ГЛАВА 5. КОСМИЧЕСКИЕ КОРАБЛИ МНОГОРАЗОВОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ

«Спейс Шаттл» - элемент космической транспортной системы, которая включает в себя межорбитальные буксиры для перевода полезной нагрузки на более высокую геоцентрическую орбиту или на межпланетную (лунную) траекторию. Его можно широко использовать в военных целях: выводить спутники связи, метеорологические и разведывательные спутники, создавать военные базы, системы ПРО (противоракетной обороны) космического базирования. Главная цель – милитаризация космоса, обеспечение военного лидерства США.

Стартовая масса КК «Спейс Шаттл» - 2000 т, длина – 56 м. Он выполнен по двухступенчатой схеме с параллельным расположением ступеней. Первой ступенью служат два твердотопливных блока (ускорителя). После отделения на высоте 40 км они с помощью парашютной системы опускаются в океан и после ремонта и снаряжения топливом используются повторно (до 20 раз). Каждый твердотопливный блок первой ступени имеет массу 584 т, длину 45,7 м, диаметр 3,71 м, среднюю тягу 12,4МН. Продолжительность работы блоков – 122 с. Вторая (орбитальная) ступень – крылатая пилотируемая.

Основная двигательная установка этой ступени использует жидкое топливо, хранящееся во внешнем сбрасываемом баке – единственном одноразовом элементе КК «Спейс Шаттл». Внешний топливный бак (вместе с топливом) имеет массу 736 т, длину 46,8 м, диаметр 8,4 м. Он отделяется при суборбитальной скорости и при входе в плотные слои атмосферы частично разрушается. Орбитальная ступень имеет массу 111 т, длину 37,3 м, высоту по килю 17,3 м, размах крыла 23,8 м. Масса максимального полезного груза–29,5 т при выводе на круговую орбиту высотой 185 км с наклонением 28⁰, масса максимального полезного груза, доставляемого с орбиты на Землю, - 14,5 т. Габариты отсека с полезным грузом – 18,3×4,6 м. Номинальная длительность орбитального полета – 7 суток, а при наличии дополнительных запасов расходуемых материалов она увеличивается до 30 суток. Численность экипажа– 7 человек, в том числе 4 человека – исследователи и экспериментаторы, не являющиеся профессиональными космонавтами. Экипаж совершает полет без скафандров. Перегрузка на всех участках полета не превышает трех единиц.

Основная двигательная установка состоит из трех кислородно-водородных ЖРД. Максимальная продолжительность непрерывной работы – 8 мин. Общий ресурс – 7,5 ч. ЖРД рассчитан на 55 полетов. На орбитальной ступени предусмотрены 2 ЖРД маневрирования тягой по 27 кН и 44 ЖРД ориентации тягой по 3,9 или 0,11 кН. Все двигатели работают на четырехокиси азота и монометилгидразине. ЖРД маневрирования обеспечивают довыведение ступени на орбиту после отделения внешнего топливного бака, коррекцию орбиты, сближение с другими орбитальными объектами и торможение для схода с орбиты. ЖРД ориентации работают как на орбите, так и при входе в атмосферу. Орбитальная ступень оснащается комплексной системой навигации, наведения и управления, способной работать как в автоматическом, так и в ручном режиме.

После схода с орбиты орбитальная ступень (собственно космический корабль) совершает планирующий спуск «с самолётной посадкой» на полосу близ стартового комплекса.

Орбитальные корабли многоразового использования имеют наименования «Атлантис», «Дискавери», «Колумбия», «Челленджер», «Индевор».

Саму идею – соединить воедино самолет и ракету – предложил Ф.А. Цандер. В опубликованной в 1924 г. статье «Описание межпланетного корабля системы Ф.А. Цандера» он впервые предложил использовать крылатые аппараты для космических полетов и обосновал преимущество крыльев перед парашютной системой спуска космического корабля на Землю. Модель такого летательного аппарата для космических путешествий демонстрировалась на международной выставке, проходившей в Москве в 1927 г.

Много позднее исследования по созданию орбитальных космических самолетов проводились в США, Франции, ФРГ, Англии.

В начале 60-х годов появился проект «Дайна-Сор» («динамика» и «планирование»), в конце 70-х годов родился «Спейс Шаттл».

Масса объектов, выводимых на геостационарную орбиту, может составлять около 20 т, а выводимых на траекторию полета к Луне – 32 т, к Марсу, Венере – 28 т полезного груза.

Такая универсальность – важнейшая особенность Р-Н «Энергия», не имевшая аналогов в мире.

Двухступенчатая Р-Н «Энергия» выполнена по схеме «пакет» с продольным разделением ступеней. 1-я ступень состоит из 4-х боковых блоков. В качестве 2-й ступени используется центральный моноблок. Стартовая масс Р-Н «Энергия» 2400 т, длина 60 м.

Полезный груз, доставляемый на орбиту, - 100 т. Р-Н «Энергия» может выводить в космос космические аппараты различного назначения, корабли и набор отдельных спутников.

Блоки 1-й ступени ракеты работают на кислороде и углеводородном горючем. Каждый блок первой ступени снабжен четырьмя жидкостными ракетными двигателями РД – 170 с тягой (R_т) 740 т (у поверхности Земли), 860 т – в пустоте.

Разработаны под руководством В.П. Глушко. ТНА имеет мощность 250000 л.с.

Для сравнения: двигатель F -1 1-й ступени Р-Н «Сатурн – 5» имеет ТНА с мощностью 60000 л.с. Диаметр блока 1-й ступени – 4 м, длина - 40 м. Блоки 1-й ступени могут оснащаться средствами возвращения и посадки. 2-я ступень работает на смеси кислорода и водорода, она является основой носителя, длина – 60 м, диаметр – 8 м. На 2-й ступени установлены четыре однокамерных ЖРД. R_т у Земли – 148 т, в пустоте – 190 т. Все двигатели Р-Н начинают работать со старта. R_т = 3600 т в начале полета, N двигателя 132 млн. кВт, для сравнения мощность красноярской ГЭС – 6 млн. кВт.

