Источник
На орбитальной станции очень жёсткая энергетическая дисциплина. Генерация только с солнечных панелей, для теневой стороны — аккумуляторы, а потребители — всё вокруг. Поэтому даже пульты светятся только тогда, когда нужна красивая картинка для научпопа. Обычное состояние светодиодов на пультах — если система работает нормально, то диоды выключены. Включаются они для временно включаемых потребителей и по запросу на статус. То есть экономят даже на такой, казалось бы, мелочи.
Ещё для некоторых экспериментов нужно было копить энергию в особом режиме несколько дней.
Но самое неприятное — это когда при столкновении транспорта «Прогресс М-34» с модулем «Спектр» и последующим отсечением модуля для восстановления герметичности станция лишилась 40% генерации. В этот момент началась настоящая энергетическая экономия.
В общем, раз уж мы подписали с Александром Ивановичем Лазуткиным контракт на рекламу и ссылаемся на то, что энергопотребление станции сопоставимо с потреблением нашего ЦОДа, стоит рассказать про детали этого самого потребления. Рассказывает непосредственно Александр Иванович с нашими небольшими пояснениями. Итак, поехали!
Без электричества в космосе плохо. Когда оно пропадает, всё останавливается. Источники электроэнергии — Солнце, солнечный свет. Улавливаемые панелями, они уже организуют поток электрического тока на станцию. Так как мы периодически Солнце теряем, заходим в тень от Земли, — на теневой орбите ток батарей прекращает течь, работают аккумуляторы. Они в принципе работают в тени. А когда выходим на свет, ток солнечных батарей течёт и на потребителей и заряжает батареи.
Мы понимаем, что потребителей ограниченное количество и нужно учитывать, сколько энергии требуется каждому из них, и исходя из этого строить планы.
Нештатка какая может быть — могут выйти из строя аккумуляторы. За ними организован тщательный надзор, их состояние по телеметрии сбрасывается на Землю, специалисты видят изменения их ёмкости. В целом они потихоньку сдыхают. За этим следят и понимают, когда нам нужно эти аккумуляторные батареи обслуживать: либо профилактику провести, либо поменять. Главное — учёт.
Аккумуляторы стоят внутри станции. Как правило, есть места в запанельном пространстве. Корпус круглый только снаружи. Внутри это нормальное помещение, с потолком, стенами и полом. Вот это всё формируется панелями. А в запанельном пространстве между, допустим, стенкой и корпусом, пустое место. Вот здесь и находятся аккумуляторные батареи.
То есть аккумуляторы находятся в том же объёме, что и космонавты, близко к центру конструкции. Это означает среди прочего, что это наиболее термостабилизированное место. Температура в запанельном пространстве такая же, как в жилых модулях. Водород они не травят.
У нас единственным источником водорода является система, которая производит кислород. Она разлагает воду на кислород и водород. Есть датчик водорода, который стоит на станции и контролирует этот процесс.
Станция, космический корабль как термос сделаны. Они покрыты таким теплозащитным покрытием, которое не даёт теплу от Солнца и Земли пройти внутрь станции и не выпускает тепло, которое есть внутри. Поэтому мы и говорим, что станция похожа на термос. Все системы настроены так, что излишками тепла, которые образуются на станции, можно управлять. Мы включаем насосы. Сначала воздух, потом теплоноситель забирает и несёт на радиаторы, где это тепло сбрасывается. Если на станции тепла не хватает, сброс тепла не происходит. Сбрасываются только излишки. Источниками тепла на станции, на космическом корабле являются работающие приборы и сам человек. Его температура всё время 36 градусов, и он всегда «излучает» тепло.
Радиаторы находятся в тени, их можно размещать прямо под солнечными панелями или в любом другом месте. Достаточно чем-то перекрыть поток, и ниже, где нет лучей Солнца, будет очень холодно. На практике достаточно развернуть радиатор боком к Солнцу, и он уже будет работать. Собственно, излишки тепла выводятся при нахождении станции на солнечной стороне, а на теневой орбите станция не успевает охладиться при том объёме термоизоляции, который использован.
