ПЕРВЫЙ ДОМ НА ОРБИТЕ
ПЕРВЫЙ ДОМ НА ОРБИТЕ
Предварительная работа проектантов показала, что имеется возможность создать (в соответствии с мощностью и размерами располагаемой ракеты-носителя) долговременную орбитальную станцию с максимальным диаметром 4,15 метра, массой около 19 тонн. При этом, исходя из условия, что на станции должен работать экипаж из двух-трех человек в течение нескольких месяцев, на научное оборудование оставалось около полутора тонн массы, что было, конечно, замечательно.
Однако реализовать эти возможности было непросто. Путь к этому лежал через ряд этапов. На первом этапе было решено создать орбитальную лабораторию для проверки основных принципов создания и функционирования станций, чтобы в ходе полетов космонавтов и проведения ими научных и технических экспериментов исследовать возможности длительной работы человека на орбите в условиях замкнутого и ограниченного объема.
После первой стыковки двух «Союзов» космонавты Е. В. Хрунов и А. С. Елисеев перешли из корабля в корабль через открытый космос в скафандрах. Очевидно, для работы корабля в совместном полете со станцией такой способ не подходил. Поэтому при создании модификации «Союза» как транспортного корабля конструкторами была решена задача перехода непосредственно через стыковочный узел, для чего пришлось разработать новую конструкцию узла. Он был совмещен с крышкой люка-лаза.
Всю документацию на доработки «Союза» удалось создать одновременно с документацией на станцию — к весне 1970 года. Очень скоро появились чертежи на корпус станции, и к весне следующего года станция, названная «Салютом», была готова.
Запуск ее состоялся 19 апреля 1971года с помощью мощной ракеты-носителя «Протон». Пробыла первая станция на орбите 175 дней. При этом с ней были осуществлены две стыковки — кораблей «Союза-10» и «Союза-11». В обоих случаях сближение шло автоматически, а причаливание с расстояния менее 200 метров вручную. Экипаж первого корабля — В. А. Шаталов, А. С. Елисеев и Н. Н. Рукавишников — осуществил проверку всех систем транспортного корабля, а второго — Г. Т. Добровольский, В. Н. Волков и В. И. Пацаев — также успешно состыковался со станцией и проработал на ее борту рекордное тогда время, более 23 суток, проведя большое количество научных исследований и экспериментов.
Этот экипаж трагически погиб при возвращении со станции. Специальные исследования показали, что произошел отказ в одной из вспомогательных систем спускаемого аппарата — преждевременное вскрытие клапана, связывающего герметичный отсек спускаемого аппарата с наружной средой (обычно он срабатывает уже в плотных слоях атмосферы, на высоте около 5 километров). Потом, после полета, клапан этот был проверен бесчисленное количество раз и ни разу не отказал. Так же безотказно до того случая и впоследствии работали многие десятки подобных клапанов на других кораблях и аппаратах, но в этом случае открытие его произошло намного раньше положенного времени, задолго до раскрытия парашюта. В результате произошла мгновенная разгерметизация корабля. Космонавты погибли от взрывной декомпрессии.
Хотя, в общем-то, безотказная система была вновь тщательно доработана и надежность ее стала близка к абсолютной, было решено с тех пор, что космонавты должны надевать скафандры при всех операциях, связанных с выведением, посадкой, стыковкой и расстыковкой кораблей.
Что же представляет собой станция «Салют»?
Станция «Салют» создавалась таким образом, чтобы она могла работать не только с космонавтами на борту, но и как автоматический орбитальный аппарат. В пилотируемом режиме она превращается в научный комплекс, состоящий из двух основных блоков — орбитального (собственно станция) и транспортного (корабль) с постоянно открытым между ними люком, размещенным в стыковочном узле. Так что космонавты могут работать и отдыхать во всем объеме комплекса, который составляет около 100 кубических метров. Длина всего комплекса более 23 метров, из них 14 метров — орбитальный блок. Общая масса 25,6 тонны.
Для проведения экспериментов, наблюдений, кино- и фотосъемки в различных отсеках станции имеется 27 иллюминаторов. Как и на всех предыдущих кораблях, на станции поддерживается атмосфера с нормальными, земными составом и давлением.
Известно, что почти на всех американских космических кораблях, начиная с «Меркурия», применялась чисто кислородная атмосфера с давлением 0,4 атмосферы. Почему не земная? Как мы уже говорили, ракеты-носители у них первое время обладали сравнительно небольшой грузоподъемностью, и это требовало от создателей кораблей строжайшей экономии веса. Естественно, все оборудование для однокомпонентной атмосферы было проще и легче.
Однако кислород, как известно, среда пожароопасная. Каждый авиационный специалист, например, знает, что соприкосновение кислорода с маслом может вызвать пожар. И американцы в полной мере столкнулись с этим недостатком атмосферы своих кораблей. В январе 1967 года на корабле «Аполлон» при очередных наземных проверках возник пожар от случайного короткого замыкания. Пламя бушевало в кабине всего несколько секунд, но три космонавта — В. Гриссом, Э. Уайт и Р. Чаффи — погибли, не успев открыть люк корабля. Гриссом был одним из тех, кто совершил суборбитальный полет на «Меркурии», а Уайт был первым американцем, вышедшим в открытый космос в полете на «Джемини-3». И все же тогда американцы отступить уже не могли и, проведя тщательный анализ и доработку всех систем на пожаробезопасность, летали на своих «Аполлонах» на Луну в той же кислородной атмосфере.
