Орбитальная космическая станция

Орбитальная станция

Орбитальная станция (ОС) — космический аппарат, предназначенный для длительного пребывания людей на околоземной орбите с целью проведения научных исследований в условиях космического пространства, разведки, наблюдений за поверхностью и атмосферой планеты, астрономических наблюдений ...

Орбитальная станция от искусственных спутников Земли отличается наличием экипажа, который периодически сменяется с помощью транспортных пилотируемых кораблей (в том числе многоразовых), доставляющих на ОС смену экипажа, запасы топлива и материалов для функционирования технических систем станции, средства жизнеобеспечения экипажа, личную корреспонденцию, запасные части для ремонта и модернизации самой станции, блоки оборудования для расширения её функций, материалы для проведения новых исследований и т. п. Спускаемый аппарат транспортного корабля доставляет на Землю сменённых членов экипажа и результаты проведённых исследований и наблюдений.

Создание орбитальной станции – очень сложное и дорогостоящее сооружение, поэтому их разрабатывали пока только СССР/Россия, США, Европа/ESA, Япония и Китай. При этом Россия и США имели полноценные орбитальные станции («Салют», «Алмаз», «Мир» в СССР и «Скайлэб» в США), а Европа и Япония — модули международной орбитальной станции. В начале XXI века все эти, а также другие страны создали и эксплуатируют международную космическую станцию (МКС). Китай запустил первую ОС «Тяньгун» в 2011 г. Также планы по созданию ОС имеют Иран и частные компании.

История первой орбитальной станции «Салют»

Орбитальная станция

Первая орбитальная станция «Салют», предназначенная для длительных полетов по орбите вокруг Земли, была запущена 19 апреля 1971 года. Мощная ракета «Протон» вывела на орбиту высотой от 200 до 222 километров над Землёй.

После отделения последней ступени ракеты были сброшены защитные крышки, освободились прижатые к корпусу антенны, раскинулись вправо и влево солнечные батареи. Орбитальный блок стал похож на гордо парящую гигантскую птицу. Крылья его начали ловить солнечные лучи, превращать их в электрический ток. Он побежал по бесчисленным проводам и оживил станцию. Зашумели моторы, проснулись приборы, заработала радиосвязь с Землёй.

Орбитальный блок – солидное сооружение! Он больше троллейбуса! Длина – около 16 метров, поперечник – 4 метра, вес – около 19 тонн. Он летит в автоматическом режиме. 23 апреля в космос запускается транспортный космический корабль «Союз–10», на борту которого командир В. А. Шаталов, борт-инженер А. С. Елисеев и инженер-испытатель Н. Н. Рукавишников. Через день они успешно стыкуются с орбитальным блоком, проверяют надёжность стыковки, пробуют управлять орбитальным блоком с корабля - всё в порядке. Они отделяются и 25 апреля благополучно возвращаются на Землю.

Орбитальный блок готов к приёму своего основного экипажа. 5 июня 1971 г. стартует транспортный космический корабль «Союз–11»: командир Г. Т. Добровольский, бортинженер В. Н. Волков и инженер-испытатель В. И. Пацаев. 7 июня корабль стыкуется с орбитальным блоком - теперь орбитальная станция «Салют» собрана окончательно, т.к. орбитальный блок был лишь ее частью. Вторая часть – транспортный корабль «Союз». Всё сооружение в целом длиной двадцать три метра и весит уже больше двадцати пяти тонн.

Космонавты переходят в орбитальный блок, но люк за собой не закрывают – это уже их новый большой дом.

Устройство станции

Устройство станции

Вначале самая узкая её часть – переходной отсек, поперечником всего два метра. Через люк космонавты проплывают в рабочий отсек – он более просторный, хотя вокруг много различного оборудования. Все продумано для жизни космонавтов: столик для еды, «бегущая дорожка» для занятий, эспандеры…

Сложнейшая техника: система ориентации и управления движением (позволяет разворачивать станцию и удерживать её в нужном положении; разгоняя или притормаживая – менять орбиту); комплекс средств жизнеобеспечения – это разные приспособления, которые создают космонавтам нормальные условия жизни; радиокомплекс для радиосвязи с Землёй. Связь самая разная: телефонная, телевизионная. Есть возможность автоматически передавать на Землю записи результатов научных работ. В случае необходимости можно с Земли по радио управлять станцией; система электропитания - вся техника станции работает с помощью электроэнергии, которую дают в основном солнечные батареи. Попутно они заряжают аккумуляторы, за счёт которых станция работает ночью, когда солнца нет.

