Russia's Cosmonauts Inside the Yuri Gagarin Training Center

17

In the meantime, the old Soyuz spacecraft was being replaced by the first

modification, Soyuz T. In order to prepare the crews, a new simulator called TDK-

7ST was built by SOKB-LII and delivered to the Cosmonaut Training Centre in 1979.

As well as this new Soyuz simulator, a second and third one were ordered from

OKTB Orbita in Novocherkassk. Called `Don-732' (it must be noted that while all

official publications speak of `Don-732', the simulator itself had `Don-732M'

painted on it until at least 2001. In 2003, this had been replaced by `Don-Soyuz-

TM'), the first of these simulators was specially built to have cosmonauts train for

both automatic and manual approach and docking of the Soyuz T with the Salyut

station. The other one was named `Pilot-732' and was a specialised dynamic

40 Simulators

A view of Korpus 1, around 1980. Behind the Soyuz simulator in the foreground is the

Salyut 6 simulator

simulator to train for manually controlled re-entry on the basis of the TsF-7

centrifuge profile.

Buran

Buran, the Soviet Space Shuttle programme, called for a new range of simulators

and the facilities to house them. Training of the cosmonauts for orbital flights would

take place in TsPK, but unlike previous programmes, Buran also called for specific

flight training for the approach and landing phases of missions. The test programme

for these phases was carried out under the direction of the Ministry of Aviation

Industry's Flight Research Centre (MAP-LII) in the city of Zhukovskiy, east of

Moscow.

In 1977, a group of test pilots was selected and underwent basic cosmonaut

training in TsPK. Four of them later performed approach and landing tests on a

Soyuz and Salyut 41

The Don-732M simulator

Buran analogue called BTS-2. Training for these tests took place in a Buran

simulator that was located at NPO Molniya, the prime contractor for Buran. This

simulator, called PDST, was built by SOKB-LII's successor, NII-AO (Scientific

Research Institute for Aviation Equipment). The pilots were also able to train on a

Tupolev Tu-154 aircraft that was specially modified to be able to fly Buran descent

patterns.

According to NII-AO information, they built two more Buran simulators; TDK-

F35 and PDST2. These were used from 1982 to 1991 and from 1987 until 1990

respectively

3

and were situated in the KTOK in TsPK. Up to the present day

however, there remain three Buran simulators in the KTOK. Who built the third one

is unclear.

KTOK was large enough to house a full-scale mock-up of the Buran orbiter, but

that was never delivered. In addition, construction of a separate building was begun,

for training crews to work with Buran's manipulator system and for training on an

orbiter that could be placed in a vertical position. But this training hardware also

was never delivered because of the cancellation of the Buran programme and the

building was never finished.

Soyuz modifications

Soyuz T 15 was the last flight of Soyuz T. In 1986, the Soviets moved to a new

modification of the Soyuz spacecraft called Soyuz TM. A new simulator, designated

TDK-7ST2, was therefore set up in Korpus 1A, built by NII-AO in close

42 Simulators

The TDK-7ST simulator being converted to the Soyuz TMA configuration, in 1998

cooperation with engineers from TsPK's simulator department. Commissioned on

4 April 1986, the first training session on TDK-7ST2 was conducted by Vladimir

Titov and Aleksandr Serebrov, who at that time were scheduled to fly a long

duration mission to the Mir station.

When Soyuz T was phased out, the Don-732 simulator became obsolete, and

OKTB Orbita was given the task of modifying it to Soyuz TM configuration. After

the reconfiguration, it was renamed Don-Soyuz-TM.

Since Soyuz TM served as the Soviet/Russian crew transportation ship from 1987

until the last in the series, Soyuz TM 34, returned to Earth on 10 November 2002,

TDK-7ST2 was used very frequently. On 14 February 2002, the 4,000th training run

was performed by the ISS-6 back-up crew at the time, Salizhan Sharipov, Carlos

Noriega and Don Pettit. By that time however, it was reportedly becoming problematic

to get spare parts for the simulator, as these were no longer being produced.

1

Soyuz and Salyut 43

The Soyuz TM simulator TDK-7TS2

A new player in the field

In November 1993, a new company was founded to build simulators for cosmonaut

training. Its name was `Tsentra Trenazhorostroyeniya' or TsT (Centre for Simulator

Building). Two months later, it opened an affiliate in Novocherkassk, into which the

OKTB Orbita was incorporated. Orbita had been building simulators for a number of

years and had been the prime contractor for Don-732, Don-Soyuz-TM and Don-17K.

THE MIR PROGRAMME

On 20 February 1986, the Mir station was launched from Baykonur. While the

transition of training from Salyut 6 to Salyut 7 had been fairly easy since both

stations were almost identical, Mir was a new generation space station, which called

for new simulators.

