Игорь Бубнов - Обитаемые космические станции
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.).
Рис. 38. Обитаемая космическая станция по проекту Оберта: 1 — жилые помещения; 2 — труба; 3 — натяжной насос; 4 — лифт; 5 — рабочий отсек; 6 — подсобные помещения; 7, 9 — телескопы; 8 — выход наружу; 10 — каркасПроект 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).
Рис. 39. Проект обитаемой космической станции Смита и РоссаНесколько 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).
Рис. 40. Межпланетная станция по проекту БраунаЗа исключением некоторых элементов (например, стартовый вес транспортных ракет должен быть более 6500 т), проект был основан на вполне реальных пред-посылках. Много внимания автор уделил проблеме облегчения станции. С этой целью он предложил создать искусственную тяжесть, равную лишь трети земной, а давление внутри станции сделать около 0,5 атм, но с повышенным содержанием кислорода и гелием вместо азота. Это должно, по мнению автора, существенно снизить требование к прочности конструкции, а значит, и вес станции. Источник энергии — экранированный атомный реактор, размещенный в. ступице колеса. Браун принципиально разработал специальный скафандр для перемещения и работы человека вне станции.
Уже в послевоенные годы советским ученым А.Штернфельдом была высказана интересная идея, которая должна существенно облегчить строительство больших космических станций. Штернфельд предложил собирать станцию на орбите не из специально доставляемых туда частей и элементов, а непосредственно из особым образом спроектированных последних ступеней ракет (рис. 41), используя под помещения емкости топливных баков. Позднее такую же мысль высказал Эрике, которого поддержал Браун. Последний даже переделал свой проект применительно к этой идее.
Рис. 41. ОКС, смонтированная из последних ступеней ракет (предложение А.Штернфельда)Среди многочисленных проектов орбитальных научных лабораторий выделяется проект американского инженера Дарелла Ромика (1956 г.). Проект создания в космосе целого города с населением 20 тыс. человек (рис. 42) поражает смелостью, грандиозностью и размахом. Оставляя в стороне вопрос о целесообразности постройки в космосе лаборатории таких размеров, нельзя не отдать должного тщательной инженерной разработке проекта. Проект привлекает своей четкостью и несет в себе весьма остроумные идеи.
Рис. 42. Проект орбитальной станции Д.РомикаРомик плодотворно использовал также многие из идей, предложенных до него. Например, основные жилые помещения он предложил разместить в огромном вращающемся колесе с целью создания искусственной силы тяжести. Здесь же должны располагаться школы, больницы, театр, кино, спортивные площадки и магазины.
Основные научные лаборатории и вспомогательное оборудование предусматривалось разместить в невращающемся цилиндре диаметром 300 м и длиной около 1 км.
Особенно детально автор разработал процесс сборки станции, опираясь при этом на идею использования в качестве исходных элементов монтажа самих ракетных кораблей.
Полный срок строительства ОКС был рассчитан Д. Ромиком на 3,5 года, но выполнение научных работ должно было начаться значительно раньше.
Процесс строительства станции, по мысли конструктора, должен выглядеть так. Сначала третьи ступени двух ракет, достигнув расчетной орбиты, соединяются своими носовыми частями, предварительно претерпев некоторые изменения: хвостовая часть ракеты с двигателями и оперением разбирается и размещается впереди. Экипаж выходит наружу и начинает монтаж. Ракеты скрепляются тягами, тросами и шпангоутами. Топливные баки временно приспосабливаются под жилье и оборудование. К десятому дню после начала монтажа в линию последовательно соединены уже десять ракетных кораблей, причем носовые отсеки разбираются, а в качестве наружных панелей используются детали оперения.
