Estação Orbital Russa de Serviços – o que se sabe sobre ela até agora – III

O abandono anunciado da ISS e o novo diretor da Roskosmos

A ROSS deverá proporcionar uma cobertura melhor do território da Rússia

Em 2022 a Rússia anunciou unilateralmente que deixaria o projeto da estação espacial internacional ISS para se concentrar na ROSS a partir de 2024. Segue uma entrevista do diretor de programas espaciais tripulados russos, Vladimir Solovyev.

por Igor Marinin

Em 18 de abril de 2021, o vice-primeiro-ministro russo Yuri Borisov anunciou os planos da Rússia de deixar a ISS. No final de maio, em uma reunião conjunta do Presidium do Conselho Científico e Técnico da Roskosmos e do escritório do Conselho do Espaço Russo, foi discutido o curso da primeira etapa do projeto preliminar da estação de serviço orbital russa. Em julho, Borisov substituiu Dmitry Rogozin como diretor-geral da agência espacial Roskosmos. Duas variantes para a nova estação foram consideradas: uma em órbita com inclinação de 51,6°, onde a ISS está voando atualmente, e outra em órbita de alta latitude com inclinação de 97°. Uma das opções para a estação foi contada em detalhes pelo chefe do voo do segmento russo da ISS, ex-piloto-cosmonauta, duas vezes herói da União Soviética, designer geral de sistemas tripulados e complexos da Federação Russa, projetista geral da RKK Energia , Vladimir Alekseevich Solovyov.

A utilidade da ROSS

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Primeira fase de implantação da ROSS


Vladimir Alekseevich, por que você defende criar uma nova estação?
– Desde o início dos anos 1970, a União Soviética e depois a Rússia vêm trabalhando em um programa de voos orbitais tripulados de longa duração. Em primeiro lugar, tentamos criar complexos de transporte confiáveis [as naves Soyuz e Progress], sistemas e equipamentos que garantam uma estadia confortável e segura de uma pessoa em órbita, sistemas de fornecimento de energia eficientes, sistemas de navegação e orientação confiáveis e muito precisos e muito mais. Tendo em conta a localização geográfica do Cosmódromo de Baikonur, o lançamento em órbita com uma inclinação de 51,6° proporcionou os melhores valores em termos de massa de carga útil em órbita baixa devido à “ajuda” da velocidade adicional de rotação da Terra . Isso possibilitou a solução mais eficaz dos problemas, para os quais o valor real da inclinação da órbita não era significativo. Atualmente, as principais desvantagens de continuar usando essa inclinação são claramente manifestadas: a incapacidade de inspecionar a maior parte do território da Rússia, localizada principalmente em latitudes mais altas. Além disso, o lançamento a uma inclinação de 51,6° do cosmódromo de Vostochny, o principal para o futuro programa tripulado, exigirá grandes gastos para a criação de um complexo de busca e salvamento.
Além disso, por decisão dos chefes das agências espaciais nas parceiras na ISS, a vida útil da estação foi determinada até 2024, e agora precisamos decidir o que fazer no futuro e já começar a trabalhar em programas tripulados a serem implementado após este período. Não é segredo que o recurso dos primeiros módulos da ISS, projetados há mais de 25 anos, foi superado em mais de uma vez e meia. E nos últimos anos tem havido uma tendência de aumentar o tempo, gastos pelos cosmonautas na manutenção e reparo de sistemas de bordo que esgotaram seus recursos. A tripulação tem cada vez menos tempo para realizar experimentos científicos. Em nosso país, a discussão de como a cosmonáutica tripulada se desenvolverá após o programa da ISS já se arrasta há muito tempo. O Conselho Espacial da Academia Russa de Ciências considerou esta questão há seis anos. Vários departamentos participaram da discussão; as empresas da Roskosmos expressaram suas propostas. Sabe-se que a NASA, sem abandonar a implementação de programas orbitais, decidiu voltar seriamente ao programa tripulado lunar. Todos os parceiros da ISS, exceto a Rússia, aderiram ao projeto lunar. Para a liderança da Roskosmos, ficou óbvio que não faz sentido participarmos do projeto lunar americano de forma ‘à margem’. Está claro para nós: antes de enviar astronautas à Lua, a RKK Energia propôe considerar o projeto de criação da Estação Orbital de Serviços Russa (ROSS) em órbita com uma inclinação de cerca de 97° em relação ao plano equatorial, bem como fazer o Módulo de Ciência e Energia (NEM) antes destinado ao segmento russo ISS, como base da ROSS. E esta proposta foi aprovada pela alta liderança do país.

