Nauka MLM-U

Módulo-laboratório russo da estação espacial internacional

O Nauka (“Ciência”), ou Módulo de Laboratório Multiuso Avançado, MLM-U (Mnogofunktsionál’nyy laboratórnyy módul’ MLM-U – Usovershénstvovannyy) é o principal módulo funcional do segmento russo. É um laboratório científico multidisciplinar equipado com 12 locais de trabalho. O MLM, designação industrial 77KML, pesa 20.350 kg, para 13,12 m de comprimento e 4,25 m de diâmetro. Oferece 70 m3 de volume pressurizado, incluindo 8m3 para equipamentos científicos.

O Nauka acoplou-se à estação espacial internacional em 29 de junho de 2021 às 10:29 hora de Brasília (13:29 hora UTC), concluindo com sucesso a adição de mais um componente ao segmento russo da estação. O módulo de laboratório multifuncional tem uma vida útil até 2027 com a opção de estendê-lo até 2030, disse o designer-chefe do Salyut Design Bureau, Sergei Kuznetsov, após o acoplamento do módulo. “Antes do lançamento, fizemos um levantamento abrangente e decidimos que sua vida útil se estende até 2027. Podemos trabalhar [a bordo do módulo] pelo menos até 2027 e, em princípio, podemos olhar para uma perspectiva mais distante: há uma chance de estendê-lo até 2030, se necessário”, disse o designer-chefe.

Características do módulo
Nauka

Seu design é muito semelhante externamente ao do Zarya: Três compartimentos PGO (PGO-1, 2 e 3) e um compartimento de transferência (GA) esférico. Na extremidade do PGO frontal (PGO-2, formado por duas seções cônicas) está instalado um sistema SSVP híbrido para o engate com o Zvezda; A seção cilídrica que compõe a maior parte do módulo é formado pelos PGOs 1 e 3, sendo o PGO-3, equipado com os painéis solares, na extremidade. No compartimento esférico GA, ligado ao topo do PGO-3, estão dois sistemas SSVP híbridos (um axial e outro na porta nadir) e uma carenagem com janela circular. Um dos SSVP híbridos, o nadir, vai receber uma câmara de despressurização para experimentos (que foi levada no exterior do Rassvet). Mas, uma vez acoplado à ISS, a porta axial é que será apontada para o nadir, na direção da superfície terrestre. A estrutura dos compartimentos é feita em alumínio AMg-6 e aço inox.

Zarya

Deveria ser lançado em 2020 por um foguete Proton-M e acoplar-se na porta híbrida nadir do módulo de serviço Zvezda. O módulo DC-1 Pirs engatado a essa porta seria separado e levado embora por um Progress – no caso, o Progress MS-16. O lançamento foi sendo adiado por meses, acontecendo finalmente no dia 21 de julho de 2021.

O Progress MS-16 abandonou a estação espacial carregando com ele o compartimento Pirs, liberando o colar de engate para a chegada do Nauka

Sequência de chegada e acoplagem do Nauka à ISS

Configuração da ISS antes do lançamento do Nauka; a nave Progress MS-16 está acoplada ao compartimento Pirs, que por sua vez está conectado ao módulo Zvezda
Configuração da ISS com a confirmação da aproximação bem-sucedida do Nauka; a nave Progress MS-16 parte levando com ela o Pirs
Configuração da ISS com o Nauka se aproximando para acoplagem na porta recentemente liberada pelo Pirs
Configuração da ISS com o Nauka acoplado em definitivo ao módulo Zvezda

O Nauka é um dos módulos projetados do segmento russo da ISS, criado pela GKNPTs MV Khrunichev usando o FGB-2, que era o reserva do módulo Zarya, e encomendado pela Roskosmos. A criação do FGB-2 como reserva do FGB-1 começou em 1995, quase simultaneamente com a criação do Zarya, por decisão do GKNPTs Khrunichev, com seus próprios fundos. Incialmente previa-se adaptar o FGB-2 como um Universal Docking Module, USM – módulo de acoplamento universal, com cinco portas de engate para expansão do segmento russo. Mais tarde, conforme sua preparação foi sendo adiada, foi proposto convertê-lo em laboratório multiuso, daí a designação permanente de MLM.

Nauka em sua configuração final, com o painel radiador RTOd

Com uma vida útil estimada em 10 anos, ele garantirá a operação do segmento russo da ISS até 2030. A conexão do Nauka exigirá dez caminhadas espaciais. Em adiação ao Nauka, foi projetado também um compartimento de acoplagem múltipla, o Prichal (“atracadouro“) ser engatado no MLM-U.