Работа на станции

Работа на станции началась 7 июня 1971 г. Космонавты разгоняют «Салют» чуть быстрее и поднимают его на более высокую орбиту - от 239 до 265 километров и приступают к научной работе.

С помощью особого телескопа «Орион» фотографируют звёзды. Наблюдают и фотографируют Землю – облака, океаны, материки. Внимательно следят за своим здоровьем. Старательно ухаживают за опытным огородом. Там были посажены и проросли семена хибинской капусты, льна. Они ведут дневники, записывая в них и подробности своего быта, и научные наблюдения.

Экипаж работал на «Салюте» 23 дня. 29 июня они переносят все научные материалы в корабль «Союз–11», 30 июня сами переходят туда, закрывают за собой люк, отделяются от орбитального блока и идут на посадку. Все трое в прекрасном настроении. Но случается непредвиденное: ещё до входа в атмосферу, за тридцать минут до приземления, происходит авария. Нарушается герметичность кабины, в которой находятся космонавты. Через образовавшуюся щель воздух начинает стремительно вытекать наружу... Произведена мягкая автоматическая посадка корабля «Союз–11», но космонавты погибли...

Опустевший орбитальный блок «Салюта» после трагедии летает в космосе ещё три с половиной месяца, постепенно теряя высоту. 11 ноября 1971 г. он входит в плотные слои земной атмосферы и сгорает над Тихим океаном.

Научные материалы экспедиции имели важное значение для науки, а опыт космонавтов (24 дня) доказал, что человек может долго жить и работать в условиях невесомости.

Станция «Салют» была первой в мире долговременной орбитальной научной станцией.

25 июня 1974 г. в СССР запускают станцию «Салют–3». Затем будут «Салют-4», «Салют-5»… Это была серия пилотируемых одномодульных орбитальных станций СССР, они функционировали до 1999 г. Под общим названием «Салют» на орбиту выводились орбитальные станции по гражданской программе «Долговременная орбитальная станция» (ДОС), а по военной программе - «Алмаз».

«Скайлэб»

Орбитальная станция

«Скайлэб» (букв. небесная лаборатория) — первая и единственная национальная американская одномодульная орбитальная станция, предназначенная для технологических, астрофизических, медико-биологических исследований, а также для наблюдения Земли. Запущена 14 мая 1973 г., приняла три экспедиции на кораблях «Аполлон» с мая 1973 по февраль 1974 года, сошла с орбиты и разрушилась 11 июля 1979 г.

По своим параметрам станции «Скайлэб» превышали характеристики советских орбитальных станций серий «Салют» и «Алмаз». Американская станция стала первой, где экипажи работали многократно, и первой, где имелось два стыковочных узла (хотя второй использован не был).

«SkyLab» имела огромный внутренний объём, предоставляя практически неограниченную свободу передвижений, например легко можно было прыгать от стенки к стенке во время занятий гимнастикой. Астронавты находили бытовые условия обитания на станции весьма комфортными: в частности, там был установлен душ. Каждый астронавт располагал небольшим отдельным отсеком-каютой — нишей с закрывающейся шторкой, где было спальное место и ящик для личных вещей.

Здесь много научной аппаратуры. Например, очень большой телескоп, вынесенный наружу, в сторону. Он состоит из восьми разных телескопов, соединённых в одну связку и нацеленных в одну сторону. Для питания всех механизмов этого очень сложного инструмента стоят свои солнечные батареи. Они расположены крестом и потому делают «Скайлэб» похожим на вертолёт.

«Тяньгун-1»

Первый китайский космический аппарат класса орбитальной станции, именуемый как целевой модуль и предназначенный для отработки технологий сближения и стыковки космических аппаратов. «Тяньгун-1» должен стать первой не советской и не американской свободно летящей пилотируемой орбитальной станцией, меньшей по размерам, но аналогичной по функциям советским орбитальным станциям первого поколения «Салют» и «Алмаз».

Параметры станции:

  • Масса — 8506 кг;
  • Длина — 10,4 метра;
  • Ширина (по солнечным батареям) — 17 метров;
  • Жилой объем станции — 15 кубометров.

