Обитаемые космические станции

Ромик дал несколько оригинальных решений по некоторым инженерным проблемам. Например, возможный дисбаланс колеса должен автоматически ликвидироваться с помощью специальных балансировочных грузов, перемещающихся внутри колеса в радиальных направлениях. Переход из вращающегося колеса в рабочие отсеки и обратно должен осуществляться с помощью движущейся по круговым рельсам специальной герметичной вагонетки.

В целом проект Ромика, конечно, не может представлять интерес даже для весьма отдаленного будущего. Едва ли предлагаемые размеры орбитальной станции будут необходимы на практике. Нетрудно себе представить, какое огромное количество вспомогательного оборудования потребуется для обеспечения такой станции. Вызывает сомнение и экономическая сторона этого проекта: снабжение космического города будет очень дорого стоить.

Нельзя, конечно, забывать о том гигантском скачке, который сделала техника со времени опубликования проекта. Тем не менее можно сделать важные замечания и по конструкции проекта. Едва ли, например, удобно размещать жилые помещения в плоском колесе такого диаметра. Очевидно, что центробежная сила, пропорциональная радиусу, будет различной в зависимости от расстояния до центра колеса. Следовательно, искусственная сила тяжести будет далеко не одинаковой для большинства обитателей этого огромного жилища.

ПРОЕКТЫ НАШИХ ДНЕЙ

Проекты ОКС в наши дни опираются на более реальный фундамент. В последние годы в зарубежной печати опубликовано несколько проектов орбитальных станций. Рассмотрим некоторые из них.

Проекты фирмы «Мартин» (США), 1960 г. Один из проектов этой фирмы представлен на рис. 43. Это летающая космическая лаборатория с экипажем из четырех — шести человек, рассчитанная на проведение геофизических, астрономических и биолого-медицинских исследований в условиях невесомости. Поэтому в конструкции станции не предусмотрено каких-либо способов создания искусственной силы тяжести. Это в свою очередь ограничивает срок работы экипажа лаборатории между сменами. Смена предусматривается раз в две — три недели. Продолжительность пребывания станции на орбите — один год. Высота орбиты станции — примерно 660 км. Конструктивно станция выполнена как цилиндр, имеющий двойные стенки. Такая конструкция вытекает из требований тепловой, противорадиационной и антиметеорной защиты. Внешний экран выполнен из бериллия, внутренняя стенка — алюминиевая. Внутри цилиндра располагаются исследовательские лаборатории: геофизическая, астрономическая, биохимическая и медицинская, а также центр управления. Специальная аппаратура поддерживает внутри кабины температуру 16–32 °C.

Рис. 43. Проект орбитальной станции жесткой конструкции фирмы «Мартин» (США):

^{1 — ракетный аппарат; 2 — центр управления; 3 — биохимическая лаборатория; 4 — медицинская лаборатория; 5 — астрономическая и геофизическая лаборатория; 6 — антенна; 7 — телескоп; 8 — телескопический рефлектор; 9 — космические лаборатории}

В конструкции предусмотрены различные антенны, а также установлены телескоп с большим фокусным расстоянием и телескопический рефлектор. Кроме того, предусмотрены наружные камеры для проведения исследования непосредственно в космической среде (космические лаборатории).

В верхней части цилиндра располагается специальный ракетный аппарат, предназначенный для снабжения, смены экипажа и аварийного покидания, спутника.

Другой проект той же фирмы в отличие от рассмотренного, выполненного целиком из металла, имеет принципиально иное конструктивное решение. Это так называемая полужесткая конструкция — отдельные ее отсеки заполняются воздухом уже после вывода на орбиту (рис. 44). На рисунке слева показана часть станции в сложенном состоянии, представляющая собой последнюю ступень ракеты-носителя. Объем ее при этом значительно меньше, чем в рабочем положении. После вывода на орбиту надувные отсеки становятся основным рабочим помещением. Эта конструкция также снабжается ракетным аппаратом для связи с Землей. Основные данные и назначение спутника те же, что и предыдущего проекта фирмы «Мартин».

Рис. 44. Проект орбитальной станции полужесткой конструкции фирмы «Мартин»:

^{1 — надувная сфера; 2 — летательный аппарат; 3 — оборудование}

Учитывая большие достоинства проекта полужесткой конструкции с точки зрения удобства вывода на орбиту, нельзя не сказать об его конструктивной сложности, а главное, о метеорной уязвимости.

Некоторые американские фирмы считают, что сборка космической станции на орбите является экономически более выгодной, особенно для крупного сооружения.

Проект фирмы «Локхид» (США), 1960 г. Станция предназначается для геофизических, астрономических и биологических экспериментов в космосе. Основной особенностью этого проекта (рис. 45) является сборка станции непосредственно на орбите, причем в основном из типовых элементов. Основными узлами конструкции ОКС должны быть цилиндрические и сферические секции. Диаметр сферы — 5,4 м, диаметр цилиндра — 3 м, длина цилиндра — 9 м.

