«Техника-молодежи» 1989 г №7, с.15-19
Наши авторы — Павел ПОПОВИЧ и Александр ЖЕЛУДКОВ уже рассказали читателю о ракетно-космических системах («ТМ» № 10 за 1987 г. и «ТМ» № 4 за 1988 г.), без которых освоение околоземного пространства было бы невозможно.
Но одно дело проложить дорогу в космос, другое — жить в нем и работать. Кабина транспортного корабля немногим просторней салона легковой автомашины. Просидеть в ней безвылазно хотя бы неделю — пытка. Еще на заре космической эры С. П. Королев сформулировал генеральное направление развития советской пилотируемой космонавтики: создавать орбитальные комплексы, состоящие из долговременных орбитальных станций и транспортных кораблей для их снабжения и смены экипажей.
Орбитальная станция — это и дом для космонавтов, и место их работы. О том, что представляет собой космический дом и как в нем живется и работается, вы узнаете в этой статье.
Павел ПОПОВИЧ, летчик-космонавт СССР, дважды Герой Советского Союза, Александр ЖЕЛУДКОВ, ведущий конструктор |
Для космонавтов, прибывающих на орбитальную станцию, любая особенность планировки, каждый кубический метр жилого пространства космического дома значат неизмеримо больше, чем для самого отъявленного домоседа и домолюба на Земле. Счет полетного времени идет на многие месяцы. Хочешь не хочешь — живи затворником в четырех стенах...
О стенах. В рабочем отсеке станции (где работает и отдыхает экипаж) их четыре, как в обыкновенной комнате. Плюс пол и потолок. Чтобы в условиях невесомости космонавты не потеряли ориентировку, поверхности окрашены в различные тона: песочно-кремовые, салатовые, серые, коричневые (станция «Мир»).
Объем жилой зоны примерно одинаковый для всех советских орбитальных станций, около 50 куб. м. Это по земным меркам комната 20 кв. м. в типовом доме. Конечно, не слишком просторно для троих, а то и для пяти-шести человек. Опять же по земным меркам. Но космонавты не «привязаны» к поверхности пола и потому используют отведенные им кубометры гораздо интенсивнее, чем, например, вы, уважаемые читатели, свои квадратные метры. А если сравнить кубатуру орбитальной станции со свободным внутренним объемом корабля «Союз» (6,5 куб. м), космический дом покажется и вовсе просторным.
Корпус рабочего отсека состоит из двух разных по диаметру цилиндров. Соответственно, «комната» делится на две части: узкую и широкую. Стены отсека образованы плоскими декоративными панелями. Мебель — кресла, небольшие столики, да еще, пожалуй, к ней можно отнести пульты управления. Под панелями бортовое оборудование: системы управления и жизнеобеспечения станции. Возле днища узкой части отсека смонтирован центральный пост управления, рядом находятся пульты управления научным оборудованием. В широкой части отсека — шкафы с провизией и холодильник, спортивные тренажеры, туалет, а начиная с «Салюта-6» — душевая установка. На «Мире» удалось даже выкроить место для двух пеналов-кают.
Пристыковаться к станции можно с носа или кормы. (На станциях первого поколения: «Салют» — «Салют-5» — только с носа). И потому рабочий отсек завершается с обеих сторон герметичными буферными отсеками (носовым переходным отсеком и кормовой промежуточной камерой), где находятся стыковочные агрегаты. Закупорив «переходник», можно стравить из него воздух и выйти через люк в открытый космос. Кроме того, буферные отсеки защищают от повреждений во время стыковки (и как следствие — от возможной разгерметизации) рабочий отсек.
В корме, то есть в широкой части станции, находится агрегатный отсек. (На станциях первого поколения он напоминает по форме цилиндрический флакон, сопряженный днищем с торцом рабочего отсека). Там размещены двигатели коррекции орбиты и ориентации, а также запас топлива к ним. На станциях, где на корме появился второй стыковочный узел (в добавление к первому, расположенному на носу), агрегатный отсек пришлось разместить вокруг него, кольцом, равным по диаметру широкой части рабочего отсека.
