«Наука и жизнь» 1973, №3, с. 18-25.
сканировал Игорь Степикин
НАУКА. ВЕСТИ С ПЕРЕДНЕГО КРАЯ
ОРБИТАЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРИИ
Создание больших станций на орбите искусственного спутника Земли - одно из самых перспективных направлений использования космической техники для научных исследований, для решения важных практических задач службы погоды, сельского хозяйства, геологии, морского и воздушного транспорта, служб охраны окружающей среды. Со временем на подобных станциях могут быть реализованы новые технологические процессы, для которых особо важны космические "производственные условия" и прежде всего глубокий вакуум. Большие орбитальные станции со сменным обслуживающим персоналом наверняка будут играть роль баз, с которых смогут стартовать космические корабли дальнего следования.
Первой в мире долговременной пилотируемой орбитальной лабораторией была советская станция "Салют", выведенная на орбиту искусственного спутника Земли 19 апреля 1971 года. Героический экипаж станции - Г. Т. Добровольский, В. Н. Волков, В. И. Пацаев,- работая на ее борту почти целый месяц, выполнил большой объем работ, имеющих важное научное и практическое значение. О некоторых работах, проведенных на "Салюте", о возможных путях совершенствования орбитальных лабораторий, отвечая на вопросы корреспондента "Науки и жизни", рассказывает
лауреат Ленинской премии, Герой Социалистического Труда,
председатель Совета "Интеркосмос" академик Б. Н. ПЕТРОВ.
Какие перспективы для научных исследований открывают полеты долговременных орбитальных станций? И каким новым направлениям в научных исследованиях было положено начало во время полета станции "Салют"?
Прежде всего нужно отметить основную особенность исследований на орбитальных станциях - возможность вести научную работу систематически в течение длительного времени. И второе - на борту станции могут эффективно работать не только летчики-космонавты, но специалисты, ученые разных профилей.
Долговременная орбитальная станция представляет собой большую научную лабораторию в космосе. Какие исследования могут быть реализованы на ней, например, в области физики? Глубокий космический вакуум, достигающий значения 10-23 мм ртутного столба (для сравнения замечу, что в земных условиях удается в небольших объемах достичь разрежения порядка 10-10 мм ртутного столба), создает возможности для постановки интереснейших исследований в области физики элементарных частиц и космических лучей. Сюда относится, в частности, исследование первичных космических лучей с энергией, в тысячи раз выше той, которая достигается в современных ускорителях. Возможно, что такие эксперименты позволят открыть новые ядерные реакции и элементарные частицы.
Немалый интерес представляет проверка некоторых положений теории относительности и природы гравитации, обнаружение гравитационных волн.
Теперь об астрономии и радиоастрономии. Давняя мечта астрономов - создание внеатмосферных обсерваторий - становится реальностью. Так, в частности, на станции "Салют" была установлена обсерватория "Орион", с помощью которой человек впервые проводил астрофизические исследования вне Земли. Такие исследования позволяют получать спектральные характеристики звезд в коротковолновом диапазоне излучения, недоступном для регистрации с Земли из-за экранирующего действия атмосферы.
В комплект "Орион" входил телескоп с диаметром зеркала 280 миллиметров, позволявший получать спектрограммы звезд в диапазоне от 2000 до 3800 ангстрем, два звездных спектрографа и визирные устройства для поиска выбранной звезды и нацеливания на нее. Для создания всей этой аппаратуры ученым, конструкторам, технологам пришлось решать немало трудных задач, чтобы обеспечить работу "Ориона" в условиях глубокого вакуума и низких температур.
На борту станции "Салют" проводились также исследования первичного космического гамма-излучения с помощью гамма-телескопа. Земная атмосфера задерживает гамма-лучи, идущие из Вселенной, и вынос аппаратуры в космическое пространство открывает принципиально новые возможности для развития гамма-астрономии.
