Научный орбитальный комплекс

НЕМНОГО ИСТОРИИ

В 1958 г. в конструкторском бюро С. П. Королева начались работы над будущим первым космическим кораблем «Восток». И уже тогда участники этих работ думали: «А что же дальше? Куда идти после «Востока»? Одни считали — Луна, другие — Марс, третьи — орбитальные станции. В следующем году, когда еще только приступили к выпуску чертежей, электрических схем и в заводских цехах начали появляться первые детали корабля, споры о будущем разгорелись еще больше.

Инженеры оказались едины в одном — путь к развитию пилотируемых космических полетов лежит через решение проблемы сближения и стыковки космических аппаратов на орбитах. Была выделена группа, которой поручили исследовать этот вопрос. Им поставили задачи — выявить технические проблемы, связанные со сближением и стыковкой, наметить варианты решения, поискать организации, которые смогли бы разработать нужную аппаратуру. К началу 1962 г. усилиями этой группы создан теоретический задел, на базе которого можно было приступить к проектированию.

Задача на проектирование ставилась самими проектантами, затем неоднократно уточнялась С. П. Королевым. Решили проектировать новый корабль, на котором можно было бы отработать все проблемы сближения и стыковки. Одновременно с помощью этого корабля предполагалось увеличить продолжительность полета, улучшить условия жизни и работы экипажа, снизить перегрузки, воздействующие на человека при возвращении на Землю, расширить возможности для проведения исследований и экспериментов. Подразумевалось, что на базе этого корабля со временем можно будет создать транспортное средство для обслуживания орбитальных станций.

Работы по проектированию нового корабля (впоследствии названного «Союзом») начались в 1962 г. Этот год, по-видимому, и следует читать годом начала работ над орбитальными станциями.

Основные задачи, которые решались при разработке корабля «Союз», — это создание и отработка средств измерения параметров движения двух космических аппаратов относительно друг друга, управление процессом сближения и причаливания, механическая и электрическая стыковка двух кораблей, создание маршевых и координатных двигателей, обеспечивающих процессы сближения и причаливания. Кроме того, требовалось создать и отработать в полетах новые системы ориентации и управления, средства спуска на Землю с использованием аэродинамической подъемной силы (для снижения перегрузок при спуске и уменьшения рассеивания точки приземления корабля при возвращении на Землю), новой системы приземления с резервированием парашютной системы и т. д.

В середине 1962 г. были подготовлены первые исходные данные на разработку технической документации и начата работа над эскизным проектом. По мере разработки чертежей, электрических схем отдельных систем и корабля в целом, инструкций по испытаниям и т. п. становилось ясным, что корабль «Союз» существенно сложнее «Востока». Сотни приборов, тысячи деталей, десятки километров кабелей. Все это следовало соединить в единое работающее целое, отработать на десятках экспериментальных установок.

Если от начала проектирования корабля «Восток» (еще беспилотного) до его первого полета прошло примерно полтора года, то сроки создания нового корабля оказались существенно длиннее. Много времени отняли, например, работы над макетированием внутренней компоновки спускаемого аппарата, разработка теплозащитного покрытия, средств его нанесения и проверки работоспособности, аэродинамические и тепловые исследования, теоретические исследования устойчивости и управления спускаемого аппарата при возвращении его в атмосферу. Работы по новой системе приземления потребовали создания специальных макетов спускаемого аппарата, сбрасываемых с самолета, и большого количества натурных экспериментов. Пришлось создать новую двигательную установку, систему управляющих двигателей, новые агрегаты для систем терморегулирования, обеспечения жизнедеятельности и т. п.

Принципиальные трудности возникли не только при разработке системы определения параметров относительного движения двух космических аппаратов (при сближении), системы управления этим процессом, но и при создании средств контроля таких систем на Земле до полета. Такие средства создаются для всех бортовых систем и агрегатов, поскольку без контрольной проверки в автономной схеме и на собранном корабле ни один прибор, ни одна система не может быть допущена в полет. Сложность проверки системы измерения параметров относительного движения на Земле связана с тем, что нужно было при проверке системы имитировать движение двух кораблей относительно друг друга и проверять ее работу при различной взаимной ориентации кораблей. Причем проверять не только функционирование системы, но и точность измерений дальности, скорости, углов и т. п.

Все эти работы заняли несколько лет, и первый пилотируемый полет состоялся только в апреле 1967 г. Он закончился трагически: при посадке погиб пилот корабля — космонавт В. М. Комаров. Причиной этой аварии явилось нарушение в работе парашютной системы приземления. Нерасчетный режим работы парашютной системы проявился именно в этом полете, хотя полету первого корабля «Союз-1» предшествовали успешные самолетные испытания системы приземления и беспилотные полеты.