Вопрос этот далеко не праздный. Особенно по отношению к дому космическому. Ведь по количеству переходных люков (и, соответственно, стыковочных узлов) можно безошибочно определить, к какому поколению относится станция.
Максимум, чего удалось достичь на орбитальных станциях первого поколения, — две экспедиции общей продолжительностью около трех месяцев. И немудрено. Ведь стыковочный узел на них был всего один. Его занимал корабль, доставивший экипаж. А грузовику причалить уже некуда. Соответственно, нет возможности пополнить расходуемые запасы. Как только вода, продовольствие, горючее заканчивались — с очередным «Салютом» приходилось прощаться. Он сводился с орбиты и падал в заданный район Тихого океана.
Установка второго стыковочного узла обеспечила долголетие орбитальным станциям второго поколения («Салют-6» и «Салют-7»). Теперь в космосе можно было проводить столь длительные исследования, что в процессе работы возникала необходимость во все новых научных приборах. И далеко не каждый из них можно было протиснуть через 80-сантиметровый люк стыковочного агрегата. Как быть? Под каждую новую программу исследований запускать новую станцию?
 Дозаправка объединенной двигательной системы станции производится так: из баков, предназначенных для окислителя (1) и горючего (2), компрессор (3) откачивает содержащийся в них азот в баллон высокого давления (4). Теперь пустые баки могут принять топливо с грузового корабля. С помощью баллона со сжатым газом (5) поочередно блокируют систему подачи окислителя и топлива. |
Топливная система готова к работе (рис. внизу). Сжатый азот, проходя через понижающий до 20 атм редуктор (6), при открытом клапане (7) вытесняет топливо в камеры сгорания корректирующих двигателей (В) и двигателей ориентации (9). |
Вопрос решили проще. На орбитальной станции третьего поколения («Мир») уже не два, а шесть стыковочных узлов. В дополнение к осевым — четыре радиальных в переходном отсеке. На них «Мир» готов принимать специализированные модули-лаборатории. (Причаливать они будут, правда, штатно, как и корабли, к носовому стыковочному узлу, а уже потом манипулятор отведет их в сторону). Научный потенциал станции теперь не зависит от ее объема. Она превращается в базовый блок, окруженный отсеками с научной аппаратурой. Первый из них, астрофизический модуль «Квант», уже пристыкован к «Миру».
Мы уже говорили, что время жизни орбитальной станции во многом определяется количеством на ней топлива. Опустеют баки — станция не только потеряет возможность переходить с одной орбиты на другую и изменять ориентацию, но со временем обязательно войдет в плотные слои атмосферы (что и случилось с американской лабораторией «Скайлэб») и сгорит. Все объясняется просто. Околоземное космическое пространство не вакуум. Даже тех немногих молекул воздуха, которые там содержатся, вполне достаточно, чтобы постепенно тормозить космические аппараты.
Горючим для двигателей орбитальных станций (так же как и космических кораблей) служит азот-углеводородное соединение — несимметричный диметилгидразин. Это бесцветная токсичная жидкость с аммиачным запахом. Она мало летуча (соответственно, нет опасности разрыва нагретых солнцем баков), но главное — практически мгновенно воспламеняется при контакте с окислителем — четырехокисью азота. Безынерционность двигателя — большое преимущество в условиях космического полета, когда малейшая ошибка в управлении аппаратом (например, при стыковке) грозит тягчайшими последствиями.
Кроме двигателей коррекции орбиты, на станциях устанавливаются и другие — маломощные двигатели, предназначенные для ориентации. Впрочем, ее можно осуществить и с помощью гироскопов. Если маховик гироскопа раскрутить в одном направлении, то вся станция согласно закону сохранения момента количества движения начнет поворачиваться в противоположную сторону. (Впервые маховики были установлены на станции «Салют-3».)
Откуда же брать энергию, чтобы раскручивать маховики? Они подключены к системе электроснабжения станции, запитывающейся от солнечных батарей, которые автоматически отслеживают Солнце (механизм поворота солнечных батарей также впервые был установлен на станции «Салют-3»).
