«Техника-молодежи» 2001 г №4, с.28-36

Геннадий Малышев показывает на модели орбитальной станции степени свободы гибкого манипулятора.

Напомним, что «Мир» начал работу в 1986 г., опираясь на опыт предшествующих станций «Салют» (1971 — 1991 гг), и в течение десятилетия дополнялся модулями, последний из которых пристыковали в 1996-м. За это время на станции побывало 28 экспедиций, их участники провели 19 тыс. экспериментов, с ОКС 110 раз стыковались пилотируемые корабли, автоматические «грузовики -танкеры». В 1999 г. Совет главных конструкторов признал ее работоспособной, техническое состояние удовлетворительным, и продлил срок ее службы еще на 3 года.

Однако 30 декабря 2000 г. вышло правительственное постановление «О завершении работы орбитального пилотируемого комплекса «Мир», а в письме, направленном директором Российского авиационно-космического агентства в Государственную Думу, напоминалось, что «Российская Федерация является участником международных договоров, регламентирующих порядок осуществления космической деятельности». Выходит, отныне нам уготована роль статистов — мы обеспечиваем жизнедеятельность Международной космической станции, а эксперименты на российском национальном модуле должны непременно согласовываться с американцами. При этом нужно учитывать, что наши модули в МКС пока еще «в проекте»...

А ведь орбитальные пилотируемые станции формируют основу национальных космических программ.

Так что же представляет собой Международная космическая станция? На ее создание, с учетом работы над проектами подобных станций «Фридом» и «Альфа», ушло десятилетие и миллиарды долларов. Кстати, после завершения программы «Аполлон» было объявлено о четырех следующих, столь же престижных, — создании орбитальных электростанций, «стратегической оборонной инициативе», экспедиции на Марс и разработке многоразового воздушно-космического корабля «Шаттл». Это последнее — единственное, что было выполнено.

Что же касается самой МКС, объявленная масса которой 408 т а стоимость — 30 млрд долл., то от запуска ее первого элемента до начала эксплуатации пройдет 2,5 года, полная же готовность комплекса наступит не ранее, чем через 8 лет. Родилась идея кооперации с Японией, Европейским космическим агентством и Россией при доминирующей роли США. А специалистам уже известны ее «врожденные» недостатки. Назовем лишь некоторые. Это весьма высокая стоимость эксплуатации и обслуживания, что делает ее втрое дороже лунной программы «Аполло». Не предусмотрен и собственный «москитный флот» вспомогательных спутников обслуживания. Свободная компоновка модулей станет причиной гравитационной и аэродинамической неустойчивости станции, и придется постоянно затрачивать энергию для ее ориентации.

	Модель «Надежды», вид спереди; на переднем плане — пристыкованные «Союзы-ТМ»

Мы могли бы избежать ненужных расходов еще в 2000 г. Для этого — раз уж хронически не хватает средств на науку — следовало оставить «Мир» на 2-3 года на орбите в дежурном режиме. Можно было бы предложить другим странам, например, Индии и Китаю, долевое участие в научных исследованиях на ней. Наконец, оставить на орбите часть модулей с наиболее важным и ценным оборудованием и приборами для дальнейшего использования.

Впрочем, есть и другой путь — поступить в традициях отечественной космонавтики. В свое время на смену «Салютам» пришла усовершенствованная станция «Мир». Значит, и ее преемницей должна стать усовершенствованная космическая система. При этом надо помнить, что со времен С.П. Королева только нестандартные решения глобальных проблем обеспечивали нашей стране авангардные позиции в космосе.

Начнем с того, что любая орбитальная станция представляет собой своеобразные точечный зонд, с которого исследуют Землю и космическое пространство. Понятно, задачи ученых постоянно меняются, например — конкретизируются или расширяются, поэтому станция должна быть готова к приему новой техники и замене устаревшей либо отслужившей. Кроме того, ей следовало бы обладать «флотом» взаимодействующих с ней автоматических и пилотируемых спутников, что расширит ее возможности.