Изучение рентгеновского, ультрафиолетового и корпускулярного излучения Солнца, его короны позволяет более глубоко оценить влияние солнечной активности на процессы, происходящие на Земле и в земной атмосфере, обеспечивает надежное прогнозирование солнечных вспышек.
В космических лабораториях могут вестись исследования в различных областях естественных наук, в том числе в ряде областей современной биологии, затрагивающих ее фундаментальные проблемы. Начало этим работам было положено еще во время полетов первых наших спутников и пилотируемых кораблей. Но, разумеется, на долговременных орбитальных станциях возможностей для биологических исследований значительно больше.
Расскажите, пожалуйста, о работах этого направления, выполненных на станции "Салют".
На борту "Салюта" проводились исследования в области физиологии, радиобиологии, эмбриологии, генетики. Исследования проводились на большом числе различных объектов, от одноклеточной водоросли хлореллы до насекомых и обитающих в воде животных. Участвовали в космических экспериментах и любимые объекты генетиков-плодовые мушки дрозофилы, давшие, кстати, во время полета несколько новых поколений. Основные задачи биологических исследований были связаны с влиянием специфических условий космического полета, в частности невесомости, на различные биологические процессы и характеристики, в том числе на радиационную устойчивость семян, растительных и животных тканей, микроорганизмов, на синтез нуклеиновых кислот, структуру клеток, скорость их деления. Интересные наблюдения велись на оплодотворенных икринках лягушки, из которых во время полета развились головастики. Наблюдалось, как в условиях невесомости у них развиваются рецепторы гравитации, то есть чувствительные элементы, которые предназначены, если можно так сказать, для ощущения силы тяжести.
На борту имелась установка "Оазис", где культивировались высшие растения - хибинская капуста, крепис, лен. Эксперименты с растениями имеют не только научные, но и далеко идущие практические цели. С них, может быть, начинаются работы, которые приведут к созданию принципиально новых систем жизнеобеспечения космических кораблей "дальнего следования".
Какую помощь окажут полеты орбитальных станций в исследовании атмосферы, в гидрологических и метеорологических наблюдениях?
Изучение Земли из космоса занимает одно из ведущих мест в нашей космической программе. В частности, полет станции "Салют", в программу которой входили исследования физики атмосферы, изучение атмосферных образований, снежного и ледового покрова Земли, позволил проследить распределение облачности в глобальном масштабе и по климатическим зонам. Ценную информацию дают измерения собственного излучения Земли как нагретого тела.
Не менее важным представляется обнаружение из космоса зарождения циклонов, тайфунов и ураганов. С орбиты можно проследить их путь, определить силу и предсказать время и место, куда они обрушатся, заблаговременно предупредить суда, которые могли бы стать жертвами ураганов и тайфунов.
Исключительное значение имеет оценка из космоса мощности снежных и ледовых покровов, получение информации о границах ледовых полей в морях и океанах, о таянии ледников, о паводках на реках и других природных явлениях. В дальнейшем усовершенствование методов исследований из космоса откроет возможность решать такие сложные гидрологические задачи, как анализ содержания влаги в почве, контроль интенсивности дождевых осадков, обнаружение грунтовых вод и другие.
Широкие перспективы имеет сочетание организованных по единой планомерной системе исследований атмосферных процессов с борта орбитальных станций с метеорологическими и геофизическими исследованиями, проводимыми со спутников, и зондированием атмосферы ракетами.
Космическая метеорология и аэрономия, несомненно, сыграют главенствующую роль в решении проблемы управления погодой - одного из самых заветных желаний человека с древних времен. Задача, разумеется, чрезвычайно сложная, однако некоторый утешительный опыт в этом деле имеется. Уже в наше время научились рассеивать туман, обезвреживать градовые тучи, предупреждать или, напротив, вызывать дождь. Пока, правда, эти опыты проводятся в небольших масштабах, и обходятся они относительно дорого, но можно предполагать, что в недалеком будущем удастся регулировать, например, время выпадения и количество осадков, вызывать их в намеченном месте, разрушать зарождающиеся ураганы или, во всяком случае, ослаблять их. Не исключено, что в более отдаленном будущем человек научится изменять климат целых районов.
