CST-100 Starliner

05.02.2021

Boeing CST-100 Starliner (от англ. Crew Space Transportation) — американский частично многоразовый пилотируемый транспортный космический корабль, разрабатываемый с 2014 года компанией «Боинг» в рамках Программы развития коммерческих пилотируемых кораблей (Commercial Crew Transportation Capability, CCtCap), организованной и финансируемой НАСА.

Первый запуск корабля (частично успешный) состоялся в декабре 2019 года; повторный тестовый полёт без экипажа планируется на весну 2021 года, после этого запланирована миссия с экипажем.

Стыковка корабля с МКС может производиться к Международному стыковочному адаптеру IDA-2 или IDA-3 системы стыковки NASA на модуле «Гармония».

История

1 февраля 2010 года НАСА поддержала разработку космического аппарата Боинг, выделив компании грант в размере 18 млн долларов.

Первые изображения CST-100 были продемонстрированы публике на авиашоу в Фарнборо (Англия) в июле 2010 года. Тогда же предполагалось, что CST-100 может быть введён в эксплуатацию в 2014 году.

В августе 2011 года компания Боинг сообщила, что CST-100 впервые отправится в космос в 2015 году — как в беспилотном, так и в пилотируемом варианте. В мае 2014 было заявлено о первом беспилотном испытательном запуске корабля в январе 2017 года; первый орбитальный полёт пилотируемого корабля с двумя астронавтами был запланирован на середину 2017 года.

16 сентября 2014 года Боинг стала одним из двух победителей конкурса в рамках подпрограммы CCtCap и получила контракт от НАСА на сумму 4,2 млрд долларов для завершения разработки корабля и его сертификации для полётов к МКС. По условиям контракта, кабина каждого корабля должна вмещать экипаж в составе не менее четырёх человек и 100 кг грузов. Кроме того, аппарат должен обладать возможностью оставаться пристыкованным к станции в течение 210 дней, чтобы обеспечивать доставку астронавтов и космонавтов обратно на Землю, а в случае необходимости — их экстренную эвакуацию. НАСА рассчитывает, что новые корабли позволят увеличить экипаж станции до семи человек, и благодаря этому научным исследованиям можно будет уделять гораздо больше времени.

В августе 2016 года началась сборка корабля. В октябре дату первого беспилотного запуска отложили на июнь 2018 года, пилотируемый сертификационный полёт — на август 2018 года. В октябре 2017 первый беспилотный запуск в расписании перенесли на август 2018, первый пилотируемый — на ноябрь того же года.

На март 2018 года Боинг имел три капсулы «Starliner» («Starliner» 1, 2 и 3) находящихся в процессе производства: первый — тестовый модуль предназначен для испытаний и сертификации систем эвакуации экипажа; второй будет использован в пилотируемом испытательном полёте, он полетит после третьего, который используется для беспилотного полёта. В апреле 2018 из неофициальных источников в СМИ поступила информация, что первый беспилотный запуск корабля будет перенесён ещё на три месяца — на 27 ноября 2018 года.

В августе 2018 года НАСА опубликовало новые ориентировочные даты для тестовых полётов корабля: беспилотный запуск ожидался в конце 2018 или в начале 2019 года, пилотируемый — в середине 2019 года. В октябре 2018 года даты для тестовых полётов корабля были смещены соответственно на март и август 2019 года. В апреле 2019 года даты были изменены: беспилотный пуск — в августе 2019 года, а пилотируемый — в конце 2019 года. Эти сроки также не были соблюдены.

3 апреля 2019 года NASA утвердило продление второй, пилотируемой, испытательной миссии корабля Starliner. Миссия продлится несколько месяцев, а не дней, как планировалось изначально; конкретные сроки указаны не были. Продление мотивировано необходимостью обеспечения непрерывного пребывания американских астронавтов на борту МКС на случай задержек разработки и запусков коммерческих кораблей, в условиях завершения приобретения мест для астронавтов на российских кораблях «Союз». Экипажем миссии станут астронавты NASA Николь Манн и Майкл Финк, а также тестовый пилот компании Boeing и бывший астронавт Крис Фергюсон.

Тестирование

Стендовые испытания САС

В июле 2018 года появились данные об аномалии во время тестового прожига четырёх двигателей системы аварийного спасения, который проводился в июне перед испытаниями аварийного отделения корабля от ракеты-носителя на стартовой площадке. В Боинге подтвердили, что после завершения прожига и отключения двигателей 4 из 8 клапанов, контролирующих подачу компонентов топлива, застряли в открытом положении, что привело к утечке гидразина. Компанией было принято решение отложить испытания для расследования причин аномалии и принятия корректирующих действий.

23 мая 2019 на полигоне в Нью-Мексико были проведены успешные наземные огневые испытания двигателей корабля Starliner, включая двигатели CAC и маневровые двигатели служебного отсека в разных режимах. Клапаны двигателей, неполадки которых вызвали утечку топлива на предыдущем испытании были перепроектированы и заменены новыми.

Pad Abort Test

4 ноября 2019 года было выполнено полётное испытание системы аварийного спасения, которое имитировало работу системы в случае аварии ракеты-носителя на стартовой площадке. Корабль Starliner взлетел со стенда на стартовом комплексе LC-32 ракетного полигона Уайт-Сендс в Нью-Мексико в 14:15 UTC. Четыре двигателя СAC работали в течение 5 секунд, а отдельные маневровые двигатели в течение 10 секунд, разогнав корабль до скорости более 1000 км/ч. Капсула достигла намеченной высоты около 1350 м, затем последовательно отсоединились служебный отсек и тепловой щит, после чего были выпущены тормозные, вытяжные и основные парашюты. Несмотря на то, что раскрылись только два основных парашюта из трёх, капсула мягко приземлилась на надувные подушки через 78 секунд после старта. По словам представителей NASA и Boeing, капсула спроектирована таким образом, чтобы успешно приземлиться в случае отказа одного из основных парашютов. Испытания признаны успешными, поскольку приземление соответствовало приемлемым параметрам безопасности экипажа.

