Текст книги "Битва за звезды-2. Космическое противостояние (часть II)"

Автор книги: Антон Первушин

сообщить о нарушении

Текущая страница: 7 (всего у книги 24 страниц)

Орбитальная станция «Freedom»

He следует думать, будто бы НАСА при подготовке или после запуска «Скайлэб» отказалось от других перспективных проектов долговременной орбитальной станции.

Например, с начала 1970 года обсуждался проект огромной «Космической базы» («Space Base») на 50 человек со сроком эксплуатации в десять лет, состоящий из девяти модулей.

В перспективе эту базу планировалось расширить до «космического отеля», который мог бы вмещать 400 космических туристов.

Однако более реальным в то время представлялся проект «Фридом» («Freedom»), к участию в котором НАСА собиралось привлечь космические агентства других стран. Станция «Фридом» должна была заменить «Скайлэб» и стать основой новой космической программы США, нацеленной на реализацию Стратегической Оборонной Инициативы.

В июле 1984 года президент США Рональд Рейган заявил:

«Сегодня я предложил НАСА создать постоянно действующую обитаемую космическую станцию не более чем за десять лет!» Спустя восемь месяцев НАСА заключило восемь контрактов на проработку схемы общей компоновки, элементов и узлов будущей станции и приступило к переговорам о сотрудничестве с компаниями Японии, Канады и стран Западной Европы.

Первоначальная стоимость проекта оценивалась специалистами НАСА в 21 миллиард долларов с выплатой 14,5 миллиарда в течение первых пяти лет. Разумеется, подобные расходы вызвали ожесточенное сопротивление в Конгрессе. Компромисса удалось достигнуть только когда НАСА снизило расценки до 17,7 миллиарда долларов за проект с выплатой 12,2 миллиарда на первом этапе разработки.

В апреле 1987 года Рейган утвердил бюджет программы «Фридом».

В конце того же года НАСА выдало крупнейшим аэро-космическим фирмам задания на проектирование и изготовление элементов будущей станции. Так, компания «Рокетдайн» взялась за разработку бортовой энергетики, «Боинг» проектировал модули, «Макдоннелл-Дуглас» добился права на создание несущей конструкции, а также технологии ее сборки в космосе, «Дженерал Дайнэмикс» получил подряд на изготовление маневрирующего спутника, входящего в состав орбитального комплекса, и оборудования для технологического обслуживания всех его автономных систем.

Первый вариант станции представлял собой 122-метровую ферму, расположенную перпендикулярно поверхности Земли. Лабораторный и жилой блоки предполагалось разместить у нижнего конца, чтобы использовать возможность гравитационной стабилизации. Дело в том, что в этом случае станция будет держаться как поплавок, а при отклонении фермы от заданного положения возникнет момент силы, стремящийся вернуть ее в первоначальное положение. Заметим, без помощи двигателей ориентации.

Однако выяснилось, что такая компоновка не позволит «прицепить» к станции дополнительные блоки (изменится центр масс) и придется ограничить число намеченных экспериментов.

Поэтому пришлось отыскивать иной вариант компоновки.

По новому варианту компоновки основным несущим элементом станции «Фридом» стала бы 108-метровая горизонтальная ферма. На ее концах размещались панели солнечных батарей общей мощностью 75 кВт, а в центре – четыре блока. Два, лабораторный и жилой, должны были поставить компании США и по одному – Европейское космическое управление (блок «Columbus») и Япония (блок «NASDA»).

В первом блоке собирались проводить различные «микрогравитационные исследования»; второй отвели под жилье для астронавтов, разместив там же и комплекс управления положением и движением станции. Длина каждого блока – 13,6 метра, наружный диаметр – 4,45 метра и внутренний – 4,2 метра.

Европейский лабораторный блок состоит из четырех модулей, предназначенных для медико-биологических, материаловедческих, гидродинамических и других исследований.