Отдельно стоит упомянуть терморегуляцию пристыкованного корабля:
Космический корабль — это же точная копия станции и, наоборот, станция — точная копия космического корабля. Он покрыт теплоизолирующим покрытием, которое отражает солнечные лучи, не позволяет пройти солнечному теплу и всем внешним потокам. Только когда он пристыкован к станции, эти все системы выключаются, потому что внутренний объём корабля соединён со станцией. Этого достаточно. Здесь не нужно, чтобы корабельная система была включена.
Солнечные панели изнашиваются со временем, равно как и аккумуляторы теряют ёмкость.
Солнечные батареи деградируют со временем и теряют эффективность. В условиях вакуума у них ухудшается состояние внешней поверхности. Если совсем ухудшилось, то можно либо построить, либо дополнительно вынести батарею. С Земли доставляют дополнительные солнечные батареи, и мы их на станции ставим. В принципе, на станциях так делалось и раньше. На «Салют-6», на «Салют-4» тоже, по-моему, закрепляли дополнительные солнечные батареи. Если батарея вышла из строя, то её убираем и на её место ставим новую.
Это постепенный выход из строя, постепенное снижение эффективности от солнечных батарей. Панель не может сразу деградировать. Точнее, может, если кто-то большой в неё попадёт. Метеорит, например, может дырищу сделать, и то повреждённая часть батареи работать не будет, а вся панель будет давать ток, но меньше. Если надо будет заменить — это не проблема.
Аккумуляторы тоже время от времени заменяются:
Вот привозят аккумуляторную батарею огромную. Старую мы отключаем, вынимаем и ставим на её место новую и дальше соединяем клеммы. Всё. Они свой срок отслужили. Куда они идут? Их загружают в грузовик, который с мусором дальше летит в атмосферу. Потом сгорает и сгорает всё, что в нём. Что не сгорело, падает и тонет на дне океана.
Вот приходит грузовой корабль. Он привозит нам что-то хорошее. Допустим, еду, какие-то приборы. В общем, всё, что нужно. Мы это всё вынимаем. Корабль освобождается. Теперь свою функцию он выполнил. Его можно отстыковывать. Он попадёт в атмосферу и сгорит. Он не нужен на Земле. Мы туда закладываем весь мусор, который у нас есть. Точно так же выбрасывается оборудование, которое отслужило свой срок. Новое научное оборудование приходит на каждый эксперимент. Мы его ставим. Если уже на этой установке нет планов проведения эксперимента, то зачем оно будет стоять здесь? Хотя бывают случаи, что и стоит на станции. Учёные говорят: «Может, мы со временем будем использовать». Когда это всё подходит к концу, то всё это выбрасывается. Не должно быть мусора на станции.
Теперь пора перейти к потребителям энергии.
Во-первых, это все системы жизнеобеспечения. Вентиляторы, насосы, которые прокачивают теплоноситель через все эти радиаторы. Всё это на электричестве работает. Далее системы радио, то есть мы все репортажи там ведём, все сеансы связи. Свет.
В принципе, то же самое, что и на Земле. Единственное, что нас отличает от земного дома — на станции потребление сведено к минимуму. Скажем так, у нас нет таких источников потребления.
Мы систему включаем, и только тогда транспарант на пульте управления загорится, что эта система включена. Если система включена постоянно, транспарант, что она работает, не включён. Чтобы убедиться, что система включена, мы просто на пульте управления нажимаем на кнопку, и тогда загораются те транспаранты, чьи системы работают. Посмотрели, убедились. Всё работает. Мы выключаем. Даже эти транспарантики как потребители исключаются.
Да, конечно, если это один светодиод, он погоды не делает. Когда на станции таких вещей много… Кстати, чем и отличается внутренний вид станции в понимании космонавта, реальный вид станции и то, как его человек на Земле представляет. Как-то нас попросила одна компания заснять внутренний объём станции, как у нас там всё расположено. Мы засняли. Сбросили картинку. Нам говорят: «Вы знаете, это не похоже на космическую станцию».