44 Simulators

Control console for the TDK-7ST2 simulator

The Mir training hall in 2003. In the background is the Vykhod 2 EVA training device

The Mir programme 45

Initially, it was possible to place the simulator for the Mir base block, called Don-

17KS, in Korpus 1 of the Engineering and Simulator Building, next to the Salyut

simulator. When the first add-on module, `Kvant', was planned, its simulator (Don-

37KE) was attached to the Mir without much problem. However, the modules

following Kvant were so large that the Salyut simulator had to be removed in order

to make room. The first was Don-77KSD, the simulator of the `Kvant-2' module. It

was followed by Don-77KST (`Kristall').

In 1995 and 1996, two more modules were added to the Mir complex; Spektr and

Priroda. Simulators for these modules were put up in TsPK, but there was no more

room available in the Engineering and Simulator Building. Korpus 1, the hall which

contained the Mir, Kvant, Kvant-2, Kristall and TORU simulators, was filled to

capacity, so a new location was found in the KTOK. Even with the three Buran

simulators already in situ, there was more than enough room left, so it became the

home for Don-77KSO (Spektr) and `Navazhdeniye' (Priroda).

As well as these large simulators, TsT also built Don-GP (Glavnyy Post), a special

trainer for operating the main control post of the Mir base block.

A further simulator, called `Teleoperator' but better known as `TORU', was set

up in Korpus 1 of the Engineering and Simulator Building. It was a replica of the

remote control station on board Mir, and was used to train crews in controlling the

approach and docking of unmanned Progress supply ships.

After the Mir programme had ended, it looked as if Korpus 1 was destined to

become an extension of the TsPK museum. Training activities had been replaced by

tour groups and official guests to TsPK being shown around the Mir modules. But in

2001, construction of a new training device began. Called `Vykhod 2' (Exit 2), this

The Don-77KSO ('Spektr') simulator in the KTOK, October 1999. Barely visible behind

it is the 'Priroda' simulator, 'Navazhdeniye'

46 Simulators

The `Teleoperator', or TORU trainer in Korpus 1. Later, Vykhod 2 was set up in the

open space in front of TORU

structure could be used by cosmonauts wearing Orlan EVA suits to practice egress

and ingress to the International Space Station. After it was finished in 2003, walls

were put up between Vykhod 2 and the Mir complex, to ensure that cosmonauts

could train in peace and quiet while tour groups were walking around the Mir

complex only metres away. Vykhod 2 was built by engineers from TsPK's

Experimental Plant in cooperation with TsT. Since TsT describes this trainer as

an upgrade, it seems that it was an upgrade of Vykhod 1.

21

The International Space Station

By this point, the Russians were preparing for the ISS programme as well. Plans

called for the first two modules to be Russian; the Functional Cargo Block `Zarya'

and the Service Module `Zvezda'. An order to build simulators of both modules went

out to two prime contractors, TsT in Moscow and NII-AO. Development took place

in close cooperation with RKK Energiya and Khrunichev, the prime contractor for

both modules.

In the night of 3±4 March 1998, the Zarya simulator was moved from

Khrunichev's plant in Moscow to TsPK. On 17 July 1998, it was followed by

Zvezda. Both were placed in the KTOK, next to Spektr and Priroda. It seems that

both were delivered in a half-finished state, since the final outfitting of the simulators

took place in TsPK between mid-1998 and early 1999.

17

Plans for simulators of the

Universal Docking Module (which was to be delivered in 1999) and for the Science

Power Platform did not materialise.

Both the Zarya and the Zvezda simulators were first used on 23 August 1999, by

the ISS-1 prime and back-up crews. Since all ISS Expedition crews, Soyuz `Taxi'

The Mir programme 47

crews, and Space Shuttle crews train on them, it wasn't long before the 1,000th

training session took place, on 12 February 2002.

Shortly after the International Space Station had become operational, the

Russians began using a new transport craft, Soyuz TMA. Of course, a new simulator

was needed to practice operating this new Soyuz modification, so the old STK-7ST

simulator was modified from the Soyuz T layout to that of the Soyuz TMA. Work

began in 1998, but it was not deemed necessary to move the simulator.

Reconfiguration was carried out in Korpus 1A and when it was finished, the

simulator was renamed TDK-7ST3. The first training session was conducted on 28

August 2001 by NASA astronaut Don Pettit.

During the transition from Soyuz TM to Soyuz TMA, a TMA Descent Module

was `incorporated' into the Don-Soyuz-TM simulator, enabling both the last Soyuz

TM crews and the first Soyuz TMA crews to train for manual dockings. The

Russians now had one Orbital Module and two Descent Module simulators next to

each other. The first training on the TMA Descent Module was conducted by ISS-5

crew members Valeriy Korzun and Sergey Treshchev on 5 March 2002.