Em maio de 2019, iniciou-se uma fase ativa de trabalho na implementação do projeto. Em setembro , o serviço de imprensa da Roscosmos disse à mídia que o lançamento do Nauka estava programado para novembro de 2020, e não estava planejado adiá-lo para uma data posterior. Efetivamente, o chefe da Roscosmos, Dmitry Rogozin anunciou que o lançamento ocorreráia mesmo no final de 2020 – o que afinal acabou sendo adiando para o segundo semestre de 2021.

Lado esquerdo do módulo, com os equipamentos e instrumentos interiores
Lado direito do módulo, com os equipamentos e instrumentos interiores

As principais funções do MLM – De acordo com as especificações técnicas da Roskosmos, o módulo deverá desempenhar as seguintes funções:

  • Oferecer uma porta para acoplar naves de transporte e módulos de pesquisa (Soyuz-MS e Progress-MS e suas modificações) e módulos de pesquisa tanto no modo automático quanto no modo TORU.
  • Permitir a transferencia de propelentes do Progress para os tanques do Zvezda e do Zarya.
  • Controlar a ISS através do eixo de rolagem usando seus motores montados no adaptador de engate.
  • Aumentar o espaço interno de armazenamento.
  • Manter funções parciais de suporte à vida com suprimento de oxigênio para até seis pessoas
  • Servir de base para o manipulador europeu ERA e garantir do seu funcionamento.
  • Instalação e manutenção de equipamentos
  • Adicionar um banheiro (o segundo no segmento russo, o primeiro no módulo Zvezda)
  • Um complexo de recuperação de água de urina
  • Uma cabine inidividual para um terceiro membro da tripulação russa
  • Oferecer plataformas universais para colocar equipamentos de sensoriamento remoto da Terra nelas
  • Câmara de descompressão a ser instalada no Nauka

Equipamento externo

O módulo Nauka está equipado com um braço robótico ERA europeu de 11,3 metros de comprimento, com uma massa de 600 kg e uma capacidade máxima de elevação de 8 toneladas, projetado para atender o segmento russo da ISS sem caminhada espacial. O robô poderá mover grandes módulos individuais, também sendo capaz de capturar e mover objetos com uma precisão de 5 milímetros. O ERA foi construído sobre um conceito completamente original e único que o torna muito diferente do braço manipulador principal da estação ou sua contrapartida do Space Shuttle.

Câmara de ar ShK

Em cada extremidade deste manipulador simétrico de 10 metros há um dispositivo de agarra idêntico. Seu uso alternado como “pé” e “mão” permite que o braço se mova de um ponto de ancoragem para outro como uma lagarta de laço. Esses dispositivos são projetados para capturar e liberar cargas úteis equipadas com um suporte de travamento padrão, para medir forças e torques, bem como para transmitir sinais elétricos, de dados ou de vídeo às cargas úteis que eles inseriram. . Essas garras também são equipadas com uma ferramenta de serviço integrada que pode ser comparada a uma chave de fenda universal. Também pode receber uma plataforma com patas e corrimãos e transportar astronautas durante atividades extra-veiculares. Esse braço manipulador é projetado para ser controlado por um astronauta em atividade extra-veicular, bem como ser ativado de dentro da estação.

O custo da participação européia foi estimado em US$ 3 bilhões.

Propulsão

O Nauka tem um sistema propulsor composto por quatro tipo de motores; São os DKS, os DPS, os DTS e os MDDK: Estes motores fazem as manobras até a acoplagem com a estação espacial, bem como o controle auxiliar da estação espacial, uma vez que o Nauka esteja acoplado ao Zvezda.

Posição dos grupos propulsores do Nauka
  • Os DKS (dvigateli korrektsii i sblizheniya, motores de correção e encontro) são os dois motores principais de maior empuxo – cerca de 417 kgf, responsaveis por mudar a órbita da nave;
  • Os DPS, dvigateley prichalivaniya i sblizheniya (motores de encontro e amarração) com 40 kgf de empuxo
  • Os DTS dvigateli tochnoy stabilizatsii – motores de estabilização precisa – fazem os ajustes finos de posição, e que produzem 1.36 kgf de empuxo.

O quarto grupo de motores, desenvolvidos especialmente para o Nauka, são os MDDK. São dois grupos de seis tubeiras de cerca de 40 kgf de força destinadas a funcionar apenas quando o módulo estiver engatado na estação, para fazer controle de atitude (“rolagem”) do complexo orbital.

A espaçonave está equipada com seis tanques cilíndricos de 400 litros montados no casco externo do PGO-1. Dois deles armazenam nitrogênio em alta pressão e quatro outros tem combustível (dimetil hidrazina assimétrica) e oxidante tetraóxido de nitrogênio em baixa pressão com massa total de 2.432 kg.