Вот что вспоминает летчик-космонавт СССР Валерий Рюмин о своих буднях на орбитальной станции:
«Как же человек умеет ко всему привыкать! Встаем в 8.00 - сигнал есть такой с противным голосом. Сразу из спального мешка - к подогревателю пищи. Пока зарядкой с эспандером занимаемся, и завтрак готов. Бреемся каждое утро электрической бритвой со специальной насадкой для сбора волос. Зубы чистим щеткой с вмонтированной в нее электрической батарейкой. Лицо и руки протираем салфетками, пропитанными специальным лосьоном. В общем, все наказы Мойдодыра выполняем, со скидкой на условия, конечно.
 Несмотря на внешнее сходство, многие орбитальные станции имеют характерные особенности. Так, лишь у станции «Салюта были четыре неподвижные панели солнечных батарей. «Салют-4» можно отличить от станции второго поколения «Салют-7» по форме агрегатного отсека, расположенного в кормовой части станции «Мир» легче всего распознать по носовому переходному отсеку с пятью стыковочными узлами. |
На завтрак уходило 10-15 минут. Различное консервированное мясо, творог в тубах, хлеб, чай или кофе быстрорастворимый, печенье. Всего понемногу. Может, не всегда вкусно, но питательно.
А в 9.30 у нас начиналась работа. Через час — физические упражнения. На Земле какая же это радость — размяться! А здесь семь потов сойдет... Пот, впрочем, здесь собирается капельками, их тысячи по всему телу. И убрать этот водяной горох можно только полотенцем.
Обед — суп из тубы, консервированное мясо и соки, молоко или чай по желанию. К обеду был иногда репчатый лук, чеснок. Всегда хотелось соленого. Сладостей на борту было много, но они успехом не пользовались.
Потом работа — исследования и наблюдения часа на два-четыре, а иногда, если нельзя прерывать, и дольше.
И вновь физкультура. Я никогда не испытывал здесь желания заниматься физическими упражнениями. Каждый раз приходилось себя заставлять.
Работали мы по земному расписанию, в согласии с трудовым законодательством, при двух выходных днях. Правда, один из них был санитарный: пылесосили или мылись. Ох, эта космическая баня! Целый день уходил, чтобы подготовить ее, подогреть воду и все убрать после мытья. Видели, как собаки из воды вылезают и отряхиваются? Вот и мы в этой трубе что те собаки, так же стряхивали водяную пыль с себя. Но все равно хорошо!
Как-то в сеансе связи комментатор телевидения Саша Тихомиров упрекнул нас в чрезмерной аккуратности, вот, мол, готовимся к телесеансу, все раскладываем, убираем, а ему нужна рабочая обстановка. Его бы сюда! Понял бы, что в космосе «лирический» беспорядок не проходит...»
Воздух на орбитальной станции очищается от углекислоты и обогащается кислородом в регенераторах (1). Прогоняется вентиляторами через жилую и рабочую зоны, а потом пропускается под панелями, охлаждая оборудование (2). Теплообменник (3) забирает лишнее тепло, а радиаторные панели излучают его в космическое пространство. На охлаждаемых поверхностях холодильно-сушильных агрегатов (4) из воздуха конденсируется влага и пополняет запас воды на станции. |
Итак, экипажу орбитальных станций (а также их создателям — ученым и конструкторам) приходится решать массу больших и малых проблем. Начнем хотя бы с того, что вместе с понятиями «легче» и «тяжелее» исчезает конвекция газов. Голова неподвижного человека вскоре окажется окутанной облаком выдыхаемого им же углекислого газа. Уснув, можно уже не проснуться. Вот почему вентиляторы на станции крутятся без передыху, прогоняют воздух через жилую зону. Затем он очищается в противопыльных фильтрах (а пыль образуется даже в герметически закрытом помещении — от носки одежды).
Вредных примесей в атмосфере станции тоже хватает. Организм человека выделяет их около 400, в том числе угарный газ, аммиак, альдегиды, кетоны, прочие ядовитые химические соединения. Все они адсорбируются на специальных фильтрах.
