Фотон-12



9 сентября в 20:59:59.762 ДМВ (18:00:00 UTC) с 4-й ПУ 43-й площадки 1-го Государственного испытательного космодрома Плесецк боевыми расчетами космических частей РВСН был произведен пуск РН "Союз-V" (11А511У), которая вывела на околоземную орбиту космический аппарат "Фотон-12" (34КС №12).
В 21:08:45 спутник был отделен от третьей ступени носителя и выведен на орбиту с начальными параметрами:
(Расчет по элементам Космического командования США дает следующие параметры орбиты: 62.79, 224.1, 398.1, 90.45. - Ред.)
В 22:10:10 раскрылись конструкционные элементы КА и он приступил к работе по программе.
Согласно информации Мирового центра данных по ракетам и спутникам, КА "Фотон-12" после выведения получил международное обозначение 1999-048А и номер 25902 в каталоге Космического командования США.

Спутник

КА "Фотон-12" и РН "Союз-V" изготовлены в Государственном научно-производственном ракетно-космическом центре "ЦСКБ-Прогресс" (г.Самара) по заказу Российского авиационно-космического агентства (РАКА). Аппарат предназначен для отработки космических технологий в условиях самого низкого уровня микрогравитации, который обеспечивают КА этой серии.
Программа полета выполнялась в интересах российского (РАКА), европейского (ЕКА), французского (CNES) и немецкого (DLR) космических агентств. На спутнике размещена научная аппаратура, предназначенная для исследования процессов диффузии и физики жидкостей в условиях микрогравитации,а также влияния космоса на биообразцы и конструкционные материалы. Приборы изготовлены в России, Бельгии, Германии, Италии, Нидерландах, Франции и Швеции.
Телеметрическая информация и научные данные со спутника "Фотон-12" принимались российскими наземными средствами, а также Центром пользователей системы "Фотон" в "ЦСКБ-Прогресс" в Самаре и "Центром теленауки" (telescience) в Кируне, Швеция.
Специализированный КА 34КС ("Фотон") предназначен для проведения экспериментов в области космического материаловедения, технологии и биотехнологии с целью получения экспериментальных образцов материалов с новыми или улучшенными свойствами, а также высокочистых лекарственных препаратов. КА, служащий также для отработки комплексов бортовой технологической аппаратуры, используется с 1985 г.


КА разработан на базе разведывательных спутников серии "Зенит" и конструктивно состоит из спускаемого аппарата (СА), приборного отсека, тормозной двигательной установки (ТДУ) и контейнера с химическими источниками тока (ХИТ).

Основные технические характеристики КА
Время активного существования, сут16
Масса КА, кг6410
Масса научной и экспериментальной аппаратуры, кг610
Среднесуточное энергопотребление научной аппаратуры, Вт450
Пиковое энергопотребление, Вт x мин в день700x90
Суммарная емкость источников тока 
для научной аппаратуры, А-ч
5940
для бортовых систем, А-ч
2310

Экспериментальная аппаратура устанавливается в сферическом СА внешним диаметром 2.3 м и объемом 4.7 м3. Полезный груз (ПГ) может размещаться в двух зонах в виде цилиндров диаметром 1.8 м и высотой 0.7 м и 0.6х0.4 м соответственно. В СА поддерживается температура от 0 до 40°С и давление от 0.46 до 1.5 атм.
Уровень микрогравитации менее 10-5. При выведении КА "Фотон" на орбиту перегрузки достигают 10 g, при спуске - 8 g, при развертывании парашютной системы - 40 g в течение 5-10 мс, и при посадке на землю - 40 g в течение 40-50 мс.
Обычно в верхней части СА расположен плоский цилиндрический контейнер диаметром 1.8 м с ХИТ, обеспечивающими энергопотребление ПГ во время полета, номинальная длительность которого может быть увеличена при необходимости до 18-20 сут. В контейнере может устанавливаться невозвращаемый ПГ. Так, в передней части "Фотона-11", запущенного в 1997 г., была закреплена германская возвращаемая капсула Mirka с экспериментальной аппаратурой.
Парашютно-реактивная система мягкой посадки, обеспечивая вертикальную скорость касания 3 м/с, позволяет повторно использовать СА и технологические установки после ремонта теплозащитного покрытия и послеполетного обслуживания.
При гашении колебаний после отделения от последней ступени РН, а также при ориентации КА перед выдачей тормозного импульса используется реактивная система ориентации (РСО) с соплами на сжатом газе. Для обеспечения микрогравитации при проведении экспериментов РСО выключается.

