Космонавтика для себя Николай Волков, инженер

Космонавтика для себя

Николай Волков, инженер

Среди множества экспериментов, проводимых сегодня на космических орбитах, важное место занимают работы, выполняемые для развития собственно космической техники.

Вспомните первые космические старты. Полученная с их помощью информация о свойствах космического пространства представляла непреходящий по своей ценности научный интерес. И все же главным тогда оставалась техническая сторона дела. Ибо проверялась сама возможность выведения космического аппарата на заданную орбиту, управление его полетом, получения с его помощью той самой научной информации.

Первые космические аппараты совершали, как известно, неориентированный полет, и для связи с ними были использованы антенны всенаправленного действия. Но уже АМС «Луна-3» с помощью впервые созданной системы ориентации и стабилизации полета была строго зафиксирована в пространстве; иначе мы не смогли бы получить фотоизображений обратной стороны Луны. В этом же полете была опробована и возможность телевизионной связи с космическим аппаратом. Именно благодаря ей мы узнали, как выглядит обратная сторона Луны. С ее помощью управляли работой первых само-движущихся инопланетных лабораторий — «Луноходов», получили черно-белые и цветные панорамы Венеры, многочисленные снимки поверхности Марса.

На втором искусственном спутнике Земли на околоземную орбиту было выведено первое высокоорганизованное животное — собака Лайка. Полет Ланки подтвердил возможность нормального функционирования живого организма в условиях длительной невесомости. А корабли-спутники «Восток» научились возвращать животных на Землю. Благодаря этим экспериментам стала возможна пилотируемая космонавтика.

Только на третьем советском ИСЗ были впервые установлены элементы солнечных батарей. И теперь без преобразования солнечной энергии в электрическую прямо на орбите не обходится ни один космический полет. А дальнейшее развитие космической электроэнергетики способно не только обеспечить внеземное производство многих материалов с недостижимыми на Земле свойствами, но и покрыть часть потребности в электроэнергии на Земле.

В 1967 году на околоземной орбите были соединены в единую жесткую систему спутники «Космос-186» и «Космос-188». От успеха этой операции решающим образом зависело будущее космической техники, в частности создание на орбите космических комплексов на базе орбитальных станций «Салют», снабжение их в процессе полета расходуемыми материалами и новыми приборами, замена экипажей непосредственно на рабочих местах.

На смену легендарному «Востоку», на котором совершала полеты первая шестерка советских космонавтов, в середине 60-х годов пришел первый многоместный корабль «Восход», а в конце этого десятилетия к штатной эксплуатации был принят новый многоцелевой космический корабль «Союз». Корабль обладал несравненно более высоким комфортом по сравнению со своими предшественниками, мог совершать маневрирование в космосе в широком диапазоне параметров орбит, а главное — он мог стыковаться с другими аппаратами как в пилотируемом, так н в автоматическом режиме. В первых полетах этого корабля были отработаны многие технические проблемы, от которых зависело создание и эксплуатация длительно действующих орбитальных станций.

Первая станция — «Салют» — вышла на орбиту в апреле 1970 года. Это был уже не просто космический аппарат, а летающая лаборатория п вместе с тем — дом на орбите со всем необходимым для жизни и работы космонавтов. Достаточно сказать, что вес «Салюта» составлял почти 20 тонн, а объем двух его герметичных отсеков достигал 100 кубических метров. Создание «Салюта» знаменовало собой качественно новый шаг в технике космических полетов, развитии отечественной и мировой космонавтики в целом.