O sistema é capaz de transferir propelente vindo de um cargueiro espacial diretamente para os outros módulos do segmento russo da estação, graças a válvulas pirotécnicas que foram adicionadas à sua tubulação durante os vários anos em que a espaçonave ficou presa em terra sendo retrabalhada e modificada devido a contaminação dos tanques por cavacos metalicos. Estas válvulas isolam os dutos de propelente dos tanques contaminados e permitem que sejam usados para transferir fluidos para os outros módulos do segmento russo da estação espacial. Também podem ser usados para receber propelente vindo desses módulos, para acionar os motores MDDK, que podem operar de modo independente.

Sistema de rádio

O módulo transmite sua telemetria em 631,0 MHz, com um espectro de sinal de cerca de 250 kHz de largura.

Origens

Desde que o programa da ISS começou na década de 1990, a Rússia pretendeu expandir seu segmento a partir de sua configuração original. O primeiro módulo proposto foi a Nauchnaya Energeticheskaya Platforma – também conhecida como NEP – projetada para a Mir 2. Seria conhecida como Science Power Platform, SSP em ingles.

A NEP seria composta de duas partes – um pequeno módulo pressurizado e uma treliça com painéis solares, radiadores e um braço robótico. Os oito painéis teriam gerado energia suficiente para acabar com a dependência parcial do segmento russo do segmento dos Estados Unidos. A NEP forneceria energia adicional para a ISS, bem como a capacidade de controle do eixo de rolamento para a instalação orbital. Originalmente projetada para a estação Mir-2 cancelada, deveria ser lançada por um foguete Zenit-2. Mais tarde, seu lançamento foi transferido para o ônibus espacial, em um acordo de troca com a NASA. Consistia em uma seção pressurizada e uma treliça carregando painéis solares. O braço robótico europeu ERA (European Robotic Arm) também deveria ser instalado na NEP.

No entanto, a NEP foi cancelada em 2004 por falta de financiamento. No mesmo ano, o foco foi mudado da NEP para o Nauka.

Com o cancelamento da NEP, o ERA foi transferido para o novo módulo, enquanto a seção pressurizada parcialmente concluída seria modificada no para se transformar no Rassvet.

Planejava-se lançar o Nauka em 2007, mas problemas orçamentários e técnicos causaram adiamentos sucessivos. Em 2013 foi descoberta uma contaminação do sistema de canalização de propelente com partículas de metal e uma válvula vazando. De uma previsão de 10 meses, os consertos se arrastaram por anos, uma vez que os próprios tanques de propelentes também foram contaminados, segundo verificado depois.

Estudaram-se várias propostas, como substituir os tanques por unidades antigas da época em que o MLM era designado FGB-2, ou usar tanques de estágios Fregat ou os usados nas naves Progress. Por fim, deciciu-se insistir no reparo dos tanques atuais. O cronograma revisado previa que o módulo fosse lançado à ISS em março de 2020.

Foguete 8K82K-M Proton M configurado com a cabeça espacial contendo o Nauka
Espaçonave com as mantas de isolamento térmico (EVTI) instaladas

Histórico

Sua massa de 20.350 quilos está perto do limite de capacidade do foguete, que pode lançar até  22,4 toneladas  em uma órbita a uma altitude de 200 quilômetros.

por Ilya Ferapontov e Alexander Khokhlov

O manipulador ERA europeu é instalado na superfície externa do módulo. No interior , tanques com água, elementos de sistemas de termorregulação, corrimãos para atividades espaciais, cabos. O módulo desempenha parcialmente o papel de um cargueiro – aquele para o qual os ancestrais do MLM, as naves TKS, foram criados.

Contêiner com carga que será enviada para a ISS dentro do módulo MLM: são contêineres com água, elementos do manipulador ERA, corrimãos para instalação na superfície externa do módulo, ventiladores do sistema de termorregulação e cabos – imagem RKK Energiya

O Nauka será a terceira – e penúltima adição russa à ISS.

Os dois outros grandes módulos, Zarya e Zvezda, entraram em órbita em 1998 e 2000, e dois lançamentos de foguetes Proton foram necessários. Dois módulos menores, o módulo de acoplagem Pirs SO-1 e o módulo de pesquisa pequeno Poisk (MIM-2), foram lançados em 2001 e 2009, trazidos por naves de carga Progress modificadas. Finalmente, o quinto módulo russo, Rassvet, chegou à ISS no porão de carga do ônibus espacial Atlantis, 11 anos atrás.