Мы говорим: «Как не похоже? Мы вам картинку сбросили. Какую вы предполагаете картинку-то увидеть?» Они говорят: «Мы у вас видели там пульты управления». У нас там пульт управления большой, много этих транспарантов. Они говорят: «Но ни один не горит. Это что? Станция не работает?» Мы говорим: «Это как раз и обозначает, что станция работает». Они говорят: «Но нам надо снять, чтобы мы видели, как мигают эти лампочки, мигают светодиодики». Мы тогда и сымитировали, чтобы это всё мигало. Включали и выключали всё, что нужно, транспаранты эти. Тогда они остались довольны, чем вызвали у нас непонимание. Хотя для нас всё понятно.
Даже есть система, допустим, система оповещения о пожаре. Она должна в постоянной готовности быть. Есть пульт, на котором есть эти «светодиодики» и все датчики. У всех есть свой «светодиодик». Мы понимаем, что он срабатывает только тогда, когда почувствует дым. Тогда у него светодиод загорается красным светом. Если ничего нет, то ничего не горит. Мы там регулярно, есть свой регламент, когда мы должны подлететь, нажать на кнопку и посмотреть. Нажимаем на кнопку, и, если всё загорается, то это означает, что все датчики работают нормально. Тут же убираем пальчик, всё это выключается. Спокойно летаем по станции.
Так, в принципе, во всём. Когда кушать садимся, у нас есть нагреватель пищи. Но он работает только тогда, когда мы хотим нагреть пищу.
Источники солнечных батарей и аккумуляторы работают в параллели. Есть приборы, которые собираются, когда мы запитываемся от солнечных батарей, есть которые от аккумуляторов. Для нас главное, чтобы была бесперебойная подача электричества.
Александр Иванович рассказывает про транспаранты «Мира», но на МКС принцип тот же.
Основные потребители станции:
- Системы жизнеобеспечения, которые работают постоянно. Основные — циркуляция и очистка воздуха, термообмен.
- Системы, обеспечивающие ориентацию станции.
- Потребности двигателей (запуск возможен только при наличии питания).
- Системы управления (включая бортовой компьютер).
- Связь (радио).
- Бытовое оборудование (нагреватели пищи, медицинские устройства, тренажёры, оборудование туалета и так далее).
- Инструменты (например, дрель).
- Научное и экспериментальное оборудование (то, ради чего совершает полёт).
При экономии, соответственно, практически нет смысла отключать научную нагрузку (иначе полёт теряет смысл), поэтому используются другие подходы.
Первое — свет на станции. У нас на станции «Мир» было семь модулей. Если мы везде включим свет, это будет немного неразумно. Нас трое. Зачем на всей станции свет? Мы делаем так, чтобы свет был только в тех модулях, где мы работаем. В других модулях, бывает, есть аварийное освещение, когда одна лампочка горит на весь модуль. Но если нам этот модуль не нужен… Ну одна лампочка погоды не делает. Тем не менее лишнего света мы себе не позволяем. По крайней мере, на «Мире» мы себе не позволяли.
В принципе, мы летаем для того, чтобы проводить эксперименты. Если у нас есть какие-то проблемы, например, доставили ту установку, которая потребляет больше, чем нужно. Хотя это большой вопрос. Обычно все чётко понимают, во сколько каждый эксперимент обходится по электричеству. Ну допустим. Здесь это уже Земля говорит: «Ребята, на это время мы там, там, там повыключаем всё лишнее. А для эксперимента всё делаем».
Был один такой процесс, когда нам нужно было зарядить аккумуляторы. Ведь аккумуляторы находятся у нас в разных модулях. Так как работает один модуль, в котором есть эти солнечные батареи, они заряжают эти аккумуляторы. А в другом модуле они там разряжаются. Мы оттуда брали и ставили сюда. Тащили его обратно. Был такой период, когда таким образом мы заряжали аккумуляторы и давали электроэнергию в те модули, в которых не было электричества. Это нормально.
