ПРОЕКТЫ НАШИХ ДНЕЙ
Проекты ОКС в наши дни опираются на более реальный фундамент. В последние годы в зарубежной печати опубликовано несколько проектов орбитальных станций. Рассмотрим некоторые из них.
Проекты фирмы «Мартин» (США), 1960 г. Один из проектов этой фирмы представлен на рис. 43. Это летающая космическая лаборатория с экипажем из четырех — шести человек, рассчитанная на проведение геофизических, астрономических и биолого-медицинских исследований в условиях невесомости. Поэтому в конструкции станции не предусмотрено каких-либо способов создания искусственной силы тяжести. Это в свою очередь ограничивает срок работы экипажа лаборатории между сменами. Смена предусматривается раз в две — три недели. Продолжительность пребывания станции на орбите — один год. Высота орбиты станции — примерно 660 км. Конструктивно станция выполнена как цилиндр, имеющий двойные стенки. Такая конструкция вытекает из требований тепловой, противорадиационной и антиметеорной защиты. Внешний экран выполнен из бериллия, внутренняя стенка — алюминиевая. Внутри цилиндра располагаются исследовательские лаборатории: геофизическая, астрономическая, биохимическая и медицинская, а также центр управления. Специальная аппаратура поддерживает внутри кабины температуру 16-32°С.
 Рис. 43. Проект орбитальной станции жесткой конструкции фирмы «Мартин» <США>: 1 — ракетный аппарат; 2 — центр управления; 3 — биохимическая лаборатория; 4 — медицинская лаборатория; 5 — астрономическая и геофизическая лаборатория; 6 — антенна; 7 — телескоп; 8 — телескопический рефлектор; 9 — космические лаборатории |
В конструкции предусмотрены различные антенны, а также установлены телескоп с большим фокусным расстоянием и телескопический рефлектор. Кроме того, предусмотрены наружные камеры для проведения исследования непосредственно в космической среде (космические лаборатории).
В верхней части цилиндра располагается специальный ракетный аппарат, предназначенный для снабжения, смены экипажа и аварийного покидания, спутника.
Другой проект той же фирмы в отличие от рассмотренного, выполненного целиком из металла, имеет принципиально иное конструктивное решение. Это так называемая полужесткая конструкция — отдельные ее отсеки заполняются воздухом уже после вывода на орбиту (рис. 44). На рисунке слева показана часть станции в сложенном состоянии, представляющая собой последнюю ступень ракеты-носителя. Объем ее при этом значительно меньше, чем в рабочем положении. После вывода на орбиту надувные отсеки становятся основным рабочим помещением. Эта конструкция также снабжается ракетным аппаратом для связи с Землей. Основные данные и назначение спутника те же, что и предыдущего проекта фирмы «Мартин».
 Рис. 44. Проект орбитальной станции полужесткой конструкции фирмы «Мартин» <США>: 1 — надувная сфера; 2 — летательный аппарат; 3 — оборудование |
Учитывая большие достоинства проекта полужесткой конструкции с точки зрения удобства вывода на орбиту, нельзя не сказать об его конструктивной сложности, а главное, о метеорной уязвимости.
Некоторые американские фирмы считают, что сборка космической станции на орбите является экономически более выгодной, особенно для крупного сооружения.
Проект фирмы «Локхид» (США), 1960 г. Станция предназначается для геофизических, астрономических и биологических экспериментов в космосе. Основной особенностью этого проекта (рис. 45) является сборка станции непосредственно на орбите, причем в основном из типовых элементов. Основными узлами конструкции ОКС должны быть цилиндрические и сферические секции. Диаметр сферы — 5,4 м, диаметр цилиндра — 3 м, длина цилиндра — 9 м.
 Рис. 45. Проект обитаемой космической станции «Локхид» <США>: 1 — ядерная силовая установка; 2 — защитный экран; 3 — излучатель; 4, 6 — лаборатория; 5 — причал; 7 — двигатель вращения; 8 — жилые помещения; 9 — кухня; 10 — оборудование; 11 — система регенерации; 12 — отсек управления; 13 — ремонтные мастерские; 14 — склады; 15 — вспомогательные энергетические установки; 16 — астробуксир |
После вывода на орбиту отдельных элементов производится их сочленение. Две сферы с двумя цилиндрами между ними образуют типовой узел в виде гантели. Из трех таких «гантелей», стыкуемых друг с другом в одной плоскости с помощью еще четырех цилиндров, и собирается станция. Средняя «гантель» служит осью вращения всей станции с целью создания искусственной силы тяжести. С одной стороны оси монтируется ядерная силовая установка с защитным экраном и излучающим радиатором перьевой конструкции. С этой же стороны оси расположены физические и астрономические лаборатории. На другом конце оси вращения размещается причал для космических ракет с руками-манипуляторами и входными люками для экипажа. Здесь же располагаются рабочий отсек с нулевым ускорением силы тяжести и медицинская лаборатория.
