Основы компоновки бортового оборудования пилотируемых космических аппаратов

Редколлегия

А.А. Александров (председатель, научный редактор серии), 
академик РАРАН, д-р техн. наук, профессор
В.Т. Калугин (зам. председателя), д-р техн. наук, профессор
И.В. Бармин, чл.-корр. РАН, заслуженный деятель науки РФ, 
д-р техн. наук, профессор
А.Б. Борзов, чл.-корр. РАРАН, д-р техн. наук, профессор
В.В. Зеленцов, чл.-корр. РАРАН, канд. техн. наук, доцент
В.Н. Зимин, д-р техн. наук, ст. науч. сотрудник
В.М.  Кашин, чл.-корр. РАН, академик РАРАН, д-р техн. наук, 
профессор
С.В. Коршунов, канд. техн. наук, доцент
Г.О. Котиев, заслуженный деятель науки РФ, д-р техн. наук, 
профессор
Г.А. Кувыркин, д-р техн. наук, профессор
А.Г. Леонов, чл.-корр. РАРАН, д-р техн. наук
А.Г. Лесков, д-р техн. наук, ст. науч. сотрудник
В.Н. Наумов, заслуженный деятель науки РФ, д-р техн. наук, 
профессор
С.Н. Резник, д-р техн. наук, профессор
В.В. Селиванов, академик РАРАН, заслуженный деятель 
науки РФ, д-р техн. наук, профессор
В.А. Тарасов, чл.-корр. РАРАН, д-р техн. наук, профессор
С.В. Ладов (отв. секретарь), канд. техн. наук, доцент

ОСНОВЫ КОМПОНОВКИ 
БОРТОВОГО ОБОРУДОВАНИЯ 
ПИЛОТИРУЕМЫХ КОСМИЧЕСКИХ 
АППАРАТОВ

Под редакцией Г.А. Щеглова

Допущено Федеральным учебно-методическим объединением в системе 
высшего образования по укрупненной группе специальностей и направле-
ний подготовки 24.00.00 «Авиационная и ракетно-космическая техника» в 
качестве учебного пособия для лиц (студентов, аспирантов, адъюнктов), 
обучающихся по основным образовательным программам высшего обра-
зования по специальности 24.05.01 «Проектирование, производство и экс-
плуатация ракет и ракетно-космических комплексов», по специализациям 
«Аэрокосмические ракетные системы» и «Пилотируемые и автоматические 
космические аппараты»

ISBN 978-5-7038-5134-0

УДК 629.786.2
ББК 39.62я7
 
О-75

Авторы:
А.В. Туманов, В.В. Зеленцов, Н.Л. Павлов, Г.А. Щеглов

Рецензенты:
кафедры «Космические системы и ракетостроение» (зав. кафедрой чл.-корр. РАН,  
д-р техн. наук, проф. О.М. Алифанов) и «Системы обеспечения жизнедеятельности 
и защиты ракетно-космических комплексов» (зав. кафедрой канд. техн. наук, 
доцент В.С. Пичулин) Московского авиационного института (национального 
исследовательского университета);
советник президента ПАО РКК «Энергия» имени С.П. Королёва,
канд. техн. наук, доцент А.П. Александров

Основы компоновки бортового оборудования пилотируемых кос- 
мических аппаратов : учебное пособие / [А. В. Туманов и др.] ; под ред.  
Г. А. Щеглова. — Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2020. — 
755, [5] с. : ил. — (Серия «Вооружение и военная техника»). 

ISBN 978-5-7038-5134-0

Приведены основные сведения и изложены исходные данные, необхо-
димые для проведения компоновки бортового оборудования пилотируемых 
космических аппаратов. Большое внимание уделено вопросам простран-
ственной организации пилотируемых аппаратов в контексте человеческой 
культуры, приведены основные сведения о компоновке транспортных ко-
раблей и орбитальных станций. Указаны критерии внешней и внутренней 
компоновки бортового оборудования, необходимого для осуществления 
космического полета. Приведены основные критерии качества выполнен-
ной компоновки и обширный справочный материал по целевому оборудо-
ванию и обеспечивающим системам.
Содержание учебного пособия соответствует учебной программе и курсу 
лекций, которые авторы читают в МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Для студентов высших учебных заведений, обучающихся по направле-
нию подготовки 24.05.01 «Проектирование, производство и эксплуатация 
ракет  и ракетно-космических комплексов».