К 11 октября 1994 года (на Земле в это время был «чёрный вторник» с резким изменением курса валюты) в результате цепочки неприятных совпадений случился перебой питания. Вот как это описывается:
Осенью, 11 октября 1994 года, экипаж орбитальной станции «Мир» проснулся от рёва сигнализации — отказала энергетическая система. Из-за этого возникла проблема с работой гиродинов. Эти механизмы, отвечающие за ориентацию станции в космосе, стали терять скорость вращения. Кроме того, перестали работать пульты управления, потерялась связь с Центром управления полётами. Космонавты остались в обесточенной станции посреди открытого космоса. «Просто мы улетели в никуда, нас не было. Единственное, может, нас видели, как звёздочку», — отмечает Александр Викторенко, лётчик-космонавт, Герой Советского Союза. Постепенно стали отказывать приборы жизнеобеспечения: уровень кислорода падал, космонавтов окутывало облако из углекислого газа и вредных примесей, дышать становилось всё тяжелее.
Первая проблема — гиродины. Батареи имеют ориентацию на Солнце, что даёт их высокий КПД. Понятно, что находясь к Солнцу «боком», они будут вырабатывать энергию (тем более что они монтируются крест-накрест), но при попадании основной массы панелей в тень станции энергии будет недостаточно даже для базовых потребностей. Стоит потерять питание гиродинов — и его можно не восстановить.
Вторая проблема — воздух. Есть три варианта действий:
1. Использовать скафандры. Но они зависят от питания, и их автономности надолго не хватит.
2. Использовать корабль. На корабле есть резервный аккумулятор, который не соединён с основным энергоконтуром. Его можно физически подключить к системе и использовать для одной-единственной задачи — эвакуации. Он заряжается ещё на Земле и даже с учётом саморазряда может быть использован в аварийной ситуации.
На тот случай, если везде всё произойдёт, отказ, пропадёт электричество, на корабле не будет питания, так как он включён в общую систему. Но там всегда есть отдельная аккумуляторная батарея, которая именно на этот случай включается. Мы одним нажатием клавиши отключаемся от всей системы электропитания и переходим на запитку от этой батареи. От этой батареи уже все системы корабля работают нормально. В принципе, если ситуация на станции критичная, то есть мы не можем ничего сделать, мы тогда садимся в корабль и спокойно улетаем, потому что там есть эта батарея. Она никогда не включается во время полёта. Минимум контроля, то есть минимум включений происходит с Земли, когда они проверяют эту ёмкость. Она гарантированно служит свой срок. В течение всего полёта она работоспособна. Для неё созданы все условия, чтобы она в гарантийный срок включилась и ничего с ней не было.
3. Использовать кислородные шашки. Это резерв воздуха.
Собственно, экипаж и использовал кислородные шашки. А они генерируют кислород примерно при +400 градусах химическим способом, и одна оказалась повреждённой и загорелась. Тогда пожар быстро потушили.
Следующая проблема — удаление углекислоты и перемешивание воздуха.
Дома, чтобы к нам шёл свежий воздух, мы просто форточку открываем, а на станции целая система работает, чтобы давать воздух. Мы открываем форточку, чтобы проветрить, чтобы убрался углекислый газ, который мы надышали. Мы даже себе отчёта не отдаём, что углекислого газа много. Просто что-то становится неудобно, становится душно… На станции то же самое. Почувствовали что-то не то, посмотрели — кислорода много съели. Хотя, в принципе, всё это работает в автоматическом режиме.
То есть, если не обеспечивать постоянную циркуляцию воздуха, вокруг человека накапливается область с повышенным содержанием углекислоты.
Дело в том, что когда мы дышим в невесомости, вдыхаемый воздух никуда не уходит. Фактически, если даже смирно сидеть где-нибудь в уголочке, то на всей станции будет нормальный воздух, а там, где сидите, образуется воздух обеднённый кислородом. И в принципе, можно спокойно задохнуться. Это опасно, когда не работает система вентиляции. Она за это отвечает, прогоняет воздух везде. На станции нет закрытых, застойных зон. Там же, где и аккумуляторные батареи находятся, всё это продувается. Когда эта система вырубается, то на станции звучит сирена. Если мы спим, то мы должны проснуться и предпринять какие-то действия. Когда у нас не работала эта система, а человек хотел спать, мы его клали и заменяли роль вентиляторов. Как с опахалом над ним по очереди стояли и разгоняли воздух.