Эксперименты

На борту КА "Фотон-12" была установлена следующая научная и экспериментальная аппаратура:
EKA использует спутники "Фотон" (а ранее "Бион") для проведения биологических исследований с 1987 г. Это уже шестой полет подобных аппаратов, в подготовке которых принимали участие его специалисты. "Фотон-12" нес десять европейских приборов общей массой 240 кг для проведения экспериментов в невесомости, первые из которых начались уже через 32 мин после старта. В отличие от ряда предыдущих полетов, все зарубежные эксперименты на КА проводились на коммерческой основе.
FluidPac (Fluid Physics Facility - установка (для исследования) физики жидкостей) - прибор нового поколения для экспериментов с жидкостями в невесомости. Разработан и изготовлен по контракту EKA европейским консорциумом, возглавляемым компанией Verhaert Design & Development (Бельгия) с участием субподрядчиков Carlo Gavazzi Space (Италия), Alcatel Space Switzerland (Швейцария), Kayserltalia (Италия) и Universite Libre de Bruxelles (Брюссельский свободный университет, Бельгия). Предназначен для наблюдения и количественного измерения термокапиллярных явлений вдоль поверхности раздела "газ-жидкость", однако на нем могут выполняться и другие эксперименты в области физики жидкости. Прибор многократного использования, адаптивен, имеет многоцелевую диагностику и может включать три контейнера для сложных экспериментов.
Эксперименты выполняются автоматически, после закладки соответствующих ус -тавок (расписаний) и без обслуживания. FluidPac имеет интерфейс к системе телеуправления, способный уточнить некоторые параметры экспериментов, которые отрабатываются последовательно - оборудование позиционируется с помощью вращающейся платформы.
Конструктивно FluidPac состоит из двух основных частей: экспериментального блока (Experiment Box) и блока электронных агрегатов (Electronic Box Assembly).

Масса экспериментального блока125.7 кг
Масса блока электронных агрегатов47.6 кг
Общая масса блока FluidPac181.7 кг
Размеры экспериментального блока800х560х940 мм
Размеры блока электронных агрегатов825х345х715 мм
Электрическая мощность400 Вт

Для первого полета FluidPac на "Фотон-12" были подготовлены три эксперимента, названные BAMBI (подготовлен Брюссельским университетом, Бельгия), MAGIA (Гессенский университет, Германия) и TRAMP Щентр MARS, Неаполь, Италия). Каждый эксперимент должен был выполняться полностью в автоматическом режиме в течение примерно четырех дней, чтобы завершить весь цикл экспериментов за первые 12 дней полета. Их цели:
BioPan - средство для изучения космической биологии (в частности, радиационной биологии и экзобиологии), разработанное и построенное по контракту EKA компанией Kayser-Threde (Германия, основной подрядчик) и Kayserltalia (Италия, субподрядчик). После успешного квалификационного полета в 1992 г. BioPan совершил два эксплуатационных полета: один в 1994 г. на "Фотоне-9" (с шестью экспериментами), другой в 1997 г. на "Фотоне-11" (также с шестью экспериментами). На "Фотоне-12" BioPan совершил третий эксплуатационный полет с четырьмя экспериментами, названными Dosimap, Survival ("Выживание"), Vitamin и Yeast ("Дрожжи").
Контейнер цилиндрической формы BioPan установлен на внешней поверхности СА и снабжен откидывающейся теплозащитной крышкой. "Космическая сковорода" диаметром 40 см "поджаривает" биологические образцы под космическими и солнечными лучами, подвергая их воздействию вакуума и экстремальных температур.
Серия IBIS включает восемь экспериментов (шесть подготовлены французскими, один - китайскими и один - немецкими учеными):
Установка Agat оборудована шестью печными камерами, оснащенными прецизионной аппаратурой для измерения коэффициентов диффузии в расплавах (например,InSn, AINi). Эксперименты по нагреву и расплавлению образцов выполняются при температурах между 300 и 850° С и длятся от 5 до 9 час (в общей сложности 45 час).
Ученые Школы биологических наук Ноттингемского университета (Великобритания) подготовили эксперимент Symbio по исследованию взаимодействия между почвенными бактериями Rhizobium и 28 проростками клевера, образующими симбиоз по фиксации азота из атмосферы. После возвращения образцов на Землю специалисты планируют исследовать изменения, вызванные микрогравитацией в структуре рассады и способе, которым бактерии колонизируются на корнях. "Это поможет нам лучше понять, как Rhizobium взаимодействуют с корнями, и даст возможность культивировать бобовые растения на бедных почвах с недостатком азота, - сказал руководитель группы доктор Грег Бриарти (Greg Briarty), участвовавший в подготовке подобных экспериментов на шаттлах и станции "Мир". - В дальнейшем подобная информация необходима для разработки систем жизнеобеспечения в длительных космических полетах".
Второй эксперимент, подготовленный британцами, называется Stone, но больше известен как "Летающие камни" (Flying Stones). В теплозащитный экран СА "Фотона" монтируются три типа образцов горной породы. При сходе спутника с орбиты образцы, как и входящие в атмосферу Земли метеориты, будут подвергаться нагреву и оплавлению. Исследуя его форму и характер, ученые надеются получить ценную информацию для восстановления образцов микрометеоритов в тех местах, где они могут устойчиво сохраняться, например во льдах Антарктиды. Между прочим, руководит экспериментом проф. Ко-лин Пиллинджер, который также ведет проект марсианского посадочного аппарата Beagle 2.
Эксперимент направлен на поиск т.н. "марсианских метеоритов" - камней, заброшенных с Красной планеты на Землю. Хотя до настоящего времени найдено всего 14 подобных камней, расчеты показывают, что по крайней мере 100 т марсианского вещества должны осаждаться на нашу планету каждый год. Для идентификации таких метеоритов на внешней обшивке "Фотона" и находились несколько камешков, которые могли быть найдены на Марсе.
Шведская космическая корпорация (Swedish Space Corporation) по контракту ЕКА разработала блок "теленауки" TSU (TeleSupport Unite) или TeieScience для осуществления связи с Землей в эксперименте FluidPac. С помощью этого блока 2 Гбайта данных были сброшены на наземную станцию в ESRANGE (Кируна, на севере Швеции), а 250 Кбайт данных загружены на борт для эксперимента.
Для того чтобы соотнести "качество" микрогравитации с характеристиками полученных материалов и измерить параметры возмущений, в СА "Фотона" установлены немецкий прибор QSAM (Quasi-Steady Acceleration Measurement System - квазиустойчивая система измерения ускорений) и российский "Синус". Оборудование QSAM планируется использовать на Международной космической станции.
Для питания аппаратуры "Мираж" использовались экспериментальные литиевые автономные источники тока разработки научно-производственной фирмы "Итал-ЭС" (г.Москва), расположенные в контейнере ХИТ.
Работы "ЦСКБ-Прогресс" по внедрению в производство и эксплуатацию КА "Фотон" в июне 1999 г. были отмечены Губернской премией в области науки и техники за 1998 г.