О-75

УДК 629.786.2
ББК 39.62я7

© Оформление. Издательство
   МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020

ПРЕДИСЛОВИЕ

Развитие пилотируемой космонавтики ставит перед вузами задачу подготовки 
специалистов, обладающих комплексом универсальных компетенций по ком- 
поновке космических аппаратов с человеком на борту. До настоящего времени эти 
вопросы освещались в отдельных изданиях, посвященных, как правило, разработке 
той или иной системы. Данное учебное пособие подгтовлено как комплексное 
для обеспечения учебных курсов «Проектирование орбитальных станций» и 
«Проектирование двухсредных летательных аппаратов», читаемых на кафедре 
«Аэрокосмические системы» МГТУ им. Н.Э. Баумана, основанной Генеральным 
конструктором ракетно-космической техники, академиком В.Н. Челомеем — 
создателем уникальных систем вооружения и военной техники, в том числе 
пилотируемой орбитальной станции «Алмаз». Созданная для решения военных 
задач, эта станция стала основой для отечественных пилотируемых научных 
орбитальных станций «Салют» и «Мир», а также Международной космической 
станции.
Цель, которую должен достичь студент после изучения этого учебного 
пособия, — освоение общих принципов, основных положений и базовых методов 
формирования внешнего вида пилотируемого космического аппарата, а также 
базовых критериев и принципов, применяемых при создании компоновки бортового 
оборудования, предназначенного специально для аппаратов такого класса.
Задача учебного пособия — предоставить студенту учебный материал, 
способствующий овладению:
 
• базовыми знаниями об особенностях жизни и деятельности человека 
в условиях космического полета, о гуманитарных аспектах организации 
обитаемого пространства, существующих и перспективных компоновочных 
решениях, об основах устройства и технических характеристиках элементов 
бортового оборудования;
 
• методами сбора информации, необходимой для выполнения компоновки, 
из различных источников с использованием современных компьютерных 
информационно-телекоммуникационных технологий, а также методами 
анализа компоновочных решений по приведенным в пособии критериям;
 
• начальным уровнем практических навыков выполнения различных 
видов компоновки пилотируемых космических аппаратов и комплексов.
Компоновка космического аппарата — не формализуемый процесс. Здесь 
велика роль творческих идей, которые воплощаются в проектные решения.  
В процессе изучения основ компоновки, как и других творческих дисциплин, 
очень важно и полезно рассматривать различные примеры.

Предисловие 

Для помощи студентам при курсовом и дипломном проектировании в издании 
представлено достаточно много различных проектов пилотируемых космических 
аппаратов. Причем приведены не только успешно реализованные и реализуемые в 
настоящее время проекты космических апаратов, но и нереализованные концепции 
и идеи. Это сделано намеренно, поскольку многие идеи, «отлежавшись», 
оказываются актуальными или служат основой для новых проектов. Кроме того, 
такие примеры будут способствовать развитию у студента умения анализировать 
и оценивать собственные разработки.
Для того чтобы у обучающихся возникла потребность в генерации новых 
идей, авторы при изложении материала воздерживаются от прямой критики 
проектов (для этого имеется специальная литература) и не делают акцент ни на 
положительных, ни на отрицательных сторонах представляемых компоновок.  
Также намеренно не приведены методики расчетов, поскольку пособие 
должно служить отправной точкой для формализации компоновочных задач. 
Основное внимание уделено графическому материалу, который позволяет более 
наглядно передать компоновочную информацию, чем текстовое описание. Для 
экономии объема книги текстовое описание, дублирующее схемы, в большинстве 
примеров опущено. Предполагается, что студент будет самостоятельно или с 
помощью руководителя внимательно изучать предложенные схемы, приобретая 
опыт аналитической работы.
Для проведения детальных расчетов могут быть использованы существующие 
специализированные пособия, ссылки на которые даны в тексте. Работа 
с источниками информации — важная часть процесса проектирования, и 
студент должен освоить ее в процессе работы над проектами. Самостоятельный 
поиск информации, даже при наличии Интернета, имеющего «бесконечную 
емкость», оказывается затруднителен для студента, у которого не сформировано 
семантическое ядро — ему неясно, какие слова надо задавать поисковой машине. 
Чтобы помочь студентам начать поиск нужной информации, каждая глава пособия 
снабжена библиографией, содержащей ссылки на публикации и электронные 
ресурсы, использованные в процессе подготовки пособия. С помощью ссылок 
студенты смогут найти более подробную информацию по заинтересовавшей их 
теме и начать собственный поиск в информационно-телекоммуникационной сети.
Собранные в книге примеры показывают, что компоновка пилотируемого 
космического аппарата значительно сложнее компоновки автоматического 
космического аппарата. Центральным объектом здесь является человек, в связи 
с чем студентам потребуется знание технических дисциплин, а также придется 
разбираться в вопросах, относящихся к биологии, медицине, психологии, 
эргономике, архитектуре, искусству, философии. Поэтому книга открывается 
введением, где раскрываются причины, побуждающие человека стремиться в 
космос, а также представлены существующие проекты космических объектов 
различных масштабов.
Материал книги разделен на три части, каждая из которых соответствует 
модулю учебного плана дисциплины «Основы компоновки орбитальных станций» 
и этапу компоновочных работ: сбор исходных данных, определение облика 
пилотируемого космического аппарата, компоновка специфических для него 
элементов бортового оборудования и систем. Предполагается, что для компоновки 
бортового оборудования пилотируемого космического аппарата, общего с 