Такая станция, будучи эквивалентной «Миру» по оснащенности, была бы легче, а значит — дешевле, могла бы быстро разворачиваться и использовать фрагменты предшественницы. Поэтому проектировать ее необходимо по совершенно новым принципам. В частности — учитывая взаимодействие системы ориентации станции с солнечным излучением, магнитными и гравитационными полями, разреженной атмосферой и нижним радиационным поясом. Иными словами, нужно привлечь окружающую среду к участию в ориентации станции, ее стабилизации на орбите. А вот проблемы ее энергоснабжения и маневрирования решать нужно иначе — учитывая, скажем, при спуске тормозящее действие атмосферы (что, опять-таки, позволит уменьшить потери энергии).

Вертикальная компоновка позволит сократить затраты электроэнергии или рабочего тела на ориентацию станции на 70 — 90 %. Это реализуется только за счет соответствующего расположения крупных модулей, солнечных батарей, выносных штанг и тросовых систем с концевыми грузами. Даже неизбежные возмущения можно будет парировать не работой двигателей, неизбежно сжигающих топливо, а перекачкой его и других жидкостей между неполными баками в разных концах станции или деформацией нежестких конструкций с внутренним трением. Топливо же потребуется, практически, только для начальной ориентации.

Высота орбиты минимального грузопотока определяется наименьшими затратами топлива для выведения станции, поддержания ее на этой орбите и расходами горючего для грузовиков, поднимающихся на эту орбиту с опорной (180 — 250 км), с учетом разброса плотности атмосферы. Для комплекса «Мир» и кораблей «Союз-ТМ» и «Прогресс» эта высота составляла 420 — 440 км. Но если применять «Прогрессы» с электрическими ракетными двигателями (стационарными плазменными, удельным импульсом 1600 — 2000 с), расход рабочего тела на такой перелет будет в 5 раз меньше, чем для штатных нынешних двигателей. Соответствующую экономию даст и переход на использование таких двигателей для ориентации и коррекции.

Другим средством малозатратного маневрирования являются механические и электромеханические тросовые устройства, активно разрабатываемые в последнее десятилетие и обеспечивающие как стыковку, так и необходимые инерционные характеристики при вращении станции вокруг ее центра масс. Мало того, они же, двигаясь в магнитном поле Земли, позволяют превращать механическую энергию движения станции в электрическую и наоборот.

Развертывание вертикальной тросовой системы: 1 — выведение объекта на орбиту; 2 — отделение связанного с ней элемента; 3 — комплекс в рабочем положении.

В электропроводящем, вертикально ориентированном 10-км тросе, летящем по круговой орбите высотой 420 км и наклонением 51,6° (орбита станции «Мир») наводится электродвижущая сила 1200 В, что позволяет снимать с него электрическую мощность 5 кВт при силе тока 7,7 А. При этом на конструкцию действует тормозящая сила 1,2 Н, способная за один виток уменьшить высоту орбиты 400-тонной станции на 30 м. Если же подать на тот же проводник ток силой 10 А в противоположном направлении (от солнечных батарей мощностью 16 кВт), то возникнет разгоняющая сила в 1,6 Н, которой можно не только компенсировать аэродинамическое сопротивление, но и увеличить высоту орбиты.

Механические стыковочные тросовые системы позволят сэкономить значительное количество топлива транспортных кораблей. Ведь обычно они используются и для коррекции орбиты всей станции, теперь же смогут решать ту же задачу так, как это было описано применительно к «Прогрессу» и «Миру» в предыдущей статье.

Широчайший спектр задач сможет решить «москитный флот» — запускаемые с Земли или с самой станции и взаимодействующие с ней малые космические аппараты. С «флагманом» они будут связаны радио— и лазерными линиями высокоскоростного обмена информацией, а возможно и гибкими (тросовыми, кабельными) связями.