На одной из периферийных «гантелей» размещаются двигатели вращения ОКС, а также жилые помещения, кухня, секция аппаратуры связи и электронного оборудования и система регенерации. На других «гантелях» размещаются отсек управления и ремонтные мастерские. В осевых отсеках станции, где царит невесомость, размещаются топливные баки, склады, а также вспомогательная энергетическая установка.
Общий вес станции — около 200 т, причем около 60 т приходится на вес топливных баков и энергетической установки с защитным экраном. Длина станции — около 60 м, ширина — около 30 м. Станцию предлагается собрать на орбите высотой 512 км. Время существования на орбите — четыре года.
В целях лучшей защиты от метеоров проектом предусматривается двойная обшивка корпуса станции.
Бортовая энергетическая установка выполнена как ядерная турбогенераторная электростанция. Рабочее тело основного контура — пары ртути, в первичном контуре циркулирует жидкий натрий. Два турбогенератора рассчитаны на среднюю мощность 100 квт при пиковой нагрузке 300 квт. Длина всей энергетической системы с защитой из свинца и гидрата циркония — около 15 м.
Конструкторы предложили снабдить станцию вспомогательным аппаратом -астробуксиром. Для связи с Землей предполагается использовать специальный ракетный аппарат — астротакси, рассчитанный на семь человек.
Проект фирмы «Дуглас Эйркрафт» (США), 1960 г. Фирма предложила проект относительно недорогой космической астрономической обсерватории. Сама станция является второй ступенью двухступенчатой ракеты. В процессе вывода на орбиту вторая ступень, снабженная одним ЖРД, представляет собой бак для топлива, внутри которого в специальном отсеке размещены все механизмы управления и различное оборудование. В носовой части находится капсула с экипажем станции. Впоследствии капсула будет служить средством возвращения на Землю. Экипаж станции — четыре человека, высота орбиты — 555 км, вес станции — около 10 т.
На рис. 46 показана последовательность операций при приведении станции в рабочее положение. На рис. 46, а представлена схема станции в момент выхода на орбиту. Баки заполнены топливом (горючее — жидкий водород), экипаж находится в капсуле. После выхода на расчетную орбиту в первую очередь производится продувка водородных баков с помощью струи азота (рис. 46, б). Одновременно производится многократное изменение ориентации ракеты с целью прогрева бака солнечными лучами. Затем один из членов экипажа, перейдя в специальном космическом костюме из капсулы в центральный отсек, герметизирует бак и вскрывает люки отсеков оборудования. После проверки на герметичность азотом (рис. 46, в) бак заполняется воздухом и в него переходят остальные члены экипажа. Центральный отсек переводится в рабочее состояние, а затем открываются щиты носовой части, на внутренней поверхности которых размещены солнечные батареи. Станция получает ток. Один из членов экипажа выходит наружу в специальном костюме и монтирует внешнее оборудование (рис. 46, г). Общий объем помещения станции составляет 150 м3.
 Рис. 46. Проект орбитальной станции фирмы «Дуглас Эйркрафт» <США>: а — ракета при подъеме на орбиту; б — положение после выхода на орбиту; в — бак заполнен азотом; проверка на герметичность; г — станция заполнена воздухом и готова к работе |
Экипаж из четырех человек предполагается заменять раз в месяц. По расписанию один из членов экипажа отдыхает, а другой является дежурным, находясь в космическом скафандре. Это нужно на случай неожиданного повреждения внешних элементов станции.
Из астрономического оборудования на станции устанавливаются два больших телескопа. Члены экипажа ведут наблюдения, передают научные данные на Землю, поддерживают ориентацию станции и следят за системой обеспечения жизнедеятельности.
Проект фирмы «Норт Америкен Авиейшн» (США), 1962 г. Фирмой опубликован эскизный проект обитаемой космической станции с экипажем из 21 человека (рис. 47). ОКС весом 77 т (вместе с космическим лунным кораблем «Аполлон» весом 10 т) предполагается вывести на орбиту высотой 550 км с углом наклона 33° с помощью одной двухступенчатой ракеты «Сатурн С-5».