Предисловие

автоматическими космическими аппаратами (системы управления движением, 
энергетические системы и пр.), студенты будут использовать и другие пособия 
по основам компоновки бортового оборудования космических аппаратов, список 
которых приведен в конце издания.
В первой части содержатся исходные данные, необходимые для выполнения 
компоновки на основе заданной программы космического полета. В главе 1 
приведены юридические аспекты космической деятельности, а также общие 
сведения о построении космической программы и космической логистике.  
В главе 2 рассмотрены физиологические и биологические данные о человеке и 
воздействующих на него факторах во время космического полета. Принципы 
организации пространства в аппарате и фундаментальные основы архитектуры 
изложены в главе 3.
Во второй части даны примеры формирования общей компоновки пило-
тируемого космического аппарата. В главе 4 рассматривается блочно-модуль-
ный подход к его компоновке, в главе 5 приведены особенности компоновочных 
решений отдельных модулей, в главе 6 собраны примеры компоновок космических 
комплексов. Глава 7 посвящена проектам пилотируемых космических аппаратов 
с искусственной силой тяжести.
В третьей части приведена информация, полезная для выполнения компоновки 
элементов бортового оборудования. В главе 8 представлены способы зонирования 
пространства и оформления интерьера кабины пилотируемого космического 
аппарата. 
В главе 9 рассказывается о внекорабельной деятельности, дается описание 
конструкции скафандров, шлюзовых камер различных пилотируемых космических 
аппаратов, способов перемещения и фиксации космонавта во время внекорабельной 
деятельности, а также рабочих инструментов и приспособлений, используемых 
космонавтами. Приведены примеры размещения научной аппаратуры на поверхности 
российского и американского модулей Международной космической станции. 
В главе 10 изложены эргономические требования к компоновке рабочего 
места космонавта и пультов управления. В главе 11 собраны данные о схемах и 
компоновочных элементах системы обеспечения жизнедеятельности российского 
и американского сегментов Международной космической станции. В главе 12 
рассмотрены вопросы компоновки систем обеспечения безопасности и надежности, 
а также приведены способы защиты экипажа пилотируемого космического корабля 
от различных факторов.
Авторы выражают благодарность рецензентам: летчику-космонавту СССР, 
советнику президента ПАО РКК «Энергия» имени С.П. Королёва, кандидату 
технических наук А.П. Александрову и сотрудникам Московского авиационного 
института (национального исследовательского университета) — заведующему 
кафедрой «Космические системы и ракетостроение» члену-корреспонденту РАН, 
доктору технических наук профессору О.М. Алифанову заведующему кафедрой 
«Системы обеспечения жизнедеятельности и защиты ракетно-космических 
комплексов», кандидату технических наук В.С. Пигулину за ценные замечания. 
Предлагаемая вниманию читателя книга относится к числу учебных изданий, 
входящих в серию «Вооружение и военная техника», ориентированную на изложение 
теоретических основ и прикладных задач базовых дисциплин, преподаваемых на 
кафедрах факультета специального машиностроения МГТУ им. Н.Э. Баумана.

