Игорь Бубнов - Обитаемые космические станции

• Название: Обитаемые космические станции
• Автор: Игорь Бубнов
• Издательство: Воениздат
• Жанр: Техническая литература
• Год: 1965

Предлагаемая читателю книга рассказывает о проблемах, которые необходимо решить на предстоящем этапе освоения космического пространства — при создании обитаемых космических станций на орбитах вокруг Земли. На основе изучения и критического анализа обширных материалов, опубликованных в советской и зарубежной печати, авторы рассказывают о тех трудностях, которые предстоит преодолеть ученым и инженерам при создании орбитальных станций. Читатель найдет в книге описание некоторых проектов обитаемых космических станций. Книга рассчитана на широкий круг читателей, интересующихся перспективами освоения космического пространства.

---

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.

Из астрономического оборудования на станции устанавливаются два больших телескопа. Члены экипажа ведут наблюдения, передают научные данные на Землю, поддерживают ориентацию станции и следят за системой обеспечения жизнедеятельности.

Проект фирмы «Норт Америкен Авиейшн» (США), 1962 г. Фирмой опубликован эскизный проект обитаемой космической станции с экипажем из 21 человека (рис. 47). ОКС весом 77 т (вместе с космическим лунным кораблем «Аполлон» весом 10 т) предполагается вывести на орбиту высотой 550 км с углом наклона 33° с помощью одной двухступенчатой ракеты «Сатурн С-5».

Вывод станции на орбиту предусмотрен в сложенном состоянии (рис. 47, а), при этом диаметр конструкции составляет 10 м, длина — 31 м. Затем станция трансформируется, приобретая форму шестигранного обода со ступицей и тремя спицами (рис. 47, б), при этом диаметр обода составит 45,7 м. Каждая из шести граней обода, ступица и спицы представляют собой отсеки, изолированные друг от друга герметичными перегородками и воздушными шлюзами. Все десять отсеков имеют автономные экологические системы. Вращением станции вокруг оси ступицы со скоростью 3 об/мин создается искусственная сила тяжести около 0,2 g. Вращение производится с помощью двух ЖРД с тягой по 23 кг.

Рис. 47. Проект большой космической станции фирмы «Норт Америкен Авиэйшн» (США): а — в сложенном положении (при запуске); б — в развернутом положении (на орбите); в — жилой отсек в разрезе; г — станция с пришвартованными кораблями «Аполлон»; д — ступица в разрезе; 1 — космический корабль «Аполлон»; 2 — обтекатель; 3 — сложенный обод; 4 — верхняя часть третьей ступени ракеты «Сатурн С-5»; 5 — ЖРД вращения; 6 — ЖРД ориентации; 7 — койки; 8 — душ; 9 — склад; 10 — воздушный шлюз; 11 — кухня; 12 — столовая и кают-компания; 13 — турель; 14 — камера для экспериментов в невесомости; 15 — спица

Каждый отсек обода представляет собой типовой элемент — цилиндр длиной 22,8 м и диаметром 3 м. Пол внутри отсека (рис. 47, в) сделан ступенчатым, чтобы направление центробежной силы по возможности в любой точке совпадало с перпендикуляром к полу. С целью противометеорной защиты вся конструкция станции снаружи покрыта толстой многослойной обшивкой, состоящей из трех слоев алюминиевого сплава, сотовой панели и слоя пенополиуретана.

Из шести отсеков обода три жилых и три рабочих, причем на каждую пару отсеков разного назначения приходится по семь членов экипажа. В рабочем отсеке в каждый момент находится лишь один из семи членов экипажа — дежурный, остальные шесть отдыхают в жилом отсеке. Рабочие отсеки соединены со ступицей с помощью полых спиц диаметром 1,4 м, которые являются средством сообщения между отсеками. Центральный пост управления находится в одном из рабочих отсеков.

На ступице оборудованы причалы для лунных космических кораблей «Аполлон», причем одновременно может быть пришвартовано семь кораблей: один в центре ступицы по ее оси и шесть по окружности ступицы в радиальном направлении (рис. 47, г). В центре ступицы (рис. 47, д) размещается камера для проведения экспериментов в условиях невесомости, причем камера не вращается. Верхняя часть ступицы — турель — в момент причаливания к ней кораблей также не вращается. Но для перехода космонавтов из корабля внутрь станции и обратно турель раскручивается вместе с кораблями до скорости вращения станции, после чего воздушные шлюзы корабля и ступицы совмещаются. Экспериментальный отсек закрыт снаружи коническим обтекателем. Высота ступицы — 9 м, диаметр турели — 5 м, максимальный диаметр обтекателя — 10 м, высота его — 4 м.

Энергосистема ОКС состоит из нескольких панелей с солнечными элементами, шесть из них, площадью по 30 м2, размещены на нижних поверхностях оболочки обода; три панели, общей площадью 38 мг, размещены на поверхности спиц. Номинальная мощность системы — 12 квт, максимальная — 19,5 квт, научная аппаратура потребляет 1,5 квт.

Станция ориентируется на Солнце своей нижней плоскостью с точностью ±10°. Ориентация осуществляется с помощью четырех пар точно таких же ЖРД, которые вращают станцию. Этими же двигателями производится стабилизация станции при компенсации внешних возмущений, в том числе при швартовке космических кораблей.

Мы уже говорили, что станция выводится на орбиту в сложенном состоянии вместе с космическим кораблем «Аполлон». Во время полета экипаж (три человека) находится внутри корабля и управляет полетом. После выхода на орбиту экипаж в расчетной точке производит трансформацию (развертывание) станции. Развертывание обеспечивается специальными шарнирами в сочленениях и производится с помощью электромеханизмов, питающихся от аккумуляторов.

Предполагается, что в первые недели существования ОКС ее экипаж достигнет 12 человек и лишь через несколько месяцев укомплектуется полностью. По расчетам станция будет существовать три года, после чего экипаж будет эвакуирован с помощью кораблей «Аполлон», а станция сгорит при торможении в атмосфере. Кстати, семь кораблей «Аполлон» должны будут постоянно находиться у причалов ОКС на случай аварийного покидания станции. Эти же корабли будут служить средством сообщения с Землей, доставляя оттуда на борт ОКС ежегодно около 7 т продуктов питания.

Искусственная атмосфера, созданная внутри отсеков (давление 0,7 кг/см2), должна будет обновляться два раза в три года с помощью запасов сжатого воздуха в баллонах.