Nos planos iniciais da ISS, nenhum módulo como o Nauka estava previsto. A Rússia deveria instalar dois grandes módulos de pesquisa e uma plataforma de experimentos e energia com grandes painéis solares. Em seguida, o lugar dos dois módulos de pesquisa foi ocupado por um e apenas um – na verdade, o Nauka, e o lugar da plataforma científica e energética – dois módulos científicos e de energia, chamados NEM (nauchno-energeticheskii modul). No entanto, os NEMs provavelmente não serão lançados para a ISS – o primeiro módulo em construção agora está planejado para se tornar o elemento básico da estação russa nacional ROSS.

Como se vê, o Nauka está nos planos da ISS há muito tempo: 11 anos atrás, vários de seus elementos foram entregues à estação, incluindo a câmara de descompressão ShK e o radiador STOd para o sistema de refrigeração. Em maio de 2010, eles foram trazidos pela nave Atlantis junto com o Rassvet. Agora, a câmara de ar e o radiador, bem como o “cotovelo” sobressalente do manipulador ERA e a estação de trabalho portátil para trabalhar no exterior, estão esperando na superfície externa da estação.

Os painéis do radiador do sistema de refrigeração e a câmara de ar, que já estão na ISS, estão marcados em vermelho. – imagem RKK Energiya
Módulo Rassvet com elementos do MLM – imagem RKK Energiya

Depois do Nauka, o último elemento russo irá para a estação – o módulo de acoplagem múltiplo (UM, chamado Prichal), que voará para a ISS na “cabeça” de um Progress-M-UM modificado . Mas primeiro, em outubro, uma nave de carga Progress MS erá acoplada na porta passiva do Nauka: o adaptador temporário está instalado no colar de acoplagem híbrido passivo, que permite que a espaçonave tripulada Soyuz e a de carga Progress se encaixem no módulo (o diâmetro da estrutura dessas naves é menor que o do Prichal). Antes da chegada do Prichal , o Progress MS será desencaixado junto com o adaptador.

Os Nauka e o Prichal podem se tornar os últimos elementos da ISS em geral – se os planos da Axiom Space de adicionar quatro módulos privados à estação , dois dos quais já foram encomendados na Europa, não se concretizarem, o que parece improvável.

Como funciona o voo

A jornada do Nauka até a estação será longa: começou na noite de quarta-feira, 21 de julho, e duraria quase oito dias. Durante este tempo, muitos eventos acontecerian, nem todos com informações precisas.

Lançamento e colocação em órbita: O foguete Proton-M de três estágios com o Nauka sob a carenagem decolou às 17:58:21, horário de Moscou, da Plataforma PU 39 da Área 200 de Baikonur. A unidade-base da estação Mir e três de seus outros módulos, as sondas soviética Venera e Vega, a Mars-96 e a ExoMars, decolaram também de lá.

Baikonur, 81º e 200º áreas com lançadores para Protons no canto superior esquerdo – imagem Astronautix- Mark Wade

Depois do lançamento, o módulo deveria estar em uma órbita elíptica com perigeu de 190 quilômetros, apogeu de 350,1 km e inclinação de 51,6 graus. Depois disso, ele teria que chegar de forma independente à ISS, que está em órbita circular de 400 quilômetros.

Voo para a ISS: Em seguida, o Nauka voará com seus próprios motores de propulsão – o módulo tem dois, e eles funcionam com um par assimétrico de propelente, tetróxido de nitrogênio e dimetil-hidrazina assimétrica.

A principal dificuldade nesta fase do vôo é que o módulo precisa não apenas atingir a órbita desejada, mas também chegar ao ponto onde está localizada a ISS.

As regras para manobrar na órbita da Terra baixa são extremamente contra-intuitivas: por exemplo, para tentar alcançar outra espaçonave na mesma órbita usando o método usual para a Terra – acelerar o motor, então obter-se-á exatamente o resultado oposto. Depois de ligar o motor, a nave irá, em primeiro lugar, entrar em uma órbita mais alta – quanto maior a velocidade da espaçonave, maior o apogeu da órbita. Em segundo lugar, ela começará a ficar para trás em relação ao seu alvo, porque quanto mais alta a órbita, maior o período orbital.

Se a nave “desacelerar”, sua órbita, ao contrário, diminuirá, mas se moverá mais rápido que seu alvo, que permanece em uma órbita mais alta – porque em uma órbita mais baixa, o período orbital é mais curto. Quando as naves deixam a ISS e dão um impulso de frenagem, descem e ao mesmo tempo se adiantam em relação à estação.

