Создание орбитальной космической станции

Наш путь покорения космического пространства — это путь решения коренных, фундаментальных проблем науки и техники. Создание орбитальных станций со сменяемыми экипажами советская наука рассматривает как магистральный путь человека в космос.

(статья из журнала Наука и Техника, от апреля 1970 г.)

Еще несколько лет назад о долговременных орбитальных станциях говорили, как о чем-то далеком. В книгах и журналах мы с интересом рассматривали проекты этих космических научно-исследовательских лабораторий будущего. И вот недавно на митинге, посвященном встрече отважной космической семерки, Леонид Ильич Брежнев сказал: «В только что завершенном полете проведен широкий комплекс исследований, в итоге которых достигнуты качественно новые результаты, взят важный рубеж в развитии космической техники. Наша наука подошла к созданию долговременных орбитальных станций и лабораторий — решающего средства широкого освоения космического пространства». Для создания в космосе большой орбитальной станции с многочисленным экипажем и длительным временем существования задач еще предстоит решить немало: надо выяснить, как влияет на человека длительное пребывание в космосе, в какой степени нужна искусственная тяжесть, надо изучить и отработать отдельные технологические процессы и операции, разработать научную аппаратуру. Но много принципиально важных вопросов создания станций советской космонавтикой успешно разрешено. Не только опробованы многие операции, связанные с созданием и функционированием таких станций и лабораторий, но в реальном полете был создан прообраз космической станции будущего — первая в мире экспериментальная космическая станция (см. схему). Произошло это 16 января прошлого года, когда на околоземной орбите были состыкованы корабли «Союз-4» и Союз-5».

О ЗАДАЧАХ, которые могут быть решены с помощью орбитальных станций, в последнее время специалисты много пишут. Из этих высказываний следует, что существует по крайней мере четыре обширные области, в которых использование орбитальных станций и лабораторий может дать наибольший эффект.

1.            Ученые считают, что вынесение исследований на околоземную орбиту окажет огромное влияние на дальнейшее развитие таких наук, как геофизика, астрофизика, астрономия, геология,- география, метеорология, биология, медицина. Дальнейшее развитие «земных» наук станет возможным благодаря проведению различных глобальных или крупномасштабных исследований в короткие сроки. Прогресс «небесных» наук станет возможным благодаря вынесению исследовательской аппаратуры за пределы земной атмосферы, существенно препятствующей оптическим наблюдениям и поглощающей часть различных излучений, идущих от Солнца и из космоса.

2.            Другой весьма обширной областью применения орбитальных станций и лабораторий может явиться изучение природных ресурсов нашей планеты и

практическое использование их в интересах народного хозяйства. По мнению специалистов, они много могут дать сельскому и лесному хозяйству. Известно, что для эффективного использования земель и лесов необходимо иметь о них достаточно полное представление. Информация, полученная с помощью орбитальных станций, поможет увеличить урожайность, повысить качество сельскохозяйственных культур, расширить обрабатываемые человеком земли и сократить потери урожаев от вредителей и заболеваний растений. С помощью орбитальных станций может быть получена ценная информация о распределении, составе, качестве и количестве поверхностных и подземных вод. Появится возможность более точно оценивать состояние водных ресурсов в зависимости от климатических и физических факторов. В результате еще большее развитие могут получить ирригация и мелиорация.

Расширятся наши представления об океанах и происходящих в них процессах, что позволит более эффективно использовать их экономический потенциал: увеличится улов рыбы и добыча морского зверя в результате прогнозирования наиболее благоприятных промысловых районов.

Разведка полезных ископаемых с воздуха дает положительный результат во многих странах. На самолетах наряду с аэрофотосъемочной аппаратурой устанавливались приборы, исследующие различные характеристики местности, регистрирующие изменения магнитного поля и гравитации. Это привело к открытию крупных месторождений полезных ископаемых. Переход от установленной на самолетах аппаратуры для геологических изысканий к приборам на космических аппаратах специалисты считают логическим развитием уже достигнутого уровня. Информация, полученная на орбитальных станциях и спутниках, современные наземные средства и научные методы анализа позволят выявить возможные районы полезных ископаемых и устанавливать их промышленное значение.

3.            Третьей важной областью применения орбитальных станций может стать использование уникальных условий — невесомости и вакуума для производства материалов, деталей, приборов, которые в земных условиях производить очень сложно или невозможно. Так, например, здесь можно будет изготовлять шарики для подшипников практически идеальной сферической формы, всевозможные высокочистые материалы и сплавы. Электростатические поля, капиллярные силы и силы поверхностного натяжения в условиях космоса могут стать инструментами обработки литья. Тут можно будет изготовлять большие линзы и зеркала высокого качества — в них особенно нуждаются астрономы.