Для управления движением ракеты создан комплекс автономного управления на базе ЭВМ.

Применение такого комплекса позволяет повысить летные качества и улучшить управляемость, расширить область полетных режимов. На ракете установлены средства аварийной защиты. Для обнаружения и локализации очагов возгорания на ракете установлена система пожаро- и взрывопредупреждения. Ракета-носитель «Энергия» при возникновении нештатной ситуации может продолжать полет даже с одним выключенным двигателем 1-й или 2-й ступени. Это свойство позволяет либо обеспечить выведение корабля на низкую «одновитковую» траекторию полета с последующей посадкой на аэродром, либо осуществить маневр возврата на активном участке выведения с посадкой на полосу аэродрома вблизи стартового корпуса.

Ко времени первого пуска ракеты-носителя «Энергия» была завершена обширная программа наземной отработки. Было проведено 600 испытаний на

более чем 200 экспериментальных установках.

Функционирование ДУ ракетных блоков проверялось при комплексных огневых стендовых испытаниях, а ДУ 1-й ступени – в условиях полета на первых ступенях Р-Н «Зенит».

Для запуска сложного и мощного носителя понадобилось создание громадного наземного комплекса. Транспортировка Р-Н из помещений технического комплекса осуществлялась на транспортно–установочном агрегате по рельсовому двухколейному пути со скоростью 3-5 км/ч с помощью двух тепловозов.

Особо следует отметить полную автоматизацию предстартового оборудования, заправки топливом, контроля всех бортовых систем на старте и в полете; компьютеры, контролируемые более 2000 параметров.

Корабль «Буран» выполнен по самолетной схеме бесхвостка с низкорасположенным крылом (треугольным) двойной стреловидности, создан на базе НПО «Молния» под руководством главного конструктора Г.Е. Лозино-Лозинского. Для полета в атмосфере он имел аэродинамические органы управления – руль направления и элевоны, что позволяло совершать боковой маневр до 2000 км. Длина «Бурана» 36,4 м, размах крыла около 24 м, высота корабля (на шасси) более 16 м. Максимальная масса на старте около 105 т, посадочная - 82 т, масса корабля без груза 65 т. В носовой части герметичная кабина для размещения 2-4 членов экипажа и до 6 пассажиров-исследователей. Объём вставной кабины 73 м³. Среднюю часть занимает грузовой отсек. На орбиту в грузовом отсеке доставляется около 30 т полезной нагрузки, а возвращается до 20 т. В хвостовой части расположена основная двигательная установка (для доведения на рабочую орбиту и торможения), две группы двигателей маневрирования в космосе расположены в хвостовом отсеке и в передней части корпуса. Все двигатели объединены в общую установку, получают топливо из общих баков, работают на кислороде и углеводородном горючем. Рациональная продолжительность полёта – порядка одной недели, а в отдельных случаях могла бы достигать и месяца.

Вся поверхность корабля покрыта теплозащитными плитками (их примерно 39 тыс. штук), сделанными на основе волокон чистого кварца и выдерживающими температуру до 1300⁰ С. Носки крыла и фюзеляжа выполнены из композиционного материала улерод-углерод, который рассчитан на температуру до 1650⁰ С. Система теплозащиты прошла испытания на спутниках серии “Космос”. В ходе других испытаний было проведено большое количество продувок в аэродинамических трубах, а также 26 полётов лётчиков-испытателей на аналоге “Бурана”. Для подтверждения работоспособности всего контура управления кораблём его модель (“БОР-5”), уменьшенная в 8 раз, совершила 4 суборбитальных полёта.

“Буран”совершил единственный двухвитковый полёт в автоматическом режиме (15.11.88г.). Выводился с помощью ракеты-носителя “Энергия”.

Предстартовая подготовка орбитального корабля началась за 11 часов до старта. На этот раз прогноз метеоусловий был неблагоприятный. Подготовка проходила без замечаний, все системы корабля функционировали исправно. В

1 час ночи была получена телеграмма об ухудшении метеоусловий. Увеличилась облачность, шёл снег, порывы ветра достигали 20 м/с. Орбитальный корабль рассчитывался на посадку при скорости до 15 м/с. Собралась на экстренное заседание Государственная комиссия. Решение зависело от 3 главных конструкторов – Ю.П.Семёнова, Г.Е.Лозино-Лозинского и В.Л.Лапыгина. Они, уверенные в возможностях орбитального корабля, приняли решение продолжать подготовку к пуску. Пуск состоялся в 6 ч 00мин. 02 сек 15 ноября 1988 г. Все системы в полёте работали нормально. Три часа ожидания, и, наконец, на экранах мониторов появился возвращающийся “Буран”. Проделав все предпосадочные маневры, он вышел точно на посадочную полосу, приземлился. Пробежал 1620 м и замер посреди посадочной полосы, боковое отклонение составило всего 1 метр, а продольное– 10 м при скорости встречного ветра 17 м/с, время полёта составило 206 минут. Корабль был выведен на орбиту с высотой 263 км и минимальной высотой

251 км.

ОК “Буран” блестяще преодолел все трудности спуска в атмосфере и стоял на полосе, готовый к следующим полётам. Это были счастливые минуты. Завершился труд огромной кооперации разработчиков! Полёт продемонстрировал высочайший уровень отечественной науки и техники. Создана система, не уступающая, а по многим параметрам и превосходящая систему “Спейс Шаттл”. Впервые в мировой практике была проведена автоматическая посадка.