Подготовка и полёт

Первый же прием телеметрии в 14УПе показал, что все системы работают хорошо, а пролет над Кируной в 19:33:00 UTC подтвердил, что блок TeleSupport функционирует нормально, FluidPack включился и температура внутри СА составила 20°С. "Старый пассажир" - BioPan также заработал. 10 сентября поступило подтверждение о начале эксперимента MAGIA.
Во второй день полета - 11 сентября в одной из подсистем установки FluidPac возник необъяснимый сбой, который прервал штатное выполнение эксперимента MAGIA. Насколько можно было судить по телеметрии, не было правильно выполнено переключение между двумя режимами оптической диагностики и эксперимент завис на промежуточном этапе.
Было высказано предположение, что бортовое программно-временное устройство не смогло сбросить программное запирание процесса. Московский ЦУП выдал последовательность команд на повторение цикла подачи электроэнергии к системе FluidPac, т.е. перезапустил таймер установки.
Данные телеметрии, полученные Москвой и Самарой на 31-м и 32-м витках, показали, что эксперимент MAGIA возобновился в нормальном темпе. Последующие пролеты над Кируной подтвердили, что FluidPac функционирует штатно. Группа инженеров начала анализ и локализацию неисправности.
"Операция по спасению" FluidPac стала превосходной демонстрацией успешного сотрудничества между ESRANGE, ЦУП и ЦСКБ. Надежная наземная сеть передачи данных также стала ключевым элементом успеха.
Во время 9-го пролета "Фотона-12" над Кируной TeleSupport загрузил новые параметры процесса FluidPac, подготовленные научной группой в ESRANGE, чтобы восполнить время, потерянное из-за сбоя.
При 15-м пролете над Кируной завершен 50-й виток вокруг Земли. После восстановления работоспособности FluidPac вел себя штатно, эксперимент MAGIA продолжался.
Список достижений и неудач европейских экспериментов на борту "Фотона-12" можно продолжать дальше. Расход электроэнергии оказался ниже расчетного, что позволило повторить некоторые эксперименты. Был крупный отказ в эксперименте BAMBI, связанный с залипани-ем контрольного клапана и отсутствием жидкости в экспериментальной ячейке, чуть не сорвавший всю программу. Эксперименты Agat в четырех "печах" удались; в двух камерах, однако, обнаружились проблемы с мощностью нагрева.

Посадка "Фотона"

Через 15 суток полета КА "Фотон-12" был сведен с орбиты путем включения бортовой ТДУ. Спускаемый аппарат с научными приборами и результатами экспериментов совершил посадку 24 сентября в 12:18 ДМВ (09:18 UTC) в 133 км северо-западнее Оренбурга в малонаселенном степном районе вблизи российско-казахстанской границы, в точке с координатами 52°28.7' с.ш., 53°50.2' в.д. (расчетная точка - 52°50' с.ш., 53°50' в.д.), на высоте 238 м от уровня моря. Температура в точке посадки была +10°С, ветер - 6 м/с.
В операции по поиску и эвакуации СА принимали участие шесть вертолетов Ми-8, один Ми-6 и две поисково-эвакуационные машины. Визуальный осмотр СА и его содержимого на месте посадки показал хорошую сохранность аппарата, а первоначальный анализ телеметрических данных указывает, что полетные эксперименты выполнены успешно. Через сутки СА был доставлен в Самару для проведения послеполетных операций, включая демонтаж научной аппаратуры и возвращение ее заказчикам.
Экспериментальные образцы ЕКА, критичные по времени, были срочно отправлены в Роттердам и переданы для анализа в Европейский центр по исследованиям космической технологии ESTEC в Нордвейке, Нидерланды. В чистую комнату этого Центра, в частности, был доставлен BioPan.

Используемые материалы