7 ноября компания Boeing сообщила, что причиной нераскрытия стала неправильная установка штыря, который соединял основной парашют с вытяжным парашютом. При просмотре фотографий, выполненных при укладке парашютов в соответствующие отсеки было обнаружено, что соединяющий парашюты штифт не был установлен корректно. По словам представителя компании, для исключения повторения проблемы потребуется только незначительные изменение в процедуре укладки.

Беспилотный запуск и возникшие проблемы

Запуск корабля к МКС в беспилотном варианте был произведён 20 декабря 2019 года с авиабазы на мысе Канаверал (штат Флорида) с помощью ракеты-носителя Atlas V с российским двигателем РД-180 на первой ступени. После того, как CST-100 успешно отделился от ракеты-носителя, произошёл непредвиденный сбой в системе расчёта полётного времени корабля. В результате этого сбоя было израсходовано много топлива, нужного для планировавшейся на следующий день стыковки с МКС. Кроме того, произошло непредвиденное временное прерывание сеанса связи с кораблём из-за которого был пропущен момент включения двигателей для выхода на орбиту сближения с МКС. В НАСА полагают, что сеансу связи помешали коммуникационные спутники Tracking and Data Relay Satellite System, в зазоре между полями покрытия которых в этот момент находился Starliner. В итоге, было принято решение отменить стыковку корабля с МКС и попытаться вывести корабль Starliner на орбиту, которая позволит ему вернуться на Землю в течение 48 часов. Позднее двигатели корабля всё же включились и подняли перигей орбиты до 187 км. Несмотря на неудачную попытку стыковки корабля с МКС, специалистам NASA и Boeing удалось за время нахождения корабля на орбите провести множество запланированных испытаний.

22 декабря в 12:58 UTC Starliner совершил успешную посадку на полигоне Уайт-Сэндз в штате Нью-Мексико. Посадка прошла в штатном режиме при помощи трёх парашютов. Использованный в этом полёте корабль планируется доставить в штат Флорида, где он пройдёт подготовку для повторного использования.

Специалисты NASA, расследующие причины неполадок при пуске корабля Starliner, обнаружили серьёзные ошибки в ПО корабля, разработанного компанией Boeing.

Конструкция

Спускаемый аппарат CST-100 («100» в названии корабля означает высоту 100 км, см. Линия Кармана) будет больше, чем командный модуль Apollo, однако меньше спускаемого аппарата Orion. CST-100 разработан для совершения относительно недолгих путешествий.

Аппарат в перспективе будет использоваться для доставки грузов и экипажа. CST-100 сможет перевозить команду из 7 человек. Предполагается, что аппарат будет доставлять экипаж на Международную космическую станцию и орбитальный комплекс Бигелоу (Bigelow Aerospace Orbital Space Complex). Срок в состыкованном состоянии с МКС — до 6 месяцев.

Головной обтекатель (небольшой обтекатель на стыковочном узле) CST-100 будет использоваться для увеличения обтекаемости капсулы воздухом, а после выхода из атмосферы будет выполнено его отделение. Позади панели обтекателя находится стыковочный узел для стыковки с МКС и, предположительно, другими орбитальными станциями. Для управления аппаратом предназначены 3 пары двигателей: два по бокам для маневрирования, два основных, создающих основную тягу, и два дополнительных. Капсула снабжена двумя иллюминаторами: спереди и сбоку. CST-100 состоит из двух модулей: приборно-агрегатного отсека и спускаемого аппарата. Последний предназначен для обеспечения нормального существования астронавтов на борту аппарата и хранения грузов, а первый включает в себя все необходимые системы управления полётом и будет отделён от спускаемого аппарата перед входом в атмосферу.

Одна из особенностей CST-100 — дополнительные возможности орбитального маневрирования: если топливо в системе, разделяющей капсулу и ракету-носитель, не использовано (в случае неудачного старта), оно может потом расходоваться на орбите.

Запуск CST-100 компания Boeing будет производить с помощью ракеты-носителя Atlas V в новом варианте N22 со стартовой площадки SLC-41 базы ВВС США на мысе Канаверал.

Система посадки

Для входа в атмосферу в корабле используется одноразовая теплозащита, спуск выполняется на парашютах. В отличие от аналогов, которые выполняют посадку в океан, Starliner садится на землю. Для смягчения удара в момент касания с землёй, он оснащается системой надувных подушек.[1]

Энергоснабжение

У CST-100 солнечные батареи расположены на задней стенке служебного модуля. Батареи состоят из трёх полос фотоэлектрических преобразователей, повёрнутых под разными углами для более эффективного захвата солнечного света. Батареи способны выдавать полезную мощность в 2,9 кВт.

Когда Starliner будет пристыкован к МКС, он сможет получать электропитание с МКС. Для этого на корабль установлен облегчённый вариант российского блока преобразования питания, который используется на МКС с 2000 годов. Блок поставляется Воронежским предприятием «ЗАО Орбита».

Список полётов

Аналогичные разработки

  • Orion (NASA, США)
  • Dragon V2 (SpaceX, США)
  • Dream Chaser (Sierra Nevada Corporation, США)
  • Федерация (Энергия, Россия)

Сравнение с аналогичными проектами