Segunda fase de montagem da ROSS

– Se este projeto for finalmente adotado, não vamos atrasar demais a implementação de nosso próprio programa lunar tripulado?
– Concordo plenamente com Viktor Khartov, Designer Geral de Sistemas Espaciais Automáticos. Certa vez, ele fez um maravilhoso relatório, no qual substanciava a necessidade de primeiro criar a infraestrutura necessária na Lua com a ajuda de máquinas e só então implementar um programa tripulado, tendo preparado previamente um terreno significativo para a base lunar em Terra. É irracional simplesmente colocar uma bandeira russa na Lua, gastando enormes quantias de dinheiro. Acredito que há espaço suficiente no pólo sul lunar para todos. E a estação científica deve ser implantada com cuidado, garantindo, acima de tudo, a segurança dos astronautas. A exploração confiável da Lua é um negócio caro.
– Quais são os recursos da versão de alta latitude da ROSS?
– Dois pontos desempenharam um papel decisivo na escolha da localização da futura estação em uma órbita de alta latitude. Primeiro: a possibilidade de visibilidade máxima do território russo a partir de a bordo, já que a órbita com inclinação de 51,6°, na qual a ISS voa, permite observar em nadir (diretamente sob a trajetória de voo) apenas cerca de 10% do nosso território. O segundo ponto: a necessidade de realizar a etapa inicial de pesquisa biomédica do corpo humano em órbita, que em algumas áreas é menos protegido pela magnetosfera terrestre da radiação cósmica. E isso, por sua vez, é necessário para entender o que enfrentarão futuras expedições interplanetárias, que também não terão essa proteção.
Como resultado, escolhemos uma órbita síncrona solar única com uma altura de 372 km e uma inclinação de 96,9° (no primeiro estágio, seriam 334 km e 96,8°), que fornecerá condições favoráveis constantes para observar o nosso próprio ( e não só) território. Além disso, esta órbita permitirá o levantamento não apenas de todo o território do nosso país, mas também dos dois pólos com detectores ópticos, infravermelhos, ultravioleta e outros, bem como instalações de radar, e a cada hora e meia – o que é muito importante. Essa característica da órbita permitirá rastrear vários objetos nas regiões dos pólos da Terra, o que dá uma qualidade fundamentalmente nova à pesquisa do espaço. A ROSS funcionará em modo automático e será visitada se necessário. Como resultado, a estação será usada de forma mais eficiente não apenas em interesses científicos e econômicos.

Compartimento “nodal”, ou de entroncamento – multiporta, semelhante ao Prichal já em órbita acoplado na ISS