Каковы перспективы в изучении Земли с борта орбитальных станций?
Геологам многое может дать изучение черно-белых и цветных фотографий, сделанных из космоса. Особенно интересна комплексная съемка, при которой одновременно получаются изображения одного и того же участка Земли в различных частях спектра - от видимой области до диапазона радиоволн. Такое спектрографирование дает обширную информацию о строении поверхности Земли и даже о неглубоко залегающих породах. С орбитальных станций можно производить оценку степени эрозии и засоления почв, выявлять источники загрязнения рек и озер, давать информацию для регулирования в системах орошения, обнаруживать очаги лесных пожаров и многое другое. Спектрографирование земной растительности, и в частности посевов, может оказаться очень полезным для работников сельского хозяйства. Для каждой культуры, скажем, пшеницы, характерен свой спектр отражения, который по мере ее созревания изменяется. Из космоса можно делать снимки больших площадей, предсказывать для них урожай и сроки его созревания. Если же растение заболевает, то оно меняет свой спектр отражения. Эти изменения спектра пораженных участков полей и даже отдельных групп деревьев в лесу хорошо заметны на снимках. При постоянном наблюдении можно заранее обнаруживать болезни растений, прослеживать пути их распространения и своевременно принимать необходимые меры.
На борту станции "Салют" велись эксперименты по спектрографированию поверхности суши и морей. Съемки производились ручным спектрографом, фиксирующим на пленке яркость определенного объекта для той или иной длины волны. Этот эксперимент представляет собой часть общей программы по составлению библиотеки спектров земной поверхности и их кодов. Такая библиотека организуется в Ленинградском университете.
Весьма плодотворными представляются также исследования с борта орбитальных станций морей и океанов, которые, как известно, покрывают около трех четвертей поверхности нашей планеты. В океанологических исследованиях космическая техника по эффективности и широте охвата не имеет конкуренции. Из космоса можно получать данные о температуре и состоянии водной поверхности, данные о морских течениях (с помощью слежения за дрейфом искусственных и естественных объектов), об источниках загрязнения воды, о дрейфе льдов и айсбергов и т. д. Рыбопромысловики могут получать информацию со станций о наиболее вероятных местах скопления рыбы, основанную на наблюдениях биологической активности морского района.
Вообще изучение природных богатств Земли из космоса и атмосферных процессов может принести, по-видимому, наибольшую экономическую выгоду среди всех направлений космических программ.
Какие новые возможности дают орбитальные станции для изучения влияния условий космических полетов на человека?
Более широкие возможности в отношении веса аппаратуры и пространства для ее размещения дают возможность проводить на орбитальных станциях большие комплексы медико-биологических исследований, и в частности фундаментальное изучение воздействия космических условий попета: невесомости, изменения суточных циклов, проникающей радиации на биологические процессы у различных организмов, от простейших до человека. Важную проблему представляет оценка оптимальной доли участия человека и автоматики в управлении полетом, проверка действий человека в аварийной ситуации.
В печати можно встретить высказывания о том, что орбитальные станции представляют большой интерес для создателей космической техники. В чем он состоит?
Орбитальная станция - это полигон для отработки и испытания агрегатов и систем. В скором будущем регулярные полеты транспортных кораблей дадут возможность возвращать узлы станции на Землю, ремонтировать и заменять их другими, более совершенными.
На орбитальных станциях можно проводить отработку методов сборки и монтажа конструкций, систем причаливания и стыковки космических кораблей, крупных антенн для радиоастрономии и космической связи, оптических рефлекторов и лазерных отражателей.