Вывод станции на орбиту предусмотрен в сложенном состоянии (рис. 47, а), при этом диаметр конструкции составляет 10 м, длина — 31 м. Затем станция трансформируется, приобретая форму шестигранного обода со ступицей и тремя спицами (рис. 47, б), при этом диаметр обода составит 45,7 м. Каждая из шести граней обода, ступица и спицы представляют собой отсеки, изолированные друг от друга герметичными перегородками и воздушными шлюзами. Все десять отсеков имеют автономные экологические системы. Вращением станции вокруг оси ступицы со скоростью 3 об/мин создается искусственная сила тяжести около 0,2 g. Вращение производится с помощью двух ЖРД с тягой по 23 кг.
 Рис. 47. Проект большой космической станции фирмы «Норт Америкен Авиэйшн» <США>: а — в сложенном положении <при запуске>; б — в развернутом положении <на орбите>; в — жилой отсек в разрезе; г — станция с пришвартованными кораблями «Аполлон»; д — ступица в разрезе; 1 — космический корабль «Аполлон»; 2 — обтекатель; 3 — сложенный обод; 4 — верхняя часть третьей ступени ракеты «Сатурн С-5»; 5 — ЖРД вращения; 6 — ЖРД ориентации; 7 — койки; 8 — душ; 9 — склад; 10 — воздушный шлюз; 11 — кухня; 12 — столовая и кают-компания; 13 — турель; 14 — камера для экспериментов в невесомости; 15 — спица |
Каждый отсек обода представляет собой типовой элемент — цилиндр длиной 22,8 м и диаметром 3 м. Пол внутри отсека (рис. 47, в) сделан ступенчатым, чтобы направление центробежной силы по возможности в любой точке совпадало с перпендикуляром к полу. С целью противометеорной защиты вся конструкция станции снаружи покрыта толстой многослойной обшивкой, состоящей из трех слоев алюминиевого сплава, сотовой панели и слоя пенополиуретана.
Из шести отсеков обода три жилых и три рабочих, причем на каждую пару отсеков разного назначения приходится по семь членов экипажа. В рабочем отсеке в каждый момент находится лишь один из семи членов экипажа — дежурный, остальные шесть отдыхают в жилом отсеке. Рабочие отсеки соединены со ступицей с помощью полых спиц диаметром 1,4 м, которые являются средством сообщения между отсеками. Центральный пост управления находится в одном из рабочих отсеков.
На ступице оборудованы причалы для лунных космических кораблей «Аполлон», причем одновременно может быть пришвартовано семь кораблей: один в центре ступицы по ее оси и шесть по окружности ступицы в радиальном направлении (рис. 47, г). В центре ступицы (рис. 47, д) размещается камера для проведения экспериментов в условиях невесомости, причем камера не вращается. Верхняя часть ступицы — турель — в момент причаливания к ней кораблей также не вращается. Но для перехода космонавтов из корабля внутрь станции и обратно турель раскручивается вместе с кораблями до скорости вращения станции, после чего воздушные шлюзы корабля и ступицы совмещаются. Экспериментальный отсек закрыт снаружи коническим обтекателем. Высота ступицы — 9 м, диаметр турели — 5 м, максимальный диаметр обтекателя — 10 м, высота его — 4 м.
Энергосистема ОКС состоит из нескольких панелей с солнечными элементами, шесть из них, площадью по 30 м2, размещены на нижних поверхностях оболочки обода; три панели, общей площадью 38 мг, размещены на поверхности спиц. Номинальная мощность системы — 12 квт, максимальная — 19,5 квт, научная аппаратура потребляет 1,5 квт.
Станция ориентируется на Солнце своей нижней плоскостью с точностью ±10°. Ориентация осуществляется с помощью четырех пар точно таких же ЖРД, которые вращают станцию. Этими же двигателями производится стабилизация станции при компенсации внешних возмущений, в том числе при швартовке космических кораблей.
Мы уже говорили, что станция выводится на орбиту в сложенном состоянии вместе с космическим кораблем «Аполлон». Во время полета экипаж (три человека) находится внутри корабля и управляет полетом. После выхода на орбиту экипаж в расчетной точке производит трансформацию (развертывание) станции. Развертывание обеспечивается специальными шарнирами в сочленениях и производится с помощью электромеханизмов, питающихся от аккумуляторов.