– Por que foi decidido fazer com que esta versão da ROSS não fosse permanentemente habitada, mas visitada? Existe algum movimento por trás desta etapa?
– Ao criar esta versão da ROSS, propõe-se alterar ligeiramente a filosofia dos voos espaciais tripulados, e tornar a estação tecnicamente mais avançada e eficiente em termos de obtenção de resultados de experiências e pesquisas. Não é segredo que, por várias razões, as coisas não estão indo muito bem com nossos experimentos espaciais na ISS (e na Mir, o desempenho não foi muito alto). E o problema não está só no financiamento, mas também no fato de a ISS ter certas limitações. Por exemplo, está constantemente em uma orientação fixa, o que nem sempre é conveniente para vários experimentos de observação da Terra e do espaço. É claro que também há falta de recursos energéticos disponíveis.
Além disso, a presença constante de uma pessoa em órbita é um empreendimento de alto custo. Suprir, alimentar, vestir, fornecer oxigênio e água para a tripulação é bastante caro. Além disso, voos parcialmente fora da magnetosfera aumentam a dose de radiação para os astronautas, o que reduz um pouco a duração permitida dos voos. Mas os cientistas do Instituto de Pesquisa Espacial (IKI) da Academia Russa de Ciências têm todo um conjunto de instrumentos para pesquisas no campo da física de raios cósmicos, que seria muito interessante colocar na estação. Mas esses dispositivos, para que funcionem de forma confiável no modo automático, precisarão ser ajustados inicialmente. E isso deve ser feito por uma pessoa – um robô não pode lidar com esse trabalho.
Não devemos esquecer que o homem é uma criatura vulnerável, e o espaço é um ambiente agressivo. De acordo com cálculos preliminares, basta que a tripulação trabalhe na estação por um ou dois meses para realizar trabalhos de comissionamento e reparo, bem como para experimentos e trabalhos no espaço exterior sem nenhum dano à saúde. Portanto, propõe-se tornar a ROSS capaz de operar em modo automático por um longo tempo. Propomos realizar voos tripulados apenas quando a quantidade de trabalho necessária for grande, o que só pode ser realizado por cosmonautas. Ainda não encontramos um equilíbrio razoável entre a duração e a frequência dos voos. O passo à frente é que a Rússia está passando do estágio de exploração tripulada para o estágio de uso da órbita baixa da Terra.

Compartimento de câmara de ar (EVA)

– Como se propõe construir uma ROSS de alta latitude?

Propomos construí-la em duas etapas. Se a decisão sobre sua construção for tomada antes do final do ano, a primeira etapa começará em 2028 com o lançamento do Módulo Científico e Energético pelo veículo lançador Angara-A5M. O NEM precisará ser adaptado com vários sistemas, incluindo um bloco gyrodyne (girsocopio de controle de atitude), para poder usá-lo por vários anos como módulo principal. Para isso, no foguete Angara-A5M de Vostochny, os módulos Nodal e Camara de Ar serão lançados em um pacote. O módulo de entroncamento está equipado com seis portas de encaixe. Será quase semelhante ao módulo nodal “Prichal” , que foi entregue à ISS no ano passado. O módulo de câmara oferece a capacidade de sair para trabalhar em espaço aberto.
Após a acoplagem em 2028 do Módulo Nodal, será possível enviar a primeira tripulação de Baikonur em um foguete Soyuz-2.1b em uma nave do tipo Soyuz. Ela poderá inaugurar a estação e iniciar as primeiras pesquisas e experimentos. Após o retorno da tripulação à Terra, a ROSS operará em modo automático. Em seguida, o Módulo Base, do mesmo tamanho padrão do NEM, com os mesmos painéis solares, deve chegar à estação. Um conjunto de baterias colocadas no NEM e no Módulo Base permitirá gerar uma potência elétrica de até 55 kW, que fornecerá um bom potencial energético suficiente para várias observações e experimentos de radar, inclusive de uso intensivo de energia. No Módulo Base, provavelmente, assim como no NEM, serão instaladas duas cabines e um banheiro para astronautas. Isso criará condições confortáveis para uma tripulação de quatro pessoas.
Neste caso, a ROSS atingirá uma massa de cerca de 55 toneladas e terá um volume hermético de 217 m3. A primeira etapa termina aqui (2030). Nós supomos, que no início da construção, as tripulações visitarão a ROSS duas vezes por ano, a carga será entregue por naves cargueiras da série Progress lançados por foguetes Soyuz-2.1b.

Módulo NEM

– Que obras de construção da ROSS serão realizadas na segunda fase?
– Na segunda etapa, com início previsto para 2030, serão acoplados à estação mais dois grandes módulos: Pesquisa e Produção. Além disso, uma plataforma de manutenção de espaçonaves parcialmente pressurizada será acoplada na ROSS, na qual será possível reequipar, reabastecer e reenviar espaçonaves automáticas em órbita. Esses veículos devem ser passíveis de manutenção, reabastecimento e suas órbitas devem ser consistentes com a órbita ROSS e lançados por foguetes transportadores Soyuz-2.1b.