У японского блока, аналогичного по назначению, предусмотрена открытая платформа. На нее через шлюз диаметром 1 метр перенесут оборудование для работ в открытом космосе. Все блоки будут соединены унифицированными туннелями-переходами.

Впервые в истории американской астронавтики было решено воспользоваться замкнутой системой жизнеобеспечения с регенерацией воды и кислорода. В этом случае транспортным кораблям снабжения нужно было на орбиту только пищу и азот.

Элементы несущей фермы планировалось доставляться на орбиту «Шаттлами», оснащенными выдвижными, дистанционно управляемыми манипуляторами. По мере сборки на готовых участках несущей фермы монтировалось различное оборудование. Работами в космосе смогли бы заниматься и астронавты, облаченные в специальные скафандры нового образца, снабженные автономным устройством ранцевого типа с двигателем малой тяги и системой жизнеобеспечения.

Вдали от «Шаттла» или от установленного на ферме блока работы можно производить с помощью маневрирующего модуля, оборудованного манипуляторами.

Предварительные опыты, проведенные американскими специалистами в воде, где имитировались условия невесомости, и в космосе, показали, что форменные конструкции предпочтительнее собирать на орбите из труб, формируя из них тетраэдры. Для фиксации трубы в крепежном цанговом узле достаточно слегка подать ее вперед и чуть повернуть.

Для транспортного снабжения станции «Фридом» американцы собирались использовать корабли «Спейс Шаттл», а сотрудничающие с ними японцы – модуль материальнотехнического обслуживания NASDA Н-2 массой 15 тонн, габариты которого жестко привязаны к размерам японской ракеты-носителя Н-2.

Станцию «Фридом» планировалось собрать за 10 или 11 запусков кораблей «Спейс Шаттл». Первый старт был назначен на март 1994 года, чтобы завершить сборку уже в марте 1997 года.

В первом рейсе на 385-километровую орбиту доставили бы трубы и узлы крепления несущих ферм, во втором и третьем – солнечные батареи, радиатор для сброса тепла, стыковочный узел и другое оборудование. В четвертом на несущей ферме поставили бы лабораторный блок, в пятом – опять солнечные батареи, в шестом – в лаборатории установили бы аппаратуру для экспериментов, намеченных на седьмой рейс, в девятом американцы смонтировали бы жилой блок и в одиннадцатом поселили бы в нем четырех человек.

На втором этапе строительства на орбите планировалось смонтировать две 105-метровые фермы, направленные перпендикулярно поверхности Земли, соединив их концы 45-метровыми перемычками. К серединам образовавшегося прямоугольника пристыковалась горизонтальная ферма, собранная на первом этапе работ.

Кроме обычных исследований, персоналу станции предстояло запускать автономные спутники, предназначенные для решения различных научных и технических задач.

Однако и этот проект не был реализован. НАСА катастрофически не хватало финансирования. Попытка же переложить большую часть расходов на зарубежных партнеров не увенчалась успехом. Кроме того, постоянно возникали споры по поводу статуса станции. Министерство обороны США требовало выделить площади на «Фридом» для размещения военного оборудования, однако это по понятной причине вызывало ожесточенное сопротивление со стороны европейцев и японцев.

Межправительственное соглашение по станции было подписано в сентябре 1988 года. Оно предусматривало следующее долевое участие космических агентств в строительстве станции: 46 % – США, 3 % – Канада, 51 % – Европа и Япония. После окончания строительства на «Фридом» постоянно должен был находиться экипаж из шести американских и двух «международных» астронавтов. Сначала предполагалось, что каждый астронавт пробудет на станции не более 90 дней, однако вскоре НАСА увеличило срок дежурства до 120 дней, чтобы снизить расходы на запуски «Шаттлов».

Несмотря на подписание соглашения, программа была приостановлена, поскольку в Америке начались выборы и требовалось удостовериться, что новый президент поддержит и саму программу, и космическую политику США в целом.

