Федеральное Космическое Агентство
ФГУП ЦНИИМАШ


ЦУП. ПРОЕКТ «МАРС-500»

 

В настоящее время продолжается интенсивное изучение планеты Марс с использованием космических аппаратов и марсоходов. Однако недалеко то время, когда на планету будет высажена экспедиция землян. Проектные работы по десантированию такой экспедиции ведутся в ракетно-космической отрасли России с 60-х годов прошедшего столетия. В 2006 году эти работы были обобщены Российской академией космонавтики им. К.Э. Циолковского  в книге «Пилотируемая экспедиция на Марс».
В 2005 году в ИМБП, РКК «Энергия», ЦНИИмаш и ЦПК им. Ю.А. Гагарина начались проработки варианта моделирования пилотируемого полёта на Марс в наземных условиях с использованием имеющихся в ИМБП экспериментальных установок.

Вскоре эти проработки приобрели реальные очертания и уже с 2008 года началась серия экспериментов с участием экипажей из шести человек:
- 14-суточный технологический эксперимент с 25.06.08 по 09.07.08;
- 105-суточный отработочный эксперимент с 31.03.09 по 14.07.09;
- 520-суточный (основной) эксперимент начался 03 июня 2010г. с планируемым временем завершения 04 ноября 2011г.

 

 

Цель 520-суточного эксперимента

Целью эксперимента является: изучение взаимодействия в контуре «человек – окружающая среда» и получение экспериментальных данных о состоянии здоровья и  работоспособности человека, находящегося в условиях изоляции в герметично замкнутом пространстве ограниченного объема при моделировании основных отличий и ограничений,  присущих марсианскому полету.

 

 


Основные задачи ЦУП в ходе выполнения 520-суточного эксперимента

 

1. Сбор и систематизация поступающей из ИМБП информации о ходе выполнения эксперимента.

2 Обеспечение руководства Роскосмоса, Руководства ЦНИИмаш, VIP-персон и представителей средств массовой информации во время их пребывания в ЦУП сведениями о задачах и ходе проведения 520-суточного эксперимента.

3. Отображение на коллективных и индивидуальных средствах ГЗУ корп. 22 ЦУП хода выполнения эксперимента на заранее выбранных участках.

4. Отображение на web-сайте и портале ЦУП задач и хода проведения 520-суточного эксперимента.

5. Запись поступающей из медико-технического комплекса ИМБП телеметрической информации в архив ТМИВК ЦУП в круглосуточном режиме и телевизионной информации в архив информационного портала ЦУП на выбранных участках.

6. Круглосуточный дистанционный контроль работоспособности канала связи ИМБП – ЦУП.

7. Круглосуточный дистанционный контроль работоспособности информационной системы ИМБП, которую спроектировал и ввел в эксплуатацию ЦУП.

 

Структура научных исследований,
проводимых во время 520-суточной изоляции

 

 

Направления исследований

Количество проектов

Всего

Российские проекты

Иностранные проекты

 

ЕКА

Другие

страны

Физиологические исследования 17 3 6 26
Психологические и психофизиологические исследования 16 7 3 26
Биохимические, иммунологические и биологические исследования 24 3 7 34
Микробиологические и санитарно-гигиенические исследования 7 1 - 8
Операционно-технологические эксперименты 10 1 - 11
Всего 74 15 16 105

 

Баллистическая схема полета

 

Для обеспечения моделирования в ЦУП ЦНИИмаш были проведены проектные расчеты общей баллистической схемы пилотируемого полета на Марс.

В расчетах были приняты следующие исходные данные:

1. Дата стартового окна – 2018 год, соответствует ближайшему великому противостоянию Марса и Земли.

2. Межпланетный экспедиционный комплекс (МЭК) стартует с околоземной монтажной орбиты со средней высотой 450 км и наклонением 51,6 градуса.

3. Общая продолжительность полёта экспедиции 2 года, полёт по орбите искусственного спутника Марса (ИСМ) в течение 30 суток с десантированием части экипажа на Марс. Исследования Марса проводятся, как дистанционно (с орбиты ИСМ), так и непосредственно на поверхности планеты.

4. Допустимое сближение МЭК с Солнцем на участках межпланетных перелетов не должно быть менее 0,57 астрономической единицы (85 млн. км).

5. Начальная масса МЭК на орбите ИСЗ – 500 тонн.

6. Количество членов экипажа – 6 человек, из них 3 человека принимают участие в десантировании на Марс.

7. Радиусы сфер действия притяжения планет приняты следующими:
   - для сферы действия притяжения Земли – 2,6 млн. км;
   - для сферы действия притяжения Марса – 1 млн. км.