Inauguramos a possibilidade de reabastecimento no espaço em 1978. Os europeus até compraram esse sistema de nós para seu veículo cargueiro ATV, e seria um pecado não usá-lo para reabastecer satélites. Enquanto isso, também devem ser desenvolvidos meios para mover as naves espaciais para a estação e depois devolvê-las às órbitas necessárias – uma espécie de rebocadores interorbitais. Tal oportunidade deve revelar-se muito promissora. Nossos “colegas” nos EUA já fizeram esse ensaio. No primeiro teste, eles levaram um satélite defeituoso em órbita geoestacionária para uma órbita de descarte. Em outro teste, também em órbita geoestacionária, eles acoplaram um rebocador a um veículo que estava sem combustível de correção orbital e agora controlam o satélite com o rebocador. Ao final da segunda etapa, a massa da estação chegará a aproximadamente 122 toneladas, e o volume pressurizado será de 505 m3 e, de acordo com esses indicadores, excederá significativamente o segmento russo da ISS. Supõe-se que os cosmonautas e a carga nesta fase serão entregues em órbita e devolvidos à Terra por uma nave de carga e passageiros baseada na Aryol PTK, lançada de Vostochny pelofoguete Angara-A5M. É muito importante, do meu ponto de vista, garantir que a construção da ROSS não se torne uma tarefa de longo prazo. Agora todos – tanto os líderes do Estado, quanto a indústria e o povo – ficam irritados quando construímos algo novo por muito tempo. Há muitas razões para isso, é claro. Mas eu quero que isso não aconteça com a ROSS. Devemos desenvolver e aproveitar ao máximo as novas tecnologias que nos permitirão construir vários elementos da estação na Terra em paralelo e colocá-los em órbita em um tempo razoável. Eu acho que os intervalos de tempo da primeira e segunda etapas de montagem da estação estabelecidos em nossa proposta possam ser significativamente reduzidos.

Design dos módulos de Produção e de Pesquisa

– Qual é a finalidade dos módulos de Produção e Pesquisa?
– No Módulo de Produção, será possível realizar experimentos na área de tecnologia espacial, ciência de materiais espaciais, relacionados ao desenvolvimento de métodos para obtenção de cristais semicondutores, filmes, inclusive usando epitaxia de feixe molecular (condensação de feixes moleculares em um substrato em vácuo). Alcançar resultados significativos nesta área pode dar um forte impulso ao desenvolvimento de nanotecnologias nacionais, micro e nanoeletrônica. O mesmo se aplica à resolução de problemas urgentes no campo da biotecnologia.

Este módulo irá armazenar componentes, montar e testar dispositivos automáticos. Também permitirá realizar trabalhos de preparação, ajuste e reparo de amostras testadas de equipamentos avançados. Já o módulo de pesauisa será equipado com estações de trabalho universais externas e – para conexão de equipamentos científicos – com racks universais internos conectados a um computador de alto desempenho por uma rede para troca e armazenamento de informações.
Você não pode fazer isso sem um software universal. Dependendo da composição do programa científico, será possível entregar equipamentos a este módulo para pesquisas em vários campos do conhecimento – medicina espacial, biotecnologia, ciência dos materiais, tecnologia espacial, para observações visuais e instrumentais da Terra, para experimentos educacionais , e assim por diante. Em outras palavras, uma nova etapa no desenvolvimento da tecnologia de carga útil intercambiável, que já foi introduzida e está sendo testada no segmento russo da ISS, será implementada.