Предполагается, что в первые недели существования ОКС ее экипаж достигнет 12 человек и лишь через несколько месяцев укомплектуется полностью. По расчетам станция будет существовать три года, после чего экипаж будет эвакуирован с помощью кораблей «Аполлон», а станция сгорит при торможении в атмосфере. Кстати, семь кораблей «Аполлон» должны будут постоянно находиться у причалов ОКС на случай аварийного покидания станции. Эти же корабли будут служить средством сообщения с Землей, доставляя оттуда на борт ОКС ежегодно около 7 т продуктов питания.
Искусственная атмосфера, созданная внутри отсеков (давление 0,7 кг/см2), должна будет обновляться два раза в три года с помощью запасов сжатого воздуха в баллонах.
Станция будет оборудована научно-исследовательским и связным оборудованием, в том числе телевизионными камерами.
Многочисленные задачи, стоящие перед современной наукой и техникой в борьбе за овладение космосом и использование околоземного пространства, грандиозны. После первых успешных полетов советских и американских космонавтов вполне естественна постановка вопроса о создании обитаемых космических станций с длительным пребыванием на орбите вокруг Земли.
Мы рассказали лишь о немногом из того, что предстоит сделать в ближайшие годы с помощью новых технических средств познания космоса. Уже в ближайшее время задачи орбитальных станций значительно усложнятся и расширятся.
Дальнейшие планы запуска орбитальных аппаратов могут развиваться по различным направлениям. Либо это будет путь создания множества различных типов ОКС, каждая из которых будет решать свой узкий крут вопросов или близкие по характеру задачи (будут запускаться, например, метеорологические станции, астрономические обсерватории, межпланетные станции, спутники радиосвязи и др.), либо на орбите будут создаваться крупные комплексные космические станции для выполнения исследований в разнообразных областях науки и техники.
Эти два пути можно проследить уже на начальном этапе космических исследований. В отличие от искусственных спутников Земли, запущенных Советским Союзом, которые являлись сложными автоматическими станциями и решали целые комплексы научных задач, американские спутники, как правило, были узкоспециальными и предназначались для небольших программ исследований.
Создание крупных станций более сложно, требует совершенного комплексного автоматического оборудования и мощных ракет-носителей.
Комплексная станция выгоднее для проведения длительных исследований с большой программой. Такая станция даст большие преимущества с точки зрения веса и автоматизации вспомогательной аппаратуры (телеметрия, источники питания, связь и др.). Наконец, в комплексной станции можно с большим эффектом использовать присутствие человека, создав ему максимум удобств и обеспечив его автономными средствами сообщения с Землей и аварийного покидания. Поэтому создание крупных комплексных станций представляется более целесообразным.
Конечно, это не значит, что узкая специализация космической станции может быть совершенно отвергнута. Для решения некоторых задач она будет просто необходима.
Создание крупных станций на орбите под силу только странам с высокоразвитой индустрией, передовой наукой и современной техникой.
Для этого качественно нового шага на пути к овладению космосом потребуются напряженный труд ученых и инженеров, огромные усилия целых коллективов конструкторских бюро, десятков и сотен заводов и фабрик.
Вполне очевидно, что решение грандиозных планов завоевания космоса возможно лишь в условиях мира и путем тесного сотрудничества ученых и инженеров разных стран.
Первым очень важным шагом на пути к разрядке международной напряженности является подписанный в Москве 5 августа 1963 г. Договор о запрещении испытаний ядерного оружия в атмосфере, в космическом пространстве и под водой.
Этот Договор положил начало решению путем переговоров и других вопросов. Свидетельством этому является принятая Организацией Объединенных Наций резолюция, запрещающая вывод на орбиту оружия массового поражения.
Практическим шагом в области мирного исследования и использования космического пространства является соглашение о научном сотрудничестве, заключенное в 1963 г. между учеными СССР и США. Этим соглашением предусматривается обмен метеорологической информацией, получаемой обеими странами со своих метеорологических спутников, для чего решено в 1964 г. организовать специальный канал телетайпной связи между мировыми метеорологическими центрами, создаваемыми в Москве и Вашингтоне.
В 1964 г. намечено провести совместные эксперименты по осуществлению дальней радиосвязи с использованием американского спутника-ретранслятора «Эхо».
Соглашением предусматривается также сотрудничество между учеными СССР и США в составлении карты магнитного поля Земли с использованием спутников в период Международного года спокойного Солнца (1964-1965 гг.). Программой наряду с разнообразными исследованиями в верхних слоях атмосферы и в космосе предусматривается изучение земного магнетизма.
Мировая общественность рассматривает договоренность между СССР и США в мирном освоении космоса как хорошее и важное начало на пути к дальнейшему более широкому сотрудничеству в этой области.