Президент Буш поддержал программу создания и развития станции «Фридом». Более того, в своей речи он назвал ее форпостом, откуда будут стартовать корабли к Луне (20012005 годы) и к Марсу (2018 год).

Однако прежде всего «Фридом» планировалось использовать как космический завод, способный, по теории, приносить прибыль. Когда Рейган утвердил программу строительства станции «Фридом», экономисты-оптимисты с расчетами на руках доказывали, что она быстро окупится и к 2000 году будет приносить в казну США 20 миллиардов долларов в год. Однако уже через два года, когда погиб «Челленджер», что значительно подняло стоимость запусков «Шаттлов», стало ясно: быстрой окупаемости не будет. К тому же из-за постоянных сокращений в финансировании НАСА пришлось отказаться от ряда специальных блоков, которые как раз и придавали станции статус научно-производственного центра.

Проект станции «Фридом» рухнул под собственной тяжестью в 1990 году. Выяснилось, что станцию необходимо перепроектировать, поскольку старый проект не удовлетворяет весовым требованиям, а сборка «Фридом» потребует гораздо большего числа выходов астронавтов в открытый космос, чем предполагалось вначале. Таким образом необходимо было дополнительное финансирование, но вместо новых денежных вливаний расходы на программу были сокращены.

НАСА попыталось спасти программу, предложив в марте 1991 года обновленный проект станции под названием «Фред» («Fred»).

Последовательность монтажа космической станции была резко упрощена, за счет чего удалось сократить число выходов астронавтов-монтажников в открытый космос. Один набор солнечных батарей был из проекта удален, сократив мощность электростанции с 75 до 56 кВт.

Пришлось отказаться и от ряда запланированных экспериментов, ограничившись медико-биологическими и микрогравитационными исследованиями.

Станция «Фред» была значительно меньше предшественницы.

Длина горизонтальной фермы осталась прежней, однако из проекта навсегда исчезли 105-метровые перпендикулярные фермы. До 8,2 метра уменьшилась длина основных блоков, за счет этого снизился обитаемый объем, а число астронавтов сократилось вдвое – до четырех человек.

Повторно спроектированный американский лабораторный блок содержал только 15 стоек научного оборудования, что вызвало сильнейшее недовольство со стороны ученых. Из состава оборудования пришлось вывести центрифугу, что также снизило научную ценность блока.

Первый запуск был теперь намечен на ноябрь 1995 года, а монтаж должен был завершиться в сентябре 1999 года после 17 полетов кораблей «Спейс Шаттл».

Однако даже с учетом этих изменений, ставящих под сомнение сам смысл существования станции, общие расходы на строительство удалось снизить только до 16,9 миллиарда долларов, что, по мнению американского Конгресса, было слишком дорого.

Проект международной орбитальной станции, скорее всего, так и не был бы реализован в обозримом будущем, если бы окончание Холодной войны не привело к тому, что к проекту создания такой подключилась Российская Федерация.

Огромный задел по созданию и эксплуатации долговременных орбитальных станций, накопленный еще в советские времена, позволил не только снизить текущие расходы, но и заметно ускорить саму программу, которая со временем стала называться программой «МКС» – «Международная космическая станция» или «International Space Station».

«ТОС» Сергея Королева

Создание долговременных орбитальных станций в Советском Союзе преследовало далеко идущую цель. Для того чтобы понять, какое значение придавал орбитальным станциям Сергей Королев, откроем его рабочие «Заметки по тяжелому межпланетному кораблю (ТМК) и тяжелой орбитальной станции (ТОС)», датированные 14 сентября 1962 года «…Надо бы начать разработку «Оранжереи (ОР) по Циолковскому», с наращиваемыми постепенно звеньями или блоками и надо начинать работать над «космическими урожаями». Каков состав этих посевов, какие культуры? Их эффективность, полезность? Обратимость (повторяемость) посевов из своих же семян, из расчета длительного существования ОР. Какие организации будут вести эти работы: по линии растениеводства (и вопросов почвы, влаги и т. д.), по линии механизации и «свето-тепло-солнечной» техники и систем ее регулирования для ОР и т. д.?