Possibilidade de inclinação orbital de Plesetsk e Vostochniy

– É possível que as tripulações possam trabalhar na ISS e na ROSS ao mesmo tempo?
– Sim, claro que é possível. Nós, é claro, precisamos continuar operando a ISS até criarmos um backlog mais ou menos tangível para a ROSS. Embora a ISS e a ROSS voem em órbitas com diferentes inclinações e não seja possível voar de uma estação para outra, podemos garantir a operação eficiente tanto do segmento russo da ISS quanto da ROSS. Temos experiência semelhante. Além disso, devemos levar em consideração que, se interrompermos os voos tripulados por vários anos, será muito difícil restaurar o que foi alcançado. Um exemplo específico é o programa Energia-Buran.

Recursos adicionais da inclinação orbital

– Está planejado usar o complexo de lançamento no cosmódromo de Plesetsk para lançar a espaçonave Aryol?

“Ainda não consideramos essa oportunidade. Agora, o único local para lançar a Aryol é o Cosmódromo de Vostochny, onde está em pleno andamento a construção do complexo de lançamento do veículo lançador Angara-A5.

– Nas reuniões do ano passado, você disse que a ROSS poderia incluir um módulo conversível com uma centrífuga. Decidiu desistir?
“Não vamos abrir mão de nada útil. Sim, a RKK Energia realizou um trabalho conjunto com a NPP Zvezda nesse módulo conversível. Os americanos já estão testando esse equipamento como parte de seu segmento ISS. Também estamos planejando realizar um trabalho semelhante.
Quanto à centrífuga, a IBMP possui uma centrífuga de raio curto. Ele realiza pesquisas e experimentos interessantes na Terra. Na RKK Energia, realmente tínhamos estudos de instalação desse tipo de centrífuga em um módulo transformável, e agora estamos considerando a configuração geral da estação, procurando uma oportunidade de incluir este módulo com uma centrífuga na ROSS.

Espaçonaves baseadas na Aryol: veículo de transporte de cosmonautas, nave de carga retornável e nave de transferencia de cargas externas

– Que tipo de experimentos e trabalhos direcionados podem ser realizados na estação de alta latitude?
– Mencionei isso ao falar sobre os módulos Produção e Pesquisa. Além disso, consideramos muitas outras opções. Por exemplo, será possível implantar um centro de controle para uma nuvem de pequenos satélites e um sistema de manutenção para naves espaciais automáticas, por assim dizer, em um “sling externo”. Naturalmente, novos materiais de construção, interfaces de informação de alta velocidade, interfaces homem-máquina, novos sistemas de suporte à vida de ciclo fechado serão pesquisados e testados para que não mais de 5-7% dos consumíveis sejam enviados da Terra. E, claro, sistemas robóticos. Com certeza, experimentos e observações também serão realizados no interesse da segurança de nosso país.

Com a ajuda de certos equipamentos, pode ser possível refinar o modelo matemático da atmosfera da Terra acima dos pólos, para estudar fenômenos aurorais (fenômenos geofísicos que ocorrem na magnetosfera da Terra e ionosfera na zona da aurora), para elaborar métodos para previsões meteorológicas espaciais mais confiáveis.

– A ROSS pode ser considerada um “degrau” para um voo tripulado para a Lua?
– Ah com certeza. Com vontade política e financiamento suficiente, a ROSS pode ser usada como base para montar um complexo lunar ou marciano. Com a ajuda da estação, será possível implementar esquemas eficientes de dois lançamentos, quando a tripulação aguarda na estação a chegada do estágio superior para realizar um impulso de partida para a Lua. Os esquemas de lançamento duplo permitem reduzir a capacidade de carga necessária e mudar de veículos de lançamento de classe super-pesados caros para foguetes de classe pesada, mais acessíveis.

Para um voo à Lua, a tripulação poderá utilizar uma nave que chega à estação vinda da Terra, ou mesmo uma nave reutilizável com um “estacionamento” permanente na ROSS. Neste caso, a ROSS torna-se uma espécie de espaçoporto. Os cálculos mostram a viabilidade de tal abordagem. As operações de carga de apoio às operações lunares podem ser realizadas com lançamentos de foguetes a uma inclinação de 51,6°, que está mais próxima da eclíptica e permite aproveitar as vantagens energéticas desta órbita.

