Орбитальные станции: «Салют», «Космос», «Мир», «МКС»

⇐ ПредыдущаяСтр 7 из 10Следующая ⇒

О том, что когда-нибудь человечеству понадобятся орбитальные станции, прогрессивные ученые и изобретатели задумывались задолго до того, как в космос была запущена первая ракета. В России схемы подобных конструкций рисовали Циолковский и Цандер; из зарубежных инженеров, размышлявших на эту тему, можно назвать Обера и Хомана. Во всех случаях проекты были гораздо масштабнее и грандиознее, чем получалось в действительности. Главная причина такого расхождения заключается в том, что ученые, разрабатывая схемы целых космических городов с просторными каютами, оранжереями и спортзалами, не думали о стоимости этих сооружений и технических ограничениях, которые могут возникнуть в процессе их создания.

Схема мягкой посадки автоматической станции «Луна-9». Когда штырь касается поверхности Луны, выстреливает спускаемая капсула. Она занимает рабочее положение и разворачивает системы наблюдения

Конструкторы-теоретики видели орбитальные станции перевалочными пунктами, откуда ракета, получив дозаправку и техобслуживание, летит дальше, к далеким планетам и звездам. Возможно, когда-нибудь так и будет, но пока все гораздо скромнее. Тем не менее орбитальные станции сегодня играют огромную роль в освоении космоса, изучении Земли, Луны, ближайших планет и решении множества других научных и технических задач.

Многофункциональные комплексы, вращающиеся вокруг нашей планеты, – это по сути те же искусственные спутники, но с гораздо более сложной структурой. Другое их отличие – присутствие космонавтов. Станция находится на орбите длительное время, как правило, несколько лет. За это время экипаж на ее борту может смениться несколько раз. Людей на борт комплекса доставляют транспортные корабли, так же как запасы топлива, питание, оборудование и т. п.

После того как станция выведена на орбиту, ее движение и положение необходимо постоянно отслеживать и корректировать, иначе она может сбиться с курса. За это несет ответственность целый комплекс технических систем. Другие системы обслуживают процесс стыковки с транспортными кораблями и дополнительными модулями, третьи обеспечивают нормальную жизнедеятельность экипажа, четвертые занимаются энергетическим обеспечением и т. д.

Орбитальная станция – это сложнейший многоуровневый комплекс, требующий беспрерывной слаженной работы наземных служб и устройств, находящихся в космосе.

Над первыми проектами орбитальных станций СССР и США начали работать одновременно, еще в 1950-е гг., когда велась подготовка к запуску спутников и космонавтов на орбиту Рассматривались два варианта технических решений: доставка на орбиту ракетой станции целиком и сборка аппарата на месте, из отдельных частей, доставленных несколькими космическими кораблями. Для советской станции «Салют», над проектом которой одновременно трудились два конструкторских бюро – Сергея Королева и Владимира Челомея, был выбран первый вариант.

Для доставки использовалась ракета-носитель тяжелого класса «Протон», очень мощный аппарат, модификации которого применяются для вывода на орбиту узлов космических станций до сегодняшнего дня. В середине 1960-х гг. ракета была практически готова, а с разработкой основных отсеков будущей орбитальной станции возникли некоторые проблемы. Тогда было принято решение для экономии средств и времени (не надо забывать о соревновании с США) использовать готовые части корабля «Союз». Так на свет появилось первое поколение советских орбитальных станций «Салют».

«Салют» состоял из бытового отсека, приспособленного для жизни космонавтов, агрегатного отсека, где находилось оборудование, и переходной части, заканчивавшейся стыковочным узлом. К этому узлу должны были пристыковываться прилетающие транспортные корабли. Станция была доставлена на орбиту «Протоном-К» 19 апреля 1971 г.