ПРИНЯТЫЕ СОКРАЩЕНИЯ

 АС МКС — американский сегмент МКС
 
БА — бортовая автоматика
 
БВК — бортовой вычислительный комплекс
 
БВC — бортовая вычислительная система
 
БКАУ — бортовой комплекс автоматического управления
 
БНО — баллистико-навигационное обеспечение
 
БО — бытовой отсек
 
ВА — возвращаемый аппарат
 
ВКД — внекорабельная деятельность
 
ВНП — вероятность непробоя
 
ВОО — высокая околоземная орбита 
 
ГК — грузовой корабль
 
ГКИ — галактическое космическое излучение 
 
ГОГУ — главная оперативная группа управления
 
ДУ — двигательная установка
 
ИГА — искусственная газовая атмосфера
 
ИМО — информационно-медицинское обеспечение
 
ИОДЭ — информационное обеспечение деятельности экипажа 
 
ИПТ — инженерно-психологические требования
 
ИСЗ — искусственный спутник Земли
 
ИСТ — искусственная сила тяжести
 
ИТО — информационно-телеметрическое обеспечение
 
КА — космический аппарат 
 
КДО — контрольно-диагностическое обеспечение 
 
КИК — командно-измерительный комплекс
 
КПО — командно-программное обеспечение
 
КЭС — космическая эргономическая система
 
МИМ — малый исследовательский модуль 
 
МКС — Международная космическая станция
 
МЛМ — многофункциональный лабораторный модуль
 
МТКА — многоразовый транспортный космический аппарат
 
НА — научная аппаратура
 
НКУ — наземный комплекс управления

Принятые сокращения

 
НОО — низкая околоземная орбита
 
НУР — нормативный уровень радиации 
 
НшС — нештатная ситуация
 
ОГБ — отделяемый головной блок
 
ОДЭ — ошибки, допущенные экипажем 
 
ОИП — объекты искусственного происхождения 
 
ОК — орбитальный комплекс
 
ОПС — орбитальная пилотируемая станция
 
ОС — орбитальная станция 
 
ПКА — пилотируемый космический аппарат
 
ПК — пилотируемый корабль
 
ПКС — пилотируемая космическая станция 
 
ПН — полезная нагрузка
 
ПОН — программа обеспечения надежности
 
ПРМ — переносное рабочее место
 
ПУ — пульт управления
 
РН — ракета-носитель 
 
РПЗ — радиационный пояс Земли
 РС МКС — российский сегмент МКС
 
РСУ — ручная система управления 
 
РТК — радиотехнический комплекс
 
РТО — радиационный теплообменник 
 
СА — спускаемый аппарат
 
САС — система аварийного спасения
 
СБ — солнечные батареи
 
 СЖО — система жизнеобеспечения
 
СИО — система исполнительных органов
 СКИ — солнечное космическое излучение
 СКРО — система контроля радиационной обстановки
 
СМ — служебный модуль
 
СО — стыковочный отсек
 СОБР — система обеспечения радиационной безопасности
 
СОВ — система подачи питьевой, санитарно-гигиенической 
 
  
и бытовой воды и удаления жидких отходов
 СОГС — система обеспечения газового состава
 СОИ — система отображения информации
 СОП — система обеспечения продуктами питания и удаления 
 
  
твердых отходов
 СОТР — система обеспечения теплового режима
 СПО — система поддержки оператора
 СПС — солнечное протонное событие
 СПУ — система полуавтоматического управления

Принятые сокращения  

 
СС — система связи
 ССКУ — спутниковая система контроля и управления
 СТИ — система телеметрической информации 
 
СТР — система терморегулирования
 
СУ — система управления
 СУБК — система управления бортовым комплексом
 
СУД — система управления движением
 СЭП — система энергопитания
 
ТК — транспортный корабль
 
ТКА — транспортный космический аппарат 
 
ТКС — транспортный корабль снабжения
 УРМ — универсальное рабочее место
 
ФГБ — функционально-грузовой блок
 ФЭП — фотоэлектрические преобразователи
 
ШК — шлюзовая камера
 ЦКР — центрифуга короткого радиуса
 ЦНС — центральная нервная система
 ЦУП — центр управления полетом