Espaçonave Aryol

– Você mencionou várias vezes o foguete Soyuz-2.1b para lançar as naves Soyuz e Progress no primeiro estágio da construção da ROSS.
– Sim, discutimos esta questão com o Diretor Geral do Progress RKTs, Dmitry Baranov. Obviamente, para voos em órbita com inclinação de 97°, é necessário mudar para o Soyuz-2.1b. É verdade que este ainda não possui um certificado para voos tripulados, mas o Soyuz-2.1a também não tinha, e foi atualizado. Testamos primeiro ao lançar o Progress, agora o usamos para lançar a Soyuz MS. Provavelmente faremos o mesmo com o transportador Soyuz-2.1b.
– A Soyuz MS a ser usada para se lançar em órbita de 97° exigirá sérias modificações?
– Na primeira fase, bem estabelecido, a espaçonave Soyuz é necessária, e a transição para o veículo de lançamento Soyuz-2.1b mais poderoso fornecerá praticamente a mesma massa de saída na nova inclinação que a do Soyuz-2.1a em uma inclinação de 51,6°. Portanto, uma redução na massa da espaçonave Soyuz e, consequentemente, nenhuma modificação será necessária. A espaçonave Soyuz poderá voar para ROSS de alta latitude em uma versão de três lugares.

Constelação de espaçonaves e recursos periféricos ao projeto da ROSS, com satélites-acompanhantes, oficinas orbitais e rebocadores interorbitais

– Na segunda etapa da montagem da ROSS, você planeja mudar para a entrega de equipes pelas naves Aryol. E como você está planejando entregar as cargas? Em modificações de naves “Progress”?

Ainda não estamos desativando o Progress, e vamos construí-los e usá-los, principalmente na primeira fase. Ao mesmo tempo, nossos especialistas estão projetando modificações da Aryol nas versões “carga-passageiro”, “carga-retorno” e “carga”. A Aryol está sendo desenvolvida para voos para a Lua. Usando o backlog dela, é possível em pouco tempo criar novos tipos de naves unificados para o transporte e suporte técnico da ROSS. Essa abordagem foi implementada no projeto de estações tripuladas, quando os sistemas e montagens das espaçonaves Soyuz e Progress foram utilizados na criação dos módulos. Segundo cálculos preliminares, com uma tripulação de quatro pessoas, a Aryol poderá entregar até 500 kg de carga “seca” para a estação e da estação para a Terra. No caso de uma tripulação de dois, a quantidade de carga seca aumenta para 750 kg, sendo também possível entregar até 1.500 kg de combustível, até 360 kg de água e até 120 kg de gases. com uma tripulação de quatro pessoas, a Aryol poderá entregar até 500 kg de carga seca para a estação e da estação para a Terra.

Se as propostas para a criação de modificações “orbital terrestres” da Aryol receberem apoio, poderemos não apenas entregar carga e combustível em órbita, mas também trazer uma quantidade significativa de volta.
Para concluir, gostaria de observar que falei sobre a configuração da estação nacional russa desenvolvida pela RKK Energia. Essa proposta recebeu apoio da liderança da indústria e do presidente do país. A primeira etapa do projeto preliminar já foi concluída, após a qual será tomada uma decisão final sobre o plano alta latitude. Durante a segunda etapa do projeto preliminar, a composição e a finalidade dos módulos da ROSS serão detalhadas. E correrá tudo bem. Eu realmente espero que até o final deste ano possamos convencer o governo de que uma estação de alta latitude precisa ser construída. Se a decisão for tomada e o financiamento chegar, durante 2022 desenvolveremos um projeto preliminar, ao mesmo tempo em que introduziremos o projeto automático de forma mais ampla, reduziremos a quantidade de testes no solo por meio do uso de modelos digitais. Após a defesa do anteprojeto, seguir-se-á a etapa de desenvolvimento da documentação técnica. E então – se tudo ocorrer bem, com o lançamento dos primeiros módulos da estação em 2028.

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