Система “Энергия-Буран” опередила время, промышленность не была готова к её использованию. Система, как и вся космонавтика, в 90-х годах подвергалась необоснованной критике дилетантов от космонавтики. Общий спад и развал промышленности самым непосредственным образом отразился на этом проекте. Финансирование космических исследований резко сокращалось, с 1991 г. система “Энергия-Буран” была переведена из программы вооружений в Государственную космическую программу решения народнохозяйственных задач. Дальнейшее сокращение финансирования привело к невозможности проведения работ с орбитальным кораблём “Буран”. В 1992 г. Российское космическое агентство приняло решение о прекращении работ и консервации созданного задела. К этому времени был полностью собран второй экземпляр орбитального корабля, и завершалась сборка третьего корабля с улучшенными техническими характеристиками. Это было трагедией для организаций и участников создания системы, посвятивших более десяти лет решению этой грандиозной задачи.

Выполняя Межправительственное соглашение о стыковке корабля “Спейс Шаттл” со станцией “Мир” в июне 1995 г., наши инженеры использовали технические материалы по стыковке ОК “Буран” со станцией “Мир”, что значительно сократило срок подготовки. Но было обидно и горько наблюдать, что стыкуется не “Буран”, а чужой “Шаттл”, хотя этой стыковкой были подтверждены все технические решения, принятые специалистами по кораблю “Буран”.

Полёты осуществлялись как в автоматическом режиме, так и с экипажем на борту. С начала запуска первой ОС «Салют» главной задачей кораблей «Союз» стали транспортные операции, связанные с доставкой на орбитальные станции сменных экипажей. Для модификации ОС «Салют-6» и «Салют-7», кроме КК «Союз», использовались КК «Союз-Т» и грузовые транспортные КА «Прогресс».

Основные характеристики ОС «Салют»: масса полностью заправленной и укомплектованной станции после выведения на орбиту ИСЗ–18,9 т, численность экипажа – до 6 человек, длина - 13,6-16 м, максимальный диаметр корпуса обитаемых отсеков – 4,15 м, максимальный поперечный размер станции по раскрытым солнечным батареям – 16,5 м, объем обитаемых отсеков по гермокорпусу – 82,5 м³, свободный объём – 47 м³.

Салют состоит из герметичных переходного отсека (ПО) и рабочего отсека (РО) и негерметичного агрегатного отсека (АО). Оба эти отсека обитаемы, но РО выполняет ещё и основные бытовые функции. На ОС «Салют-6» и «Салют-7» в состав станции входят: система ориентации и управления движением в полёте, обеспечивающая автоматическую и ручную ориентацию станции; системы радиосвязи, электропитания, терморегулирования, стыковки, управления бортовым комплексом; научное оборудование и система жизнеобеспечения (СЖО).

На орбите ИСЗ за 1971-83 гг. было выведено семь ОС «Салют», из которых полёт «Салюта-2» проходил в автоматическом режиме, а полёты от «Салюта-3» до «Салюта-7» включительно проходили и с экипажем на борту, и в автоматическом режиме. Станции «Салют» отличались друг от друга планировкой обитаемых отсеков, площадью и местом установки солнечных батарей (СБ) и принципом их ориентации на Солнце, составом оборудования, числом и местом размещения постов управления и др.

Полёт первой ОС «Салют-1» состоял из нескольких этапов и продолжался около шести месяцев. На первом этапе была осуществлена стыковка станции с КК «Союз-10» и проведён их совместный полёт, но переход экипажа в «Салют» не состоялся из-за неисправности в стыковочном агрегате КК «Союз-10». В течение полутора месяцев полёт станции проходил в автоматическом режиме, при этом проводились работы по измерению параметров орбиты, приёму информации, по контролю и функционированию бортовых систем.

С доставки экипажа КК «Союз-11», который работал на орбитальной станции (ОС) с 7 по 29 июня 1971 г., начался второй этап. Космонавтами были проведены испытания бортовых систем в различных режимах работы, отработаны методы и автономные средства ориентации и навигации и система управления при маневрировании на орбите. Далее полёт продолжался в автоматическом режиме.

Полёт ОС «Салют-2» проходил в автоматическом режиме из-за отключений в работе в системе ориентации. Была произведена отработка конструкции, бортовой аппаратуры и оборудования.

Экспериментальная орбитальная станция США «Скайлеб» (небесная лаборатория) была выведена без экипажа на орбиту искусственного спутника Земли 14 мая 1973 г. Она была рассчитана на последовательное пребывание нескольких экспедиций (по три космонавта в каждой) и предназначалась для изучения влияния на организм человека длительного космического полёта (до 12 недель), проведения научных исследований и технических экспериментов, приобретения опыта, необходимого для создания в дальнейшем долговременной орбитальной станции.

Масса «Скайлеб» - 77 т, длина – 25 м, максимальный диаметр – 6,6 м. Станция состоит из бытового (высота 2 м) и лабораторного (высота 6 м) отсеков с помещениями для сна, личной гигиены, проведения досуга и приёма пищи, тренировок и проведения экспериментов. Для доставки и возвращения на Землю использовался основной блок космического корабля «Апполон», который выводился РН «Сатурн-18».

За время с 1973 по 1974 гг. на станции «Скайлеб» побывали три кспедиции.

9 июля 1979 г. станция вошла в атмосферу и прекратила своё существование.

С каждым запуском ОС «Салют» становилась более совершенной. На ОС «Салют-3», выведенной на орбиту вокруг Земли летом 1974 г., были установлены подвижные панели солнечных батарей. Специальный механизм постоянно ориентировал их так, чтобы солнечные лучи падали перпендикулярно на поверхность панелей. При этом батареи вырабатывали ток наибольшего значения. На станции в ходе полёта проводилась дальнейшая отработка усовершенствованной конструкции как в автоматическом режиме, так и с экипажем на борту, который был доставлен на ОС «Салют-3» КК «Союз-14». Экипаж проработал на ней с 5 по 19 июля 1974 г. Материалы исследований с борта станции на Землю были доставлены автоматически возвращаемым аппаратом 23 сентября того же года.