A tarefa de trazer dois objetos – o Nauka e a ISS – a um mesmo ponto é extremamente difícil, o vôo durará mais de uma semana. E isso ainda é bastante rápido: em 2000, Zvezda voou para a ISS por duas semanas.

Para que dois veículos se encontrem em órbita, três parâmetros devem coincidir: seu plano orbital (o mesmo ângulo em relação ao equador), altitude e ângulo de longitude geográfica. Assim que isso acontecer, sua velocidade relativa entre eles será próxima de zero.

Após a inserção em órbita, a altitude do apogeu do Nauka será de 350,1 x 190 x 51,6 graus – a mesma inclinação da ISS. O controle de Moscou precisará não apenas elevar a altitude da órbita do módulo para cerca de 420 quilômetros, onde a estação está localizada, como também aproximar o Nauka da ISS por meio de manobras.

No modo padrão de encontro, o MLM operará seus motores de cruzeiro quatro vezes. A primeira ignição aumentará o apogeu e tornará a órbita do módulo elíptica.   A primeira elevará o perigeu e tornará a órbita circular. Isso colocará o Nauka em uma órbita de fase temporária. Nesta órbita, o módulo deve aguardar o momento em que o ângulo de fase – o ângulo entre o módulo e o ISS – atinja o valor desejado. Depois disso, os motores serão acionados mais duas vezes para trazer o Nauka exatamente para a estação e seguir para o acoplamento.

Esquema de trajetória do Nauka

Oito dias para esse faseamento não só economizam propelente, mas também permitem testar os sistemas a bordo em vôo autônomo para garantir a segurança da ISS e dar permissão para desencaixar da estação o Progress com Pirs.

A acoplagem no modo automático estava agendada para 29 de julho de 2021 às 16:26, horário de Moscou. Os cosmonautas russos ( Oleg Novitsky e Pyotr Dubrov ) controlariam este processo a partir do módulo de serviço Zvezda para assumir o controle no modo de teleoperador (TORU) em caso de emergência.

Enquanto isso na ISS

Agora, o Nauka não tem onde acoplar: a porta de engate ‘nadir’ do Zvezda destinada a ele está ocupada pelo compartimento Pirs.

O Pirs deixaria este lugar dois dias após o lançamento do Nauka. Ele será removido usando o veículo de carga Progress MS-16. Mas antes que isso aconteça, o Nauka deve passar nos testes em vôo autônomo com sucesso. Só depois de se certificar de que tudo estivesse em ordem com o módulo, o TsPK daria o comando para desconectar o Pirs (caso contrário, se o Nauka não acoplar, o segmento russo perderá a porta de engate para naves de transporte). Em cerca de quatro horas, a nave e o módulo (já apelidados de “Gerasim” e “Mumu”) sairão da órbita e se destruirão sobre o Oceano Pacífico.

Assim, o Pirs se tornará o primeiro módulo da ISS a deixar a estação.

O segmento russo da ISS: na parte central na parte inferior – Pirs com o Progress acoplado a ele

Na preparação para substituir o Pirs pelo Nauka, os cosmonautas tiveram que trabalhar no exterior duas vezes para trocar os cabos do Pirs para o Poisk, remover equipamentos , reconfigurar o sistema de controle de engate e  desconectar os cabos e dutos dentro da estação. Também era importante certificar-se de que o Poisk, permitiria aos astronautas saírem para o espaço sem quaisquer problemas, para que o trabalho na estação continuasse em modo normal.

Zonas de queda do Pirs e Progress MS, juntos

Depois de desencaixar o Pirs, os cosmonautas teriam que se certificar de que a porta de engate estava pronta para a chegada do Nauka e, possivelmente, se necessário, limpá-la.

Chegada e arranjo

Após o acoplamento, o novo módulo precisará ser conectado a todos os sistemas da estação, desmontando e instalando equipamento. Presume-se que os astronautas precisarão sair ao espaço cerca de oito vezes para conectar os cabos de alimentação e sistemas de comunicação, “desempacotar” e preparar a operação o manipulador europeu ERA, instalar câmeras de televisão e corrimãos para trabalhar no superfície externa.

Segmento russo da ISS imediatamente após a chegada de Nauka – imagem Roscosmos

A parte mais perceptível do trabalho será feita com a ajuda do ERA: o manipulador terá que retirar a câmara de descompressão ShK do Rassvet, que aguarda este momento há 11 anos, e acoplá-la ao Nauka. No futuro, o ERA e a ShK irão reduzir o número de caminhadas espaciais – a tripulação irá instalar instrumentos científicos fora do Nauka em estações de trabalho especiais com o manipulador.