4.            Наконец, орбитальные станции много дадут самой космонавтике — позволят ей сделать новый качественный скачок в своем развитии. Они могут стать космодромами в космосе, стартовыми площадками для запуска кораблей к планетам Солнечной системы. На них будут проходить тренировки космонавтов, отработка систем космических аппаратов, сборка и отладка межпланетных кораблей. Внеземные станции окажутся весьма выгодными для организации дальней космической связи с межпланетными аппаратами. Не связанные с суточным вращением Земли, не подвергаясь воздействию ветров и других природных явлений, мешающих работе наземных станций связи, находясь далеко от источников наземных помех, орбитальные станции будут обладать неоспоримыми преимуществами. Они позволят использовать для дальней космической связи лазеры, что сложнее осуществить с Земли из-за рассеивания луча лазера в атмосфере.

ЧТО ЖЕ БУДУТ СОБОЙ ПРЕДСТАВЛЯТЬ эти станции и лаборатории? В чем их отличие от существующих космических аппаратов?

Как известно, в Советском Союзе уже была создана на околоземной орбите экспериментальная космическая станция в результате стыковки кораблей «Союз-4» и «Союз-5». Космический корабль типа «Союз», его компоновка и конструктивные особенности позволяют успешно решать комплекс проблем, связанных с созданием долговременных орбитальных станций.

«Союз» одновременно является прообразом и станций, и транспортных космических кораблей, предназначенных для смены экипажей станций и доставки на них грузов. Для выполнения первой функции он имеет в своем составе два жилых отсека: отсек экипажа и орбитальный отсек. Последний является прототипом научных лабораторий. Деятельность космонавтов в этом отсеке во время полета позволяет выявлять специфику научной работы на станции и создавать рациональные методы и приемы проведения исследований в новых для человека условиях.

А что дает нам право говорить о «Союзе» как о прообразе будущего транспортного корабля, назначение которого — совершать регулярные рейсы между Землей и орбитальной станцией? Прежде всего то, что «Союз» имеет двигательную установку, аппаратуру дальней радиосвязи, системы ориентации и управления движением со счетно-решающим устройством, систему жизнеобеспечения и отсек экипажа, из которого космонавты управляют полетом корабля и в котором возвращаются на Землю, а главное, обладает широкими возможностями маневрирования.

Это как раз то, что необходимо транспортным кораблям для связи с орбитальной станцией, сближения с ней, маневрирования на орбите и причаливания, доставки сменного экипажа и груза, а затем возвращения на Землю. Все эти операции были успешно проделаны в последних полетах «Союзов». МАЛЫЕ И БОЛЬШИЕ СТАНЦИИ

Сейчас, когда специалисты заводят речь об орбитальных станциях, можно услышать выражение «малые станции», «большие станции». Почему их так называют, в чем их отличие?

Специалисты считают, что размеры орбитальных станций, их конструктивные особенности будут определяться способами их сборки. Наиболее вероятны два способа сборки — на Земле и на орбите. В первом случае станция полностью будет собираться на Земле и готовой к работе выводиться на орбиту. Вес таких «малых» станций будет доходить до нескольких десятков тонн и в какой-то степени определяется мощностью ракеты-носителя. Время активного существования «малых станций», очевидно, не будет превышать нескольких месяцев. Они будут предназначаться для решения наиболее важных научных и народнохозяйственных задач, преимущественно близких по своему характеру. Такие станции будут достаточно маневренными.

Сборка на орбите позволяет создавать большие станции, практически любого веса, размера и вида. Отдельные блоки, секции, элементы или даже космические корабли будут последовательно выводиться ракетами-носителями и собираться автоматически или специальной монтажной группой. Большие станции весом в сотни тонн будут предназначаться для решения широкого круга научных и народнохозяйственных задач. Время активного существования таких стаций может исчисляться годами и даже десятилетиями.

Численность экипажа станции может быть разной: несколько человек или несколько десятков человек. Высказывается предположение, что в будущем, когда на орбитальных станциях станет возможным организовать производство каких-либо материалов или изделий, их экипажи могут состоять даже из нескольких сотен человек. Что касается состава экипажей орбитальных станций, то в числе их членов могут находиться летчики-космонавты и инженеры, управляющие полетом и занимающиеся техническим обслуживанием, инженеры-исследователи, медики, биологи, физики, астрономы и ученые других специальностей.

ПАРАМЕТРЫ ОРБИТ СТАНЦИИ будут определяться задачами исследований, а также такими факторами, как затраты топлива на коррекцию орбиты, обеспечение надежной радио- и телевизионной связи станции с Землей, экономичность транспортных сообщений между станцией и Землей и другими.

Но орбитальная станция — не только удобное для работы и жизни специалистов помещение. Это — оснащенное современной аппаратурой небольшое (а в будущем и большое) научно-исследовательское учреждение. Поэтому наряду с решением проблем, связанных с созданием орбитальных станций, разрабатывается аппаратура, с помощью которой могут быть решены задачи, стоящие перед орбитальными станциями.

Независимо от многообразия этих задач, первостепенный интерес представляют два вида информации, которая может быть получена на орбитальных станциях при изучении Земли и ее природных ресурсов. Это — изображения каких-либо участков земной поверхности и объектов на ней в виде черно-белых, цветных, стереоскопических фотографий (сюда же надо отнести и телевизионные изображения). Другим видом информаций являются спектры земных и атмосферных образований. Из космоса не так-то просто обнаружить интересующие нас объекты, участки на суше или в океане. Надо научиться находить их, знать, как они выглядят на фотографиях. Что же касается спектров, то из хаоса излучений Земли надо научиться отбирать именно те, которые принадлежат изучаемым объектам. Предстоит выяснить, в каком диапазоне электромагнитных волн целесообразно проводить наблюдение при решении тех или иных научных и народнохозяйственных задач.