 

 Для совершения маневров на орбитах Земли и Марса и на траекториях перелета между планетами на межпланетном экспедиционном комплексе  будут установлены электрореактивные двигательные установки малой тяги (ЭРДУ). Поэтому старт МЭК с орбит Земли и Марса превратится в операции «раскрутки», а перевод с перелетных межпланетных траекторий на орбиты планет – в операции «скрутки». Входящие в состав ЭРДУ электрореактивные двигатели относятся к классу так называемых ионных двигателей и используют аргон в качестве рабочего тела.
Для обеспечения работы ЭРДУ требуется значительная от 17 до 25 мегаватт выходная электрическая мощность энергоустановки, основу которой может составить солнечная батарея площадью около 120 000 кв. м (до 18 Мвт) или ядерный реактор (до 25 Мвт). Внешний вид конструкций МЭК, использующих эти источники электроэнергии, приведены ниже.

 

Общий вид МЭК с солнечной энергетической установкой

Межпланетный экспедиционный комплекс состоит из следующих основных частей:


- жилой модуль МЭК;
- складской модуль МЭК;
- медико-технологический отсек жилого модуля МЭК;
- взлетно-посадочный комплекс (ВПК);
- корабль возвращения к Земле (КВЗ);
- электрореактивная двигательная установка (ЭРДУ);
- энергетическая установка.

 

Общий вид МЭК с ядерной энергетической установкой

 

 

 

Характеристики оптимальной схемы полета, полученные в результате расчетов

Полет в сфере действия Земли – старт с орбиты ИСЗ

Старт с опорной орбиты искусственного спутника Земли

10.10.2017  00:46:00 

Время раскрутки, сутки

99.926

Расход топлива, тонн

34.888

Перелет Земля-Марс

Дата отлета со сферы действия Земли

17.01.2018  23:00:00

Время перелета Т, сутки

216.083

Моторное время t, сутки

142.260

Расход топлива, тонн

49.669

Полет в сфере действия Марса

Дата выхода на сферу действия Марса

22.08.2018  01:00:00

Время скрутки, сутки

38.216

Расход топлива, тонн

13.343

Дата выхода на орбиту искусственного спутника Марса

29.09.2018  06:11:00

Орбитальная фаза полета, сутки

29.883

Дата схода с орбиты искусственного спутника Марса

29.10.2018  03:39:00

Время раскрутки, сутки

37.014

Расход топлива, тонн

12.923

Перелет Марс-Земля

Дата отлета со сферы действия Марса

5.12.2018  03:59:00

Время перелета Т, сутки

249

Моторное время t, сутки

159.9

Расход топлива, тонн

55.828

Полет в сфере действия Земли – возвращение

Дата выхода на сферу действия Земли

11.08.2019  03:59:00

Время скрутки, сутки

59.948

Расход топлива, тонн

20.93

Дата завершения полета

10.10.2019  02:44:00

Характеристики уточненной баллистической схемы

Общее время экспедиции, сутки

730.07

Затраты рабочего тела, тонн

187.581

Начальная масса МПК на орбите ИСЗ

385.1

Минимальное расстояние от Солнца, а. е.

0.570

 

Выделены семь характерных участков полета: старт с ОИСЗ («раскрутка» продолжительностью 100 суток), перелет  Земля – Марс (продолжительностью 216 суток), торможение и переход на орбиту Марса («скрутка» продолжительностью 38 суток), полет по орбите Марса и десантирование на его поверхность (продолжительностью 30 суток), старт с орбиты Марса («раскрутка» продолжительностью 37 суток), перелет Марс – Земля (продолжительностью 249 суток), торможение и переход на орбиту Земли («скрутка» продолжительностью 60 суток).

 

Особенности полета:

 

1. Из 730 суток полета ЭРДУ работает 537 суток (моторное время) и расходует 187 тонн рабочего тела. На участках «скрутки» и «раскрутки» возле Земли и Марса ЭРДУ работают непрерывно.

2. На участке перелёта Марс – Земля на 509 сутках полёта максимальная задержка в распространении радиосигналов от МЭК до Земли будет составлять 740 секунд (12 мин 20 сек в одну сторону). График задержки в распространении радиосигналов на всем протяжении полёта МЭК приведен ниже. Если принять, что начиная с задержек в 5 – 10 секунд диалоговый режим переговоров значительно затруднен, то начиная с 94 – 102 суток и заканчивая 675 – 669 сутками полета общение космонавтов с Землей должно быть переведено на режим электронных сообщений.

3. На участке перелета Марс – Земля на 583 сутках полета произойдет сближение МЭК с Солнцем до расстояния 89 млн. км (для справки: средний радиус орбиты Венеры равен 108 млн. км, а средняя температура на её поверхности составляет +480 градусов по Цельсию). Следовательно, должна быть предусмотрена тепловая защита МЭК от перегрева.

 

График задержки распространения радиосигналов при полете по траектории «Земля-Марс-Земля»

 

 

Комплекс моделирования полета в ИМБП

 

Для проведения эксперимента по моделированию полета в ИМБП подготовлен и прошел всестороннюю проверку медико-технический комплекс (МТК).