Режим эксплуатации станции видится нам вахтово-циклическим. Большие научные смены будут чередоваться с «технологическими», во время которых небольшой экипаж технических специалистов будет проводить профилактику основных систем, обновлять запасы расходуемых материалов (правда, опыт работы «Мира» показал, что рациональней будут малочисленные операторские смены и большие «ремонтные». — Ред.). И наконец, для большей пожарной безопасности, для дыхания лучше использовать кислород-азот-аргонную смесь с содержанием кислорода 15%, испытанную недавно в Институте медико-биологических проблем РАН.

Опираясь на опыт работы «Салютов». «Скайлэба» и «Мира», мы, сотрудники Центральной научно-исследовательской лаборатории «Астра» Московского авиационного института, подготовили проекты легкой — 86-тонной — станции «Надежда», сравнимой по стоимости и возможностям с «Миром» и рассчитанной на орбиты высотой 375 — 400 км, а также более тяжелой (сравнимой с МКС) станции «Русь».

Итак, «Надежда» отечественной космонавтики. Самоориентирующаяся в вертикальном положении станция разделена на жилую и технологическую зоны с постоянно обитаемыми и периодически посещаемыми отсеками. Модули, в основном, создаются на базе уже отработанных конструкций орбитально-бытового отсека корабля «Союз» и функционально-грузового блока транспортного корабля снабжения («родные братья» боковых модулей «Мира»). Последние — наиболее тяжелые, массой до 20 т, могут выводиться на околоземную орбиту заслуженными «Протонами» или создающейся сейчас «Ангарой», либо, на худой конец, «Шаттлами».

Модули расположены линейно, один за другим. Для перемещения людей и грузов предусмотрен сквозной внутренний коридор, при необходимости перекрываемый герметичными люками, а снаружи — «тропа космонавтов», монорельс с передвигающейся по нему кареткой.

В передней части станции должны разместиться стыковочные узлы для кораблей типа «Союз». За ними находится базовый биологический модуль весом 20 — 23 т и диаметром 9 м, собираемый на орбите, на «фундаменте» жесткого корпуса из надувных и трансформируемых конструкций. Здесь персонал станции будет жить (в отдельных каютах) и работать, отсюда же управлять оборудованием в посещаемых отсеках. В жестком «фундаменте» предусмотрено убежище, в котором космонавты укроются от солнечных вспышек. Здесь же размещены «спасательные шлюпки» — спускаемые аппараты, которые опустят обитателей «Надежды» на Землю в случае серьезной аварии. Их предполагается оснащать управляемым парашютом-крылом.

За биологическим модулем следуют технологический (для «сверхчистого» производства на орбите) и два оптических: один — для астрономических исследований, другой — для дистанционного зондирования Земли. Между ними, на специальном энергетическом модуле, расположены панели солнечных батарей.

На стыке технологического и астрофизического модулей закреплена тросовая система, обеспечивающая гравитационную стабилизацию станции. Причем один из «концов» представляет собой не трос, а гибкий тоннель, по которому космонавт может пройти в «груз» кабину. Силовыми приводами тоннель изгибается, поднося кабину к нужной точке станции для осмотра и обслуживания.

На корме станции, за оптическим модулем, имеется второй стыковочный отсек, на который могут швартоваться «Союзы» и автоматические «Прогрессы».

Предлагаемая нами орбитальная станция выглядит более рационально, нежели растопыренная во все стороны МКС. Что же касается безопасности персонала «Надежды» в форс-мажорных обстоятельствах, то ее обеспечат механизм мгновенной герметизации всех модулей и отсеков в них, убежище, предохраняющее людей от повышенной радиации, самостоятельно опускающиеся на Землю капсулы-шлюпки, вмещающие весь экипаж.

Таким образом, за 2-3 года, при затрате весьма скромных средств — 1-2% от намеченных расходов на МКС, а это 2,7 млрд долл. только в 2001 г., — мы получим возможность вернуться на передовые позиции в космосе. Те самые, которые наша страна последовательно завоевывала в октябре 1957 г., апреле 1961 г. и закреплялась на них еще три десятилетия.