Орбитальные станции, очевидно, будут использоваться в качестве стартовых баз для межпланетных кораблей и как стапели для сборки кораблей и других орбитальных станций. На станциях будут проходить обучение и тренировку космонавты перед дальними космическими рейсами.
Большой интерес к космическим "природным" условиями проявляют технологи. Их увлекает глубокий вакуум, невесомость, низкая температура, отсутствие активного окислителя - кислорода воздуха, отсутствие тепловой конвекции и другие особенности космического пространства, исключительно ценные для ряда технологических процессов.
В частности, представляется перспективной плавка металла, удерживаемого во взвешенном состоянии магнитным полем, получение пенистых материалов, например, сталей, не тонущих в воде, получение сплавов из материалов, не смешивающихся в обычном состоянии (например, из металла и стекла). Очевидно, целесообразно будет выращивать в невесомости крупные кристаллы для полупроводниковой и лазерной техники, получать сверхчистые материалы, организовывать на орбите производство вакцин.
Сейчас трудно предвидеть все возможности, которые открывает космос для технологии, но бесспорно, что создание космических заводов или цехов на базе орбитальных станций может произвести переворот во многих отраслях техники.
Орбитальная станция "Салют" была многоцелевой станцией. Появятся ли специализированные орбитальные станции, как, например, это характерно для спутников?
Планы использования долговременных орбитальных станций в основном говорят за то, что это будут многоцелевые станции. Однако не исключается и их определенная специализация. Станции, предназначенные для изучения ресурсов Земли, исследований атмосферы, должны выводиться на относительно невысокие орбиты, а для изучения Солнца, проведения астрономических и радиоастрономических наблюдений целесообразно выводить станции на орбиты с высотой порядка десятков или даже сотен тысяч километров.
Для исследования Луны, по-видимому, будут созданы станции на окололунных орбитах. Они послужат трамплином для периодических высадок экспедиций на Луну. Такого рода вылазки можно будет осуществлять на специальных лунных кораблях, пристыкованных к станции.
Какими путями, по вашему мнению, может пойти дальнейший прогресс в создании орбитальных станций?
Начальные этапы в освоении космоса орбитальными станциями уже наметились созданием советской станции "Салют", выведенной на орбиту весной 1971 года, и американской "Скайлэб", запуск которой намечен на весну 1973 года. Это представители поколения относительно небольших станций с экипажем от 3 до 12 человек и сроком существования на орбите до одного года. В основу их конструкций заложен опыт создания орбитальных и лунных космических кораблей.
Макетный образец станции "Салют" во время наземных испытаний и проверок (интерьер рабочего отсека). |
Для выведения подобных станций на орбиту в собранном виде должно хватить мощности одной ракеты-носителя. В крайнем случае станции будут собираться на орбите из двух-трех блоков. На станциях предусматриваются стыковочные узлы для причаливания транспортного корабля, который доставляет на станцию, а затем возвращает на Землю экипаж.
Дальнейший прогресс, вероятно, пойдет по пути сборки на орбите станций, рассчитанных на экипаж до 20 человек и срок существования - до 10 лет.
И, наконец, следующий этап, который можно представить себе, но уже в отдаленном будущем,- это создание сверхкрупных многоцелевых базовых станций с экипажем от 50 до 120 человек.
Возможно ли создание полностью автоматизированной орбитальной станции?
Вполне возможно. Это будут, по-видимому, специализированные станции. Беспилотные станции будут периодически посещаться обслуживающим персоналом, который осуществит настройку и ремонт аппаратуры, проверку научного оборудования, замену магнитных и фотопленок и сбор различной информации.
Что можно сегодня смазать о конструкции крупных орбитальных станций и особенностях их монтажа в космосе?
Проектными проработками орбитальных станций различных типов в последние годы занимаются довольно активно. В частности, несколько вариантов было рассмотрено различными американскими фирмами. Это большие базы-станции весом в сотни тонн, рассчитанные на экипаж в 50-100 человек. На станциях планируется создание искусственной силы тяжести, а для питания электроэнергией предусматривается ядерная энергетическая установка.