Собственно, тогда удалось восстановить ориентацию станции за счёт включения двигателей корабля, а затем восстановить питание на все системы. Следующая проблема, очень остро касающаяся питания, случилась 25 июня 1997 года при столкновении корабля с модулем «Спектр».
Помимо огромных повреждений солнечных батарей, в результате столкновения образовалась пробоина в модуле «Спектр» площадью 2 квадратных сантиметра, что привело к снижению давления воздуха на всей станции. Во время столкновения на «Мире» находились космонавты Василий Циблиев и Александр Лазуткин, а также американский астронавт Майкл Фоул. Экипаж решил герметически изолировать повреждённый модуль, обеспечив тем самым жизнеобеспечение станции. Ситуацию осложнило то, что через стыковочный люк, соединяющий модуль со станцией, пролегали многочисленные кабели и шланги. Отсечение модуля повлекло за собой временную потерю электроэнергии, вырабатываемой станцией, — с обесточиванием модуля были отключены солнечные батареи «Спектра», дававшие 40% электроэнергии.
У нас пропадало электричество от таких вещей. Когда после ударения с кораблём мы отсекли модуль. Изолировали его, и от него к нам перестало идти электричество. Солнечных батарей там было много. Тогда у нас действительно наступил дефицит электроэнергии и мы перешли в режим выживания. Работали только те системы, которые непосредственно поддерживают нашу жизнедеятельность. Должна работать система, которая кислород производит. Со светом мы тоже очень аккуратно обходились. Кино не включали. Но еду грели.
У нас не работали вентиляторы в тех модулях, в которых мы не работали. От этого, температура в каких-то модулях опускалась до 10–15 градусов. В каких-то модулях температура поднималась, как в кино говорят, до плюс 50 градусов, так как вентиляторами это всё не перемешивалось. Мы тогда были вынуждены создавать эту систему вентиляции от тех розеток, которые остались работоспособными. Учитывали, что потреблять энергии нам надо не столько, сколько хотелось бы, а по необходимости.
Розетки, про которые идёт речь, — это почти что аналог «домашних» розеток, только для бортовой сети станции. Обычная техника, например, ноутбук, может быть либо снабжена адаптером на Земле, либо присоединена через отдельный адаптер.
Да, розетки есть. Это нормальное явление. Компьютеры подключаем к этим розеткам, какие-то источники света, когда нужно поработать. В принципе, организовываем рабочее место. Оно может быть где угодно. Совсем не там, где его сделали конструкторы.
Итак, проблема в том, что для закрытия люка пришлось рассоединить все кабели, среди которых были кабели питания. Что можно было сделать — выйти в открытый космос и прокинуть новые линии питания от панелей к другим модулям либо же сделать герметичное соединение с модулем «Спектр» и через него соединиться с имеющимися кабелями.
Да, один из вариантов — выйти в открытый космос и от этих антенн провести кабели к тем модулям, в которых это было. У нас это решилось немножко по-другому. Все эти кабели проходили через люк. С одной стороны, повреждённый модуль, с другой стороны — нормальный модуль. Когда люк закрыли, естественно, всё это мы раскинули, расстыковали кабели. Этот модуль у нас полностью разгерметизировался. Тогда конструкторы сделали герметичную панель, в которой с одной стороны мы могли подключить все эти кабели к этой крышке. С нашей стороны крышку закрыли, то есть там так и остался вакуум, а у нас всё было нормально.
Крышка вставлялась в люк, изготовили её на Земле и подняли на орбиту следующим кораблём. Монтаж выполнял уже следующий экипаж.
Собственно, теперь у вас есть примерное представление о том, как маневрируют мощностями на орбитальной станции.
Автор: Никита Цаплин