Рис. 45. Проект обитаемой космической станции «Локхид» (США):

^{1 — ядерная силовая установка; 2 — защитный экран; 3 — излучатель; 4, 6 — лаборатория; 5 — причал; 7 — двигатель вращения; 8 — жилые помещения; 9 — кухня; 10 — оборудование; 11 — система регенерации; 12 — отсек управления; 13 — ремонтные мастерские; 14 — склады; 15 — вспомогательные энергетические установки; 16 — астробуксир}

После вывода на орбиту отдельных элементов производится их сочленение. Две сферы с двумя цилиндрами между ними образуют типовой узел в виде гантели. Из трех таких «гантелей», стыкуемых друг с другом в одной плоскости с помощью еще четырех цилиндров, и собирается станция. Средняя «гантель» служит осью вращения всей станции с целью создания искусственной силы тяжести. С одной стороны оси монтируется ядерная силовая установка с защитным экраном и излучающим радиатором перьевой конструкции. С этой же стороны оси расположены физические и астрономические лаборатории. На другом конце оси вращения размещается причал для космических ракет с руками-манипуляторами и входными люками для экипажа. Здесь же располагаются рабочий отсек с нулевым ускорением силы тяжести и медицинская лаборатория. На одной из периферийных «гантелей» размещаются двигатели вращения ОКС, а также жилые помещения, кухня, секция аппаратуры связи и электронного оборудования и система регенерации. На других «гантелях» размещаются отсек управления и ремонтные мастерские. В осевых отсеках станции, где царит невесомость, размещаются топливные баки, склады, а также вспомогательная энергетическая установка.

Общий вес станции — около 200 т, причем около 60 т приходится на вес топливных баков и энергетической установки с защитным экраном. Длина станции — около 60 м, ширина — около 30 м. Станцию предлагается собрать на орбите высотой 512 км. Время существования на орбите — четыре года.

В целях лучшей защиты от метеоров проектом предусматривается двойная обшивка корпуса станции.

Бортовая энергетическая установка выполнена как ядерная турбогенераторная электростанция. Рабочее тело основного контура — пары ртути, в первичном контуре циркулирует жидкий натрий. Два турбогенератора рассчитаны на среднюю мощность 100 квт при пиковой нагрузке 300 квт. Длина всей энергетической системы с защитой из свинца и гидрата циркония — около 15 м.

Конструкторы предложили снабдить станцию вспомогательным аппаратом — астробуксиром. Для связи с Землей предполагается использовать специальный ракетный аппарат — астротакси, рассчитанный на семь человек.

Проект фирмы «Дуглас Эйркрафт» (США), 1960 г. Фирма предложила проект относительно недорогой космической астрономической обсерватории. Сама станция является второй ступенью двухступенчатой ракеты. В процессе вывода на орбиту вторая ступень, снабженная одним ЖРД, представляет собой бак для топлива, внутри которого в специальном отсеке размещены все механизмы управления и различное оборудование. В носовой части находится капсула с экипажем станции. Впоследствии капсула будет служить средством возвращения на Землю. Экипаж станции — четыре человека, высота орбиты — 555 км, вес станции — около 10 т. На рис. 46 показана последовательность операций при приведении станции в рабочее положение. На рис. 46, а представлена схема станции в момент выхода на орбиту. Баки заполнены топливом (горючее — жидкий водород), экипаж находится в капсуле. После выхода на расчетную орбиту в первую очередь производится продувка водородных баков с помощью струи азота (рис. 46, б). Одновременно производится многократное изменение ориентации ракеты с целью прогрева бака солнечными лучами. Затем один из членов экипажа, перейдя в специальном космическом костюме из капсулы в центральный отсек, герметизирует бак и вскрывает люки отсеков оборудования. После проверки на герметичность азотом (рис. 46, в) бак заполняется воздухом и в него переходят остальные члены экипажа. Центральный отсек переводится в рабочее состояние, а затем открываются щиты носовой части, на внутренней поверхности которых размещены солнечные батареи. Станция получает ток. Один из членов экипажа выходит наружу в специальном костюме и монтирует внешнее оборудование (рис. 46, г). Общий объем помещения станции составляет 150 м³.

Рис. 46. Проект орбитальной станции фирмы «Дуглас Эйркрафт»:

^{а — ракета при подъеме на орбиту; б — положение после выхода на орбиту; в — бак заполнен азотом; проверка на герметичность; г — станция заполнена воздухом и готова к работе}

Экипаж из четырех человек предполагается заменять раз в месяц: По расписанию один из членов экипажа отдыхает, а другой является дежурным, находясь в космическом скафандре. Это нужно на случай неожиданного повреждения внешних элементов станции.