Серию блестящих по замыслу и реализации аппаратов создали советские конструкторы для налаживания глобальной связи, метеорологии и других отраслей народного хозяйства, а также исследований Луны и планет Солнечной системы. И в каждом из них — десятки технических проблем, которые последовательно решали советские инженеры, пока аппараты не достигли того совершенства, которое уже обеспечивало решение поставленных перед ними задач. Вспомните, например, полеты первых автоматических межпланетных станций серии «Венера». На начальном этапе главным оставалась задача обеспечения длительного функционирования космического аппарата, поддержания с ним радиосвязи на сверхдальних расстояниях. Известно, что со станцией «Венера-1» связь поддерживалась до расстояния в пять миллионов километров от Земли. Важным моментом этих полетов была отработка методик выведения аппаратов в точку встречи с планетой-целью и в конечном итоге попадания в нее. Эта труднейшая навигационная задача впервые была решена полностью в полете АМС «Венера-3». Значительный разброс предполагаемых параметров атмосферы на планете, в частности давления, создали дополнительные трудности конструкторам станций. В итоге этого незнания спускаемые аппараты АМС «Венера-5, 6», рассчитанные на незначительные давления, не достигли поверхности Венеры. И только аппарат «Венеры-7», рассчитанный на 180(!) атмосфер внешнего давления, прорвался через всю толщу атмосферы к раскаленной почти до 500 °C тверди планеты. Стремление продлить жизнь спускаемому аппарату в этой адской жаре вынудило конструкторов разработать систему предварительного захолаживания СА перед его входом в атмосферу, а также отказаться от парашютной системы на заключительном участке спуска, заменив ее металлическим тормозным щитком.

Сегодня советские АМС «Венера» уверенно совершают межпланетные перелеты и не просто попадают в планету, а совершают посадки в заранее заданных районах. Они научились фотографировать и даже картографировать планету, осуществлять забор грунта и анализ его составляющих, проводить тонкие химические измерения и изучать глобальные процессы в атмосфере Венеры. А две последние советские АМС — «Вега-1» и «Вега-2» после промежуточного финиша на «планете загадок» отправились на встречу с космической скиталицей — кометой Галлея.

Нам памятно прозвучавшее с орбиты восхищение Ю. А. Гагарина красотами Земли с высоты космического полета и первая, привезенная Г. С. Титовым, фотография нашей обители «со стороны». Многие космонавты в последующих полетах брали с собой любительские фото- и кинокамеры. Но со временем, когда стала очевидной чрезвычайно высокая информативность фотографии из космоса, взгляд на Землю становился все более профессиональным, а космические корабли стали оснащаться современной аппаратурой для визуальных наблюдений и съемок. Сегодня космонавтика располагает широким арсеналом средств для этих целей — многозональными фотокамерами, телевизионными системами, инфракрасной аппаратурой, сканерами и локаторами бокового обзора. «Взгляд» с орбиты стал всепогодным и независящим от времени суток.

Многое сделала космонавтика для себя за годы космических полетов. Мы научились обеспечивать такие полеты надежными средствами энергоснабжения и терморегулирования, ориентации и стабилизации, связи и телеметрии, управления движением и поддержания газового состава, стыковки и перехода космонавтов с борта одного аппарата на борт другого. Благодаря этому стали возможны активные исследования как в ближнем, так и в дальнем космическом пространстве, групповые и длительные полеты космических экипажей. А все это вместе взятое обеспечило целевую задачу космонавтики — получение научной и народнохозяйственной информации из космоса.

Но и сегодня, когда нам доступны тончайшие эксперименты на далеких планетах, а в околоземном пространстве работают «Салюты» второго поколения, технические проблемы космических полетов не утратили своей актуальности.

С созданием длительно действующих орбитальных комплексов появился целый ряд новых технических проблем. Надо было научиться стыковать аппараты, существенно различающиеся по массе, и «Союз-10» успешно состыковался с первым «Салютом», более чем в три раза превышающим массу корабля. Позже на орбите стали создаваться трехзвенные системы, состоящие из орбитальной станции и двух кораблей, а в повестку дня ставится задача сборки на орбите многозвенных модульных конструкций — своеобразных многопрофильных филиалов наземных институтов и промышленных предприятий.

Важнейшим техническим достижением последних лет стало создание системы материально-технического снабжения орбитальных станций. Для этого был спроектирован специализированный грузовой космический корабль «Прогресс», способный доставлять на орбиту 1300 килограммов сухих грузов и до 1000 килограммов топлива. Для работы с этими кораблями на «Салютах» появился второй, грузовой, причал. Двигательная установка орбитальных станций была модернизирована и дооснащена средствами дозаправки ее топливом прямо на орбите.

Конец семидесятых годов ознаменовался выходом на орбиту нового пилотируемого корабля «Союз Т». Все системы его созданы на новой основе с учетом последних достижений в области микроэлектроники, материаловедения, автоматики, с учетом огромного опыта эксплуатации космической техники вообще.

