Зато мы делали ракеты. Воспоминания и размышления космонавта-исследователя

Важнее ответить на вопрос: чем должен быть занят человек на станции, что оправдывало бы затраты на создание пилотируемых кораблей и орбитальных станций? Пока что он занят достаточно примитивной работой: уборка, дезинфекция, перенос грузов из грузовика в станцию, замена неисправного прибора, простой ремонт, включение, выключение приборов, доклад на Землю об обстановке. За все прошедшие годы не удалось найти сферу применения интеллекта человека, соответствующую его возможностям и затратам. Пока очевидна только одна — функция обслуживания.

Но и она немаловажна. Телескоп Хаббл стоил американцам порядка двух-трех миллиардов долларов. После его выведения на орбиту обнаружилось, что из-за ошибки в изготовлении или в сборке его оптической системе требуется ремонт. Пришлось ждать, насколько помнится, более двух лет до прилета на «Шаттле» ремонтной бригады. Один только этот полет обошелся в четыреста миллионов долларов. Такая же ситуация наблюдается и сейчас: нужно заменить камеру с приемником инфракрасного излучения, силовые гироскопы, но приходится ждать прилета «Шаттла» с бригадой обслуживания. Наземные большие телескопы обслуживаются чуть ли не ежедневно. Если бы на станции было достаточно мощное и дорогое инструментальное оборудование (например, целая батарея телескопов для астрофизических и геофизических наблюдений и исследований, сложные экспериментальные установки и т. д.), это могло бы оправдать расходы на обеспечение работы человека на орбитальной станции. Конечно, это не означает, что нужно искусственно создавать рабочие места на борту. Наоборот, при помощи бортовых компьютеров необходимо всячески освободить экипаж от рутинной и неэффективной работы по ежедневному многократному контролю работы оборудования и обстановки на станции: пусть человек занимается по возможности и творческой работой, а рутинную — по контролю и диагностике — следует передать бортовым компьютерам.

Низкий временной КПД исследовательской и экспериментальной аппаратуры станции «Мир», определяемый тем, что одновременное проведение различных работ оказывается невозможным, и трудности, связанные с созданием и функционированием таких больших сооружений, как станции «Мир» или МКС, заставляют искать более эффективные идеи проектирования новых станций.

К трудностям создания и работы больших станций можно отнести громадные размеры ферменных конструкций, на которых размещены жилые и производственные помещения, заправочные станции, телескопы, солнечные батареи и транспортные корабли, что приводит к громадным моментам инерции и к трудностям ориентации таких сооружений. Слишком большая запрограммированность таких станций ограничивает возможности их развития и совершенствования производственной и исследовательской программ.

Включение производственных помещений в единую конструкцию приведет к возрастанию уровня микрогравитации в этих помещениях, что может оказаться важным в случае использования орбитальных станций, например, для производства сверхчистых материалов и, скорее всего, скажется на качестве получаемой продукции, и потребует ограничений на процессы ориентации и управления движением и на деятельность экипажа станции (вероятно, это может привести к запрету бега на дорожках, необходимому для здоровья космонавтов). Для работы телескопов высокого класса требуется сверхточная ориентация, что, скорее всего, окажется невозможным в общей конструкции, даже если будет предусматриваться свобода угловых перемещений телескопов относительно конструкции станции.

Включение в состав такой единой конструкции заправочной станции (например, для заправки топливом орбитальных и межпланетных аппаратов и кораблей), размещение заправочных емкостей, содержащих, как правило, самовоспламеняющиеся компоненты, сложные пневмо- и гидравлические схемы приема топлива от кораблей-заправщиков и заправки абонентов в общей конструкции станции представляются небезопасным и нежелательным. С другой стороны, все это естественно разместить рядом, чтобы можно было производить настройку, ремонт, испытания и обслуживание всех этих телескопов, технологических лабораторий, заводов, заправочных станций.

Трудности и противоречия можно устранить за счет использования схемы «станции-облака».

Представим себе станцию, состоящую из нескольких автономных частей, например, базового жилого блока, астрофизической обсерватории, производственно-лабораторного модуля и заправочного модуля. Все части летают по одной орбите, не слишком удаляясь друг от друга, так чтобы расстояние от базового блока до каждого из них всегда находилось в выбранных пределах, например, составляло 10–50 километров. Для этого на каждой части нужно иметь систему измерения дальности и радиальной скорости относительно базового блока и двигательную установку с двигателями координатных перемещений.