While Pilot-732 was used to train crews for manually controlled re-entry based on

the TsF-7 profile, a new simulator was ordered for similar training based on the TsF-

18 profile. Although it is not clear where this new simulator is located, it was

reported in 2001 that it was being tested.

22

At present (2005), the TDK-7ST3 is the standard Soyuz simulator that is being

used to train the crews for ISS. But developments are on-going and yet another new

Soyuz modification (called Soyuz TMM) is being developed by RKK Energiya,

although its status is unclear. However, should that craft become operational, a

Control consoles for the Pilot-732 and Don-Soyuz-TM simulators

48 Simulators

Pilot-732 is used for practicing approach and manual docking

An overview of Korpus 1A. Don-Soyuz-TM can be seen in the foreground, with Pilot-

732 to its right. The Don-7ST3 (Soyuz TMA) simulator is visible in the background

The Mir programme 49

simulator will be needed, and there are already plans to convert the now unused

Soyuz TM simulator TDK-7ST2 for that purpose. Once the conversion has been

completed, it will be renamed TDK-7ST4.

1

OTHER SIMULATORS AND MEANS OF TRAINING

Besides these large simulators, TsPK also has a number of smaller ones that were

meant for training on specific aspects of Soyuz, Salyut, Mir and ISS. Built by the

centre's own simulator department, these were:

.

Oka-ARS, to train for manually controlled approach of Soyuz craft

.

Yenisey, to train for operating the Soyuz motion control system

.

Prichal, for practicing docking of Soyuz with DOS/Salyut orbital stations

.

Don-ERA, to train for operating the European Robot Arm (ERA), the ISS

manipulator arm

.

SPK-Don-21, the purpose of which is unclear, but since SPK is the Russian

Manned Manoeuvring Unit, this may have been its training device

.

Besides the Hydrolaboratory, the Ilyushins and Vykhod 2, cosmonauts have used

the TBK-50 thermal and vacuum chamber which is situated in the space suit

design bureau, NPO `Zvezda', in the town of Tomilino. Here, specific EVA tasks

have been practiced in simulated space conditions.

.

The training centre also maintains a simulator at the Baykonur Cosmodrome's

administrative-technical complex. Built in 1980 by OKTB Orbita, this specialised

simulator was called `Bivni' (`Tusk'). Its purpose was to allow cosmonauts to

maintain their skills in manually docking their Soyuz ferry craft, similar to the

Don-Soyuz-TM simulator in TsPK. Bivni was later upgraded twice, the

modifications being known as Bivni-2 and Bivni-3, in all probability for Soyuz

TM and Soyuz TMA.

Parabolic flights

Like NASA in the USA and ESA in western Europe, the Russians use aircraft flying

parabolas in order to let cosmonauts train for specific tasks during short periods of

zero-gravity. (This is now more correctly referred to as microgravity, but the term

zero-gravity remains the more familiar and is used throughout this book.) In the

1960s, a Tupolev Tu-104 was used. This plane was operated by the Gromov Flight

Research Institute in Zhukovskiy rather than TsPK. Later, the Ilyushin Il-76 would

become the standard plane for these flights and three such planes were added to the

fleet of the Seryogin Regiment. Their cabins were modified, with the walls, floors

and ceilings being padded to prevent injuries. The planes were designated Il-76MDK

and were used to familiarise cosmonauts with zero-g, to train them in moving around

in that environment, to don and doff space suits, and to handle large masses. The Il-

76s are the largest planes in the world that are used for this kind of training. The

cabin measures 14.18 metres long, 3.45 metres wide and 3.40 metres high. The crew

usually consists of three pilots, two flight engineers, and eight instructors, who assist

50 Simulators

Training photo of the 1970 group in a parabolic aircraft test. The people in the picture

are (from the left) unknown, Leonid Popov, Nikolay Fefelov and Vladimir Kozlov

Yuri Gagarin (right) observes Test-Parachutist V.I. Golovin during a training session in

the Tupolev Tu-104LL. Golovin is seated in a Vostok ejection seat. On the left is

Leading-Specialist L.M. Kitayev-Smyk

51

a total of twelve cosmonauts or other test subjects. A flight will usually last between

an hour and a half and two hours, during which ten to twenty parabolas are

performed. Each parabola will result in between 25 and 30 seconds of zero-g.

The plane goes into a dive, developing a speed of 620 kilometres per hour. It then

goes into an ascending curve until it reaches an altitude of 7200 metres, when the

crew sets the controls to idle and the craft continues to move through inertia along a

path resembling a Kepler parabola, during which weightlessness occurs. The

aircraft's speed drops to 420 kilometres per hour on the descending branch of the

trajectory and the aircraft moves along the curve in horizontal flight. They repeat the

cycle every three or four minutes and usually fly ten cycles at a time, but they can do

more, depending on the mission to be flown.