Центральный вопрос в создании крупных станций - это выбор оптимальной формы и методов монтажа на орбите. Мнения специалистов сходятся в том, что станции-базы будут собираться из нескольких типовых блоков различного размера. Станция может иметь вид тора, ступицы с лопастями, звезды, колеса, гантели и другие формы, позволяющие легко осуществить вращение станции, за счет которого и появится искусственная сила тяжести.
Создание крупных станций потребует разработки эффективных методов монтажа в космосе, выбора рациональных способов причаливания и стыковки. В этом смысле представляет интерес сборка блоков станции с помощью специального корабля-буксировщика. Комплект сложной автоматической аппаратуры, с помощью которой осуществляется поиск выведенного на орбиту блока, захват его и стыковка с другим блоком в этом случае будет установлен только на корабле-буксировщике. Сами блоки будут иметь упрощенную аппаратуру, что резко снизит их стоимость. Корабль-буксировщик может быть оснащен полностью автоматизированной системой управления, системой дистанционного управления с Земли или с борта орбитальной станции и осуществлять сборку в космосе без присутствия людей. Возможен вариант буксировщика с ручным управлением.
В. Н. Волков и В. И. Пацаев в полете на борту "Салюта". Подготовка к взятию проб крови.
Г. Т. Добровольский и В. Н. Волков в полете на борту "Салюта". |
Из того, что Вы рассказали, следует, что одна из важных задач - создание транспортного космического корабля многократного действия. Как решается эта проблема?
Несомненно, транспортный корабль, который мог бы доставлять на околоземную и окололунную орбиту или на лунные базы-станции, экипаж и грузы, детали станций, ракеты для межпланетных полетов и совершать рейсы снова и снова, подобно самолету, такой корабль в будущем станет совершенно необходимым. Это мнение всех специалистов.
Интерес к транспортному кораблю многократного применения имеет не только техническую, но и экономическую основу. По прогнозам, с появлением такого корабля стоимость вывода на орбиту одного килограмма полезного груза значительно снизится. По данным зарубежной печати, специалисты НАСА, например, полагают, что эта стоимость упадет с 1330-1550 долларов (во столько обходится сейчас вывод одного килограмма) до 220 долларов. Кроме того, транспортные корабли предполагается использовать как средства спасения космонавтов, терпящих бедствие на орбите.
Предварительные исследования показали наиболее вероятную схему транспортного корабля. Он будет состоять из двух ступеней - разгонной (может быть использован самолет-разгонщик или специальная ракета-носитель) и орбитальной с экипажем на борту. Орбитальная ступень предполагается крылатым аппаратом, способным маневрировать в космосе и в атмосфере. Взлет будет вертикальный, а посадка второй и обеих ступеней горизонтальная, "по-самолетному" - на аэродром, Корабль рассчитывается на большую грузоподъемность и длительную эксплуатацию (по данным американской печати, например, до 10 лет; при числе полетов не менее 100, полезный груз, который выводится на околоземную орбиту,- около 300 тонн).
Создание транспортного космического корабля выдвинуло массу проблем. Одна из главных и трудноразрешимых - проблема теплозащиты при входе орбитальной ступени в плотные слои атмосферы. Важными и сложными являются также проблемы обеспечения устойчивости при спуске и посадке, создание двигателей многоразового включения (до 100 раз), усовершенствование командно-измерительных комплексов, систем жизнеобеспечения и многие другие.
В перспективе на космических кораблях, в том числе и транспортных, будет эффективной и установка ядерных двигателей.
Появление транспортных космических кораблей окажет стимулирующее воздействие не только на освоение околоземного пространства, но и на более активное освоение Луны и осуществление межпланетных перелетов,
Беседу записал М. ИЗЮМОВ.