В 1967–1968 гг. был проведен большой объем дополнительных испытаний системы приземления. И с октября 1968 г. опять начались полеты корабля. Полеты «Союзов» в 1968–1970 гг. позволили накопить тот необходимый опыт, который разрешил перейти к использованию их в качестве транспортных кораблей. Наиболее важными вехами на этом пути явились полеты спутников «Космос-186» и «Космос-188», «Космос-212», «Космос-213» для отработки стыковки в автоматическом режиме в 1967 и 1968 гг., стыковка двух пилотируемых кораблей «Союз-4» и «Союз-5» в 1969 г., длительный полет одиночного корабля «Союз-9» в 1970 г.

В 1969 г. стало ясно: проблема сближения и стыковки космических аппаратов практически решена. На очередь встал вопрос о создании самой орбитальной станции, и в 1970 г. начались работы по созданию станции «Салют». Первоначальная постановка задачи определялась как завоевание своего рода плацдарма в области пилотируемых орбитальных станций. Решено было разрабатывать первую станцию как лабораторию, на которой предполагалось провести проверку основных принципов создания пилотируемых орбитальных станций, провести ряд научных и технических экспериментов, исследовать возможности длительной работы человека на орбите. В работе над станцией «Салют» участвовали многие коллективы конструкторов и специалистов различных конструкторских бюро и научно-исследовательских институтов.

Одновременно велась модернизация корабля «Союз» с целью его превращения в транспортный корабль для обслуживания орбитальной станции. При этом главной задачей ставилось обеспечение возможности перехода в станцию через стыковочный узел (после пристыковки корабля к станции), с тем чтобы не нужно было пользоваться для перехода шлюзами и переходить через внешнее пространство в скафандрах. Для решения данной задачи пришлось существенно переделать стыковочные агрегаты, не затрагивая, впрочем, принципиальную схему их работы.

Документацию на станцию и на доработку корабля «Союз» (перевод в транспортный вариант) в основном выполнили в первой половине 1970 г., причем чертежи на корпус станции — еще весной. Это позволило к концу года изготовить станцию и 19 апреля 1971 г, осуществить ее выведение на орбиту. Первая станция «Салют» эксплуатировалась до 11 октября 1971 г., проработав на орбите около полугода.

В ходе этого первого полета орбитальной станции типа «Салют» всесторонне проверялась работоспособность станции, исследовались ее оборудование, системы обеспечения жизнедеятельности в реальных условиях космического полета. Не менее важной считалась и другая задача. Перспективы дальнейшего развития орбитальных станций, пилотируемых космических полетов, освоения непосредственно человеком космического пространства зависят в значительной степени от того, как долго может человек находиться и работать в условиях невесомости. Во время полета станции «Салют» был сделан новый шаг по пути увеличения продолжительности полета человека на орбите. На борту станции 23 сут жил и работал экипаж в составе космонавтов Г. Т. Добровольского, В. Н. Волкова и В. И. Пацаева, которые удовлетворительно чувствовали себя в течение самого длительного в то время полета.

Надо отметить, что до этого полета космонавтам еще никогда не приходилось иметь дело с таким количеством бортовой аппаратуры. Достаточно сказать, что общая масса аппаратуры, установленной на борту станции, измерялась тоннами. В дальнейшем насыщенность станций аппаратурой должна была только возрастать, и поэтому следовало проверить, как экипаж справится с выполнением обширной разнообразной программы, работая со столь большим количеством приборов в условиях длительного полета.

Экипаж станции выполнил серию астрофизических исследований, технических экспериментов, провел много визуальных наблюдений и медико-биологических исследований и, главное, осуществил испытания первой орбитальной станции в космическом полете. Опыт, приобретенный в ходе выполнения программы полета, позволил перейти к созданию более совершенных станций. Одновременно этот полет показал, что при создании «Салюта» удалось найти достаточно простые и надежные инженерные решения для всех узлов станции. К тому же это удалось сделать, как говорится, с первого захода: ведь «Салют» — самый первый вариант орбитальной лаборатории.

При возвращении «Союза-11» на Землю, еще до входа в атмосферу, произошла аварийная разгерметизация космического корабля, в результате которой экипаж погиб.

