Обитаемые космические станции

Для малых мощностей очень перспективны радиоактивные изотопы и топливные элементы.

Применение электролиза воды под действием солнечных лучей может выдвинуть топливные элементы в ряд самых перспективных источников тока для небольших ОКС.

ОТ ПРОБЛЕМ К ПРОЕКТАМ

В 1903 г. К.Э.Циолковский предложил начать непосредственное освоение космоса с создания «эфирного поселения», т. е. околоземной обитаемой станции, на орбите высотой 1000–2000 км. По существу это была первая попытка проектирования орбитального корабля.

Циолковский поставил и решил целый ряд технических задач по созданию ОКС. Большинство идей Циолковского отличается оригинальностью и смелостью решения и, несмотря на низкий уровень техники того времени, сохраняет свое значение до сих пор. Например, для регулирования температуры в помещении космического аппарата Циолковский предложил систему, состоящую из специальных жалюзи, имеющих с одной стороны хорошо отражающую блестящую поверхность, а с другой — темную, хорошо поглощающую солнечные лучи. Изменением излучающей способности теневой стенки и отражающих (поглощающих) свойств стенки, обращенной к Солнцу, можно регулировать температуру внутри герметической кабины. Циолковский предложил замкнутую систему обмена веществ, которую предполагал осуществить с помощью специальных растений, выращиваемых на космическом корабле и дающих плоды для питания. Эти растения должны поглощать углекислый газ и производить кислород. Для создания небольшой искусственной тяжести — Циолковский считал, что полная, земная, она и не нужна в космосе, — станция будет вращаться с определенной угловой скоростью. Для работы вне станции им были предусмотрены специальные скафандры с запасом сжатого кислорода. Источником энергии на орбитальном корабле, по мнению Циолковского, должно быть Солнце.

ПЕРВЫЕ ПРОЕКТЫ ОКС

С 20-х годов идеи Циолковского получили широкое распространение на Западе, особенно в Германии.

Проекты обитаемых космических станций стали появляться один за другим. Однако все они несли на себе печать фантастики, ибо никто из конструкторов не знал еще, когда и с помощью каких ракет эти станции будут доставлены на орбиту.

Герман Оберт (Германия) вслед за Циолковским, которого он считал своим вдохновителем и учителем, в своих трудах широко рассмотрел возможность создания ОКС и ее задачи. По его мнению, в основном это геофизические наблюдения, астрономия и военная разведка. В качестве средства связи с Землей Оберт предложил применить пучок солнечного света, образованный системой зеркал. Одновременно Оберт предложил создать гигантское, диаметром 100 км, космическое зеркало, надеясь с его помощью использовать тепло Солнца для смягчения климата Земли. Он же выдвинул идею использования космического орбитального корабля как межпланетной станции для дозаправки на ней космической ракеты топливом. На рис. 38 показана схема космической станции по проекту Оберта (1923 г.).

Проект Оберта предусматривал создание искусственной силы тяжести с помощью вращающейся конструкции. Как видно из рисунка, жилые помещения расположены на концах гигантских труб, связанных с осью натяжными тросами. Вдоль труб расположены лифты, предназначенные для перемещения членов экипажа станции из жилых помещений в рабочий отсек и обратно.

На специальных фермах размещены подсобные помещения, средства связи, специальные лаборатории и огромных размеров телескоп.

В центре рабочего отсека предусмотрен выход наружу для астронавтов.

Вокруг станции Оберт предложил построить легкий проволочный каркас с защитными средствами против метеорной опасности.

Большой интерес представляет проект Германа Нордунга (Австрия), который опубликовал книгу по межпланетным станциям (1929 г.). Относительно близкий к реальности проект Нордунга предусматривает создание для экипажа ОКС искусственной силы тяжести путем расположения жилых и вспомогательных помещений на ободе колеса диаметром 30 м, вращающегося со скоростью 8 об/мин. Кроме этого, станция включает силовую установку и обсерваторию.

В качестве источника энергии для станции Нордунг предложил использовать солнечные зеркала, нагревающие рабочую жидкость турбогенераторов в паропроводах, размещенных в фокусе зеркала. На теневой стороне колеса располагаются трубы конденсаторов для сброса избыточной тепловой энергии. Ступица, вращающаяся в обратную сторону по отношению к колесу, является воздушной камерой, т. е, входом и выходом для космонавтов.

Солнечную энергию Нордунг предложил использовать и для обогрева внутренних помещений, превратив стекла иллюминаторов в линзы и поставив снаружи около них специальные сборные зеркала.

Менее подробно Нордунг описал две другие части своей конструкции — обсерваторию и силовую установку. Первая из них должна иметь форму цилиндра и не вращаться, с тем чтобы исследования велись в реальных космических условиях, в невесомости. Силовая энергетическая установка — того же типа, что и у жилого колеса, — связана с двумя другими частями станции кабелем. Обсерватория соединяется с основной силовой установкой еще и гибким трубопроводом, по которому проходит электропроводка и подается теплый воздух для обогрева. В обсерватории также должны были находиться люди, но создание искусственной силы тяжести там;не предполагалось.

Многое в проекте Нордунга устарело, но его идея размещения основных элементов станции представляет интерес и в наши дни. Действительно, размещение, например, ядерной электростанции с относительно небольшой круговой защитой на расстоянии нескольких сот метров и даже нескольких километров от обитаемой (вращающейся) части станции дало бы большой выигрыш в весе. Можно отделить от основной станции и часть научного оборудования (например, телескопы). Энергию можно передавать по проводам (невесомым!), а связь с научным блоком осуществлять телеуправлением. Конечно, при этом потребуется специальная корректировка орбитального движения элементов станции.

СТАНЦИИ-ГИГАНТЫ

В послевоенный период в связи с бурным развитием ракетной техники вновь появились различные предложения по созданию обитаемых спутников Земли. Несмотря на то, что первые искусственные спутники-малютки еще только зарождались в недрах конструкторских бюро, в печати начали появляться проекты огромных космических станций.

Одним из первых в 1949 г. появился проект англичан Смита и Росса, отличавшийся оригинальностью конструкции и особенно гигантскими размерами энергетической гелиоустановки (рис. 39).

Несколько проектов появилось в США (Эрике, Браун, Дербин). Представляет интерес своей детальной разработкой проект большой станции инженера Брауна (1953 г.). Проект отличается серьезностью подхода и тщательной продуманностью этапов запуска орбитальных ракет и сборки станции на орбите. Некоторое представление о проекте, многократно описанном в нашей печати, дает рис. 40. Кольцеобразная вращающаяся станция диаметром 75 м должна быть построена на орбите высотой 1730 км из отдельных элементов, доставляемых туда с помощью ракет (пояса радиации еще не были известны).