Задачами «Тяньгун-1» являются отработка процесса стыковки с кораблями серии «Шэньчжоу», обеспечение нормальной жизнедеятельности, работы и безопасности космонавтов в период кратковременного пребывания на борту (от 12 до 20 суток), эксперименты в сфере космической медицины, в области использования космического пространства, а также испытания технического оборудования космической станции.

Многомодульные станции

«Мир»

Орбитальная станция

«Мир» - советская/российская орбитальная станция третьего поколения, сложный многоцелевой научно-исследовательский комплекс. Полное ее название: Орбитальная околоземная пилотируемая долговременная многоцелевая международная станция «Мир». Это огромное сооружение, напоминающее колесо на оси, медленно поворачивается, залитое лучами Солнца. У него очень умный вид! Ни одного пустого места. Всюду какие-то люки, окошечки, выступающие смотровые кабины, вделанные в стены приборы, антенны, чаши локаторов, поручни, прожектора, панели солнечных батарей, стыковочные узлы, сопла двигателей ориентации, трубки с проводами и ещё сотни и тысячи всяких мудрёных и очень красивых деталей. Она была выведена на орбиту в феврале 1986 г., 23 марта 2001 г. затоплена в Тихом океане. В течение 10 лет один за другим пристыковывались модули. С 1995 г. станцию стали посещать иностранные экипажи - на станции побывало 15 экспедиций посещения, из них 14 — международных, с участием космонавтов Сирии, Болгарии, Афганистана, Франции (5 раз), Японии, Великобритании, Австрии, Германии (2 раза), Словакии, Канады.

В рамках программы «Мир-Шаттл» было осуществлено семь кратковременных экспедиций посещения с помощью корабля «Атлантис», одна с помощью корабля «Индевор» и одна с помощью корабля «Дискавери», во время которых на станции побывали 44 астронавта.

В конце 1990-х годов на станции начались проблемы из-за постоянного выхода из строя различных приборов и систем. Через некоторое время правительство РФ, ссылаясь на дороговизну дальнейшей эксплуатации, несмотря на многочисленные проекты спасения станции, приняло решение затопить «Мир». 23 марта 2001 г. проработавшая в три раза дольше первоначально установленного срока станция была затоплена в специальном районе в южной части Тихого океана, рядом с островами Фиджи.

Всего на станции работало 104 космонавта из 12 стран.

Конструкция

На картинке показаны блоки станции «Мир». Здесь реализован модульный принцип построения орбитального комплекса, опыт работы с ним сейчас используется для развития Международной космической станции. Все модули, кроме стыковочного, доставлены ракетой-носителем «Протон».

Орбитальная станция

Базовый блок

Напоминает орбитальную станцию серии «Салют». Внутри кают-компания, две индивидуальные каюты, герметичный рабочий отсек с центральным постом управления и средствами связи. В стенке корпуса — портативная шлюзовая камера. Снаружи 3 панели солнечных батарей. Имеет шесть стыковочных портов для соединения с грузовыми кораблями и научными модулями. Пристыкован в феврале 1986 г.

Модуль «Квант»

Астрофизический модуль нёс комплекс приборов для наблюдения космических рентгеновских источников. «Квант» также позволял проводить биотехнологические эксперименты в области антивирусных препаратов и фракций. Пристыкован в апреле 1987 г.

Модуль «Квант-2»

Модуль дооснащения, для дополнительного комфорта космонавтов. Нёс оборудование, необходимое для жизнеобеспечения станции. Снаружи имел две поворотные солнечные батареи. Пристыкован в декабре 1989 г.

Модуль «Кристалл»

Стыковочно-технологический модуль с научным оборудованием разного назначения. Пристыкован в июле 1990 г.

Модуль «Спектр»

Пристыкован в июне 1995 года. Геофизический модуль. С его помощью осуществлялся мониторинг атмосферы, океана, земной поверхности, проводились медико-биологические исследования.

Стыковочный модуль

Пристыкован в ноябре 1995 г. Этот модуль доставил шаттл «Атлантис» для обеспечения возможности стыковки шаттлов со станцией «Мир».

Модуль «Природа»

Пристыкован в апреле 1996 года. Нёс оборудование для наблюдений за земной поверхностью в разных длинах волн, а также для изучения поведения человека в условиях длительного космического полёта.