Manipulador ERA transfere a câmara de ar do Rassvet para o Nauka – imagem Roskosmos

Além disso, com a ajuda do manipulador, será necessário retirar os painéis do sistema de refrigeração STRd do mesmo Rassvet e instalá-lo no casco do Nauka. Todas essas operações também exigirão caminhadas espaciais, várias configurações e conexões.

Dentro da câmara de descompressão existe uma plataforma retrátil para o equipamento. O manipulador será capaz de remover dispositivos desta plataforma e instalá-los na superfície externa do Nauka, poupando os astronautas da necessidade de sair ao espaço para isso.

Os testes levarão 12 meses a partir da data de lançamento – apenas um ano depois, o Nauka será considerado oficialmente colocado em operação. Ele se tornará o quarto grande módulo científico da ISS no mesmo nível do americano Destiny , do europeu Columbus e do japonês Kibo.

O último dos TKS

Como partículas de metal quase transformaram o novo módulo russo para a ISS em uma “piada eterna

por Sergey Kuznetsov

O módulo russo levou décadas para ser lançado. Vários anos atrás, primeiro em seus dutos e depois nos tanques de propelente, os engenheiros encontraram lascas de metal que poderiam deixá-lo no chão para sempre. Finalmente, no ano passado a Roskosmos anunciou que o módulo partiria para Baikonur para lançamento. Aparentemente, a decisão de lançar foi obstinada: os dutos foram substituídos, mas não foi possível se livrar completamente dos cavacos nos tanques – mas agora acreditava-se que isso não danificaria os motores do módulo .

Módulo de laboratório multifuncional era o substituto do Zarya (FGB-1), com o qual a Estação Espacial Internacional começou em 1998. Ambos são “herdeiros” da espaçonave tripulada soviética TKS (nave de abastecimento de transporte). Nos tempos soviéticos, esta nave voou várias vezes em modo não-tripulado para estações orbitais, mas no final foi abandonada em favor da Soyuz, muito mais barata e mais leve. 

Ano de 1998. O Zarya visto do ônibus espacial Endeavour, que estava carregando o primeiro módulo americano, Unity, para acoplar.

Com base no bloco de carga funcional (FGB) desta nave, foram construídos módulos para a estação Mir: Kvant-2, Kristall, Spektr e Priroda; outro FGB anteriormente funcionou como rebocador para o Kvant-1, o primeiro módulo da estação. Depois que o Zarya entrou em órbita e acoplou com sucesso com o Unity americano, o último do “clã de naves de abastecimento de transporte” permaneceu na Terra – 80 por cento do FGB-2 (como o Nauka era chamado) estava pronto. Eles começaram a construí-lo em 1995 para o caso de algo dar errado com o Zarya, e não o concluíram.

Naves de abastecimento de transporte (TKS) e alguns de seus “sucessores” (proporções não respeitadas)
O TKS original, lançado sob os cognomes Kosmos 929, 1267, 1443 e 1686

Literalmente no mesmo ano, a fábrica Khrunichev propôs à Boeing, que se atrasou com a entrega do segundo módulo americano, a criação de um módulo polivalente para equipamentos científicos americanos com base no FGB-2 em vez do módulo Destiny. As partes assinaram um memorando de intenções, mas em julho de 1999 os diretores da Boeing revisaram seu orçamento e abandonaram a ideia. Os americanos completaram o Destiny, ele acoplou na ISS em 2001 e o FGB-2 continuou esperando na Terra. Com base no FGB disponível, era possível criar um veículo de transporte pesado – capaz de entregar três vezes mais carga à ISS do que o Progress – ou um módulo de aacoplagem e armazenamento, para o qual teria que ser “depenado”: remover sistemas de serviço e tanques de combustível em excesso; ambas as idéias foram eventualmente abandonadas.

Módulo MLM na oficina da Khrunichev

O “Destiny” russo

O gêmeo do Zarya permaneceu inútil por muito tempo, e eles não tinham pressa em terminá-lo: na ISS, suas funções eram desempenhadas com sucesso pela própria Zarya. Finalmente, em novembro de 2006, a Roskosmos  decidiu construir em sua base um módulo de laboratório polivalente (MLM) com o objetivo de “desenvolver pesquisas, capacidades aplicadas e funcionais do segmento russo da estação” – isto é, afinal, torná-lo uma “versão russa do Destiny”, conforme sugerido em 1998 pelo Centro Khrunichev para a Boeing. 

Isso significava que apenas o casco e os sistemas de serviço deveriam ter permanecido do FGB-2 original – todo o “recheio” foi retirado para dar lugar a equipamentos científicos, ou seja, a locais de trabalho universais e especializados destinados à instalação de instrumentos de pesquisa. Ao mesmo tempo, foi decidido que o braço europeu ERA seria instalado na superfície externa do módulo.