23

Earth Observation

A Tupolev Tu-154 has been modified for specialised observation to train cosmonauts

in space navigation and Earth observation of ground- and sea-based objects. They

also test space equipment on the aircraft, which is also based at Chkalovskiy and

operated by the Seryogin Regiment.

EVA TRAINING FACILITIES

Four years after Yuri Gagarin blazed the trail into space, having called upon more

than a year of specialised training, another Soviet cosmonaut, Aleksey Leonov,

created history by becoming the first person to venture outside a spacecraft in orbit

and walk in space. This new activity required much more specialised preparation ±

trying to reproduce the effects of zero-gravity while still firmly within the grasp of

Earth's gravity. For many years, the Soviets (and the Americans) had studied the

possibility of crews working in open space, on the Moon and, eventually, even on

Mars. This would all require the development of new equipment and the procedures

to support them, as well as techniques to allow potential space walkers to practice

their activities on Earth. Both the Soviets and the Americans followed similar paths

to prepare their crews for what is officially termed Extra Vehicular Activity (EVA)

and more commonly known as spacewalking.

24

Simulating spacewalking

One of the most effective and sustainable methods of EVA training is to use a large

tank of water. Elements of space hardware can be submerged in the tank and test

subjects (suitably weighted) can conduct simulated EVA operations. At TsPK,

there has been a huge facility available for EVA training for over 25 years and this

has allowed cosmonauts to perform regular training sessions over the evolving

space station programme. In addition, there are the two Vykhod facilities that cater

for 1-g and suspended gravity simulations of procedures and techniques.

Combining this with other 1-g facilities for ground run-throughs, the parabolic

aircraft flights and sessions in altitude chambers at TsPK, Zvezda and elsewhere,

the Russians have been able to train for and complete an impressive log of over 100

52 Simulators

During a short period of zero-g on board an Ilyushin Il-76MDK, a cosmonaut practices

egress from the Mir space station while wearing the UPMK manned manoeuvring unit

EVAs, gathering a wealth of experience in long-term EVA operations from space

complexes.

Hydrolab (underwater EVA training) Facility

As the emphasis of the Soviet manned space programme shifted from the delayed

lunar programme to the development of the long duration space stations in the late

1960s, it became apparent that it would also be possible to perform spacewalks from

the stations more frequently than from any previous Soviet manned spacecraft. A

suitable, dedicated training facility had to be provided to support such an increased

EVA training programme. The current EVA facility, called the Hydrolab, was

completed in the early 1980s and features a huge, 23-metre diameter, 12-metre deep

water tank filled with 5,000 litres of water maintained at a temperature of around

308C.

25

Large lamps floodlight the inside of the pool when required and once every

12±18 months, the water is emptied out and the whole facility is cleaned and

maintained.

The Hydrolab has been in use since the early 1980s and has supported the EVA

training of Salyut 6, Salyut 7, Mir and ISS crews since then. Using an overhead crane

system, full-size mock-ups of the Salyut station, modules of the Mir space complex

and, more recently, the Russian elements of the ISS, can be fixed on a support frame

at the base of the tank for simulated EVA operations. The Hydrolab facility is

managed by the Survival Department, whose current Head is former cosmonaut

EVA training facilities 53

A training session by cosmonauts Yuri Romanenko and Georgiy Grechko in the old

EVA training facility in TsPK, in 1977. From 1980 onwards, EVA training would be

conducted in the new Hydrolaboratory

Colonel Yuri Gidzenko. He recently took over from Nikolay Grekov, another former

cosmonaut, and Gidzenko is also responsible for both the centrifuge and survival

training. The Hydrolab has its own staff of specialists, divers and technicians.

Operationally, a safety and support team of six or seven scuba divers works in the

tank, assisting the crew as they follow their test programme. The EVA-suited test

subjects descend into the tank by means of a crane, as they are too cumbersome to

enter the water themselves. Their activities are recorded by two diver/cameramen,

who document their progress as the test proceeds. These films and photos are used

for post-simulation evaluation, or are sent up to a resident crew on a station for on-

orbit training for new EVA procedures or operations. This has been done on a

number of occasions where emergencies have occurred in orbit.

The test crew uses specially adapted suits for underwater work, which have

umbilical connections through a mock-up backpack. Weights can be inserted into

pockets at the wrist, waist, chest, ankle or back of the suit as required to suspend the

test subject at different depths in the tank for the simulated EVA operation that is

being performed. The test is monitored by a team of specialists from locations

around the exterior of the pool, using view ports to look into the tank. A central

control panel is located about halfway down the side of the tank and includes

stations for the test conductor, a chief doctor, and an EVA specialist. This team

controls the pace and progress of the test being conducted and monitors the

parameters of the EVA suits, the medical condition of the cosmonauts, and general

safety requirements.

54 Simulators

An EVA simulation begins with a briefing for the crew in the conference room

located on the second floor of the facility. Here, the principles of the hardware and