На «Салюте-4» была смонтирована установка, позволявшая получать чистую воду из отходов жизнедеятельности экипажа. С помощью установленной автономной системы навигации на этой станции космонавты получали все сведения об орбите станции и её положении в пространстве в данный момент. На станцию были отправлены две экспедиции КК «Союз-17» и «Союз-18», которые работали на ней соответственно с 12 января по 9 февраля 1975 г. и с 26 мая по 26 июля 1975 г.

В автоматическом режиме «Салют-4» совершал полёт с беспилотным КК

«Союз-20» с целью проведения ресурсных испытаний, то есть проверки конструкции агрегатов и систем КК и ОС в длительном полёте. Продолжительность полёта станции составила более двух лет и одного месяца.

Значительной была роль вычислительной техники на станциях. Так ЭВМ на «Салюте-5» руководила всей работой всех приборов станции без участия экипажа.

Полёт ОС «Салют-5» осуществлялся как в автоматическом режиме, так и с экипажем на борту. Две экспедиции, доставленные КК «Союз-21» и «Союз-24», работали соответственно с 7 июля по 24 августа 1976 г. и с 8 февраля по 25 февраля 1977 г. Лётчики – космонавты Б. Волынов и В. Жолобов на ОС в 1976 г. произвели пайку металлов в соответствии с рекомендациями учёных.

Во вновь созданном Институте Космических Исследований (ИКИ) АН СССР согласно плану исследований была проведена подготовка такого эксперимента. Оказалось, что приспособление для экзотермической пайки образцов из нержавеющей стали в невесомости на ОС «Салют-5» было более чем в 50 раз легче сварочной установки «Вулкан», которая применялась на космическом корабле «Союз-6» в 1969 г.

Пайка также делала возможным соединение трубопроводов и других узлов конструкции в труднодоступных местах в случае нарушения герметичности или повреждений. Трубопроводы, паянные в космосе, были подвергнуты металлографическим исследованиям, которые показали высокое качество металла шва, а проведённые испытания на вакуумную и механическую прочность трубопроводов доказали, что они по своим свойствам превосходят подобные соединения, спаянные в земных условиях.

Выведенный на орбиту в сентябре 1977 г. «Салют-6» был станцией второго поколения, оснащённой двумя стыковыми узлами и системой дозаправки топливом в космосе. На «Салюте-6» была оборудована столовая с подогревателями для пищи. К столу подводилась холодная и горячая вода. Эта станция имела свою баню. С помощью автоматических грузовиков, транспортных кораблей «Прогресс» на станцию доставлялись запасы кислорода, топливо для двигателей, пища и всё необходимое для космонавтов.

Всё отработанное и ненужное, что накапливалось на станции, космонавты грузили на «Прогресс», который затем отстыковывался от «Салюта-6» и с помощью своих бортовых двигателей направлялся к Земле. Не сгоревшие в атмосфере остатки корабля в соответствии с программой были затоплены в пустынном районе Тихого океана.

Первый экипаж на станции работал с 11 декабря 1977 г. по 16 января 1978 г. При осмотре стыковочного устройства космонавты находились в свободном космическом пространстве около полутора часов. Второй экипаж, доставленный на ОС на КК «Союз-29», работал с 16 июня по 3 сентября 1978 г. За время его пребывания на борту станции работали ещё два экипажа (КК «Союз-30» и «Союз-31»). Во время работы в открытом космосе космонавты демонстрировали научную аппаратуру, установленную на внешней поверхности ОС. Продолжительность нахождения в условиях космического пространства составила более 2 часов.

За время работы третьего экипажа были проведены ремонтно-восстановительные работы по замене отдельных кабелей, нагревателей в печи «Кристалл», установлены на пульте новые командно-сигнальные устройства.

19 декабря 1979 г. с ОС состыковался беспилотный КК «Союз-Т». За время более чем трёхмесячного полёта со станцией в автоматическом режиме отрабатывались новые бортовые системы и элементы усовершенствованного транспортного корабля.

Доставленный 10 апреля 1980 г. на КК «Союз-35» четвёртый экипаж пробыл на ОС около 185 суток. С 13 марта 1981 г. на станции приступает к работе уже пятый экипаж, который пробыл на борту ОС 74 суток, а в июне 1981 г. с «Салютом-6» был состыкован ИСЗ «Космос-1267» для отработки систем и агрегатов нового типа КА, а также методов сборки орбитальных комплексов больших габаритов и масс.

Коррекция траектории ОС осуществлялась с помощью двигателей ИСЗ «Космос-1267». Полёт станции продолжался 4 года 10 месяцев.

В апреле 1982 г. стартовал «Салют-7», на котором были установлены модернизированные элементы жизнеобеспечения, усовершенствованные оборудование и приборы; увеличено число элементов фиксации снаружи станции, благодаря чему космонавты могли пребывать в открытом космосе до

5 часов, в то время как на «Салюте-6» - только 3,5 часа.

Первый экипаж работал с 13 мая по 10 декабря 1982 г. За это время были проведены эксперименты в области космической биологии и медицины, астрофизики, космического материаловедения; собран статистический материал по минерально-сырьевым ресурсам страны, сезонной изменчивости сельхозугодий, о биологической продуктивности Мирового океана; получено около 20 тысяч снимков земной поверхности.

За время полёта станции космонавтами была обнаружена на внешнем отсеке одного из иллюминаторов выемка диаметром 4 мм, которая появилась в результате соударения техногенной частицы с КА.

По данным американских специалистов в космическом пространстве масса металлического мусора искусственного происхождения в 90-е годы превысила 3000 т, а такое техногенное загрязнение далеко не безопасно для космических аппаратов. Так, при ударе частицы диаметром 0,2 мм на лобовом иллюминаторе «Челленджера» образовалась лунка диаметром 2,5 см. А раз повреждения в космосе возможны, необходим и ремонт в космосе.