В состав системы управления движением «Союза Т" введен бортовой цифровой вычислительный комплекс, позволяющий автоматически выполнять все основные маневры корабля, поддерживать заданную ориентацию с высокой точностью и незначительными расходами топлива. На «Союзе Т» — объединенная двигательная установка, использующая единые для всех групп двигателей топливные компоненты и соответственно единую систему подачи топлива. Такая энергетическая установка — залог рационального использования всего бортового запаса топлива.

В результате ряда усовершенствований корабль стал трехместным, а его конструкция облегчилась. У корабля появились мощные солнечные батареи, защитные крышки иллюминаторов, изменилась схема возвращения с орбиты и многое другое. В целом корабль стал более совершенен и технологичен. При тех же основных габаритах объем его жилых отсеков увеличился до 10 кубических метров. Длительность полета корабля в составе орбитального комплекса доведена до 100 и более суток.

В июне 1983 года на околоземной орбите был создан трехзвенный комплекс, в состав которого вошла новинка современной космической техники — корабль-спутник «Космос-1443». Это тяжелый космический аппарат (его вес достигает 20 тонн), предназначенный для выполнения сразу нескольких функций. В совместном полете со станцией «Салют-7» он был неоднократно опробован в качестве межорбитального буксира, с помощью которого станция меняла орбиту своего полета. Одновременно для дальнейшей работы космонавтов на борту станции корабль-спутник «Космос-1443» доставил около 3 тонн различных грузов, то есть сыграл роль грузового транспортного средства. В составе нового корабля имеется гр-узовозвращаемый аппарат, который способен доставить на Землю до 500 килограммов космических грузов. Таким образом, налаживается двусторонний грузопоток Земля — космос — Земля. Корабль оснащен собственными системами жизнеобеспечения; следовательно, его орбитальный отсек объемом около 50 кубических метров может использоваться как дополнительное помещение для жизни и работы экипажей станции. В будущем аппараты подобного типа могут выступать в роли отдельных модулей при сборке крупногабаритных конструкций в космосе или автономных специализированных аппаратов, выполняющих работы того или иного профиля в самостоятельном полете.

Главным пунктом советской программы освоения космического пространства стала работа экипажей на борту длительно действующих орбитальных станций. Именно на «Салютах» ведется широкий поиск новых сфер приложения космонавтики к нуждам народного хозяйства, отработка методов и аппаратурных решений для получения интересующей информации из космоса. Естественно поэтому, что и сами станции от полета к полету непрерывно совершенствуются.

Несколько сотен предложений возникло у космонавтов и разработчиков станций при создании «Салюта-7». Конечно, не все они были реализованы на этой станции, многие из них оставлены «на задел». Но уже и на «Салюте-7» было введено значительное количество новшеств.

Так, для того чтобы облегчить доступ к оборудованию станции, были доработаны некоторые узлы крепления панелей н приборов. Усовершенствован ряд приборов и систем обеспечения жизнедеятельности экипажей, улучшена вентиляция отсеков, декоративная отделка помещений. Усилен был стыковочный узел станции, и теперь она может работать с более тяжелыми, чем «Союз» или «Прогресс», кораблями. Предусмотрена замена элементов системы терморегулирования.

На «Салюте-7» появились усовершенствованные скафандры для выхода в открытый космос, новые радиосистемы, ионизаторы воздуха. Были переоборудованы рабочие места экипажа, в частности, стационарные кресла самолетного типа заменены на легкие приставные. Предусмотрена защита иллюминаторов станции, используемых для наблюдений и фотографирования. Теперь они открываются только при необходимости, что значительно сокращает износ стекол иллюминаторов под действием микрометеоритов. Более совершенной стала на «Салюте-7» и аппаратура для научных и технических экспериментов.