Медико-технический комплекс ГНЦ РФ – ИМБП РАН предназначен для моделирования условий жизни и деятельности экипажа, максимально приближенных к условиям реальных космических объектов, обеспечению проведения эксперимента, моделирующего космический полет, в том числе межпланетный, длительностью не менее 500 суток с экипажем численностью 4-6 человек.

Комплекс состоит из нескольких экспериментальных установок (ЭУ), включающих:
1. Модуль ЭУ-50.
Модуль ЭУ-50 общим объемом 50 м³ предназначен для имитации посадочного марсианского модуля с расчетом пребывания в нем 3 членов экипажа в течение 2-3 месяцев и включает в себя:
- жилой отсек, включая 3 спальных места и рабочую зону;
- кухню;
- санузел;
- два переходных шлюза с люками для перехода в модуль ЭУ-150 и в шлюзовую камеру имитатора марсианской поверхности;
- системы обеспечения жизнедеятельности.
2. Модуль ЭУ-100.
Модуль ЭУ-100 общим объемом 100 м³ предназначен для проведения медицинских и психологических экспериментов и включает в себя:
- жилой отсек, включая 2 спальных места и рабочую зону;
- кухню-столовую;
- санузел;
- рабочие места с размещенной на них медицинской аппаратурой;
- переходной шлюз с люками, соединенный с модулем ЭУ-150;
- герметичную дверь в торце модуля и аварийный люк в противоположном торце модуля;
- системы обеспечения жизнедеятельности.
3. Модуль ЭУ-150
Модуль ЭУ-150 общим объемом 150 м³ предназначен для размещения и обитания 6 членов экипажа и включает в себя:
- 6 индивидуальных кают;
- кают-компанию для отдыха и общих сборов;
- кухню;
- санузел;
- главный пульт управления;
- три переходных шлюза с люками - торцевой для перехода в модуль ЭУ-50, торцевой для перехода в модуль ЭУ-100 и боковой для перехода в модуль ЭУ-250;
- системы обеспечения жизнедеятельности.
4. Модуль ЭУ-250
Модуль ЭУ-250 общим объемом 250 м³ предназначен для хранения продовольственных запасов, размещения экспериментальной оранжереи, одноразовой посуды, одежды и пр., включает в себя:
- холодильную камеру для хранения пищевых продуктов;
- хранилище со стеллажами для хранения продовольственных запасов, не требующих особых условий хранения, и одноразовой посуды и одежды;
- помещение экспериментальной оранжереи;
- тренажерный зал;
- шлюзовую камеру для удаления отходов;
- три герметичных двери – одна для соединения модуля со шлюзовым переходом в модуль ЭУ-150, две герметичных двери с металлическими лестницами в торцах модуля для предстартовой загрузки продовольствием и эвакуации экипажа;
- системы обеспечения жизнедеятельности.
5. Модуль «Имитатор марсианской поверхности» (ИМП).
Модуль ИМП общим объемом 1200 м³ предназначен для имитации марсианской поверхности и включает в себя:
- имитатор марсианской поверхности представляющий негерметичный отсек, предназначенный для пребывания экипажа в скафандрах, изолирующих от внешней среды;
- герметичные лестницу и кессон, отделяющий модуль ИМП от модуля ЭУ-50 и имеющий кладовую для хранения скафандров, гардероб и переходной шлюз.

 

Внешний вид медико-технического комплекса ИМБП

 

 

В медико-техническом комплексе ИМБП установлена система видеонаблюдения, имеющая 45 ТВ-камер внутреннего и внешнего наблюдения. ЦУП имеет доступ к любой из этих камер. Кроме этого,  в ходе эксперимента по заказу ЦУПа в кают-компании жилого модуля медико-технического комплекса устанавливается видеотелефон для двухстороннего обмена информацией экипажа и посетителями главного зала ЦУПа, из которого велось управление полётом орбитального пилотируемого комплекса «Мир». Имеется техническая возможность ведения переговоров экипажей медико-технического комплекса и Международной космической станции между собой.

 

 

Комплекс моделирования полета в ЦУП ЦНИИмаш

 

Во время проведения эксперимента ЦУП постоянно взаимодействует с ИМБП, принимает и обрабатывает поступающую из модулей медико-технического комплекса ИМБП информацию и отображает на своих технических средствах как полет межпланетного экспедиционного комплекса, так и работу экипажа в МТК ИМБП.

ЦУП разработал модели всех участков полета МЭК на основе баллистических расчетов траектории и варианта конструкции МЭК с энергетической установкой на солнечной батарее. Результаты моделирования выдаются на индивидуальные и коллективные средства отображения и внешним абонентам, имеющим доступ к информации комплекса моделирования. Разработанные модели позволили создать компьютерные фильмы о пилотируемом полете на Марс и комплексе моделирования в ИМБП.

 

 

При подготовке материалов для сайта использованы материалы ЦУП ЦНИИмаш, ИМБП, РКК «Энергия»,
книга «Пилотируемая экспедиция на Марс» Российской академии космонавтики им. К.Э. Циолковского.


вверх