Но, пожалуй, основная «вредная примесь» — углекислый газ. Воздух на станции нужно постоянно регенерировать, удалять из него двуокись углерода, обогащать кислородом. Этой цели служит блок регенерации, содержащий надперекись калия (К2О4). Постепенно разлагаясь под воздействием содержащихся в воздухе водяных паров, она вступает в реакцию с углекислым газом, превращаясь в углекислый калий и выделяя кислород.
Как подать воду в душ? Тоже проблема. Вернее, подать-то воду технически несложно, но как сделать, чтобы использованная вода с мылом не расплывалась по всему помещению? Через душевую установку, представляющую собой своеобразную аэродинамическую трубу, прокачивают теплый воздух. Он отсасывает ненужную влагу, которая задерживается потом в герметичных сборниках, а воздух после очистки снова поступает в отсеки.
Когда космонавты моются, они обязательно надевают специальные очки (чтобы в глаза не попала мыльная вода, которая в силу высокого поверхностного натяжения в условиях невесомости стремится растечься по всему телу). В душе нужен и шланг с загубником, чтобы не вдохнуть ненароком свободно плавающую жидкость.
По принципу отсасывания работает и космическое ассенизационное устройство. Жаль, правда, что система извлечения воды из урины на орбитальных станциях пока не отработана. Это одна из основных причин потерь влаги. Но тем не менее уже сегодня примерно половина воды вторично пускается в оборот. Ее «вытягивают» из влажного воздуха.
Относительная влажность воздуха колеблется на орбитальных станциях в пределах от 30 до 70%. Избыточная влага осаждается капельками мельчайшей росы на охлаждаемых поверхностях холодильно-сушильных агрегатов. Для их дальнейшей конденсации используется капиллярный эффект. Гигроскопичные «промокашки» отсасывают росу во влагоотстойник.
Температурный режим станции тоже постоянно регулируется. Нормальная температура — 20° С. До абсолютного нуля ей не дает опуститься многослойная изоляция (выполненная из металлизированной пленки) корпуса станции. Люди и работающее электрооборудование выделяют тепло. Этого хватает для того, чтобы компенсировать неизбежные тепловые потери. Больше того, когда включено много научных приборов, температура в рабочем отсеке может подскочить выше допустимой. Как же быть? Вспомним: чтобы в холодный день человеку не стало слишком жарко после быстрой ходьбы, ему достаточно снять перчатки. Лишнее тепло уйдет через ладони. Их теплопроводность регулируется организмом. «Ладони» станции — это внешняя обшивка узкой части рабочего отсека. Там установлены радиаторные панели.
О еде. Никаких остатков на тарелках, крошек в космосе быть не должно. Поэтому хлеб не откусывают, а кладут в рот целыми (разумеется, соответствующего размера) ломтиками. Первые блюда, напитки и соки расфасованы в тюбики по 160 г, консервные байки — стограммовые.
Космический душ и ассенизационное устройство. Насос (1) прокачивает через них поток воздуха. После очистки в фильтрах (2) воздух возвращается в атмосферу станции, а наполненные сборники отходов (3) заменяются новыми и удаляются со станции. Мягкая кабина душа с водонепроницаемой «молнией» после использования складывается. |
 Спортивные тренажеры, используемые на орбитальных станциях: бегущая дорожка и велоэргометр. |
Всего на боргу свыше 70 наименований блюд, а питательность дневного рациона космонавта вполне могла бы устроить, скажем, рабочего-станочника — 3200 ккал. На что же их расходовать, спрашивается, если в невесомости не нужно тратить ни малейших усилий на передвижение? Оказывается, на борьбу с... невесомостью.
Длительное отсутствие силы тяжести пагубно сказывается на организме человека. Ослабляются сердечно-сосудистая система и мышцы, изменяется состав костей (из них «вымываются» соли кальция). Противоядие тут одно — интенсивные физические нагрузки. 2500 ккал в сутки тратят космонавты на физкультуру.