Современная орбитальная станция — дорогостоящее сооружение. Чтобы продлить сроки ее активного существования и, соответственно, экономическую отдачу, конструкторы предусмотрели возможность замены выработавшего ресурс оборудования станции — аккумуляторных батарей, воздушных фильтров, блоков регенерации атмосферы станции и многое другое. На «Салюте-5» была опробована даже частичная замена самой атмосферы станции за счет бортовых запасов сжатого воздуха. В длительных полетах космонавты испытали ряд новых для невесомости технологических приемов, таких, как пайка и резка металлов, плавка, сварка и напыление материалов на различные подложки, в том числе в открытом космическом пространстве, сложнейшие ремонты объединенной двигательной установки станции, наращивание панелей солнечных батарей. А это — своеобразный задел на будущее, когда благодаря таким работам будет обеспечена постоянная эксплуатация орбитальных станций.

В целях экономии расходования воды конструкторы создали регенерационную установку, конденсирующую влагу атмосферы станции; после соответствующей обработки конденсат становится пригодным для повторного использования. Проблема экономии топлива на станции нашла свое решение в системе автоматической ориентации и стабилизации станции в пространстве «Каскад». Эта система в состоянии обеспечить длительную непрерывную и высокоточную ориентацию, расходуя при этом значительно меньше топлива по сравнению с традиционными системами стабилизации. А прошедшая испытания на некоторых «Салютах» и на спутниках «Метеор» электромеханическая система стабилизации вообще не требует никаких расходов топлива.

Для экономии рабочего времени космонавтов да и самих орбитальных станций все «Салюты», начиная с третьего, стали оснащаться поворотными солнечными батареями. Специальная следящая система разворачивает каждую из них на наше светило независимо от положения станции относительно него. Это избавило от необходимости осуществлять периодические закрутки станции на Солнце для подзарядки химических батарей.

Длительная работа экипажей на орбите потребовала нового подхода к сервису на станции. Так, для получения неоперативной информации с Земли сегодня экипаж может и не выходить на связь. Он может отдыхать, заниматься наблюдениями, а указания для него получит бортовой телетайп «Строка», с которого космонавты считают послание в удобное для них время. Возросшие габариты орбитальных комплексов потребовали создания беспроводной внутренней связи между членами экипажей; имея систему «Кольцо», можно не кричать находящемуся в другом отсеке напарнику, и даже выйти на связь с Землей из любого помещения комплекса.

На станции «Салют-4» была отработана система самоконтроля параметров орбиты с помощью системы автономной навигации «Дельта». Просчитывая результаты собственных измерений, система выдает параметры орбиты, режимы радиосвязи на последующем витке, данные о работе двигателей для выполнения того или иного разворота. Новая навигационная система также призвана сократить непроизводительное время космонавтов.

Впервые в мировой практике на «Салюте-6» было введено в эксплуатацию двустороннее телевидение. Помимо чисто эмоционального воздействия на экипаж, это существенно упростило передачи на орбиту служебной информации.

Организация быта космонавтов, их досуг, медицинское обеспечение полета — это тоже «внутренние» дела космонавтики. Целый арсенал технических средств находится сегодня в распоряжении космонавтов. Это средства для борьбы с вредным влиянием невесомости — тренировочно-нагрузочные костюмы постоянного и периодического ношения, мини-стадион «бегущая дорожка», велоэргометр, вакуумный костюм «Чибис». Это набор средств для развлечения космонавтов в их редкие часы досуга — видеомагнитофоны, фонозаписи, видовые наборы, космическое радио и телевидение. Это принадлежности и устройства личной гигиены космонавтов, включающие даже душевую установку.

Что касается медицины на орбите, то сегодня уже невозможно перечислить эксперименты и приборы, нацеленные на поддержание здоровья, хорошей формы и работоспособности экипажей. То же можно сказать и о биологических исследованиях, которые, помимо эмоциональной и, возможно, прикладной нагрузки, имеют прежде всего целью создание экологически замкнутых систем, без которых мы не мыслим существенного прогресса в космонавтике.

«Космонавтика для себя» — понятие, конечно, чисто условное. Ибо любое новшество, повышающее возможности космического аппарата, увеличивающее длительность его полета, коэффициент полезного действия станции или работоспособность экипажа, в конечном итоге выливается в информационные сигналы из космоса, рулоны отснятой фото- и кинопленки, записи в бортовых журналах, образцы космических плавок, то есть в научную или народнохозяйственную информацию, ради которой совершается космический полет.