Видимо, к ОР надо одновременно начать разработку и «космической фермы» (КФ) для животных и птицы. Надо бы эту задачу уточнить – имеет ли она практический смысл для экологического цикла (институты Академии наук и Академии медицинских наук). […] Надо решить проблему «постоянных спутников» или «орбитального пояса» для нанесения ряда функций в течение очень длительного времени.

Как их (эти спутники) ремонтировать, регулировать, перезаряжать и т. д.? Нужна целая система или служба около Земли.

Очевидно, что в «орбитальном поясе» следует расположить и «запасные базы-спутники» для кораблей, которым это будет вдруг нужно! По типу туристских запасных баз, со всем необходимым для крайнего случая (воздух, влага и питание, энергетика запасная, связь, медикаменты, аппаратура для создания искусственной тяжести и др.). Но, возможно, следует создать вечный спутник Луны для этих целей, а на Луне – основную базу. Создание вечного (и достаточно крупного) станции-спутника Луны выгодно тем, что пролетающим кораблям не надо будет садиться на Луну, либо опускать на ее поверхность ракетные (планетные) зонды, что связано со значительными затратами топлива и другими трудностями. Видимо, к станции-спутнику Луны можно будет «причалить» с минимальными затратами энергии (это надо тщательно проверить и сравнить с посадкой на Луну и с возвратом на орбиту с поверхности Луны). […]

Вопросы, связанные с невесомостью, – основные! Видимо, здесь опыты на «Союзе» и на ТОС дадут возможность получить большие и очень большие длительности (до 1 года) пребывания в условиях невесомости (что при 1 годе решает проблему полета к ближним планетам, так как сроки 3–5 лет будут уже примерно того же порядка).

В условиях длительного космического полета можно будет основательно проверить: влияние невесомости на разных людях и на достаточно большом числе людей, разные медикобиологические средства, равные механические средства временного и постоянного искусственного тяготения. Можно будет впервые развернуть в космическом пространстве настоящие медико-биологические исследования и наблюдения в действительных условиях. Тут же будет проверяться и вся вообще техника для более длительных полетов.

Видимо, создание ТОС есть необходимый этап для длительных полетов в космическом пространстве, так как здесь будет отрабатываться у Земли вся техника.

Это важный методический шаг, без которого не пройти.

Ему предшествовать должна тщательная и длительная подготовка на Земле, в земных условиях людей и техники, хотя эта будет во многих случаях и не совсем то, что нужно…»

Итак, основной задачей тяжелый орбитальных станций Королев считал подготовку к будущим межпланетным экспедициям.

Однако Генеральный конструктор был умным человеком и прекрасно понимал, в каком мире живет, поэтому, когда приходилось обсуждать тему орбитальных станций с руководством страны, во главу угла ставилась возможность их военного применения.

Так, один из первых проектов орбитальной станции, описанный Королевым в письме министру обороны от 23 июня 1960 года, был именно военным. Маневрирующая станция массой от 25 до 30 тонн (в другой версии – от 60 до 70 тонн!), имея на борту экипаж от трех до пяти человек, могла бы выполнять следующие задачи: разведка, боевые действия против вражеских кораблей, уничтожение баллистических ракет противника, астрономические, метеорологические и геофизические наблюдения, изучение солнца и радиационных поясов, биологические эксперименты.

Достаточно проработанный эскизный проект долговременной орбитальной станции военного назначения, известной как «ТОС» (или «ТКС»), был подготовлен конструкторами ОКБ-1 в мае 1961 года. Эта станция на экипаж из трех человек должна была иметь следующие габариты: полная длина – 52 метра, максимальный диаметр – 4,2 метра, полная масса – 150 тонн. В качестве источников электропитания планировалось использовать солнечные батареи и компактный ядерный реактор.

Станция состояла из трех цилиндрических герметизированных модулей. Два из них (длиной по 20 метров) вмещали жилые помещения. Центральный модуль (длиной 12 метров) соединял два жилых и имел четыре стыковочных узла в своем среднем отсеке. Дополнительные люки внутри модулей позволяли разделить станцию на пять герметичных частей в случае критической ситуации.

Согласно плану основной модуль станции должен был выводиться на орбиту одной из первых ракет «Н-1» – ориентировочно этот запуск назначили на 1965 год. Доставка жилых модулей требовала еще двух ракет «Н-1».

Смена экипажей происходила бы ежемесячно. Транспортный корабль снабжения, походивший по устройству основных узлов на более поздний «Союз», должен был доставлять на станцию продовольствие, воду, сменные элементы системы регенерации, топливо для двигателей ориентации.

Предполагалось, что станцию приведут во вращение для создания искусственной силы тяжести внутри отсеков.

В ходе встречи главных конструкторов с Никитой Хрущевым, состоявшейся 25 сентября 1962 года в Пицунде, Королев получил задание разработать эскизный проект пилотируемой орбитальной станции весом в 75 тонн, снабженной арсеналом ядерного оружия.

В ходе работ прояснились некоторые детали. Станция получилась сравнительно большой: длина – 25 метров, максимальный диаметр – 6 метров, обитаемый объем – 510 м³.

Экипаж – 6 человек. Электроснабжение обеспечивают шесть панелей солнечных батарей площадью 110 м².

К 1965 году эскизы и макет такой станции было закончено, однако конъюнктура изменилась и программа поменяла назначение – теперь в ОКБ-1 разрабатывали «МКБС» («Многоцелевая космическая база-станция»).

Василий Мишин, заняв место Королева, поручил руководство этой работой проектанту-баллистику Виталию Безвербому.

«МКБС» должна была служить космическим портом, в который заходили бы другие космические аппараты, главным образом разведчики, для сдачи своих фотоматериалов, перезарядки, заправки топливом, профилактики и ремонта. Такое сервисное обслуживание должно было проводиться на «МКБС» хорошо подготовленным экипажем.

Наличие на околоземной орбите подобной базы-станции позволило бы продлить работоспособность космических аппаратов, которые в настоящее время после израсходования своих запасов или при отказах вынуждены спускаться на Землю.

Габариты станции: полная длина – 100 метров, базовый диаметр – 6 метров, полная масса – 250 тонн.

Согласно эскизному проекту «МКБС» состоял из двух больших основных модулей массой от 80 до 88 тон каждый, запускаемых на орбиту ракетой «Н-1». Электропитание осуществлялось ядерной установкой мощностью 200 кВт; еще 14 кВт резервной мощности давали солнечные батареи площадью 140 м². Два малых служебных модуля, вынесенные на кронштейнах, с помощью своих двигателей обеспечивали вращение станции вдоль продольной оси.

Для обеспечения устойчивой работы солнечных панелей должен быть помещен на солнечно-синхронную орбиту высотой от 400 до 450 километров с наклонением 97,5.

Основной экипаж состоял из шести космонавтов (при максимуме – в десять) и сменялся бы раз в два или три месяца.

Полное время эксплуатации «МКБС» – 10 лет.

Станцию предполагалось оборудовать двигательной установкой, состоящей из двигателей орбитальной коррекции (тяга – от 300 до 1000 килограммов), двигателей грубой ориентации (тяга – от 10 до 40 килограммов) и ионных двигателей точной ориентации (тяга – от 100 до 300 граммов).

«МКБС» собирались оснастить различными видами противоракетного и противокосмического оружия, в том числе и лучевого. По этому поводу академик Герш Будкер из Новосибирска прочел лекцию конструкторам ОКБ-1 на тему о возможности создания ускорителей для лучевого оружия из нейтральных частиц. В бюро нашлись энтузиасты, которые незамедлительно начали изучать эту проблему.

И по другим направлениям разработки элементов орбитальной станции конструкторам бюро удалось продвинуться далеко вперед. Этому способствовали полеты орбитальных модификаций кораблей «7К-ОК» («Союз»). С помощью двух кораблей «Союз» на орбите была создана экспериментальная космическая станция.

Экспериментальная космическая станция «Союз»

Когда космические корабли «7К» («Союз») перестали рассматриваться только как составная часть советской лунной программы, было решено использовать их для полетов к разрабатываемым орбитальным станциям. Первым шагом в этом направлении стало создание экспериментальной космической станции, появившейся на свет в результате стыковки двух пилотируемых кораблей «Союз-4» и «Союз-5».

Первоначальные планы предусматривали старт 13 января 1969 года космического корабля «Союз-4» с космонавтом Владимиром Шаталовым. На следующий день должен был стартовать «Союз-5» с тремя космонавтами на борту. 13 января 1969 года Владимир Шаталов занял свое место в кабине космического корабля и начал подготовку к полету.

Предстартовый отсчет был прекращен за несколько минут до момента запуска основного двигателя. Телеметрическая информация свидетельствовала о сбое в работе бортовой аппаратуры.

Старт был отложен на сутки, и космонавт покинул кабину корабля.

На следующий день старт прошел без замечаний, корабль был выведен на орбиту. Днем позже стартовал корабль «Союз-5» с тремя космонавтами. Еще через сутки на околоземной орбите два корабля сблизились и состыковались, создав первую экспериментальную космическую станцию. В те времена стыковочного узла с внутренним люком еще не существовало, и космонавты Алексей Елисеев и Евгений Хрунов, надев скафандры, вышли в открытый космос, чтобы перейти в «Союз-4». Время жизни экспериментальной станции общей массой 12,9 тонны составило 4,5 часа. Затем корабли медленно разошлись. 17 января 1969 года космический корабль «Союз-4» уже с тремя космонавтами на борту возвратился на Землю.

Оставшийся в одиночестве командир «Союза-5» Борис Волынов должен был последовать их примеру через сутки.

В расчетное время включился тормозной двигатель, переведя корабль на траекторию спуска. Дальше должны были сработать пиропатроны, которые отделяли спускаемый аппарат от приборного и орбитального отсеков. Они и сработали как положено. Однако приборный отсек, которому положено было отойти от спускаемого аппарата и сгореть в атмосфере, не сделал этого. В атмосферу вошел не специально сконструированный для этого спускаемый аппарат, а многотонная, беспорядочно кувыркающаяся конструкция. Теплозащитный экран, обычно принимающий на себя удар атмосферы, в этой ситуации помочь не мог. При беспорядочном кувырканий тепловому воздействию подвергаются все поверхности корабля. В кабине появился ядовитый газ – загорелась термоизоляция. Двигатели разворотов, которые могли хоть как-то стабилизировать корабль, не работали.

Вообще-то говоря, в подобной ситуации спасения нет. Ни космонавт, ни ЦУП никак не могли повлиять на происходящее.

Оставалось надеяться на чудо. И чудо произошло. На высоте 15 километров приборный отсек все-таки отошел. Беспорядочное вращение прекратилось, на высоте 10 километров вышел парашют. При этом стропы основного парашюта начали закручиваться. Все это очень походило на «ситуацию» Комарова. Но в какой-то момент стропы начали раскручиваться в обратную сторону. Потом снова закручиваться и снова раскручиваться. Так продолжалось до самой Земли. Приземление получилось жестким. Удар о Землю был столь силен, что у Бориса Волынова сломались корни верхних зубов. От более серьезных травм спас ложемент, изготовленный строго по фигуре космонавта. Но главное, космонавт остался в живых.