На борту ОС «Салют-7» в 1982 г. у космонавтов А. Березового и В. Лебедева был в распоряжении комплект инструментов массой около 15 кг специального космического исполнения, среди которых находился и космический паяльник. В начале 80-х годов Институтом электросварки им. Е. О. Патона было создано уникальное сварочно-паяльное транспортабельное оборудование, пригодное для ремонтных работ в открытом космосе, массой около 8 кг. Такая установка, получившая название «Универсальный ручной инструмент» (УРИ), позволяла космонавту на внешней поверхности ОС или КК выполнять любой из четырёх возможных процессов: резку, сварку, пайку и напыление.

25 июля 1984 г. в течение 3 ч 35 мин. В. Джанибековым и С. Савицкой был выполнен эксперимент по испытанию УРИ на наружной поверхности ОС «Салют-7». Впервые в мире на работу в открытый космос вышла женщина. Испытания прошли успешно. Все заданные процессы космонавты выполнили с помощью электронной «пушки» с двумя стволами.

Станция «Мир», как и ОС «Салют», состояла из четырёх отсеков: рабочего, переходного, промежуточной камеры и негерметичного агрегатного отсека.

Рабочий отсек имел длину 7,5 м и диаметр более 4 м. В нём одновременно могли работать пять-шесть человек. Состав атмосферы в помещениях станции такой же, как и на Земле, давление – 800-970 мм ртутного столба.

Два маршевых двигателя с тягой по 300 кг и 32 двигателя малой тяги системы ориентации позволяли станции маневрировать в пространстве.

ОС «Мир» практически круглосуточно имели связь с Землёй через спутники-ретрансляторы. Благодаря непрерывной связи с ОС её бортовые вычислительные средства могут образовывать единый комплекс с мощными наземными ЭВМ. Такой прямой контакт «машина-машина» открывает новые возможности для автоматического контроля и управления системами станции.

Станция «Мир» имеет ряд принципиальных особенностей, характеризующих новое поколение орбитальных пилотируемых комплексов. Главная из них – реализованный в ней принцип модульности. Это относится не только ко всему комплексу в целом, но и к отдельным его частям и бортовым системам. Головным разработчиком «Мира» является РКК «Энергия» им. С. П. Королёва, разработчик и изготовитель базового блока и модулей станции– ГКНПЦ им. М. В. Хруничева. За годы эксплуатации в состав комплекса дополнительно к базовому блоку введены пять крупных модулей и специальный стыковочный отсек.

В 1997 г. комплектация орбитального комплекса завершена. Орбита ОКС «Мир» располагает наклонением 51,6°. Первый экипаж на станцию доставил КК «Союз Т-15». Самой яркой страницей этой экспедиции стал перелёт экипажа в составе Л. Д. Кизима и В. А. Соловьёва по трассе «Мир» - «Салют» - «Мир», выполненный впервые в истории космонавтики. Без таких рейсов немыслимы будущие работы по обслуживанию разветвлённых космических комплектов.

«Фундаментом» станции является базовый блок, основу которого

составляет герметичный рабочий отсек с центральным постом управления и средствами связи. Комфорт для экипажа обеспечивается двумя индивидуальными каютами и общей кают-компанией с рабочим столом, устройствами для подогрева воды и пищи. Рядом размещены беговая дорожка и велоэргометр. В стенку корпуса вмонтирована портативная шлюзовая камера. На наружной поверхности рабочего отсека размещены две поворотные панели солнечных батарей и неподвижная третья, смонтированная космонавтами в ходе полёта. Перед рабочим отсеком – герметичный переходный отсек, способный служить шлюзом для выхода в открытый космос. Он имеет пять стыковочных портов для соединения с транспортными кораблями и научными модулями. За рабочим отсеком – негерметичный агрегатный отсек. В нём – двигательная установка с топливными баками. Посередине отсека – герметичная переходная камера, оканчивающаяся стыковочным узлом, к которому в ходе полёта был подсоединён модуль «Квант». Снаружи агрегатного отсека на поворотной штанге установлена остронаправленная антенна, обеспечивающая связь через спутник-ретранслятор, находящийся на геостационарной орбите.

2-й модуль (астрофизический «Квант») был выведен на орбиту в апреле 1987 г. Его пристыковали 9 апреля 1987 г. Конструктивно модуль представляет собой единый гермоотсек с двумя люками, один из которых является рабочим портом для приёма транспортных кораблей. Вокруг него расположен комплекс астрофизических приборов, преимущественно для исследования недоступных наблюдениям с Земли рентгеновских источников. На наружной поверхности космонавтами смонтированы два узла крепления поворотных многоразовых солнечных батарей, а также рабочая площадка, на которой ведётся монтаж крупногабаритных ферм. На одной из них размещена выносная двигательная установка (ВДУ).

3-й модуль (дооснащения, «Квант-2») был выведен на орбиту РН «Протон» 26 ноября 1989 г. и пристыкован 6 декабря 1989 г. Этот блок называют также модулем дооснащения, в нём сосредоточено значительное количество оборудования, необходимого для систем жизнеобеспечения станции и создания дополнительного комфорта её обитателям. Шлюзовой отсек используется как хранилище скафандров и в качестве ангара для автономного средства перемещения космонавта.

4-й модуль (стыковочно-технологический, «Кристалл») был выведен на орбиту РН «Протон» и пристыкован к ОС «Мир» 10 июня 1990 г. В модуле размещено преимущественно научное и технологическое оборудование для исследования процессов получения новых материалов в условиях невесомости (микрогравитации). Кроме того, установлены два узла, один из которых соединён со стыковочным отсеком, а другой – свободен. На наружной поверхности – две поворотные солнечные многоразовые батареи (обе будут перенесены на модуль «Квант»).