Поэтому большую ценность представляют научные эксперименты, выполненные на кораблях «Союз-6», «Союз-7» и «Союз-8». Космонавты проводили фотографирование и киносъемку, изучали яркость характерных образований на земной поверхности при различных положениях Солнца, отражательную способность территорий, покрытых лесами, пустынь, открытых водных пространств, облачных и ледовых полей. Они исследовали поляризацию света, отраженного атмосферой, земной и водной поверхностью, снимали спектрометрические характеристики участков суши. Полет этих кораблей позволил одновременно и последовательно наблюдать за поверхностью Земли и атмосферными явлениями с различных точек пространства.

Такие эксперименты, исследования и наблюдения будут проводиться и впредь. Их цель — выявление признаков, по которым могут быть идентифицированы интересующие нас объекты. Например, специалисты должны знать, как выглядит на снимках зараженный вредителями или пораженный заболеваниями лес, какие спектры отраженной или излученной радиации характеризуют его. Не исключено, что многие объекты могут быть идентифицированы не по одному, а только по целому ряду признаков. Вместе с тем, один и тот же снимок, сделанный с борта орбитальной станции, в равной мере может быть полезен и геологам, и гидрологам, и почвоведам. Это говорит не только о большой и разнообразной информации, которую несут фотографии земной поверхности, но и о высокой экономической эффективности прикладного использования космической техники.

ЧТО БУДУТ ПРЕДСТАВЛЯТЬ СОБОЙ ПРИБОРЫ для наблюдений из космоса? Очевидно, важное место среди них займут различные фото- и кинокамеры. В последние десятилетия достигнут значительный прогресс в создании высокочувствительных фотопленок, обладающих большой разрешающей способностью. В печати приводились данные о том, что современная цветная пленка обеспечивает разрешение 50—75 строк на миллиметр, а черно-белая еще больше — свыше 100 строк на миллиметр. Высказывается предположение, что дальнейшее повышение чувствительности фотоматериалов позволит превысить и эту величину. Но получение качественных снимков зависит не только от пленки, но и от фотокамер. Известно, что чем больше фокусное расстояние камеры, тем более детальные снимки земной поверхности могут быть получены. В прессе сообщалось об испытании камеры с фокусным расстоянием 6,1 м.

Важное значение имеет также создание систем, производящих одновременную съемку в различных частях спектра, например в видимых и инфракрасных лучах, с одновременной пассивной радиолокационной съемкой, в результате которой получаются радиотеплолокационные изображения. Сопоставление снимков, сделанных в различных частях спектра, позволит получить информацию, которая при съемке только в одной части спектра недостижима. При одновременной съемке в различных частях спектра можно, например, установить содержание влаги в почве, материал, из которого выстроены те или иные сооружения; определить высоту деревьев (и других объектов), тип растений и степень пораженности болезнями, тип и пористость скальных пород, соленость и загрязненность воды, температуру, давление и влажность на различных высотах в атмосфере. По мнению специалистов, на орбитальных станциях, предназначенных для получения информации для нужд сельского и лесного хозяйства, должны находиться приборы, производящие съемку в 10 различных диапазонах спектра.

До сих пор мы говорили об устройстве станции, о приборах. А что же будет делать на ней человек? Неужели он будет только обслуживать технику? Конечно, нет. Орбитальные станции будут самыми настоящими космическими научно-исследовательскими лабораториями и институтами. А можно ли себе представить такую лабораторию или институт без людей! «Выход продукции» орбитальных станций будет увеличиваться по мере накопления научной информации, опыта у специалистов. Функции человека на борту орбитальной станции могут быть различными. Его участие в исследованиях повысит эффективность выполнения задач благодаря использованию его реакции, способности анализировать информацию, делать выводы, принимать решение в неожиданных ситуациях. Участие человека позволит упростить некоторые элементы бортовой аппаратуры и принцип их действия.

Автомат иногда выигрывает в быстродействии, в скорости «мышления», но в гибкости и полноте «мысли» ему не сравниться с человеком. Наш мозг обладает способностью к обобщению, чего начисто лишены даже самые совершенные автоматические устройства. Человек может производить быстрый и точный анализ и синтез информации, выбирать из колоссального объема разнообразной информации ту, которая требуется ему в данное время.

Однако необходимость пребывания человека в космосе не следует понимать как присутствие его на каждом космическом объекте, при каждом научном исследовании. Создание орбитальных станций не исключает, а даже предполагает наличие на орбитах вокруг Земли автоматических станций и лабораторий, которые человек периодически будет навещать для проведения профилактических и ремонтных работ, замены или перенастройки научной аппаратуры.

Так сбывается предсказание Циолковского о том, что человек создаст станции и лаборатории в космосе.