Идея совместного полета отдельных модулей достаточно простая. Скорость удаления или приближения уменьшается до минимума, определяющегося чувствительностью измерителей относительной скорости. Пусть это будет 1,5 сантиметра в секунду. Тогда расстояние от 10 до 50 километров (с учетом особенностей движения спутника на орбите) будет увеличиваться примерно за десять суток.

Когда это расстояние увеличится до 50 километров, на втором модуле выдается импульс, изменяющий знак относительной скорости, и модуль начинает сближаться с первым, доходит до своих 10 километров еще через десять суток и т. д. Если относительную скорость измерять с точностью порядка сантиметра в секунду (что вполне возможно в современной радиолокационной технике при работе по активному приемнику-ответчику), то расход топлива на поддержание модулей станции в заданном относительном положении оказывается существенно меньшим, чем топливо, которое мы в любом случае обязаны тратить на компенсацию торможения станции атмосферой. Таким образом, телескоп, например, можно держать на расстоянии 10–50 километров сзади базового блока, производственный модуль на расстоянии 10–50 километров впереди, а заправочный модуль впереди, на расстоянии, например, 60–100 километров.

Состав такой станции-облака может расширяться и меняться. Естественно было бы использовать базовый блок станции, где размещается дежурная смена космонавтов, и геофизический модуль с аппаратурой экологического контроля, контроля состояния озонового слоя атмосферы, исследований природных ресурсов и т. п. Там же можно было бы разместить средства медицинских и биологических исследований.

На этом блоке должны быть несколько причалов для пилотируемых и грузовых кораблей и для «орбитальных автомобилей» — аппаратов, предназначенных для перелетов космонавтов между модулями станции с целью их обслуживания.

Эта идея появилась у меня в восьмидесятые годы, излагал ее в курсе лекций для студентов в девяностые и долго считал, что будущее орбитальных станций именно за схемой станция-облако. Сейчас у меня уже нет твердой убежденности. Может быть, целесообразнее создавать два типа орбитальных станций: специализированные станции, включающие в себя механически связанные модули, и универсальные — в виде станции-облака.

Например, специализированную астрофизическую станцию, включающую в себя ряд больших телескопов (например, с размерами телескопа Хаббл), можно все же попытаться создать в виде ряда механически соединенных карданных подвесов, в которых устанавливаются отдельные работающие по независимым программам телескопы, нацеливаемые на различные участки неба. Технические трудности, связанные с наличием в этой же конструкции жилого блока для бригады обслуживания из космонавтов, будут, по-видимому, немалые, но возможно, их удастся преодолеть, а космонавтам на такой станции работать будет существенно проще, и топлива на перелеты между отдельными телескопами не потребуется. А универсальную станцию, включающую в себя и телескопы, и модули для технологических работ и исследований, и заправочную станцию, и строительную базу, и другие объекты, строить с использованием схемы станции-облака.

С идеей создания на орбите больших конструкций (например, гигантских радиотелескопов) связана задача создания космических роботов. Это актуальная задача современной космической техники. Опыт работы космонавтов на орбите в открытом пространстве показывает опасность этих работ и крайне ограниченные возможности человека, закованного в доспехи выходного космического скафандра. Даже изготовленные из мягких тканей и резиновой тонкой герметической оболочки элементы выходного скафандра превращаются в жесткую конструкцию под действием перепада между внутренним давлением в скафандре и внешним вакуумом, составляющего 0,3–0,4 атмосферы. Постоянная необходимость специальной фиксации и страховки, скованность движений человека, одетого в скафандр, резко снижают эффективность его работы в открытом космосе. В то же время опыт показывает необходимость расширения работ вне герметичных отсеков станций и кораблей. Обслуживание самих орбитальных станций, их ремонт и профилактика, обслуживание автоматических космических аппаратов и пилотируемых кораблей на орбите, строительство больших конструкций, платформ спутников связи, больших орбитальных станций, больших астрофизических инструментов, антенн радиотелескопов и т. п. невозможно без выполнения сложных и объемных работ в открытом пространстве. Общий объем этих работ представляется довольно большим, он явно не под силу одетым в скафандры космонавтам.

Отсюда возникает необходимость создания роботов для выполнения работ в открытом пространстве. Внешне он представляется пяти- или шестилапым существом. Вернее, двух- или трехруким и трехногим: одна или две «руки» работают, а одна или две держат запасной инструмент или подготовленную к установке деталь или прибор. Назначение «ног» — фиксация робота на внешних элементах конструкции обслуживаемого аппарата или строящегося объекта. Желательно иметь три «ноги», чтобы силовые изгибающие моменты не нагружали конструкцию «ног».