Международная космическая станция (МКС)

МКС

Это пилотируемая орбитальная станция, используемая как многоцелевой космический исследовательский комплекс. МКС — совместный международный проект, в котором участвуют 15 стран (в алфавитном порядке): Бельгия, Бразилия, Германия, Дания, Испания, Италия, Канада, Нидерланды, Норвегия, Россия, США, Франция, Швейцария, Швеция, Япония.

Управление МКС осуществляется: российским сегментом — из Центра управления космическими полётами в Королёве, американским сегментом — из Центра управления полётами в Хьюстоне. Между Центрами идёт ежедневный обмен информацией.

В ходе реализации программы «Мир-Шаттл» родилась идея объединения национальных программ создания орбитальных станций.

В марте 1993 г. генеральный директор РКА Юрий Коптев и генеральный конструктор НПО «Энергия» Юрий Семёнов предложили руководителю НАСА Дэниелу Голдину создать Международную космическую станцию. Положительное решение далось не сразу, было противодействие американской общественности, но в 1996 г. все-таки была утверждена конфигурация станции. Она состоит из двух сегментов — российского (модернизированный вариант «Мир-2») и американского (с участием Канады, Японии, Италии, стран — членов Европейского космического агентства и Бразилии).

В ноябре 1998 г. Россия запустила первый элемент МКС — функционально-грузовой блок «Заря». В декабре1998 г. шаттл «Индевор» пристыковал к модулю «Заря» американский модуль «Юнити». В июне 2000 г. к функционально-грузовому блоку «Заря» был пристыкован служебный модуль «Звезда». В ноябре 2000 г. транспортный пилотируемый корабль «Союз ТМ-31» доставил на борт МКС экипаж первой основной экспедиции. В феврале 2001 г. экипажем шаттла «Атлантис» в ходе миссии к модулю «Юнити» присоединён американский научный модуль «Дестини». В ноябре 2007 г. построение основного американского сегмента МКС завершилось. В мае 2010 г. завершилось построение российского сегмента.

Российский сегмент

После завершения в 2011 г. полётов многоразовых кораблей типа шаттл (космический челнок) США остались без собственных пилотируемых кораблей и не имеют независимого доступа на МКС.

Но 22 мая 2012 г. с космодрома на мысе Канаверал запущена ракета-носитель «Falcon 9» с частным космическим грузовым кораблём «Дракон» - первый в истории испытательный полёт к Международной космической станции частного космического корабля.

25 мая 2012 года КК «Дракон» стал первым аппаратом коммерческого назначения, состыковавшимся с МКС.

Конструкция

В основу устройства станции заложен модульный принцип. Сборка МКС происходит путём последовательного добавления к комплексу очередного модуля или блока, который соединяется с уже доставленным на орбиту. Расположение модулей относительно друг друга часто меняется.

Сборка МКС

Единственным источником электрической энергии для МКС является Солнце, свет которого солнечные батареи станции преобразуют в электроэнергию.

Задачи МКС

Работа на МКС

Одной из основных целей при создании МКС являлась возможность проведения на станции экспериментов, требующих наличия уникальных условий космического полёта: микрогравитации, вакуума, космических излучений, не ослабленных земной атмосферой. Главные области исследований включают в себя биологию (в том числе биомедицинские исследования и биотехнологию), физику (включая физику жидкостей, материаловедение и квантовую физику), астрономию, космологию и метеорологию. Исследования проводятся с помощью научного оборудования, в основном расположенного в специализированных научных модулях-лабораториях, часть оборудования для экспериментов, требующих вакуума, закреплена снаружи станции, вне её гермообъёма.

Перспектива МКС

Запланирована существенная модернизация российских космических кораблей «Союз» и «Прогресс» в 2012-2013 годах.

На февраль 2013 г. запланирован запуск американского коммерческого корабля «Сигнус» для доставки грузов на МКС.

В июле 2013 г. к МКС планируется пристыковать российский 25-тонный многофункциональный лабораторный модуль «Наука». Он станет на место модуля «Пирс», который будет отстыкован и затоплен. Помимо прочего, новый российский модуль полностью возьмёт на себя функции «Пирса».

«НЭМ-1» (научно-энергетический модуль) — первый модуль, доставка планируется в 2014-м году;

«НЭМ-2» (научно-энергетический модуль) — второй модуль, доставка планируется в 2015-м году.

УМ (узловой модуль) для российского сегмента — с дополнительными стыковочными узлами. Доставка планируется в 2014-м году.