Несколько слов о спортинвентаре. Он занимает немного места на станции, но позволяет совершать разнообразные упражнения, нагружать практически все группы мышц. «Бегущая дорожка» — компактный ленточный транспортер, приводящийся в действие электродвигателем. Человек перебирает по нему ногами, загружая мышцы так же, как на Земле при ходьбе или беге. Секрет в том, что резиновые тяги прижимают его к дорожке. Эти же тяги через ролики пропущены к потолку станции, соединены с «перекладиной-штангой» — занимайся хоть легкой, хоть тяжелой атлетикой. Есть возможность и покататься на «велосипеде» (велоэргометре). Его педали приводят в движение генератор. Вырабатываемая электроэнергия превращается далее в тепловую на блоке сопротивлений. Изменяя реостатом сопротивление, можно варьировать нагрузку на педали — совсем как при езде на велосипеде по пересеченной местности.
Время жизни первой снабжаемой станции («Салют-6») вплотную подошло к пятилетнему рубежу. (Для сравнения: рекордсмен среди станций первого поколения — «Салют-4» продержался на орбите несколько больше двух лет.) «Салют-7» «крутится» с апреля 1982 года. Все рекорды полета в пилотируемом режиме обещает, однако, побить «Мир», выведенный на орбиту в феврале 1986 года. В среднем через каждые три с половиной месяца к нему пристыковывается транспортный корабль, каждые полтора месяца — космический грузовик «Прогресс».
Но столь долговечными орбитальные станции делает не хорошо налаженное снабжение, не совершенство конструкции. Прежде всего сами космонавты. В самом деле, кому еще следить за состоянием космического дома, как не им?
...Во время полета станции «Салют-7» в автоматическом режиме ее аккумуляторы отключились от солнечных батарей. Из-за неисправности командной радиолинии не удалось вмешаться в работу системы электроснабжения, и аккумуляторы разрядились. Обесточенная станция начала замерзать. В. А. Джанибеков и В. П. Савиных прибыли на станцию не как космонавты-исследователи, а как ремонтники. Борьба за восстановление «Салюта-7» длилась одиннадцать суток. На двенадцатые все его системы начали работать в нормальном режиме.
Случаев второго (третьего, четвертого, пятого...) рождения орбитальных станций немало. Так, В. В. Ляхов и В. В. Рюмин починили во время своего полета на «Салюте-6» двигательную установку станции. (Негерметичность сильфона в одном из баков с горючим грозила отказом двигателя из-за попадания в систему наддува химически агрессивного топлива.) Л. Д. Кизиму, О. Г. Макарову и Г. М. Стрекалову пришлось заменить блок насосов в системе терморегулирования «Салюта-6». (Если бы нарушилась их герметичность, рабочий отсек начал бы наполняться свободно плавающей жидкостью, вполне способной удушить космонавтов во время сна.) Подобные операции уже не кажутся нам чем-то из ряда вон. Это трудовые будни космонавтов. От редакции. Так ли уж хорошо обстоят дела с «домом на орбите»? В беседе с корреспондентом газеты «Известия» начальник Центра подготовки космонавтов В. А. Шаталов высказал ряд принципиальных замечаний по качеству выполнения отечественных космических программ. Некоторые из них касаются и орбитальных станций. А потому, думается, мажорный тон публикуемой статьи полезно несколько «приземлить» и его мнением — в частности, что этап проведения на орбите «чистых» научных экспериментов недопустимо затянулся. Ведь по логике развития, мы давно должны были бы начать в космосе широкомасштабную научно-практическую
деятельность.
Как говорится, обещанного три года ждут. Но вот уже миновал этот немалый срок, а на станции «Мир» до сих пор опробованы лишь два стыковочных узла из имеющихся шести. Остальные же все еще ждут специализированных модулей, которые в печати поторопились окрестить «заводами на орбите». Самый настоящий получается, по образному выражению Владимира Александровича, космический долгострой!
Да и жить на станции, перенасыщенной научной аппаратурой, оказывается не так уж просто. Может быть, не стоит сравнивать ее кубатуру с полезным объемом космического корабля (по аналогии с тем, как мы сопоставляем валовые показатели в промышленности с уровнем 1913 года), а лучше выйти на откровенный разговор о том, насколько оправдывают ожидания общества наши космические программы? Ждем ваших мнений, читатели.