5-й модуль (геофизический, «Спектр») был пристыкован 1 июня 1995 г. Аппаратура модуля позволяет вести экологический мониторинг атмосферы, океана, земной поверхности, медико-биологические исследования и др. Для вынесения экспериментальных образцов на наружную поверхность запланирована установка копирующего манипулятора «Пеликан», работающего совместно со шлюзовой камерой. На поверхности модуля установлены

4 поворотные солнечные батареи.

6-й модуль (стыковочный) был пристыкован 15 ноября 1995 г. Этот сравнительно небольшой модуль создан специально для стыковки корабля «Атлантис» и доставлен на «Мир» американским «Спейс Шаттлом».

7-й модуль (научный, «Природа») был выведен на орбиту 23 апреля 1996 г. и пристыкован 26 апреля 1996 г. В этом блоке сконцентрированы приборы высокоточного наблюдения за земной поверхностью в различных диапазонах спектра. В состав модуля включено также около 1 т американского оборудования для изучения поведения человека в длительном космическом полёте.

Хронология – ключевые события в истории космической станции «Мир»:

1986 г., 20 февраля. – Первый модуль (Базовый блок) станции выведен на околоземную орбиту.

1986 г., 13 марта. – На станцию прибывает первый экипаж в составе Леонида Кизима и Владимира Соловьева.

1987 г., 11 апреля. – Космонавты Юрий Романенко и Александр Лавейкин впервые выходят из «Мира» в открытый космос, чтобы выяснить причину неудачи с пристыковкой научно – исследовательского модуля «Квант – 1» к станции.

1991 г. – В космос отправляется Сергей Крикалев, который стал последним советским космонавтом на борту « Мира»: к моменту его возвращения на Землю Советский Союз распался.

1994 г., март. – На станцию впервые прибывает астронавт из США – Норманн Тагард.

1995 г., 29 июня. – С «Миром» стыкуется американский космический челнок. Его капитан Роберт Джибсон открывает люк и проникает в станцию, где пожимает руку своему российскому коллеге Владимиру Дежурову. Это первая стыковка космических кораблей двух стран, начиная с июля 1975 г., когда на орбите встретились экипажи американского U.S. Apollo и советского корабля «Союз».

1996 г., 19 августа. – На «Мире» встречаются шесть космонавтов из России, Франции и США. Представитель Франции, первая в стране женщина-космонавт Клод Андрэ-Дешас, прибывает на станцию на борту российской ракеты «Союз-У».

1997 г., 24 февраля. – Возгорание на борту при попытке космонавтов заменить воздушный фильтр. На время устранения чрезвычайной ситуации международному экипажу приходится надеть кислородные маски.

1997 г., 25 июня. – Грузовой корабль «Прогресс» сталкивается с «Миром» во время стыковки, пробив один из модулей станции и повредив солнечную батарею, что приводит к резкому дефициту энергии на борту.

1997 г., 22 сентября. – «Мир» теряет ориентацию после выхода из строя бортового компьютера. На устранение неисправности уходит день. С подобными проблемами станция сталкивалась также 8 и 14 сентября.

1998 г., 9 июня. – «Мир» покидает последний американский астронавт.

1999 г., 22 февраля. – К оставшимся на борту членам экипажа «Мира» - Виктору Афанасьеву (Россия) и Жан-Пьеру Аньеру (Франция) присоединяется еще один россиянин – инженер Сергей Авдеев.

1999 г., 28 августа. – Трое космонавтов благополучно возвращаются на Землю, станция продолжает полет в беспилотном режиме.

1999 г., 8 сентября. – Центр управления отключает основной компьютер станции, «Мир» начинает полет на орбите в состоянии консервации.

2001 г., 21 марта. – Спустя месяц после своего 15-летнего юбилея старейшая российская космическая станция «Мир» должна быть возвращена на Землю. Согласно расчетам обломки станции упадут в воды южной части Тихого океана, вдали от населенных районов.

Россия застраховала на 200 млн. долларов риск, связанный с возможным падением 130-тонной станции, большая часть которой сгорит в атмосфере, а оставшиеся обломки упадут в океан. Как и планировалось, все было закончено 23 марта до 10.00 по московскому времени.
6.3. Международная космическая станция (МКС)
В июне 1992 г. между Россией и США было заключено соглашение о сотрудничестве в исследовании космоса. Российское космическое агентство (РКА) и NASA разработали совместную программу «Мир – SHUTTLE», включавшую в себя три взаимосвязанных проекта: полеты российских космонавтов на кораблях «Спейс Шаттл», «Мир», совместные полеты экипажей и стыковку «Шаттла» с комплексом «Мир».

Руководителями РКА и NASA 1 ноября 1993 г. в Москве было подписано « Соглашение о порядке создания постоянной космической станции». В ноябре 1994 г. РКА и NASA подготовили детальный план, определив общую конфигурацию станции, форму и объемы работ. План, состоящий из трех этапов, стал долгосрочной программой пилотируемых полетов двух стран.

Первый этап предусматривал совместные полеты на ОК «Мир», второй – начало создания принципиально новой орбитальной станции на основе российского и американского сегментов. В ходе третьего этапа строительство МКС должно быть полностью завершено.

К 1996 г. определилась конфигурация станции, состоящая из двух сегментов – российского (пересмотренный вариант проекта «Мир – 2») и американского с участием Канады, Японии, Италии и других стран. На этапе сборки поровну поделили работы на борту станции между российскими и американскими космонавтами. При эксплуатации российский экипаж из трех человек постоянно будет работать на своем сегменте, а время на американском сегменте для четырех астронавтов поделено между США (76, 6%), Японией (12,8%), странами ЕЭС(8,3%) и Канадой(2,3%). Российская сторона получила доступ к использованию 33% ресурсов МКС.

