Игорь Бубнов - Обитаемые космические станции
Предлагаемая орбита имеет еще одно достоинство: требуемая точность управления ракетой при выведении ОКС на такую орбиту относительно невысока (допустимая ошибка по направлению ±0,5°, а допустимое отклонение конечной скорости от расчетной ±15 м/сек).
Возникает и такой вопрос: как мыслится технически решить проблему поддержания постоянства формы орбиты? Специалисты американской фирмы «Локхид» считают, что эта проблема вполне разрешима, если два — три раза в год кратковременно включать специальный двигатель коррекции с небольшой тягой. А если на борту станции будут находиться плазменные или ионные двигатели для создания небольшой постоянной тяги, тогда точность и продолжительность поддержания параметров орбиты еще более увеличатся.
Заслуживает внимания предложение об использовании более низких орбит (150 км и ниже) для забора и накопления воздуха верхних слоев атмосферы. Движущаяся по орбите ОКС сможет собирать этот воздух в ожиженном состоянии в специальные резервуары с последующим разделением его на кислород и азот. Жидкие газы найдут на борту ОКС самое широкое применение. Кислород можно использовать для дозаправки стартующих с Земли межпланетных кораблей. Кроме того, жидкие кислород и азот, собранные на низкой орбите, можно применять для нужд самой ОКС. Кислород будет использоваться для поддержания жизнедеятельности членов экипажа и как окислитель в двигателях изменения параметров орбиты.
Азот может также применяться как рабочее тело корректирующих двигательных установок (ионных, плазменных). Таким образом, корректировка низкой орбиты, на параметры которой будет сильно влиять сопротивление среды, потребует земного запаса топлива лишь на начальной стадии орбитального полета.
Зарубежные авторы считают, что при запуске ОКС на высокую орбиту можно снизить стартовый вес почти на 75 % при увеличении полезной нагрузки на 40 %, если предварительно накопить воздух на высоте около 100 км. Стартовый вес такой станции может быть даже меньше орбитального (в два раза), а вес захваченного и сжиженного кислорода составит 80–90 % общего веса топлива [25].
До сих пор все космические корабли строились целиком на Земле и на активном участке траектории полета являлись органической частью последней ступени ракеты-носителя. После выхода на орбиту космический корабль отделялся от последней ступени и практически тотчас же. был готов к работе. Требовалось лишь сбросить защитные кожухи и обтекатели, раскрыть солнечные батареи и выпустить антенны.
Такой способ вполне пригоден и для создания небольших ОКС. Орбитальная станция, например рассчитанная на экипаж из трех — четырех человек и месяц полета, будет весить, по подсчетам специалистов, около 10 т [17]. Такая полезная нагрузка вполне доступна для ракетной техники сегодняшнего дня.
Желание конструкторов как можно более эффективно использовать последнюю ступень ракеты-носителя, любой ценой повысить размеры спутников при заданном весе последней ступени приводит к разнообразным и часто весьма остроумным идеям. Так, предлагается, например, широко использовать принцип трансформации.
Что это такое? Мы уже говорили, что обычно космический корабль готов к работе после сброса обтекателе и защитных кожухов. Это тоже трансформация, хотя и довольно простая, не изменяющая фактически конструкции космического корабля. Но можно сделать иначе. Например, после выхода на орбиту можно в несколько раз увеличить рабочий объем космической станции, наполнив воздухом специальную оболочку, достаточно легкую и мягкую, чтобы ее можно было сложить на время запуска, достаточно прочную и эластичную, чтобы противодействовать метеорным потокам.
Предлагается также в качестве основного рабочего помещения использовать емкости топливных баков последней ступени ракеты-носителя, разместив в них лаборатории, оборудование и жилые помещения.
Но как же быть, когда потребуется построить станцию весом не 10 и не 15 т, а в несколько десятков или даже сотен тонн? Здесь уже принцип трансформации не поможет.
Как уже указывалось, в настоящее время проектируются ракеты со стартовым весом в несколько тысяч тонн, и что в перспективе возможно выведение на орбиту полезной нагрузки более 150 т. Но все-таки вполне обоснованно скептическое отношение некоторых конструктор к реальному осуществлению таких проектов. Прежде всего считают, что такие ракеты появятся очень и очень не скоро. Сомневаются и в возможности постройки стартовых площадок для таких гигантских ракет. Кроме того, нецелесообразность создания ОКС с помощью одной ракеты видят и в том, что слишком уж велика вероятность безвозвратной потери всей конструкции ОКС в случае неудачи с ракетой.
Поэтому вполне вероятно, что для создания крупных ОКС придется применить тот же способ, что и для строительства больших межпланетных кораблей — сборку на орбите из отдельных элементов, доставленных туда заранее. Сборка на орбите может значительно приблизить сроки создания крупных ОКС, а вероятность успеха значительно возрастет, так как возможная неудача с одной из ракет приведет к существенно меньшим потерям.
Монтаж станции непосредственно на орбите из секций и блоков, доставляемых с Земли, позволит получить конструкцию, наиболее приспособленную к орбитальным условиям. Конструкция станции в целом не будет рассчитана на значительные аэродинамические, инерционные и тепловые нагрузки, сопутствующие взлету и полету на активном участке траектории. Если же ОКС будут выводиться на орбиту непосредственно с Земли, эти нагрузки приведут к перетяжелению конструкции, хотя продолжительность действия их составит ничтожную долю от общего времени существования станции. Проектирование и разработка станции, собираемой в космосе будут выполняться с учетом действия невесомости, радиации, метеорных потоков и других факторов орбитального полета.
Рис. 8. Возможные конфигурации орбитальных станций, составленных из типовых блоков
Орбитальная станция будет компоноваться из самых разнообразных сборных элементов: из корпусов ракетных кораблей, вышедших на орбиту, т. е. последних ступеней ракет-носителей, из топливных баков, опустошенных к моменту выхода на орбиту ракет с экипажем и оборудованием, или из специальных типовых секций небольшого ассортимента. Из типовых секций можно будет собирать станции различного целевого назначения и размеров. Каждая секция может представлять собой, например, лабораторию определенного назначения или жилой отсек и иметь оборудование, которое после сборки станции войдет составной частью в общую систему энергоснабжения и обеспечения жизнедеятельности экипажа. Наиболее целесообразная геометрическая форма типовой секции — сфера или цилиндр. Секции такой формы имеют наименьший вес при заданном полезном объеме, удобны для сборки я хорошо впишутся в контуры ракеты-носителя. Собранная из цилиндрических и сферических блоков станция может иметь различную конфигурацию (рис. 8).
Типовое строительство в космосе позволит сократить время, необходимое для монтажа ОКС, максимально механизировать операции сборки.
Вполне вероятно, что при орбитальной сборке нельзя будет обойтись без наружных работ космонавтов-монтажников. Для этого потребуются специальные костюмы — скафандры, связанные с системами ОКС длинными шлангами и проводкой или даже с автономной системой жизнеобеспечения. Для перемещения вне станции космонавт-монтажник должен быть снабжен индивидуальными ракетными двигателями.
Рис. 9. Космонавт вне станции
Такие костюмы, подобные изображенному на рис. 9 по данным зарубежной печати уже сконструированы и испытываются в лабораторных условиях.
Но продолжительные работы вне станции в сложных условиях орбитального полета представят значительные трудности для космонавтов-монтажников. Невесомость, например, будет затруднять выполнение некоторых, даже самых элементарных операций, особенно связанных с вращательным движением. Быть может, придется либо полностью отказаться от резьбовых соединений в стыковочных узлах сборной конструкции, заменив ее сваркой, либо разработать такие приспособления для сборки этих соединений, которые исключали бы необходимость совершать вращательные движения. Космонавт, занятый сборкой станции на орбите, должен будет выработать определенные навыки для сохранения ориентировки и управления своим телом в состоянии невесомости. Впрочем, можно обойтись и без выхода людей непосредственно в космическую среду, если удастся создать специальные летательные монтажные аппараты, что-то вроде космических кранов-буксировщиков, управляемых человеком.
Рис. 10. Астробуксир в работе
На рис. 10 показан общий вид подобного аппарата, проект которого предложен американской фирмой «Локхид» вместе с проектом ОКС, собираемой из отдельных элементов на орбите.
