was unable to accommodate two crew members completely, and would instead require the crew to dangle their legs and bodies in the Node to which the Cupola would be attached. This design was the one ultimately built.

Производство

Компоненты Купола изначально были изготовлены в Калифорнии, а окна — в Нью-Йорке в конце 1980-х годов, но с сокращением бюджетов Купол стал излюбленной целью для урезаний. Несколько раз его возвращали в программу, только чтобы снова исключить, поскольку он не считался технически необходимым. Более чем однажды ответственность за изготовление передавалась от одного международного партнера к другому в обмен на услуги по запуску шаттлов и ресурсы, которые Соединенные Штаты предоставляли на борту станции на орбите. Купол побывал в Бразилии, а затем в 1998 году окончательно перешел к ESA и итальянцам, которые завершили его в 2003 году. Даже после этого запуск Купола неоднократно откладывался, пока он, наконец, не вышел на орбиту в феврале 2010 года. Способ доставки также изменился: изначально Купол должен был быть установлен на поддон SpaceLab вместе с внешним оборудованием Kibo, а затем его монтировали на европейский модуль Tranquility во время его доставки. Первоначальное бартерное соглашение предусматривало строительство ESA двух модулей Купола для МКС, но впоследствии оно было изменено на один модуль. Вместе модуль Tranquility и Купол, построенные ESA, стоили почти 409 миллионов долларов.

После окончательного проектирования и сборки итальянским подрядчиком Alenia Spazio (ныне объединенным в Thales Alenia Space), его диаметр составляет почти 3 метра, а высота — 1,5 метра. Он имеет шесть боковых окон и верхнее окно, все из которых оснащены ставнями для защиты от повреждений микрометеоритами и космическим мусором. Купол оснащен системой терморегулирования, аудио-, видео- и шинными интерфейсами MIL STD 1553, а также разъемами для установки одной из двух идентичных рабочих станций, управляющих роботизированным манипулятором Canadarm2. Внешний каркас Купола изготовлен из кованого алюминия, а внутренний скелет — из стальных пластин и стержней, соединенных сваркой, что обеспечивает дополнительную прочность при давлении. Для производства были привлечены несколько компаний, включая Alcoa и Tata Steel Europe. Каждое окно состоит из 4 отдельных слоев («стекол»): внешнего защитного стекла, двух 25-мм стекол, выдерживающих давление, и внутреннего стекла, защищающего от царапин. Каждое стекло, выдерживающее давление, и защитное стекло изготовлены из кварцевого стекла. Стекла можно заменить на орбите после установки внешнего защитного кожуха. Купол был запущен на борту космического шаттла Endeavour в ходе миссии STS-130 8 февраля 2010 года. Для запуска он был пристыкован к переднему порту модуля Tranquility, а затем, после пристыковки Tranquility к модулю Unity МКС, был перенесен манипулятором Canadarm2 в порт Tranquility, обращенный к надиру. Установка Купола вместе с Tranquility ознаменовала добавление одного из последних основных компонентов к Международной космической станции.