После этого полета в конструкцию корабля был введен ряд изменений, экипаж снабжен скафандрами на случай аварийной разгерметизации корабля на наиболее сложных участках полета: выведение на орбиту, спуск, стыковка (на этих участках экипаж должен находиться в скафандрах). Проведенные доработки проверялись в наземных испытаниях и в одиночном полете корабля «Союз-12» в 1973 г. В последующие годы были созданы и запущены на орбиту несколько станций «Салют».

Здесь хотелось бы остановиться на станциях «Салют-4» и «Салют-6», так как эти станции наиболее длительное время эксплуатировались в пилотируемом режиме. На основе накопленного опыта станция «Салют-4» была существенно модернизирована. В первую очередь следует отметить модернизацию системы энергопитания (начиная с «Салюта-3» введены ориентирующиеся на Солнце солнечные батареи), создание экономической системы ориентации, улучшение связи с Землей (телеграфная связь Земля — станция с буквопечатающим устройством), разработку экспериментальной системы регенерации воды, получаемой из конденсата атмосферной влаги, расширение состава научного оборудования и т. п.

Станция «Салют-4» была запущена в конце 1974 в. и только в 1977 г. по команде с Земли прекратила работу. На ней работали две экспедиции с продолжительностью примерно один и два месяца. Тем самым сделан очередной важный шаг в увеличении длительности советских пилотируемых космических полетов. В конце 1975 г. к станции пристыковали беспилотный корабль «Союз-20» для проведения длительных ресурсных испытаний корабля в условиях орбитального полета в составе станции. Во время полета станции выполнялись многочисленные исследования, наблюдения и эксперименты по астрофизике, геофизике, в области отработки методов изучения природных ресурсов и окружающей среды, медико-биологические опыты.

Следующим принципиальным этапом в развитии работ по модернизации орбитальных станций явилось создание станции «Салют-6», благодаря которой удалось значительно расширить возможности осуществления длительных пилотируемых полетов.

Продолжительность пилотируемого полета при отсутствии на борту станции систем, обеспечивающих замкнутый круговорот веществ,[1] определяется запасами средств жизнедеятельности и возможностями длительного хранения кислорода, воды, пищи, белья, бытовых элементов, гигиенических средств и т. п. Кроме того, необходимо топливо для управления ориентацией станции, а также для борьбы с ее торможением в верхних слоях атмосферы.

Рис. 1. Зависимость времени существования от высоты круговой орбиты

Рис. 2. Зависимость затрат топлива на поддержание орбиты от высоты орбиты

На рис. 1 и 2 приведены два графика, иллюстрирующих зависимость времени существования станции от высоты орбиты и количества топлива, которое нужно тратить в год на поддержание ее орбиты. Следует отметить, что топливо необходимо также и для проведения коррекций орбиты, чтобы обеспечить оптимальные условия для сближения стартующих с Земли транспортных кораблей: перед стартом каждого очередного корабля приходится «подправлять» орбиту таким образом, чтобы трасса станции проходила над точкой старта корабля ко времени его запуска.

Если оставаться на уровне середины 70-х годов, то оказывается, что только запасов средств по обеспечению жизнедеятельности требуется около 10 кг на человека в сутки. А к этому еще нужно прибавить топливо и оборудование, которое приходится заменять в ходе полета. Если все посчитать, то окажется, что для обеспечения работы станции в пилотируемом полете в течение двух лет потребовалось бы создать на борту станции запасы средств жизнедеятельности и топлива массой около 20 т. Но это превышает массу всей станции «Салют-6». А она ведь имеет еще корпус, оборудование и предназначена для работы на ее борту космонавтов.

Решить проблему длительной работы станции в пилотируемом режиме удалось за счет создания грузовых транспортных кораблей для доставки на станцию оборудования, пищи, воды, кислорода, топлива и т. п. Для того чтобы станция могла принимать эти грузовые корабли, на ней установили еще один причал со стыковочным узлом, размещенным со стороны агрегатного отсека, и новую объединенную двигательную установку, которая могла дозаправляться в полете топливом от грузовых кораблей. В результате этого советскими конструкторами был создан научный орбитальный комплекс «Салют-6» — «Союз».

Работы над станцией «Салют-6» и кораблем «Прогресс» начались в 1973 г. Станция запущена в 1977 г. За прошедшее время на станции побывало несколько экспедиций, в том числе и международных, к станции много раз прилетали грузовые корабли «Прогресс», которые доставляли оборудование и обеспечивали дозаправку двигательной установки станции топливом. Важнейшим достижением, полученным на станции «Салют-6», явилось существенное увеличение длительности полета человека в условиях невесомости, благодаря чему наша страна заняла лидирующее положение в этой области.