Первая попытка стыковки и перехода космонавтов на станцию состоялась через несколько дней. Экипаж корабля «Союз-10» совершил сближение, стыковку, но создать герметичный переход не получилось из-за технических проблем. Чуть более пяти часов продолжался полет в сцепке, после чего «Союз-10» отстыковался и вернулся на Землю. Вторая стыковка, 6 июня 1971-го прошла успешно, космонавты, прилетевшие на «Союзе-11», перешли на орбитальную станцию и пробыли там 22 дня. К сожалению, полет для экипажа закончился трагически. Во время спуска на Землю корабль разгерметизировался, и все космонавты погибли. Станция оставалась на орбите 175 дней, после чего под управлением с Земли вошла в плотные слои атмосферы и сгорела.

Американцы запустили свою первую и единственную орбитальную станцию «Скайлэб» в мае 1973 г., она пробыла на орбите шесть лет. Так же как и советские конструкторы, инженеры NASA взяли за основу станции готовое решение – ракету «Сатурн-1 Б» и дополнили его новыми отсеками и стыковочными узлами.

Следующие советские орбитальные станции, от «Салюта-2» до «Салюта-5», также относятся к первому поколению. Они приняли несколько экспедиций космонавтов и просуществовали до 1977 г. Им на смену пришло второе поколение «Салютов», с двумя стыковочными узлами вместо одного. Теперь станция могла принимать одновременно два космических корабля, это увеличивало объем доставляемых грузов и проводимых работ. Но все же имелись значительные ограничения. К примеру, для питания двух космонавтов в течение года требуется около 10 тонн дополнительного груза, а «Салют» второго поколения имел небольшие грузовые отсеки, которые не могли вместить такой объем. Кроме того, для функционирования станции постоянно нужно топливо, для проведения научных исследований – оборудование и т. д. Поэтому приходилось постоянно доставлять на станцию грузы специальными кораблями. Чтобы снизить затраты, инженеры постоянно искали новые технические решения.

Наконец, в 1986 г. на земную орбиту был выведен многофункциональный исследовательский комплекс третьего поколения «Мир». Сначала в космосе оказался первый модуль станции, позже при помощи других ракет были доставлены другие ее части. Модульная структура позволяла увеличить размер и объем станции, снимались многие ограничения, мешавшие в прошлом вести полноценную научно-исследовательскую работу. «Мир» был похож на те «космические города», о которых мечтал еще Циолковский. Здесь было все необходимое для жизни и работы космонавтов на протяжении нескольких месяцев и даже лет.

Структура станции «Мир» не была стабильной, она менялась и перестраивалась. К примеру, в 1988–1989 гг. она состояла из следующих частей: базовый блок, стыковочно-технологический блок «Кристалл», бытовой модуль, три научных модуля – «Природа», «Квант-1», «Спектр», стыковочный блок, принимающий американские корабли. Проект изначально планировался как международный, но эта программа осуществилась не сразу, а лишь в 1990-е гг. На станции «Мир» жили и работали космонавты из десяти стран мира, прибывавшие на американских шаттлах и российских кораблях.

За 15 лет существования станции на ней были проведены сотни уникальных научных экспериментов, невозможных на Земле, осуществлено множество исследований Земли и космоса, установлено немало рекордов, в том числе и по самому длительному пребыванию человека на орбите (Валерий Поляков провел на орбите 438 дней).

На смену «Миру», созданному в Советском Союзе, пришел международный проект – орбитальная станция «МКС», в создании и эксплуатации которого принимают участие 14 стран. Первый элемент будущей многомодульной конструкции был доставлен на орбиту российской ракетой в 1998 г. Через две недели к нему пристыковался американский блок. С тех пор количество модулей постоянно растет. По состоянию на 2013 г. «МКС» состоит из 14 основных модулей, 5 из которых принадлежат России, 7 – США, по одному – Европе и Японии. При этом строительство продолжается, планируется ввод в эксплуатацию еще нескольких модулей, что позволит увеличить объем проводимых исследований. За время существования «МКС» на ней успели побывать около 200 космонавтов, в том числе космические туристы. И это не предел – станция растет и развивается, у нее прекрасные перспективы в долгосрочных исследованиях.

2.8. К далеким планетам: исследование Солнечной системы

Сообщество космических объектов, к которому принадлежит наша Земля, включает в себя центральный элемент – звезду Солнце, 8 планет, около полутора десятков спутников, множество астероидов, карликовых планет, комет и некоторые другие объекты. Некоторое время назад, после открытия Плутона и до конца XX в., считалось, что в Солнечной системе 9 планет. Но новые исследования, сделанные в том числе и благодаря космическим аппаратам, запущенным к самым дальним планетам, вынудили ученых лишить Плутон планетного статуса: было обнаружено множество подобных ему образований, и некоторые даже превосходили его размерами.

По новой классификации, утвержденной в 2006 г., полноценными планетами считаются восемь крупнейших объектов Солнечной системы, от Меркурия до Нептуна. Космическим телам меньшего размера, расположенным в основном за орбитой Нептуна, присвоен статус карликовых планет.

Солнечная система по космическим меркам – совсем небольшой объект, затерявшийся в одном из рукавов спиральной галактики Млечный Путь. Но с земной точки зрения ее размеры огромны. Если считать ее границей конец гелиосферы, то диаметр составит около двух световых лет. Именно столько времени понадобится солнечному лучу, чтобы долететь от одного края Солнечной системы до другого. Проще говоря, гелиосфера – это огромный магнитный пузырь, внутри которого находится Солнце, создавшее и поддерживающее гелиосфе-ру, планеты, астероиды, космическая пыль и т. д. Здесь дует солнечный ветер, влияющий на космическую погоду. За границами гелиосферы влияние Солнца заканчивается, здесь правят бал силы межзвездной среды.

Множество открытий, касающихся дальних уголков Солнечной системы, в том числе границ гелиосферы, было сделано благодаря космическим аппаратам «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Разработанные НАСА и запущенные в 1977 г., они стали частью одного из самых успешных и продуктивных экспериментов в истории беспилотного освоения космоса. Аппараты передали на Землю отличные снимки Юпитера и Сатурна, они впервые в истории достигли Урана и Нептуна, а в 2004 и 2007 гг. соответственно «Вояджер-1» и «Вояджер-2» пересекли границу Солнечной системы.

Энергии аппаратов должно хватить до 2025–2030 гг., за это время ученые надеются получить максимум информации о переходной области между гелиосферой и межзвездной плазмой. Сигналы, полученные с аппаратов, уже позволили понять, что сфера Солнечной системы ассиметрична. В южной части ее граница находится ближе к Солнцу, чем в северной. На границе гелиосферы происходит столкновение солнечного ветра и межзвездного газа, ветер сбрасывает скорость, а температура должна подниматься. Это ученые рассчитали еще до экспедиции «Вояджеров». Но полученные данные оказались неожиданными: температура поднималась намного меньше, чем выходило по расчетам. Исследователи до сих пор бьются над вопросом, куда уходит остальная энергия.

За два десятилетия до того, как «Вояджеры» отправились в сверхдальний полет, человечество приступило к первым попыткам приблизиться к космическому телу. Ближайшим к нам объектом является Луна, с нее и началась история контактного изучения Солнечной системы. Чуть позже ученые обратили взоры к планетам земной группы – Меркурию, Венере и Марсу.

Первые попытки облететь Марс и Венеру, предпринятые советскими и американскими беспилотными аппаратами, были неудачными. Наконец, в 1962 г. межпланетная беспилотная станция «Маринер-2», запущенная США, пролетела в 35 тыс. км от Венеры и смогла передать данные на Землю. Советская «Венера-1», запущенная за год до этого, тоже долетела до планеты, но связь оборвалась. «Маринер-2» подтвердил, что на Венере чрезвычайно горячая атмосфера и нет магнитного поля. Ему удалось измерить скорость обращения планеты вокруг оси, замерить параметры солнечного ветра и космической пыли. После «Маринера» на Венере побывали более двух десятков аппаратов, в том числе советская «Венера-7», совершившая в 1970 г. первую мягкую посадку на поверхность планеты, и несколько искусственных спутников.

Марс издавна считался весьма загадочной планетой: еще в XIX в. астрономы, наблюдавшие за ним в телескоп, обнаружили сетку каналов и предполагали, что на нем может быть жизнь. Впоследствии выяснилось, что это оптическая иллюзия, но своей таинственности Марс не утратил, у него еще оставались снежные шапки, которые давали надежду на существование той или иной формы жизни. Фотографирование планеты с орбиты началось еще в 1960-е гг., этим занимались несколько автоматических межпланетных станций. Первым поверхности красной планеты достиг советский «Марс-3». Он успел передать фотоизображение, после чего связь прервалась.

Вся Солнечная система, включая Солнце и планеты, располагается в гелиосфере. Внутри нее присутствует солнечный ветер и электромагнитное излучение. За границей гелиосферы находится межзвездная среда

Искусственные спутники и автоматические станции на протяжении десятков лет изучают гравитационное и магнитное поля Марса, его рельеф, атмосферу, тепловые характеристики и т. п. В 1976 г. после первой удавшейся мягкой посадки американского «Викинга-1» началось непосредственное изучение марсианского грунта. Главной целью исследований было возможное обнаружение признаков жизни – бактерий, микроорганизмов. Результат был отрицательным, никаких форм жизни на Марсе не найдено.

Среди достижений в сфере изучения Марса можно назвать проект «Марс Глобал Сервейор» – исследовательскую станцию, в течение 10 лет занимавшуюся картографированием планеты; марсоход «Соджонер», с помощью спектрографа исследовавший марсианские камни; марсоход «Спирит», совершивший первое бурение на Марсе, обнаружил признаки былого присутствия воды в марсианских породах. В планах исследователей космоса пилотируемый полет на Марс. Возможно, он будет осуществлен в ближайшие 10–20 лет.

Меркурий – самая маленькая и самая сложная для исследований планета земной группы. К нему были отправлены всего два космических аппарата. В середине 1970-х гг. «Маринер-10» трижды приблизился к планете и сделал несколько сотен фотографий. В 2008 г. Меркурия достиг «Мессенджер» и вышел на его орбиту. Он произвел анализ химических элементов, магнитного поля и солнечного ветра.

Юпитер впервые был исследован с близкого расстояния в 1973 г. «Пионером». Аппарат сделал первые в истории снимки планеты, до этого он пролетел сквозь пояс астероидов и обнаружил пылевой пояс вблизи Юпитера. Через пять лет возле Юпитера оказались летевшие к границам Солнечной системы «Вояджеры». Они исследовали спутники планеты. Единственным аппаратом, вышедшим на орбиту Юпитера, был «Галилео», проработавший 14 лет, с 1989 г. Он получил довольно полные сведения об атмосфере, сделал несколько тысяч уникальных фотографий планеты и ее спутников.

Галактика Млечный Путь имеет форму закрученной спирали. В одном из завитков ее спирали, в рукаве Ориона, находится наша Солнечная система (обозначена желтым кружком)

«Пионеры» и «Вояджеры», пролетевшие рядом с Юпитером, позже приблизились к Сатурну. Они фотографировали поверхность планеты, ее спутники и кольца. С их помощью были получены сведения о структуре и составе колец (они состоят из льда и пыли). Больше всего открытий позволила сделать автоматическая станция «Кассини-Гюйгенс», запущенная с земли в 1997 г. и вышедшая на орбиту Сатурна в 2004 г. Она обнаружила присутствие воды на планете, поэтому Сатурн теперь считается самым пригодным после Земли местом для существования жизни.

Урана и Нептуна, самых отдаленных планет Солнечной системы, удалось достичь только «Вояджеру-2». Космический аппарат пересек орбиту Урана в 1986 г. Он обнаружил 10 новых спутников, исследовал систему колец и магнитный хвост планеты, который возник из-за поперечного вращения и наклона относительно оси. К Нептуну «Вояджер-2» прибыл в августе 1989 г. Он пролетел в 3 тыс. км над его полюсом, зафиксировал антициклон «Большое Темное Пятно», кольца и дуги (неполные кольца). Так как Уран и Нептун не имеют твердой поверхности, к ним невозможно отправить посадочный модуль, но в планах ученых запустить к удаленным планетам искусственные спутники и исследовать их при помощи спускаемых зондов.

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 5 678 9 10 Следующая ⇒