Первый элемент МКС – российский модуль «Заря» был запущен 20 ноября 1998 г., а первая экспедиция на МКС была отправлена 31 октября 2000г. в составе С. К. Крикалева, У. Шепарда, Ю. П. Гидзенко. Стартовал «Союз ТМ-31» с помощью РН «Союз – У» с космодрома Байконур. Посадка происходила на корабле «Дискавери» в Космическом центре им. Дж Кеннеди, штат Флорида, США 21 марта 2001г.

Космонавты произвели: расконсервацию систем служебного модуля «Звезда», установили дополнительное оборудование, обеспечили стыковку кораблей «Прогресс М1-4», «Прогресс М-44» и «Спейс Шаттл» полетов 4а, 5а, 5а.1, выполнили программы научных исследований и экспериментов.

Конструктивно СМ «Заря» состоит из четырех отсеков: трех герметичных- переходного отсека, рабочего отсека и промежуточной камеры, а также негерметичного агрегата отсека, в котором размещена объединенная двигательная установка.

Переходный отсек предназначен для обеспечения перехода членов экипажа между СМ и другими модулями МКС. Он также выполняет функции шлюзового отсека при выходе членов экипажа в открытый космос. Рабочий отсек предназначен для размещения основной части бортовых систем и оборудования СМ. Корпус рабочего отсека состоит из двух цилиндров разных диаметров (2,9м и 4,1м), соединенных между собой коническим переходником. Общая длина отсека – 7,7м. Система управления движением обеспечивает ориентацию МКС и стабилизацию в любом режиме управления ориентацией с помощью реактивных двигателей, а также силовых гироскопов.

Служебный модуль «Звезда» - основа российского сегмента МКС. Она обеспечивает деятельность экипажа численностью до шести человек и управление станцией с регулярно изменяющейся конфигурацией. Это – базовый модуль всей станции, наиболее насыщенный аппаратурой модуль МКС.

Основные технические характеристики:

Масса на орбите, кг	20295
Длина по корпусу, мм	13110
Максимальный диаметр, мм	4350
Объем герметичных отсеков, куб. м	89
Обеспечение жизнедеятельности экипажа, человек	до 6
Размах солнечных батарей, мм	29730
Площадь фотоэлементов, кв. м	76
Средняя мощность электроснабжения, кВт/сут	9,8
Масса заправляемого топлива, кг	860
Длительность функционирования на орбите, лет	15

Основные функции модуля:

• 
  обеспечение условий работы и отдыха экипажа;
  
• 
  управление работой основных частей орбитального комплекса;
  
• 
  снабжение комплекса электроэнергией;
  
• 
  обеспечение двусторонней связи экипажа с наземным комплексом управления;
  
• 
  прием и передача телевизионной информации;
  
• 
  коррекция орбиты комплексов;
  
• 
  проведение научных и прикладных исследований;
  
• 
  возможность осуществлять двустороннюю бортовую связь всех модулей МКС.
  

В Destiny расположен целый ряд служебных систем МКС. Но самое главное – американский Лабораторный модуль (LAB) позволяет экипажу выполнять программу научных исследований. По убеждению американских ученых Destiny позволит сделать прорыв в таких областях, как лечение рака и диабета, биотехнология, физика и материаловедение.

В состав МКС вошло несколько космических лабораторий – это и японский экспериментальный модуль, два российских научных модуля, модуль для биологических исследований, изготовленный Японией по заказу NASA.

В модуле Destiny полностью или частично находятся:

• 
  система управления движением;
  
• 
  система электропитания;
  
• 
  система связи и телеметрии;
  
• 
  система терморегулирования;
  
• 
  система обеспечения внекорабельной деятельности экипажа;
  
• 
  робототехническая система;
  
• 
  система обеспечения деятельности экипажа;
  
• 
  система регулирования параметров среды.
  

До этого ориентацию обеспечивали двигатели российских модулей «Заря» и «Звезда», теперь же они используются для разгрузки американских гиродинов и для коррекции орбиты МКС. Кроме этого, вектор состояния станции и данные по ориентации организации поступают с российского сегмента (РС), для чего компьютеры обеих систем управления движением в «Звезде» и Destiny связаны в единый комплекс. Destiny также управляет ориентацией солнечных батарей. До ее включения батареями приходилось управлять вручную. Однако работа бортовых систем управления аппаратурой российского сегмента, как и прежде, осуществляется из российских модулей.

Система электропитания обеспечивает контроль, управление и

распределение электропитания по герметичным модулям американского сегмента (АС) МКС. Солнечные батареи вырабатывают электроэнергию для Destiny, система коммутации распределяет ее между вторичными потребителями и доставляемыми грузами.

Система терморегулирования состоит из активной и неактивной подсистем. Активная подсистема терморегулирования состоит из двух контуров: первичного водяного и вторичного аммиачного. В качестве теплоносителя в первичном контуре используется вода, которая была выбрана американцами на основе опыта полетов на станцию «Мир», где теплоносителем был в начале этиленгликоль - вещество довольно ядовитое. Так, после 10 лет полета станции стали разрушаться трубы внутреннего контура системы терморегулирования «Мира» и этиленгликоль начал вытекать, отравляя атмосферу станции, чем и была вызвана замена этиленгликоля водой. Полностью отключенным от источников питания лабораторный модуль (LAB) может находиться не более четырех часов.

Система связи и телеметрии - это звуковая и видеосвязь с наземными пунктами и связь «космос-космос». Система обеспечивает передачу команд и телеметрической информации, передачу данных, голосовую связь.

Внутристанционная голосовая связь позволяет членам экипажа связаться друг с другом в разных модулях станции.

Система обеспечения внекорабельной деятельности экипажа включает в себя поручни, места крепления рабочих площадок, интерфейсы для подключения вспомогательного рабочего оборудования, установленные снаружи модуля.