Manipulador ERA

 Ao mesmo tempo, a Roskosmos anunciou a data de lançamento, para 2009. Em seguida, os termos, como geralmente é o caso na indústria, arrastaram-se “para a direita”: em agosto de 2011, o Centro Khrunichev planejou “em breve” enviar o MLM para teste na RKK Energia para lançá-lo em dezembro de 2012, mas em dezembro o módulo acabou vir de Moscou (da Khrunichev) para Korolev (na Energia) para os testes.

Pouco mais de meio ano após o início dos testes na Energia, fontes disseram aos jornalistas que o módulo apresentava um grande número de defeitos, por exemplo, “os dutos do sistema de abastecimento estavam sujos”. Assim, o lançamento foi deslocado para o início de 2014 por conta disso . Após um longo processo, o MLM foi enviado de volta ao Centro Khrunichev para limpar os dutos.

O módulo retornou à sua “casa” no final de 2014. O então chefe da Roscosmos, Oleg Ostapenko, em resposta à pergunta sobre quando o MLM entraria em órbita, respondeu: “Veremos. Definitivamente será em nosso século ”.

Ao mesmo tempo, a letra “U” – “melhorado, modernizado” , em russo, apareceu no nome do módulo. Ao mesmo tempo, não havia melhorias fundamentais por trás da renomeação, que foi principalmente burocrática: a Roskosmos já pagara totalmente pela criação e teste do módulo, portanto, no contrato estatal, o reparo foi realizado como modernização.

Em casa, o MLM-U passou silenciosamente mais três anos, até que em abril de 2017 se soube que mais contaminação foi encontrada nos tanques e nos dutos. Esse problema levou fontes da indústria espacial e de foguetes a admitir que o módulo não voaria para lugar nenhum.

Os tanques

Os tanques que quase “enterraram” o projeto são contêineres de 400 litros na superfície externa do Nauka, nos quais combustível (dimetilhidrazina assimétrica, UDMH) e oxidante (tetróxido de nitrogênio). Destes, o fluido vai para os motores de correção e encontro (DKS, tipo 11D442, desenvolvido no KB Khimmash ). Esses motores são extremamente necessários, pelo menos no momento em que o módulo é colocado em órbita. O foguete Proton pode lançar um módulo de 24 toneladas apenas em uma órbita de referência com uma altitude de cerca de 180-200 quilômetros, e este deve atingir a órbita da ISS com a 400 quilômetros sozinho.

O ciclo operacional dos tanques tipo “fole” do módulo

Partículas estranhas em tanques e dutos podiam teoricamente entrar nos motores e afogá-los: o módulo ficaria preso na órbita de referência e então queimaria na atmosfera, repetindo o destino da sonda espacial Phobos-Grunt em 2011.

Tanques do mesmo tipo estavam nos módulos da Mir e outros sucessores do TKS, incluindo o Zarya. Todos esses módulos também eram adaptados para reabastecimento repetido em condições de gravidade zero – dentro deles há foles, cilindros corrugados com membrana. O gás (hélio) é injetado de um lado do tanque, o fole se expande e empurra o combustível para fora. Ao reabastecer, o processo inverso ocorre.

Parte do diagrama do sistema hidráulico e de combustível do módulo MLM com quatro dos seis tanques de fole: BNDO (tanque de baixa pressão para oxidante), BNDG (tanque de baixa pressão para combustível). Os motores principais são designados pela abbeviatura DKS

“O tanque é um tubo de alumínio com domos nas extremidades, dentro há um fole de aço inox com 0,3 milímetros de espessura. Possuem carcaça inteiriça de alumínio, calibrada, com tolerância de precisão em todo o perímetro de 0,1 milímetro. O fole é comprimido fornecendo nitrogênio na cavidade de gás e espremendo o combustível ”, explicou um dos funcionários do Centro Khrunichev à imprensa.

O surgimento de aparas no sistema de propelente – partículas metálicas de cem mícrons – era, segundo ele, inevitável, e seria quase impossível removê-las: “O fole de aço inox esfrega contra a carcaça de alumínio ao se mover, então não importa quantos tanques limpos, ainda resulta no aparecimento de aparas de trabalho“.Não foi possível substituir os tanques por outros sobressalentes: neles também se constatou sujeira, e a ideia de produzir novos nem foi levada a sério – seu fabricante, a Planta Metalúrgica de Moscou Serp i Molot, já encerrara suas atividades. Não há mais fábricas na Rússia que fariam um casco de alumínio e aço dessa espessura específica para um fole, disse o engenheiro. A tecnologia atual para tanques não segue este design.

Ano de 2016. Desmontagem manual da chaminé de 80 metros na fábrica Serp i Molot – foto Max Kogtisty

De acordo com o portal RussianSpaceWeb, discutiu-se a ideia de colocar nos tanques do outro módulo em construção para a ISS, o NEM, mas estes já não pertenciam à “dinastia TKS” e, portanto, são diferentes: maiores em diâmetro e, portanto, não caberiam sob os radiadores do Nauka. Para encaixá-los no módulo, o Centro Khrunichev também teria que refazer a carenagem da cabeça do foguete Proton.

Em março de 2019, decidiu-se substituir os tanques originais por tanques esféricos “descartáveis” do estágio superior Fregat produzidos pela NPO Lavochkin. “Eles até divulgaram os desenhos, pensaram em tudo, mas vamos instalar mesmo os nossos tanques [os tanques FGB originais], e rejeitamos a opção [instalar os tanques do Fregat]”, disse um funcionário.

Em fevereiro de 2020, o diretor geral da Khrunichev, Aleksey Varochko, disse à mídia que os especialistas concluíram a instalação de todos os dutos, testaram as linhas de baixa pressão e o circuito de alta pressão. Pelo fato de o casco ter sido fabricado há anos, quase todos os equipamentos tiveram que ser trocados, exceto o sistema de propulsão e tanques; a vida útil do primeiro foi estendida. Varochko afirmou que substituiu 576 tubos, e quanto aos tanques, eles “desmontaram meticulosamente verificando, testando – e nenhuma micro-rachadura e sujeira foram encontradas.”No entanto, uma outra fonte mostrou um quadro diferente. Segundo ela, para reinstalar os tanques originais, tentaram lavá-los. “Demorou muito tempo, um ano, talvez mais. A lavagem era feita primeiro em um tanque de bancada, depois em um tanque normal. Cortamos um fundo [do tanque] e lavamos o fole e o recipiente separadamente. A lavagem foi realizada em uma urgência terrível. Trabalhamos sete dias por semana em dois turnos, comissões constantes e testes constantes. Recebemos um protocolo de que o recipiente estava limpo, mas depois de um tempo, novamente constava-se contaminação. Com isso, a comissão permitiu que continuassem os trabalhos, mas com a condição de que os tanques fossem usados ​​apenas uma vez, para lançamento em órbita e acoplagem”.

Um par de tanques montados na caixa externa do MLM-U – foto TsiKh

Costuras adicionais apareceram nos tanques do módulo, e não há garantias de que aparas de metal não aparecerão mais nos tanques. É possível que exatamente a mesma contaminação estivesse nos tanques do mesmo tipo de módulos da estação Mira e no Zarya, e isso ou não preocupou ninguém na fase de teste, ou ninguém percebeu (por exemplo, porque o procedimento de teste era diferente (simplesmente não se conseguia detectar tais partículas). Tudo isso, porém, não impediu que os módulos atingissem seus objetivos – todos os “TKS” fizeram voos perfeitos, desde o primeiro, o Kosmos 929 em 1977 até o Zarya em 1998.

“Eles temiam que, devido à contaminação, dutos, válvulas, injetores entupissem e o motor parasse”, continuou o técnico da Krunichev . Mas na fábrica de motores, que vai receber combustível dos tanques, disseram que o motor não vai ser afetado por essas aparas, que vão escorregar pelas tubeiras sem problemas. Anteriormente, eles não prestariam atenção a isso. Agora, os requisitos estão muito mais restritos, mas gerentes como o genial designer-chefe Serguei Korolev, que diria que tudo isso é um absurdo e permitiria que o módulo fosse lançado, não existe mais. “

Para contornar este problema, válvulas especiais foram adicionadas ao circuito, podendo vedar os dutos dos tanques principais sem comprometer a tubulação que alimenta os propulsores MDDK, e também permitem que propelente trazido por naves de carga Progress seja transferido através do Nauka para os tanques dos outros módulos russos, o Zarya e o Zvezda. Estes módulos, por sua vez, também podem bombear propelente para os motores MDDK, tornando o sistema de tanques do Nauka dispensável.

O módulo foi enviado para Baikonur. Nos próximos nove meses foram feitos a preparação para o lançamento – recebeu painéis solares e radiadores, isolamento térmico de tela a vácuo (EVTI), proteção de micrometeorito, o ERA, em seguida, realizaram o último ciclo de testes.

É assim que ficará o segmento russo da ISS após a chegada do MLM-U e do módulo multiporta (UM). O Nauka aponta para baixo, e o UM está encaixado em sua extremidade inferior. imagem RSC Energia

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