Но вернемся к компоновке «Салюта». Задачей было обеспечить максимальный комфорт для экипажа, чтобы внутреннее помещение было достаточно просторно, а места для работы, отдыха и сна удобны. Нужно было добиться оптимального размещения оборудования, приборов и пультов управления, имеющих самые разные габариты и условия. Было рассмотрено несколько вариантов компоновки, в каждом из которых по-своему увязывались все противоречивые требования конструкторов, технологов, ученых, космонавтов и многих других специалистов.
Одним из условий, которое поставили себе сами проектанты, была возможность ремонта и замены аппаратуры в полете силами экипажа. Нужно было не только снабдить космонавтов инструментом и приспособлениями, но обеспечить доступ к местам возможных неисправностей и к расходуемым материалам. А это оказалось очень непросто. Сложности возникали и оттого, что станция должна была работать в различных режимах ориентации по отношению к Земле (например, орбитальной или инерциальной), а значит, надо было особым образом компоновать размещение бортового оборудования и пультов. При этом не забывать об удобствах для космонавтов.
Может, например, показаться, что в интерьере орбитальной станции не должно быть «верха» и «низа» — невесомость ведь. С одной стороны, так оно и есть, а с другой — понятие «комфорт» включает в себя привычные, то есть земные, удобства. Но на Земле для нас естественно всегда чувствовать верх и низ. Поэтому не стоило и космонавтов лишать этой привычки. И еще надо было помнить, что при подготовке на Земле в макете-тренажере станции от этих понятий освободиться трудно и, следовательно, у космонавтов вырабатываются стереотипы, которые нельзя полностью разрушать на орбите. С этой целью каждую плоскость интерьера станции было решено выкрасить в свой цвет.
Размеры и форма орбитального блока (собственно станции) были определены из условий выведения на орбиту. Со сложенными в гармошку и прижатыми к корпусу панелями солнечных батарей станция должна вписываться в обводы конуса-обтекателя ракеты. И нагрузки на ее корпус при этом, а также расход топлива на преодоление аэродинамического сопротивления должны быть минимальными. Как бы само собой возникли три отсека: носовой (переходной), средний (рабочий) и кормовой (агрегатный). Первые два из них сделали герметичными.
Немало задач ложится на стыковочный узел. Он должен обеспечивать компенсацию отклонений при причаливании, амортизацию соударений объектов и механический захват в момент их контакта, гашение относительных колебаний, возникающих из-за того, что направление движения корабля не проходит через центр масс станции, выравнивание осей двух объектов, стягивание их до плотного контакта по всей торцовой плоскости узла, герметизацию стыка, соединение электроразъемов и гидромагистралей. Кроме того, узел должен обеспечивать быструю и надежную расстыковку объектов.
Система «штырь — конус», при которой объекты имеют разную конструкцию стыковочных узлов, хотя и исключает возможность соединения объектов с одинаковыми узлами, тем не менее достаточно проста и надежна. Как известно, в программе «Союз» — «Аполлон» в 1975 году были испытаны универсальные («андрогинные») стыковочные узлы, позволяющие любому из двух объектов играть как активную, так и пассивную роль. Однако, как выяснилось, такая схема требует пока большей массы конструкции и более высокой точности сближения и причаливания.
— Константин Петрович, что же определяет время активного существования станции в космосе?
— Пока на станциях не существует замкнутого круговорота веществ (работы над решением этой проблемы ведутся, и на Земле уже удалось добиться некоторых успехов), продолжительность пилотируемого полета на станции определяется запасами средств жизнедеятельности и возможностями длительного хранения расходуемых материалов — кислорода, воды, пищи, различных бытовых принадлежностей.
Кроме того, к постоянно расходуемым материалам относятся запасы топлива, необходимого для управления ориентацией станции, для коррекции орбиты при встречах с кораблем, а также для борьбы с ее притормаживанием за счет сопротивления атмосферы. Она, хотя на больших высотах и сильно разрежена, при космических скоростях заметно сказывается. Учитывая это, высоту орбиты при длительном полете выгоднее иметь повыше. Однако, начиная с 450–500 километров, заметно возрастают дозы радиации, которые при длительном пребывании могут оказаться выше допустимых. При высотах 200–250 километров станция будет сильно тормозиться, и для поддержания орбиты потребуются частые включения двигателей. Соответственно возрастет расход топлива.
Таким образом, высота 350–400 километров оказалась оптимальной — вполне приемлемой с точки зрения радиационной безопасности, удобств наблюдения Земли и обслуживания транспортными кораблями, а также исходя из продолжительности естественного существования на ней и, следовательно, требуемого для коррекции расхода топлива. Расчеты показывают, что при высоте орбиты 280 километров на ее поддержание нужно около двух с половиной тонн топлива в год, при высоте 350 километров — около полутонны, а 400 километров — около 200 килограммов.
Что касается расхода топлива на ориентацию и изменения орбиты, а также расхода материалов, связанных с пребыванием на станции экипажа, то они не могут быть ниже определенных достаточно высоких норм. Так, для обеспечения потребностей одного человека в сутки требуется сейчас до 10 килограммов материалов. Для двух человек на два года плюс топливо получается около 20 тонн. То есть больше, чем масса всего орбитального блока. Следовательно, без транспортного обслуживания в пилотируемом режиме станция могла бы функционировать на орбите максимум несколько месяцев.