В робототехническую систему, обеспечивающую внекорабельную деятельность, входят два узла крепления захвата дистанционного манипулятора.

Систему обеспечения деятельности экипажа составляют поручни, средства фиксации светильника и другие устройства и приспособления внутри Destiny, которые обеспечивают работу и жизнь астронавтов и космонавтов.

Система регулирования параметров среды обеспечивает в модулях американского сегмента МКС поддержание требуемых температуры и влажности, удаление углекислоты, контроль газового состава атмосферы, регенерацию и очистку воздуха от микропримесей, сбор, отработку и хранение конденсированной воды, обнаружение возгорания и пожаротушение.

Подсистема контроля и регулирования атмосферы содержит сборку вентилей сброса давления. Ручные клапаны выравнивания давления и трубопроводы.

Подсистема контроля температуры и влажности обеспечивает поддержание температуры от 18,3⁰С до 29,4⁰С., и влажности в пределах 40-60%., а также вентиляции воздуха.

Подсистема из двух унифицированных блоков и комплекта вентиляторов обеспечивают вентиляцию в модулях.

Сложным элементом подсистемы регенерации атмосферы является аппаратура контроля малых составляющих атмосферы. Она способна не допустить превышения допустимой концентрации станции более, чем двухсот различных примесей от газов, выделяющихся из их материалов и до продуктов человеческого метаболизма.

Таким образом, Международная космическая станция – крупнейший проект пилотируемой космонавтики, впервые собравший в единой команде специалистов из разных стран мира. На МКС за время ее существования побывало уже 14 экспедиций, в задачу которых входило:

• 
  испытание новых материалов и приборов для работы в космосе;
  
• 
  астрофизические наблюдения;
  
• 
  испытание технологии сборки на орбите крупных систем;
  
• 
  испытание новых фармацевтических технологий;
  
• 
  изучение нервной системы человека, находящегося в длительном полете;
  
• 
  исследование влияния на организм астронавтов космического излучения.
  

1. 
   Гетланд К. Космическая техника. – М.: Мир, 1986.
   
2. 
   Глушко В. П. Развитие ракетостроения и космонавтики в СССР. – М.: Машиностроение, 1987.
   
3. 
   Егоров А. П., Кутаев Е. С., Филин В. М. Стартует «Энергия». – М.: Машиностроение, 1989.
   
4. 
   Космонавтика: Энциклопедия М. – М.: Советская Энциклопедия, 1985.
   
5. 
   Лей В. Ракеты и полеты в космос. М.: Воениздат МО СССР, 1961.
   
6. 
   Максимов А. И. Космическая одиссея или краткая история развития ракетной техники и космонавтики. – Новосибирск.: Наука, 1991.
   
7. 
   Морозова К.В. Ракеты–носители космических аппаратов. – М.: Машиностроение, 1975.
   
8. 
   Романов А. П., Губарев В. С. Конструкторы. – М.: Полтиздат,1989.
   
9. 
   Федосьев В.И., Синярёв Г.Б. Введение в ракетную технику. – М.: Оборонгиз, 1961.
   
10. 
    Федосьев В. И. Основы техники ракетного полета. – М.: Наука, 1979.
    
11. 
    Фриденсон Е. С. Основы ракетной техники. – М.: Воениздат МО СССР, 1973.
    
12. 
    Экономов Л. А. Повелители огненных стрел. – М.: Молодая гвардия, 1964.
    

Оглавление

1. 
   Другие миры в представлении астрономов разных эпох....................3
   
2. 
   Происхождение ракет и их первые конструкторы в
   

3. 
   Вклад русских и зарубежных ученых и изобретателей
   

Глава 2. История создания первой баллистической ракеты «ФАУ-2»……………..16

2.1. Проекты и испытания баллистических ракет

А-1, А-2 и А-3 в Германии……………………..…………………………16

2.2. Летно-технические характеристики ракеты А-4 («ФАУ-2»)

и ее боевое применение……………………………………………………18

Глава 3. Начало космической эры…………………………………………………21

3.1. Первые баллистические и геофизические ракеты в СССР…………21

3.2. Межконтинентальная ракета Р-7 и ее модификации……………….26

3.3. Искусственные спутники Земли и космические аппараты «Луна»..28

3.4. Космические корабли «Восток», «Восход» и «Союз»……………...32

3.5. К другим мирам……………………………………………………….39

Глава 4. Развитие лунной программы…………………………………………….44

4.1. Лунные экспедиции американских астронавтов……………………44

4.2. Советские автоматические станции и самоходные

аппараты на Луне…......................................................................................45

4.3. Лунный проект Н1-Л3………………………………………………...48

Глава 5. Космические корабли многоразового использования………………….52

5. 1. Американский космический корабль «Спейс Шаттл»……………..52

5.2. Советский космический корабль многоразового

использования «Буран»……………………………………………………54

Глава 6. Долговременные орбитальные станции (ДОС)…………………….......57

6.1. Советские станции «Салют» и американский «Скайлеб»………….57

6.2. Орбитальная космическая станция «Мир»…………………….........61

6.3. Международная космическая станция (МКС)………………………65

Литература…………………………………………………………………………..69

Х79 Ц33(03)-07 Св. план 2007 г.

поз.14

ХОРИН Владимир Ионович

Часть 2

Учебное пособие

Редактор Т.П. Воронина

Подписано в печать 22.03.07 г.

Печать офсетная Формат 60х84/16 5,41 уч.-изд. л.

4,18 усл.печ.л. Заказ № 301/ Тираж 1000 экз.

Московский государственный технический университет ГА

125993 Москва, Кронштадтский бульвар, д. 20

Редакционно-издательский отдел

125493 Москва, ул. Пулковская, д.6а

© Московский государственный

технический университет ГА, 2007

жүктеу/скачать 0.5 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: