Развитие космонавтики

Космические аппараты

Весь комплекс научных работ в космосе делится на две группы: изучение околоземного пространства (ближний космос) и изучение дальнего космоса. Все исследования производятся с помощью специальных космических аппаратов.

Они предназначены для полетов в космос или для работы на других планетах, их спутниках, астероидах и т. д. В основном они способны длительно и самостоятельно функционировать. Различают два вида аппаратов — автоматические (спутники, станции для полетов к другим планетам и т. д.) и пилотируемые обитаемые (космические корабли, орбитальные станции или комплексы).

Космические спутники Земли

Со дня первого полета искусственного спутника Земли прошло много времени, и сегодня на околоземной орбите их трудится уже не один десяток. Одни из них образуют всемирную сеть коммуникации, через которую ежедневно передаются миллионы телефонных звонков, ретранслируются телевизионные передачи и компьютерные сообщения во все страны мира. Другие помогают следить за изменениями погоды, обнаруживать полезные ископаемые, следить за военными объектами. Преимущества получения информации из космоса очевидны: спутники работают независимо от погоды и времени года, передают сообщения о самых отдаленных и труднодоступнных районах планеты. Неограниченность их обзора позволяет моментально зафиксировать данные об огромных территориях.

Научные спутники

Научные спутники предназначены для изучения космического пространства. С их помощью производится сбор сведений об околоземном пространстве (ближнем космосе), в част-нрсти — о магнитосфере Земли, верхних слоях атмосферы, межпланетной среде и радиационных поясах планеты; изучение небесных тел Солнечной системы; исследование дальнего космоса, производящееся при помощи телескопов и другой специальной аппаратуры, установленной на спутниках.

Наибольшее распространение имеют спутники, собирающие данные о межпланетном пространстве, аномалиях в атмосфере Солнца, интенсивности солнечного ветра и влиянии данных процессов на состояние Земли и др. Эти спутники еще называют «службой Солнца».

Например, в декабре 1995 г. с космодрома на мысе Канаверал был запущен спутник «SOHO», созданный в Европе и представляющий собой целую обсерваторию для изучения Солнца. С его помощью ученые производят исследования магнитного поля в основании солнечной кроны, внутреннего движения Солнца, связи между его внутренним строением и внешней атмосферой и т. д.

Данный спутник стал первым в своем роде аппаратом, производящим исследования в точке, отстоящей от нашей планеты на 1,5 млн. км, — в том самом месте, где гравитационные поля Земли и Солнца уравновешивают друг друга. По сведениям NASA, обсерватория будет находиться в космосе примерно до 2002 г. и проведет за все это время порядка 12 экспериментов.

В этом же году с космодрома на мысе Канаверал была запущена еще одна обсерватория — «НЕХТЕ» — для сбора данных о космических рентгеновских излучениях. Разработана она была специалистами NASA, тогда как основная аппаратура, находящаяся на ней и выполняющая больший объем работ, сконструирована в Центре астрофизики и наук о космосе Калифорнийского университета в г. Сан-Диего.

В число задач обсерватории входит исследование источников излучений. В процессе работы в поле зрения спутника попадает порядка тысячи черных дыр, нейтронных звезд, квазаров, белых карликов и активных ядер галактик.

Летом 2000 г. Европейское космическое агентство произвело запланированный успешный запуск четырех спутников Земли под общим названием «Кластер-2», призванных следить за состоянием ее магнитосферы. На околоземную орбиту «Кластер-2» выводился с космодрома Байконур двумя ракетами-носителями «Союз».

Следует отметить, что предыдущая попытка агентства закончилась неудачей: во время взлета французской ракеты-носителя «Ариан-5» в 1996 г. сгорело такое же количество спутников под общим названием «Кластер-1» — они были менее совершенны, чем «Кластер-2», но предназначались для выполнения той же работы, т. е. одновременном фиксировании сведений о состоянии электрического и магнитного полей Земли.

В 1991 г. на орбиту была выведена космическая обсерватория «GRO-COMPTON» с телескопом «EGRET» для регистрации гамма-излучений на борту, в то время наиболее совершенным прибором подобного уровня, который зафиксировал излучения предельно высоких энергий.

Не все спутники выводятся на орбиту ракетами-носителями. Например, космический аппарат «Orpheus-Spas-2» начал свою работу в космосе после того, как его с помощью манипулятора извлекли из грузового отсека американского многоразового транспортного космического корабля «Колумбия». «Orpheus-Spas-2», будучи спутником астрономическим, находился в отдалении от «Колумбии» на 30—115 км и производил измерения параметров межзвездных газопылевых облаков, горячих звезд, активных галактических ядер и т. п. Через 340 ч 12 мин. работы спутник вновь был погружен на борт «Колумбии» и благополучно доставлен на Землю.

Спутники связи

Линии связи называют еще нервной системой страны, так как без них уже немыслима любая работа. Спутники связи передают телефонные звонки, ретранслируют радио- и телепрограммы по всему миру. Они способны вести передачу сигналов телевизионных программ на огромные расстояния, создавать многоканальные связи. Огромное пр еимущество спутниковой связи перед земной в том, что в зоне действия одного спутника находится огромная территория с практически неограниченным числом наземных станций, принимающих сигналы.

Спутники такого типа находятся на особой орбите на расстоянии 35 880 км от поверхности Земли. Движутся они с той же скоростью, что и Земля, поэтому кажется, что спутник все время висит на одном месте. Сигналы с них принимаются с помощью специальных дисковых антенн, устанавливаемых на крышах зданий и обращенных к спутниковой орбите.

Первый советский спутник связи «Молния-1» был запущен 23 апреля 1965 г., и в тот же день с его помощью осуществилась трансляция телевизионной передачи из Владивостока в Москву. Этот спутник предназначался не только для ретрансляции телевизионных программ, но и для телефонной и телеграфной связи. Общая масса «Молнии-1» составляла 1500 кг.

Космический аппарат успевал сделать в сутки два оборота. Вскоре были запущены новые спутники связи: «Молния-2» и «Молния-3». Все они отличались друг от друга только параметрами бортового ретранслятора (устройство для приема и передачи сигнала) и его антеннами.

В 1978 г. в эксплуатацию были введены более совершенные спутники «Горизонт». Основной их задачей было расширение телефонного, телеграфного и телевизионного обмена на территории всей страны, увеличение пропускной способности международной системы космической связи «Интерспутник». Именно с помощью двух «Горизонтов» осуществлялась трансляция Олимпийских игр 1980 г. в Москве.

С момента появления первых космических аппаратов связи прошло много лет, и сегодня практически у всех развитых стран есть свои такие спутники. Так, например, в 1996 г. на орбиту был выведен очередной космический аппарат Международной организации спутниковой связи «Intelsat». Ее спутники обслуживают потребителей 134 государств мира и осуществляют непосредственное телевещание, телефонную, факсимильную и телексную связь на многие страны.

В феврале 1999 г. с космодрома Канаверал ракетой-носителем «Атлас-2АС» был запущен японский спутник «JCSat-6» весом 2900 кг. Предназначался он для телевещания и передачи информации на территорию Японии и часть Азии. Изготовила его американская компания «Hughes Space» для японской фирмы «Japan Satellite Systems».

В этом же году на орбиту был выведен 12-й искусственный спутник Земли канадской компании спутниковой связи «Telesat Canada», созданный американской фирмой «Lockheed Martin». Он обеспечивает передачу цифрового телевещания, аудио-и информации для абонентов в Северной Америке.

Образовательные спутники

Полеты спутников Земли и межпланетных космических станций сделали космос рабочей площадкой для науки. Освоение околоземного пространства создало условия для распространения информации, просвещения, пропаганды и обмена культурными ценностями по всему миру. Появилась возможность обеспечения радио- и телепрограммами самых отдаленных и труднодоступных районов.

Космические аппараты позволили вести обучение грамоте одновременно миллионов людей. Через спутники передается информация по фототелеграфам в типографии различных городов, полосы центральных газет, что позволяет сельским жителям получать газеты одновременно с населением городов.

Благодаря договоренности между странами стала возможна трансляция телевизионных программ (например, Евровидения или Интервидения) по всему миру. Такое вещание в масштабах всей планеты обеспечивает широкий обмен культурными ценностями между народами.

В 1991 г. в Индии космическое агентство приняло решение использовать космическую технику для ликвидации неграмотности в стране (в Индии 70% деревенских жителей неграмотны).

Они запустили спутники для передачи телеуроков чтения и письма в любую деревню. Профамма «Грамсат» (что в переводе на хинди означает: «Грам» — деревня; «сат» — сокращенно от «сателлит» — спутник) нацелена на 560 небольших населенных пунктов по всей Индии.

Расположены образовательные спутники, как правило, на той же орбите, что и спутники связи. Чтобы принимать с них сигналы дома, каждый зритель должен иметь собственную дисковую антенну и телевизор.

Спутники для изучения природных ресурсов Земли

Кроме поиска полезных ископаемых Земли, такие спутники передают информацию о состоянии природной среды планеты. Они оснащены специальными сенсорными кольцами, на которых расположены фото- и телекамеры, приборы для сбора информации о поверхности Земли. Сюда входят аппараты для фотографирования атмосферных преобразований, измерения параметров поверхности земли и океана, атмосферного воздуха. Например, спутник «Ландсат» оборудован специальными приборами, позволяющими ему фотографировать свыше 161 млн. м² земной поверхности в неделю.

Спутники позволяют не только вести постоянные наблюдения за поверхностью земли, но и держать под контролем огромные территории планеты. Они предупреждают о засухе, о пожарах, о загрязнениях окружающей среды и служат основными информаторами для метеорологов.

Сегодня создано много различных спутников по изучению Земли из космоса, отличающихся своими задачами, но по оснащению приборами дополняющих друг друга. Подобные космические системы эксплуатируются в настоящее время в США, России, Франции, Индии, Канаде, Японии, Китае и др.

Например, с созданием американского метеорологического спутника «TIROS-1» (спутник телевизионного и инфракрасного наблюдения Земли) появилась возможность вести обзор поверхности Земли и контролировать глобальные атмосферные изменения из космоса.

Первый космический аппарат этой серии был выведен на орбиту в 1960 г., а после запуска ряда подобных спутников США создали космическую метеорологическую систему «TOS».

Первый советский спутник такого типа — «Космос-122» — был выведен на орбиту в 1966 г. Спустя почти 10 лет на орбите работал уже целый ряд отечественных космических аппаратов серии «Метеор» по изучению и контролированию природных ресурсов Земли «Метеор-Природа».

В 1980 г. в СССР появилась новая постоянно функционирующая спутниковая система «Ресурс», включающая в себя три взаимодополняющих друг друга космических аппарата: «Ресурс-Ф», «Ресурс-О» и «Океан-О».

«Ресурс-Ol» стал своего рода незаменимым космическим почтальоном. Пролетая над одной точкой поверхности Земли два раза в сутки, он забирает электронную почту и отсылает ее всем абонентам, имеющим радиокомплекс с небольшим спутниковым модемом. Заказчиками системы являются путешественники, спортсмены и исследователи, находящиеся в отдаленных районах суши и моря. Услугами системы пользуются и крупные организации: морские нефтяные платформы, геологоразведочные партии, научные экспедиции и т. п.

В 1999 г. США запустили более современный научный спутник «Terra» для измерения физических свойств атмосферы и суши, биосферных и океанографических исследований.

Весь материал, полученный со спутников (цифровые данные, фотомонтажи, отдельные снимки), обрабатывается в центрах приема информации. Затем они поступают в Гидрометцентр и другие подразделения. Полученные из космоса снимки находят применение в разных отраслях науки, Так, например, с их помощью можно определить состояние посевов зерновых культур на полях. Зерновые посевы, чем-либо зараженные, на снимке имеют темно-синий цвет, а здоровые — красный или розовый.

Морские спутники

Появление спутниковой связи дало огромные возможности для изучения Мирового океана, занимающего 2/3 поверхности земного шара и обеспечивающего человечество половиной всего имеющегося на планете кислорода. С помощью спутников стало возможно следить за температурой и состоянием поверхности воды, за развитием и затуханием шторма, обнаруживать районы загрязнения (нефтяные пятна) и т. д.

В СССР для первых наблюдений за земной и водной поверхностями из космоса использовали спутник «Космос-243», выведенный на орбиту в 1968 г. и полностью оснащенный специальной автоматизированной аппаратурой. С его помощью ученые получили возможность оценивать распределение температуры воды на поверхности океана сквозь толщу облаков, отслеживать состояние атмосферных слоев и границу льдов; составлять по полученным данным карты температуры поверхности океана, необходимые для рыболовного флота и метеорологической службы.

В феврале 1979 г. на орбиту Земли вывели более совершенный океанологический спутник «Космос-1076», передающий комплексную океанографическую информацию. Находившиеся на его борту приборы определяли основные характеристики морской воды, атмосферы и ледяного покрова, интенсивность морского волнения, силу ветра и т. п. С помощью «Космоса-1076» и последовавшего за ним «Космоса-1151» был сформирован первый банк «космических данных» о Мировом океане.

Следующим шагом стало создание спутника «Интеркосмос-21», также предназначенного для изучения океана. Впервые в истории над планетой работала космическая система, состоящая из двух спутников: «Космос-1151» и «Интеркос-мос-21». Дополняя друг друга аппаратурой, спутники давали возможность вести наблюдения одних районов с разных высот и сравнивать полученные данные.

В США первым искусственным спутником такого типа стал «Эксплорер» («Исследователь»), выведенный на орбиту в 1958 г. За ним последовала серия спутников такого типа.

В 1992 г. на орбиту запустили франко-американский спутник «Торех Poseidon», предназначенный для высокоточных измерений моря. В частности, с помощью полученных с него данных ученые установили, что уровень моря в настоящее время постоянно повышается со средней скоростью 3,9 мм/год.

Благодаря морским спутникам сегодня можно не только наблюдать картину поверхностных и глубинных слоев Мирового океана, но и находить потерявшиеся корабли и самолеты. Есть специальные навигационные спутники, своего рода «радиозвезды», по которым суда и самолеты могут ориентироваться в любую погоду. Ретранслируя радиосигналы с кораблей на берег, спутники обеспечивают бесперебойную связь большинства больших и малых судов с землей в любое время суток.

В 1982 г. был запущен советский спутник «Космос-1383» с аппаратурой на борту для определения местонахождения пропавших судов и самолетов, потерпевших аварию. «Космос-1383» вошел в историю космонавтики как первый спутник-спасатель. Благодаря полученным с него данным удалось определить координаты многих авиационных и морских катастроф.

Чуть позже российскими учеными был создан более совершенный искусственный спутник Земли «Цикада» для определения местонахождения торговых судов и кораблей ВМФ.

Космические аппараты для полета на Луну

Космические аппараты этого типа предназначены для перелета от Земли до Луны и делятся на пролетные, спутники Луны и посадочные. Самыми сложными из них являются посадочные аппараты, делящиеся, в свою очередь, на передвигающиеся (луноходы) и неподвижные.

Ряд аппаратов по изучению природного спутника Земли открыли космические аппараты серии «Луна». С их помощью производились первые фотографирования лунной поверхности, отработка измерений во время сближения, попадания на ее орбиту и т. д.

Первой станцией для изучения природного спутника Земли была, как известно, советская «Луна-1», ставшая первым искусственным спутником Солнца. За ней последовали «Луна-2», достигнувшая Луны, «Луна-3» и т. д. С развитием космической техники ученые смогли создать аппарат, который смог опуститься на лунную поверхность.

В 1966 г. советская станция «Луна-9» совершила первую мягкую посадку на лунную поверхность.

Станция состояла из трех основных частей: из автоматической лунной станции, двигательной установки для коррекции траектории и торможения при подлете к Луне, отсека системы управления. Общая ее масса составляла 1583 кг.

В систему управления «Луны-9» входили управляющее и программное устройства, приборы ориентации, радиосистема мягкой посадки и т. д. Часть аппаратуры управления, не использовавшейся при торможении, отделялась перед запуском тормозного двигателя. В оснащение станции входила телевизионная камера для передачи изображения поверхности Луны в районе высадки.

Появление космического аппарата типа «Луна-9» дало возможность ученым получать достоверные сведения о лунной поверхности и структуре ее грунта.

Последующие станции продолжили работу по изучению Луны. С их помощью отрабатывались новые космические системы и аппараты. Следующий этап в изучении природного спутника Земли начался с запуска станции «Луна-15».

Ее программой предусматривалась доставка образцов из различных районов лунной поверхности, морей и материков, проведение обширного изучения. Исследование планировалось производить с помощью подвижных лабораторий-луноходов и окололунных спутников. Для этих целей специально разработали новый аппарат — многоцелевую космическую платформу, или посадочную ступень. Она должна была доставлять на Луну различные грузы (луноходы, возвратные ракеты и т. д.), корректировать полет к Луне, выводить на лунную орбиту, маневрировать в окололунном пространстве и прилуняться.

За «Луной-15» последовали «Луна-16» и «Луна-17», которые доставили на природный спутник Земли лунный самоходный аппарат «Луноход-1».

Автоматическая лунная станция «Луна-16» в некоторой мере была также и луноходом. Она должна была не только взять и исследовать пробы грунта, но и доставить их на Землю. Таким образом, аппаратура, ранее рассчитанная только на посадку, теперь, усиленная двигательными и навигационными установками, стала взлетной. Функциональная часть, отвечавшая за забор грунта, после выполнения своей миссии возвращалась к взлетной ступени и аппарату, который должен был доставить образцы на Землю, после чего начинал работу механизм, отвечавший за старт с лунной поверхности и перелет от естественного спутника нашей планеты к Земле.

Одними из первых, кто вместе с СССР начал заниматься изучением природного спутника Земли, были США. Они создали серию аппаратов «Лунар Орбитер» для поиска районов посадки для космических кораблей «Аполлон» и автоматических межпланетных станций «Сервейер». Первый запуск «Лунар Орбитер» состоялся в 1966 г. Всего было запущено 5 таких спутников.

В 1966 г. к Луне направился американский космический аппарат из серии «Сервейер». Он был создан для исследования Луны и рассчитан на мягкую посадку на ее поверхности. Впоследствии к Луне летали еще 6 космических аппаратов этой серии.

Луноходы

Появление подвижной станции существенно расширило возможности ученых: у них появилась возможность изучать местности не только вокруг точки посадки, но и на других районах поверхности Луны. Регулирование движения походных лабораторий осуществлялось с помощью дистанционного управления.

Луноход, или лунный самоходный аппарат, предназначен для работы и передвижения по поверхности Луны. Аппараты такого рода являются самыми сложными из всех занимающихся изучением природного спутника Земли.

Прежде чем ученые создали луноход, им пришлось решить множество проблем. В частности, у подобного аппарата должна быть строго вертикальная посадка, а двигаться по поверхности он должен всеми своими колесами. Приходилось учитывать, что не всегда будет поддерживаться постоянная связь его бортового комплекса с Землей, так как она зависит от вращения небесного тела, от интенсивности солнечного ветра и удаленности от приемника волн. Значит, нужна специальная остронаправленная антенна и система средств наведения ее на Землю. Постоянно изменяющийся температурный режим требует особой защиты от вредного воздействия перепадов интенсивности тепловых потоков.

Значительная удаленность лунохода могла привести к тому, что происходила бы задержка своевременной передачи ему некоторых команд. Значит, аппарат следовало начинить приборами, самостоятельно разрабатывающими алгоритм дальнейшего поведения в зависимости от поставленной задачи и сложившихся обстоятельств. Это так называемый искусственный интеллект, и его элементы уже достаточно широко применяются в космических исследованиях. Решение всех поставленных задач позволило ученым создать автоматическое или управляемое устройство для изучения Луны.

17 ноября 1970 г. станция «Луна-17» впервые доставила на поверхность Луны самоходный аппарат «Луноход-1» . Это была первая подвижная лаборатория весом 750 кг и шириной 1600 мм.

Автономный, дистанционно управляемый луноход состоял из герметичного корпуса и безрамной ходовой части из восьми колес. К основанию усеченного герметичного корпуса крепились четыре блока по два колеса. У каждого колеса был индивидуальный привод с электродвигателем, независимая подвеска с амортизатором. Аппаратура лунохода размещалась внутри корпуса: радиотелевизионная система, батареи электропитания, средства терморегулирования, управления луноходом, научная аппаратура.

На верхней части корпуса находилась поворотная крышка, которая могла располагаться под разными углами для лучшего использования солнечной энергии. Для этого на ее внутренней поверхности находились элементы солнечной батареи. На внешней поверхности аппарата размещались антенны, иллюминаторы телевизионных камер, солнечный компас и другие приборы.

Целью путешествия было получение множества интересующих науку данных: о радиационной обстановке на Луне, наличии и интенсивности источников рентгеновских излучений, химическом составе фунта и т. д. Передвижение лунохода осуществлялось посредством установленных на аппарате датчиков и уголкового отражателя, входящего в систему лазерного координирования.

«Луноход-1» функционировал свыше 10 месяцев, что составило 11 лунных дней. За это время он прошел по лунной поверхности примерно 10,5 км. Маршрут лунохода пролегал через район Моря Дождей.

В конце 1996 г. закончились испытания американского аппарата «Nomad» компании «Luna Corp.». Луноход внешне напоминает четырехколесный танк, оснащенный четырьмя видеокамерами на пятиметровых штангах для проведения съемок местности в радиусе 5—10 метров. На аппарате размещены приборы для исследования NASA. За один месяц луноход может пройти расстояние в 200 км, а в общей сложности — до 1000 км.

Космические аппараты для полета к планетам Солнечной системы

От космических аппаратов для полетов к Луне они отличались тем, что были рассчитаны на большие удаления от Земли и большую продолжительность полета. В связи с большими удалениями от Земли нужно было решить ряд новых проблем. Например, для обеспечения связи с межпланетными автоматическими станциями использование остронаправленных антенн в бортовом радиокомплексе и средств наведения антенны на Землю в системе управления стало обязательным. Требовалась более совершенная система защиты от внешних тепловых потоков.

И вот 12 февраля 1961 г. первая в мире советская автоматическая межпланетная станция «Венера-1» отправилась в полет.

«Венера-1» представляла собой герметичный аппарат, оснащенный программным устройством, комплексом радиоаппаратуры, системой ориентации, блоками химических батарей. Часть научной аппаратуры, две солнечные батареи и четыре антенны располагались за бортом станции. С помощью одной из антенн осуществлялась связь с Землей на больших расстояниях. Общая масса станции составила 643,5 кг. Главной задачей станции была проверка способов вывода объектов на межпланетные трассы, контроль сверхдальней связи и управления, проведение ряда научных исследований во время полета. С помощью полученных данных стало возможным дальнейшее усовершенствование конструкций межпланетных станций и комплектующей бортовой аппаратуры.

Района Венеры станция достигла в двадцатых числах мая и прошла примерно в 100 тыс. км от ее поверхности, после чего вышла на солнечную орбиту. Вслед за ней ученые послали «Венеру-2» и «Венеру-3». Через 4 месяца следующая станция достигла поверхности Венеры и оставила там вымпел с изображением герба СССР. Она передала на Землю много различных данных, необходимых для науки.

Автоматическая межпланетная станция «Венера-9» (рис. 175) и входящий в ее состав одноименный спускаемый аппарат были запущены в космос в июне 1975 г. и работали как единое целое только до тех пор, пока не произошла расстыковка и спускаемый аппарат не приземлился на поверхность Венеры.

В процессе подготовки автоматической экспедиции пришлось учесть существующее на планете давление в 10 МПа, а потому спускаемый аппарат имел сферический корпус, являвшийся также основным силовым элементом. Целью отправки данных аппаратов были исследования атмосферы Венеры и ее поверхности, в число которых входило определение химического состава «воздуха» и грунта. Для этого на борту аппарата имелись сложные спектрометрические приборы. С помощью «Венеры-9» удалось произвести первую съемку поверхности планеты.

Всего советскими учеными в период с 1961 по 1983 г. было запущено 16 космических аппаратов серии «Венера».

Советскими учеными была открыта трасса Земля — Марс. Старт межпланетной станции «Марс-1» состоялся в 1962 г. Для достижения орбиты планеты космическому аппарату понадобилось 259 суток.

«Марс-1» состоял из двух герметичных отсеков (орбитального и планетного), корректирующей двигательной установки, солнечных батарей, антенн и системы терморегулирования. В орбитальном отсеке находилась аппаратура, необходимая для работы станции во время ее полета, а в планетном — научные приборы, предназначенные для работы непосредственно на планете. Последующий расчет показал, что межпланетная станция прошла в 197 км от поверхности Марса.

За время полета «Марса-1» с ним был осуществлен 61 сеанс радиосвязи, причем время на посылку и получение ответного сигнала составляло примерно 12 минут. После сближения с Марсом станция вышла на солнечную орбиту.

В 1971 г. спускаемый аппарат межпланетной станции «Марс-3» совершил посадку на Марс. А через два года по межпланетной трассе впервые совершили полет сразу четыре советские станции серии «Марс». «Марс-5» стал третьим по счету искусственным спутником планеты.

Изучением Красной планеты занимались и ученые США. Они создали серию автоматических межпланетных станций «Маринер» для пролета планет и вывода на их орбиту спутников. Космические аппараты этой серии, кроме Марса, занимались еще изучением Венеры и Меркурия. Всего американскими учеными за время с 1962 по 1973 г. было запущено 10 межпланетных станций «Маринер».

В 1998 г. по направлению к Марсу была запущена японская автоматическая межпланетная станция «Нодзоми». Сейчас она совершает незапланированный полет по орбите между Землей и Солнцем. Расчеты показали, что в 2003 г. «Нодзоми» пролетит достаточно близко от Земли и в результате специального маневра перейдет на траекторию полета к Марсу. В начале 2004 г. автоматическая межпланетная станция выйдет на его орбиту и проведет запланированную программу исследований.

Первые опыты с межпланетными станциями значительно обогатили знания о космическом пространстве и сделали возможным полет к другим планетам Солнечной системы. К настоящему времени они практически все, кроме Плутона, посещались станциями или зондами. Например, в 1974 г. американский космический аппарат «Маринер-10» пролетел достаточно близко к поверхности Меркурия. В 1979 г. две автоматические станции «Вояджер-1» и «Вояджер-2», летевшие по направлению к Сатурну, прошли мимо Юпитера, и им удалось запечатлеть облачную оболочку гигантской планеты. Сфотографировали они и огромное пятно красного цвета, так давно интересующее всех ученых и представляющее собой атмосферный вихрь размером больше нашей Земли. Станции обнаружили действующий вулкан Юпитера и его крупнейший спутник Ио. Приблизившись к Сатурну, «Вояджеры» сфотографировали планету и вращающиеся вокруг нее кольца, состоящие из миллионов скалистых обломков, покрытых льдом. Чуть позже «Вояджер-2» прошел около Урана и Нептуна.

Сегодня оба аппарата — «Вояджер-1» и «Вояджер-2» — исследуют окраинные области Солнечной системы. Все их приборы работают нормально и постоянно передают научные сведения на Землю. Предположительно, оба аппарата сохранят свою работоспособность до 2015 г.

Изучением Сатурна занималась межпланетная станция «Кассини» (NASA-ESA), запущенная в 1997 г. В 1999 г. она пролетела мимо Венеры и выполнила спектральную съемку облачного покрова планеты и некоторые другие исследования. В середине 1999 г. вошла в пояс астероидов и благополучно миновала его. Последний ее маневр перед полетом к Сатурну состоялся на расстоянии 9,7 млн. км от Юпитера.

К Юпитеру летала и автоматическая станция «Галилей», достигшая его спустя 6 лет. Примерно за 5 месяцев до этого станция выпустила космический зонд, вошедший в атмосферу Юпитера и просуществовавший там примерно 1 час, пока не был раздавлен атмосферным давлением планеты.

Межпланетные автоматические станции создавались для изучения не только планет, но и других тел Солнечной системы. В 1996 г. с космодрома Канаверал стартовала ракета-носитель «Дельта-2» с малой межпланетной станцией «HEAP» на борту, предназначенной для изучения астероидов. В 1997 г. «HEAP» изучала астероиды Матильда, а еще через два — Эрос.

Космический исследовательский аппарат состоит из модуля со служебными системами, приборным оборудованием и двигательной установкой. Корпус аппарата сделан в виде восьмиугольной призмы, на переднем днище которой укреплены передающая антенна и четыре панели солнечных батарей. Внутри корпуса размещены двигательная установка, шесть научных приборов, система навигации из пяти цифровых солнечных датчиков, звездного датчика и двух гидроскопов. Стартовая масса станции составила 805 кг, из которой на научную аппаратуру пришлось 56 кг.

Сегодня роль автоматических космических аппаратов огромна, так как на их долю приходится основная масса всей научной работы, проводимой на Земле учеными. По мере развития науки и техники они постоянно усложняются и совершенствуются в связи с необходимостью решения новых сложных задач.

Пилотируемые космические корабли

Пилотируемым космическим кораблем называют аппарат, предназначенный для полета людей и всего необходимого оборудования в космос. Первые подобные аппараты — советский «Восток» и американский «Меркурий», предназначенные для полетов человека в космос, были сравнительно просты по конструкции и используемым системам. Но их появлению предшествовала длительная научная работа.

Первым этапом в создании пилотируемых космических кораблей стали ракеты, спроектированные первоначально для решения многих задач по изучению верхних слоев атмосферы. Создание летательных аппаратов с жидкостными ракетными двигателями в начале века послужило толчком для дальнейшего развития науки в данном направлении. Наибольших результатов в этой области космонавтики добились ученые СССР, США и Германии.

Немецкие ученые в 1927 г. образовали общество Межпланетных путешествий во главе с Вернером фон Брауном и Клаусом Риделем. С приходом к власти фашистов именно они возглавили всю работу по созданию боевых ракет. Через 10 лет в городе Пенемонде образовался центр по разработке ракет, где и были созданы самолет-снаряд «Фау-1» и первая в мире серийная баллистическая ракета «Фау-2» (баллистической называется ракета, управляемая на начальном участке полета. Когда двигатели выключаются, она продолжает полет по траектории).

Первый ее успешный старт состоялся в 1942 г.: ракета достигла высоты 96 км, пролетела 190 км, после чего разорвалась в 4 км от заданной цели. Опыт «Фау-2» был учтен и послужил основой для дальнейшего развития ракетной техники. Следующая модель «Фау» с боевым зарядом в 1 т преодолела расстояние уже в 300 км. Именно этими ракетами Германия во время Второй мировой войны обстреливала территорию Великобритании.

После окончания войны ракетостроение стало одним из основных направлений в государственной политике большинства крупнейших держав мира.

Значительное развитие оно получило в США, куда после разгрома Германской империи переселились некоторые немецкие ученые-ракетчики. Среди них и Вернер фон Браун, возглавивший в Соединенных Штатах группу ученых и конструкторов. В 1949 г. они установили «Фау-2» на небольшую ракету «Вак-Корпорэл» и запустили ее на высоту 400 км.

В 1951 г. специалисты под руководством Брауна создали американскую баллистическую ракету «Викинг», развившую скорость до 6400 км/ч. Уже через год появилась баллистическая ракета «Редстоун» с дальностью полета 900 км. Впоследствии ее использовали в качестве первой ступени при выведении на орбиту первого американского спутника «Эксплорер-1».

В СССР первое испытание ракеты «Р-1» дальнего действия произошло осенью 1948 г. Она значительно уступала по многим параметрам немецкой «Фау-2». Но в результате дальнейшей работы последующие модификации получили положительную оценку, и в 1950 г. «Р-1» была принята на вооружение в СССР.

За ней последовали «Р-2», которая была в два раза больше своей предшественницы, и «Р-5». От немецкой «Фау» с подвесными топливными баками, не несшими на себе никакой нагрузки, «Р-2» отличалась тем, что ее корпус служил одновременно и стенками для топливных баков.

Все первые советские ракеты были одноступенчатыми. Но в 1957 г. с Байконура советские ученые произвели запуск первой в мире многоступенчатой баллистической ракеты «Р-7» длиной 7 м и весом 270 т. Она состояла из четырех боковых блоков первой ступени и центрального блока с собственным двигателем (вторая ступень). Каждая ступень обеспечивала разгон ракеты на определенном участке полета, а затем отделялась.

С созданием ракеты с подобным разделением ступеней появилась возможность выведения на орбиту первых искусственных спутников Земли. Одновременно с этой еще не разрешенной задачей в Советском Союзе велась разработка ракеты, способной поднять космонавта в космос и вернуть его обратно на Землю. Особенно сложной была проблема возвращения космонавта на землю. Кроме того, нужно было «научить» аппараты летать со второй космической скоростью.

Создание многоступенчатой ракеты-носителя позволило не только развить такую скорость, но и вывести на орбиту груз массой до 4500—4700 т (ранее только 1400 т). Для необходимой третьей ступени создали специальный двигатель, работающий на жидком топливе. Результатом этой сложной (хотя и непродолжительной) работы советских ученых, многочисленных экспериментов и испытаний и стал трехступенчатый «Восток».

Космический корабль «Восток» (СССР)

«Восток» рождался постепенно, в процессе испытаний. Работа над его проектом началась еще в 1958 г., а пробный полет состоялся 15 мая 1960 г. Но первый беспилотный запуск оказался неудачным: один из датчиков неправильно сработал перед включением тормозной двигательной установки, и вместо того чтобы спускаться, корабль поднялся на более высокую орбиту.

Вторая попытка оказалась также неудачной: авария произошла в самом начале полета, и спускаемый аппарат разрушился. После этого случая была сконструирована новая система аварийного спасения.

Только третий запуск оказался удачным, и спускаемый аппарат вместе со своими пассажирами — собаками Белкой и Стрелкой — успешно приземлился. Затем опять неудача: отказала тормозная установка, и спускаемый аппарат сгорел в слоях атмосферы из-за слишком большой скорости. Шестая и седьмая попытки в марте 1961 г. оказались успешными, и корабли благополучно вернулись на Землю вместе с животными на борту.

Первый полет «Востока-1» с космонавтом Юрием Гагариным на борту состоялся 12 апреля 1961 г. Корабль сделал один виток вокруг Земли и благополучно вернулся на нее.

Внешне «Восток», который сегодня можно увидеть в музеях космонавтики и павильоне космонавтики на ВВЦ, выглядел очень просто: шарообразный спускаемый аппарат (кабина космонавта) и состыкованный с ним приборно-агрегатный отсек. Между собой они соединялись с помощью четырех стяжных металлических лент. Перед входом в атмосферу во время спуска ленты разрывались, и спускаемый аппарат продолжал движение к Земле, а приборный отсек сгорал в атмосфере. Общая масса корабля, корпус которого был выполнен из сплава алюминия, составляла 4,73 т.

На орбиту «Восток» выводился с помощью ракеты-носителя с тем же названием. Он был полностью автоматизированным кораблем, но в случае необходимости космонавт мог перейти на ручное управление.

Кабина пилота находилась в спускаемом аппарате. Внутри нее имелись все условия, необходимые для жизни космонавта и поддерживаемые с помощью систем жизнеобеспечения, терморегуляции и регенерирующего устройства. Они устраняли излишние углекислый газ, влагу и тепло; пополняли воздух кислородом; поддерживали постоянное атмосферное давление. Работа всех систем контролировалась с помощью бортового программного устройства.

В оснащение корабля входили все современные радиосредства, обеспечивающие двустороннюю связь, управление кораблем с Земли и производившие необходимые измерения. Например, с помощью передатчика «Сигнал», датчики которого располагались на теле космонавта, на Землю передавалась информация о состоянии его организма. Энергией «Восток» снабжали серебряно-цинковые аккумуляторы.

В приборно-агрегатном отсеке размещались служебные системы, баки с топливом и тормозная двигательная установка, разработанная коллективом конструкторов во главе с А. М. Исаевым. Общая масса этого отсека составляла 2,33 т. В отсеке располагались самые современные системы навигационной ориентации для определения положения космического корабля в пространстве (датчики Солнца, оптическое устройство «Взор», гигроскопические датчики и другие). В частности, прибор «Взор», предназначенный для визуальной ориентации, позволял видеть космонавту через центральную часть прибора движение Земли, а через кольцевое зеркало — горизонт. В случае необходимости он мог самостоятельно контролировать курс корабля.

Для «Востока» была специально рассчитана «самотормозящая» орбита (180—190 км): в случае отказа тормозной двигательной установки корабль начал бы падать на Землю и примерно за 10 суток затормозился бы сам из-за естественного сопротивления атмосферы. Запасы систем жизнеобеспечения также были рассчитаны на этот срок.

Спускаемый аппарат после отделения снижался в атмосфере со скоростью 150—200 км/ч. Но для безопасного приземления его скорость не должна была превышать 10 м/ч. Для этого i аппарат дополнительно тормозился с помощью трех парашютов: сначала вытяжного, затем тормозного и, наконец, основного. Космонавт на высоте 7 км катапультировался с помощью кресла, оснащенного специальным приспособлением; на высоте 4 км отделялся от кресла и приземлялся отдельно с помощью собственного парашюта.

Космический корабль «Меркурий» (США)

«Меркурий» был первым орбитальным кораблем, с помощью которого США начали освоение космического пространства. Работы над ним велись с 1958 г., и в этом же году состоялся первый запуск «Меркурия».

Тренировочные полеты, проходившие по программе «Меркурий», осуществлялись сначала в беспилотном режиме, затем по баллистической траектории. Первым американским астронавтом стал Джон Гленн, совершивший 20 февраля 1962 г. орбитальный полет вокруг Земли. Впоследствии было выполнено еще три полета.

Американский корабль был меньше советского по размерам, так как ракета-носитель «Атлас-D» могла поднять груз весом не более 1,35 т. Поэтому американские конструкторы должны были исходить из этих параметров.

«Меркурий» состоял из возвращаемой на Землю капсулы в форме усеченного конуса, тормозной установки и аппаратуры для полета, куда входили сбрасываемые связки двигателей тормозной установки, парашюты, основной двигатель и др.

Капсула имела цилиндрическую верхнюю часть и сферическое днище. В основании ее конуса размещалась тормозная установка, состоящая из трех реактивных двигателей на твердом топливе. Во время спуска в плотные слои атмосферы капсула входила днищем, поэтому мощный теплозащитный экран располагался только здесь. На «Меркурии» было три парашюта: тормозной, основной и запасной. Приземлялась капсула на поверхность океана, для чего дополнительно была оснащена надувным плотом.

В кабине пилота находились кресло для космонавта, располагавшееся перед иллюминатором, пульт управления. Энергопитание корабля осуществлялось с помощью аккумуляторных батарей, а система ориентации осуществлялась с помощью 18 управляемых двигателей. Система жизнеобеспечения сильно отличалась от советской: атмосфера на «Меркурии» состояла из кислорода, который по мере необходимости подавался в скафандр космонавта и в кабину.

Скафандр охлаждался с помощью того же кислорода, подаваемого к нижней части тела. Температурный режим и влажность поддерживались теплообменниками: влага собиралась специальной губкой, которую периодически нужно было выжимать. Так как в условиях невесомости это делать довольно трудно, данный способ впоследствии был усовершенствован. Система жизнеобеспечения была рассчитана на 1,5 суток полета.

Старт «Востока» и «Меркурия», запуски последующих кораблей стали еще одной ступенью в развитии пилотируемой космонавтики и появлении совершенно новой техники.

Серия космических кораблей «Восток» (СССР)

После первого орбитального полета, длившегося всего 108 мин., советские ученые поставили перед собой более сложные задачи по увеличению длительности полета и борьбе с невесомостью, которая, как оказалось, является очень грозным врагом для человека.

Уже в августе 1961 г. на околоземную орбиту был выведен следующий космический корабль — «Восток-2» — с летчиком-космонавтом на борту Г. С. Титовым. Полет продолжался уже 25 ч 18 мин. За это время космонавт успел выполнить более обширную программу и провел больше исследований (произвел первую киносъемку из космоса).

«Восток-2» немногим отличался от своего предшественника. Из нововведений на нем была установлена более совершенная регенерационная установка, позволявшая дольше пребывать в космосе. Улучшились условия выведения на орбиту, а затем и спуска космонавта: они несильно на нем отражались, и в течение всего полета он сохранял прекрасную работоспособность.

Через год, в августе 1962 г., состоялся групповой полет на кораблях «Восток-3» (летчик-космонавт А. Г. Николаев) и «Восток-4» (летчик-космонавт В. Ф. Быковский), которых разделяло не более 5 км. Впервые была осуществлена связь по линии «космос — космос» и проведен первый в мире телевизионный репортаж из космоса. На базе «Востоков» ученые отрабатывали задачи по увеличению длительности полетов, навыки и средства для обеспечения выведения второго космического аппарата на близкое расстояние от корабля, уже находившегося на орбите (подготовка к орбитальным станциям). Проводились доработки по улучшению комфортабельности кораблей и индивидуального снаряжения.

14 и 16 июня 1963 г., через год экспериментов, был повторен групповой полет на кораблях «Восток-5» и Восток-6». В нихучаствовали В. Ф. Быковский и первая в мире женщина-космонавт В. В. Терешкова. Их полет завершился 19 июня. За это время корабли успели сделать 81 и 48 витков вокруг планеты. Этот полет доказал, что на космических орбитах могут летать и женщины.

Полеты «Востоков» в течение трех лет стали первым этапом испытаний и отработки пилотируемых кораблей для орбитальных полетов в космическом пространстве. Они доказали, что человек не только может находиться в околоземном пространстве, но и выполнять специальные исследования и экспериментальную работу. Дальнейшее развитие советской пилотируемой космической техники происходило на многоместных кораблях типа «Восход».

Серия космических кораблей «Восход» (СССР)

«Восход» был первым многоместным орбитальным космическим кораблем. Он стартовал 12 октября 1964 г. с космонавтом В. М. Комаровым, инженером К. П. Феоктистовым и врачом Б. Б. Егоровым на борту. Корабль стал первой летающей лабораторией с научными сотрудниками на борту, а его полет знаменовал начало следующего этапа в развитии космической техники и космических исследований. На многоместных кораблях стало возможным проводить комплексные научные, технические, медицинские и биологические программы. Присутствие нескольких человек на борту давало возможность сравнивать полученные результаты и получать более объективные данные.

От своих предшественников трехместный «Восход» отличался более современным техническим оборудованием и системами. Он дал возможность вести телевизионные репортажи не только из кабины космонавта, но и показывать зоны, видимые через иллюминатор и за его пределами. На корабле появились новые усовершенствованные системы ориентации. Для перевода «Восхода» с орбиты спутника Земли на траекторию спуска теперь использовались две тормозные ракетные двигательные установки: тормозная и резервная. Корабль мог переходить на более высокую орбиту.

Следующий этап в космонавтике ознаменован появлением космического корабля, с помощью которого стал возможен выход в открытый космос.

«Восход-2» стартовал 18 марта 1965 г. с космонавтами П. И. Беляевым и А. А. Леоновым на борту. Корабль был оснащен более совершенными системами ручного управления, ориентации и включения тормозной двигательной установки (ее экипаж впервые применил при возвращении на Землю). Но самое главное — на нем имелось специальное шлюзовое устройство для выхода в открытый космос.

К началу эксперимента корабль находился вне зоны радиосвязи с наземными пунктами слежения на территории СССР. Командир корабля П. И. Беляев с пульта управления подал команду на развертывание шлюзовой камеры. Ее раскрытие, как и выравнивание давления внутри шлюза и «Восхода», обеспечивалось с помощью специального устройства, расположенного с наружной стороны спускаемого аппарата. После подготовительного этапа А. А. Леонов перешел в шлюзовую камеру.

После того как за ним закрылся люк, разделяющий корабль и шлюз, давление внутри шлюза начало падать и сравниваться с космическим вакуумом. В то-же время давление в скафандре космонавта поддерживалось постоянным и было равно 0,4 атм., что обеспечивало нормальную жизнедеятельность организма, но не позволяло скафандру становиться слишком жестким. Герметичная оболочка А. А. Леонова защищала его и от ультрафиолетового излучения, радиации, большого перепада температур, обеспечивала нормальный температурный режим, нужный газовый состав и влажность среды.

В условиях открытого космоса А А. Леонов находился 20 мин., из которых 12 мин. — вне кабины корабля.

Создание кораблей типа «Восток» и «Восход», выполняющих определенные виды работ, послужило ступенью для появления долговременных орбитальных пилотируемых станций.

Серия космических кораблей «Союз» (СССР)

Следующим этапом по созданию орбитальных станций стали многоцелевые космические корабли серии «Союз» второго поколения.

«Союз» сильно отличался от своих предшественников не только большими размерами и внутренним объемом, но и новыми бортовыми системами. Стартовая масса корабля составляла 6,8 т, длина — более 7 м, размах солнечных батарей — около 8,4 м. Корабль состоял из трех отсеков: приборно-агрегатного, орбитального и спускаемого аппарата.

Орбитальный отсек располагался в верхней части «Союза» и соединялся с герметичным спускаемым аппаратом. В нем размещался экипаж во время старта и выведения на орбиту, при маневрировании в космосе и спуске на Землю. Внешнюю его сторону защищал слой из специального теплозащитного материала.

Внешняя форма спускаемого аппарата сконструирована таким образом, чтобы при определенном положении его центра тяжести в атмосфере образовывалась подъемная сила нужной величины. Изменяя ее, можно было управлять полетом во время спуска в атмосфере. Такая конструкция позволила снизить при спуске перегрузки на космонавтов в 2—2,5 раза. На корпусе спускаемого аппарата имелись три иллюминатора: центральный (рядом с пультом управления) с установленным на нем оптическим визир-ориентатором и по одному на левом и правом бортах, предназначенные для киносъемок и визуальных наблюдений.

Внутри спускаемого аппарата размещались индивидуальные кресла космонавтов, точно повторяющие конфигурацию их тел. Особая конструкция кресел позволяла космонавтам выдерживать значительные перегрузки. Здесь же находились пульт управления, система жизнеобеспечения, радиоаппаратура связи, парашютная система и контейнеры для возвращения научной аппаратуры.

На внешней стороне спускаемого аппарата располагались двигатели системы управления спуском и мягкой посадкой. Общая его масса составляла 2,8 т.

Орбитальный отсек был самым большим и располагался впереди спускаемого аппарата. В верхней его части находился агрегат стыковки с внутренним люком-лазом диаметром 0,8 м. В корпусе отсека имелось два обзорных иллюминатора. Третий иллюминатор находился на крышке лаза-люка.

Этот отсек предназначался для проведения научных исследований и отдыха космонавтов. Поэтому он был оборудован местами для работы, отдыха и сна экипажа. Здесь же находились научная аппаратура, состав которой менялся в зависимости от выполняемых задач полета, и система регенерации и очистки атмосферы. Отсек являлся также шлюзовой камерой для выхода в открытый космос. Внутреннее его пространство занимали пульт управления, приборы и оборудование основных и вспомогательных бортовых систем.

На внешней стороне орбитального отсека находились телекамера внешнего обзора, антенна систем радиосвязи и телевидения. Общая масса отсека составляла 1,3 т.

В приборно-агрегатном отсеке, расположенном позади спускаемого аппарата, размещалась основная бортовая аппаратура и двигательные установки корабля. В его герметичной части находились агрегаты системы терморегулирования, химические батареи, приборы радиоуправления и телеметрии, системы ориентации, счетно-решающее устройство и другие приборы. В негерметичной части располагались двигательная установка корабля, топливные баки и двигатели малой тяги для маневрирования.

На внешней стороне отсека находились панели солнечных батарей, антенные системы, датчики системы ориентации.

Как космический аппарат «Союз» имел большие возможности. Он мог совершать маневры в космосе, осуществлять поиск другого корабля, сближаться и причаливать к нему. Специальные технические средства, состоящие из двух корректирующих двигателей большой тяги и комплекта двигателя малой тяги, обеспечивали ему свободу перемещения в космическом пространстве. Корабль мог осуществлять автономный полет и пилотирование без участия Земли.

Система жизнеобеспечения «Союза» позволяла космонавтам работать в кабине корабля без скафандров. Она поддерживала все необходимые условия для нормальной жизнедеятельности экипажа в герметичных отсеках спускаемого аппарата и орбитального блока.

Особенностью «Союза» стала система ручного управления, состоящая из двух рукояток, связанных с двигателем малой тяги. Она позволяла разворачивать корабль и контролировать поступательное движение при причаливании. С помощью ручного управления стало возможным производить ручное манипулирование кораблем. Правда, только на освещенной стороне Земли и при наличии специального прибора — оптического визира. Закрепленный в корпусе кабины, он позволял космонавту одновременно видеть поверхность Земли и горизонт, космические объекты, проводить ориентацию солнечных батарей на Солнце.

Практически все системы, имеющиеся на корабле (жизнеобеспечения, радиосвязи и др.), были автоматизированы.

Первоначально «Союзы» испытывались в беспилотных полетах, а пилотируемый полет состоялся в 1967 г. Первым пилотом «Союза-1» стал Герой Советского Союза летчик-космонавт СССР В. М. Комаров (погибший в воздухе во время спуска из-за неисправности парашютной системы).

После проведения дополнительной отработки началась длительная эксплуатация пилотируемых космических кораблей серии «Союз». В 1968 г. «Союз-3» с летчиком-космонавтом Г. Т. Береговым на борту осуществил стыковку в космосе с беспилотным «Союзом-2».

Первая стыковка в космосе пилотируемых «Союзов» произошла 16 января 1969 г. В результате соединения в космосе «Союза-4» и «Союза-5» была образована первая экспериментальная станция массой 12 924 кг.

Сближение до необходимого расстояния, на котором можно было осуществить радиозахват, им обеспечили на Земле. После чего автоматические системы сблизили «Союзы» на расстояние 100 м. Затем с помощью ручного управления осуществилось причаливание, и после того как корабли состыковались, экипаж «Союза-5» А. С. Елисеев и Е. В. Хрунов через открытое космическое пространство перешли на борт «Союза-4», на котором и возвратились на Землю.

С помощью серии последующих «Союзов» отрабатывались навыки маневрирования кораблей, испытывались и совершенствовались различные системы, методики управления полетом и т. д. В результате работы для поддержания физического состояния космонавтов в условиях невесомости были исполь-зованыспециальные снаряжения (бегущие дорожки, велоэргометр), костюмы, создающие дополнительную нагрузку на мышцы, и т. д. Но для того чтобы космонавты могли их применять в космосе, нужно было как-то разместить все приспособления на космическом аппарате. А это было возможно только на борту орбитальной станции.

Таким образом, вся серия «Союзов» решала задачи, связанные с созданием орбитальных станций. Завершение этой работы дало возможность вывести в космос первую орбитальную станцию «Салют». Дальнейшая судьба «Союзов» связана с полетами станций, где они выполняли роль транспортных кораблей для доставки экипажей на борт станций и обратно на Землю. Одновременно с этим «Союзы» продолжали служить науке в качестве астрономических обсерваторий и испытательных лабораторий для новых приборов.

Космический корабль «Джемини» (США)

Двухместный орбитальный «Джемини» был разработан для проведения различных экспериментов при дальнейшем развитии космической техники. Работы над ним начались в 1961 г.

Корабль состоял из трех отсеков: для экипажа, агрегатов и секции радиолокатора и ориентации. В последнем отсеке находились 16 двигателей ориентации и управления спуском. Отсек для экипажа был оснащен двумя катапультируемыми креслами и парашютами. В агрегатном размещались различные двигатели.

Первый запуск «Джемини» состоялся в апреле 1964 г. в беспилотном варианте. Через год на корабле астронавты В. Грисс и Д. Янг выполнили трехвитковый орбитальный полет. В этом же году на корабле впервые был выполнен выход в космическое пространство астронавтом Э. Уайтом.

Стартом космического корабля «Джемини-12» закончилась серия из десяти пилотируемых полетов по этой программе.

Серия космических кораблей «Аполлон» (США)

В 1960 г. Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США вместе с рядом фирм приступило к разработке предварительного проекта корабля «Аполлон» для осуществления полета человека на Луну. Через год был объявлен конкурс фирм, претендующих на получение контракта по производству корабля. Лучшим оказался проект компании «Рокуэлл Интернейшенл», которая и была утверждена основным разработчиком «Аполлона». Согласно проекту, в состав пилотируемого комплекса для полета на Луну входили два летательных аппарата: лунный орбитальный корабль «Аполлон» и лунный экспедиционный модуль. Стартовая масса корабля составляла 14,7 т, длина — 13 м, максимальный диаметр — 3,9 м.

Первые его испытания состоялись в феврале 1966 г., а еще через два года стали проводиться пилотируемые полеты. Тогда на орбиту был выведен «Аполлон-7» с экипажем из 3 человек (астронавты У. Ширра, Д. Эйзел и У. Каннингем). Конструктивно корабль состоял из трех основных модулей: командного, служебного и стыковочного.

Командный герметичный модуль находился внутри конусообразной теплозащитной оболочки. Он предназначался для размещения экипажа корабля во время выведения его на орбиту, при спуске, при управлении полетом, парашютировании и приводнении. Здесь же находилось все необходимое оборудование для контроля и управления системами корабля, снаряжение для безопасности и удобства работы членов экипажа.

Командный модуль состоял из трех отсеков: верхнего, нижнего и для экипажа. В верхнем находились два двигателя реактивной системы управления движением при спуске, оборудование для приводнения и парашюты.

В нижнем отсеке разместились 10 двигателей реактивной системы управления движением во время спуска, топливные баки с запасом топлива, электрокоммуникации для связи. В стенах его корпуса имелось 5 обзорных иллюминаторов, на одном из которых было установлено визирное устройство для ручного причаливания при стыковке.

В герметичном отсеке для экипажа находился пульт управления кораблем и всеми бортовыми системами, кресла экипажа, системы жизнеобеспечения, контейнеры для научной аппаратуры. В корпусе отсека имелся один боковой люк.

Служебный модуль предназначался для размещения двигательной установки, реактивной системы управления, оборудования для связи со спутниками и др. Его корпус был выполнен из алюминиевых сотовых панелей и разделен на секции. На внешней стороне разместились радиаторы-излучатели системы контроля окружающей среды, бортовые огни ориентации, прожектор. Масса служебного модуля на старте составляла 6,8 т.

Стыковочный модуль в виде цилиндра длиной более 3 м и максимальным диаметром 1,4 м представлял собой шлюзовой отсек для перехода космонавтов из корабля в корабль. Внутри него находилась приборная секция с пультами управления и его системами, часть оборудования для экспериментов и мн. др.

На внешней стороне модуля имелись баллоны с газообразным кислородом и азотом, антенны радиостанции, стыковочная мишень. Общая масса стыковочного модуля составила 2 т.

В 1969 г. к Луне стартовал космический корабль «Аполлон-11» с астронавтами Н. Армстронгом, М. Коллинзом и Э. Олдрином на борту. Лунная кабина «Игл» с астронавтами отделилась от основного блока «Колумбия» и совершила посадку на Луну в море Спокойствия. За время пребывания на Луне астронавты совершили выход на ее поверхность, собрали 25 кг образцов лунного грунта и вернулись на Землю.

Впоследствии к Луне были запущены еще 6 космических аппаратов «Аполлон», из которых пять совершили посадку на ее поверхность. Программу полетов к Луне завершил космический корабль «Аполлон-17» в 1972 г. Но в 1975 г. модификация «Аполлона» приняла участие в первом международном космическом полете по программе «Союз-Аполлон».

Транспортные космические корабли

Транспортные космические корабли предназначались для доставки полезного груза (космического аппарата или пилотируемого космического корабля) на рабочую орбиту станции и после выполнения программы полета возвращения его на Землю. С созданием орбитальных станций их стали использовать в качестве обслуживающих систем космических конструкций (радиотелескопов, солнечных электростанций, орбитальных исследовательских платформ и др.) для выполнения монтажных и отладочных работ.

Транспортный корабль «Прогресс» (СССР)

Идея создания транспортного грузового космического корабля «Прогресс» возникла в тот момент, когда начала свою работу орбитальная станция «Салют-6»: увеличился объем работ, для космонавтов постоянно требовалась вода, пища и другие бытовые предметы, необходимые для длительного пребывания человека в космосе.

В среднем в сутки на станции расходуется примерно 20—30 кг различных материалов. Для полета 2—3 человек в течение года понадобилось бы 10 т различных сменных материалов. На все это требовалось место, а объем «Салюта» был ограничен. Отсюда и возникла идея создания регулярного снабжения станции всем необходимым. Главной задачей «Прогресса» и стало обеспечение станции топливом, пищей, водой и одеждой для космонавтов.

«Космический грузовик» состоял из трех отсеков: грузового со стыковочным узлом, отсека с запасом жидких и газообразных компонентов дозаправки станции, приборно-агрегатного, включающего в себя переходную, приборную и агрегатную секции.

В грузовом отсеке, рассчитанном на 1300 кг груза, разместились все необходимые для станции приборы, научная аппаратура; запасы воды и пищи, агрегаты системы жизнеобеспечения и т. д. В течение всего полета здесь сохранялись необходимые условия для сохранения грузов.

Отсек с компонентами дозаправки сделан в виде двух усеченных конических оболочек. С одной стороны он соединялся с грузовым отсеком, с другой — с переходной секцией приборно-агрегатного отсека. Здесь размещались баки с топливом, газовые баллоны, агрегаты системы дозаправки.

В приборно-агрегатном отсеке находились все основные служебные системы, необходимые для автономного полета корабля, сближения и стыковки, для совместного полета с орбитальной станцией, расстыковки и схода с орбиты.

На орбиту корабль выводился с помощью ракеты-носителя, которая использовалась для пилотируемых транспортных кораблей «Союз». В дальнейшем была создана целая серия «Прогрессов», и с 20 января 1978 г. начались регулярные рейсы транспортных грузовых кораблей с Земли в космос.

Транспортный корабль «Союз Т» (СССР)

Новый трехместный транспортный корабль «Союз Т» представлял собой усовершенствованный вариант «Союза». Предназначался он для доставки экипажа на орбитальную станцию «Салют», а после выполнения программы обратно на Землю; для проведения исследований в орбитальных полетах и других задач.

«Союз Т» был очень похож на своего предшественника, но в то же время имел существенные отличия. В оснащение корабля входила новая система управления движением, включающая в себя цифровой вычислительный комплекс. С его помощью производились быстрые расчеты параметров движения, автоматическое управление аппаратом с наименьшим расходом топлива. В случае необходимости цифровой вычислительный комплекс самостоятельно переходил на резервные программы и средства, выдавая информацию для экипажа на бортовой дисплей. Это новшество помогло повысить надежность и гибкость управления кораблем во время орбитального полета и при спуске.

Второй особенностью корабля стала усовершенствованная двигательная установка. В нее вошли сближающе-корректирующий двигатель, микродвигатели причаливания и ориентации. Работали они на единых компонентах топлива, имели общую систему его хранения и подачи. Это'нововведение дало возможность практически полного использования бортовых запасов топлива.

Значительно повысилась надежность средств посадки и системы аварийного спасения экипажа при выведении на орбиту. Для более экономичного расхода топлива при посадке отделение бытового отсека происходило теперь до включения тормозной двигательной установки.

Первый полет усовершенствованного пилотируемого корабля «Союз Т» в автоматическом режиме состоялся 16 декабря 1979 г. С его помощью должна была осуществляться отработка операций сближения и стыковки со станцией «Салют-6» и выполнения полета в составе орбитального комплекса.

Через три дня он пристыковался к станции «Союз-6», а 24 марта 1980 г. отстыковался и возвратился на Землю. За все 110 суток его космического полета бортовые системы корабля работали безотказно.

Впоследствии на базе этого корабля создавались новые аппараты серии «Союз» (в частности, «Союз ТМ»). В 1981 г. был запущен «Союз Т-4», полет которого положил начало регулярной эксплуатации космических кораблей «Союз Т».

Космические корабли многоразового использования (челноки)

Создание транспортных грузовых кораблей позволило разрешить многие проблемы, связанные с доставкой грузов на борт станции или комплекса. Запускались они с помощью одноразовых ракет, на создание которых уходило очень много средств и времени. К тому же зачем выбрасывать уникальное оборудование или придумывать для него дополнительные спусковые аппараты, если можно как доставить его на орбиту, так и вернуть на Землю при помощи одного и того же аппарата.

Поэтому ученые создали космические корабли многоразового использования для сообщения между орбитальными станциями и комплексами. Ими стали космические челноки «Шаттл» (США, 1981 г.) и «Буран» (СССР, 1988 г.).

Главное отличие челноков от ракет-носителей в том, что основные элементы ракеты — орбитальная ступень и ракетный ускоритель — у них приспособлены для многоразового использования. Кроме того, появление челноков позволило значительно сократить стоимость космических полетов, приблизив их технологию к обычным авиарейсам. Экипаж челнока состоит, как правило, из первого и второго пилотов и одного или нескольких ученых-исследователей.

Космическая система многоразового использования «Буран» (СССР)

Появление «Бурана» связано с рождением ракетно-космической системы «Энергия» в 1987 г. Она включала в себя ракету-носитель тяжелого класса «Энергия» и корабль многоразового использования «Буран». Главным ее отличием от прежних ракетных систем было то, что отработанные блоки первой ступени «Энергии» можно было возвращать на Землю и после ремонтных работ вновь использовать. Двухступенчатая «Энергия» была оснащена третьей дополнительной ступенью, что позволило значительно увеличить массу полезного груза, выносимого на орбиту. Ракета-носитель, в отличие от предыдущих машин, выводила корабль на определенную высоту, после чего она, используя собственные двигатели, поднималась на заданную орбиту самостоятельно.

«Буран» представляет собой пилотируемый орбитальный челнок, который является третьей ступенью ракетно-космической транспортной системы многоразового использования «Энергия-Буран». Внешним видом он напоминает самолет с низкорасположенным крылом дельтавидной формы. Разработка корабля велась более 12 лет.

Стартовая масса корабля составила 105 т, посадочная — 82 т. Общая длина челнока — около 36,4 м, размах крыльев — 24 м. Размеры взлетно-посадочной полосы челнока на Байконуре составляют 5,5 км в длину и 84 м в ширину. Посадочная скорость 310—340 км/ч. В самолете три основных отсека: носовой, средний и хвостовой. В первом находится герметичная кабина, предназначенная для проживания экипажа из двух-четырех космонавтов и шести пассажиров. Здесь же размещена часть основных систем управления полетом на всех этапах, включая спуск из космоса и посадку на аэродроме. Всего на «Буране» свыше 50 различных систем.

Первый орбитальный полет «Бурана» состоялся 15 ноября 1988 г. на высоте примерно 250 км. Но он оказался и последним, так как из-за недостатка средств программа «Энергия — Буран» в 1990-е гг. была законсервирована.

Космическая система многоразового использования «Спейс Шаттл» (США)

Американская многоразовая транспортная космическая система «Спейс Шаттл» («Космический челнок») разрабатывалась с начала 70-х гг. XX в. и совершила свой первый 3260-минутный полет 12 апреля 1981 г.

В состав «Спейс Шаттла» входят элементы, рассчитанные на многоразовое использование (исключение составляет лишь подвесной топливный отсек, играющий роль второй ступени ракеты-носителя): два спасаемых твердотопливных ускорителя (I ступень), рассчитанных на 20 полетов, орбитальный корабль (II ступень) — на 100 полетов, а его кислородно-водородные двигатели — на 55 полетов. Стартовая масса корабля составила 2050 т. Подобная транспортная система могла совершать 55—60 полетов в год.

Система включала в себя многоразовый орбитальный корабль и разгонный космический блок («буксир»).

Орбитальный космический корабль представляет собой гиперзвуковой летательный аппарат с дельтавидным крылом. Он является носителем полезного груза, в нем находится экипаж из четырех человек во время полета. Орбитальный корабль имеет длину 37,26 м, размах крыльев 23,8 м, стартовую массу 114 т, посадочную — 84,8 т.

Корабль состоит из носовой, средней и хвостовой части. В носовой разместились герметичная кабина для экипажа и блок системы управления; в средней — негерметичный отсек для аппаратуры; в хвостовой — основные двигатели. Для перехода из кабины экипажа в аппаратный отсек имелась шлюзовая камера, рассчитанная на одновременное пребывание в ней двух членов экипажа в скафандрах.

На смену орбитальной ступени «Спейс Шатгл» пришли такие челноки, как «Колумбия», «Челленджер», «Дискавери», «Атлантис» и «Индевор», последний — по данным на 1999 г..

Орбитальные космические станции

Орбитальная космическая станция представляет собой совокупность соединенных (состыкованных) друг с другом элементов самой станции и комплекса ее средств. Все вместе они определяют ее конфигурацию. Орбитальные станции нужны были для проведения исследований и экспериментов, освоения длительных полетов человека в условиях невесомости и отработки технических средств космической техники для дальнейшего ее развития.

Орбитальные станции серии «Салют» (СССР)

Впервые задачи по созданию станции «Салют» были поставлены в Советском Союзе, и решались они в течение 10 лет после гагаринского полета. Проектирование, разработки и постройка испытательных систем велись в течение 5 лет. Опыт, полученный при эксплуатации космических кораблей «Восток», «Восход» и «Союз», позволил перейти к новому этапу в космонавтике — к проектированию пилотируемых орбитальных станций.

Работы по созданию станций начались еще при жизни С. П. Королева в его конструкторском бюро, в то время, когда еще шли работы по «Востоку». Конструкторам предстояло сделать много, но самое основное — научить корабли встречаться и стыковаться. Орбитальная станция должна была стать не только рабочим местом для космонавтов, но и их домом на длительный срок. А следовательно, нужно было суметь обеспечить человеку оптимальные условия для длительного пребывания на станции, для его нормальной работы и отдыха. Предстояло преодолеть последствия невесомости у людей, которая являлась грозным противником, так как резко ухудшалось общее состояние человека, а соответственно, и уменьшалась работоспособность. Среди массы проблем, с которыми пришлось столкнуться всем, кто работал над проектом, основная была связана с обеспечением безопасности экипажа в длительном полете. Конструкторам нужно было предусмотреть целый ряд предосторожностей.

Основная опасность заключалась в возникновении пожара и разгерметизации станции. Для предотвращения пожара нужно было предусмотреть различные защитные устройства, предохранители, автоматические отключатели приборов и групп приборов; разработать систему пожарной сигнализации и средства тушения пожара. Для внутренней отделки необходимо было использовать материалы, которые не поддерживали бы горения и не выделяли вредных веществ.

Одной из причин разгерметизации могла стать встреча с метеоритами, поэтому нужно было разработать противометеорный экран. Им стали внешние элементы станции (например, радиаторы системы терморегулирования, стеклопластиковый кожух, покрывающий часть станции).

Немаловажной была проблема создания для станции большого размера и соответствующей ракеты-носителя для доставки его на орбиту. Нужно было найти правильную форму орбитальной станции и ее компоновки (по расчетам идеальной оказалась удлиненная форма). Общая длина станции составила 16 м, вес — 18,9 т.

Прежде чем сконструировать внешний облик станции, нужно было определить количество ее отсеков и решить, как размещать в них аппаратуру. В результате рассмотрения всех вариантов было принято решение разместить все основные системы в том же отсеке, где предстояло жить и работать экипажу. Остальную аппаратуру вынесли за борт станции (сюда вошли двигательная установка и часть научной аппаратуры). В результате получилось три отсека: два герметичных — основной рабочий и переходный — и один негерметичный — агрегатный с двигательными установками станции.

Для питания научной аппаратуры станции и работы бортовых систем на «Салюте» (так решили назвать станцию) установили четыре плоские панели с кремниевыми элементами, способными преобразовывать солнечную энергию в электрическую. Кроме того, в состав орбитальной станции вошел основной блок, выводимый в космос без экипажа, и транспортный корабль для доставки на станцию рабочей группы космонавтов. На борту станции должно было разместиться свыше 1300 приборов и агрегатов. Для внешних наблюдений на борту «Салюта» сделали 20 иллюминаторов.

Наконец 19 апреля 1971 г. на околоземную орбиту была выведена первая в мире советская многоцелевая станция «Салют». После проверки всех систем и оборудования 23 апреля 1971 г. к ней направился космический корабль «Союз-10». Экипаж космонавтов (В. А. Шаталов, А. С. Елисеев и Н. Н. Рукавишников) осуществил первую стыковку с орбитальной станцией, которая продолжалась в течение 5,5 ч. За это время проводилась проверка стыковочного и других механизмов. А 6 июня 1971 г. запустили пилотируемый корабль «Восток-11». На его борту находился экипаж в составе Г. Т. Добровольского, В. Н. Волкова и В. И. Пацаева. Через сутки полета космонавты смогли перейти на борт станции, и комплекс «Салют-Союз» стал функционировать как первая в мире пилотируемая орбитальная и научная станция.

В течение 23 суток находились космонавты на станции. За это время они выполнили огромную работу по научным исследованиям, испытательным проверкам, сфотографировали поверхность Земли, ее атмосферу, провели метеорологические наблюдения и много другой работы. После завершения всей программы на борту станции космонавты перешли в транспортный корабль и отстыковались от «Салюта». Но из-за разгерметизации спускаемого аппарата они все трагически погибли. Станция «Салют» была переведена на автоматический режим, и ее рейс продолжался до 11 октября 1971 г. Опыт этой станции лег в основу создания космических аппаратов нового типа.

Вслед за «Салютом» последовали «Салют-2», «Салют-3». Последняя станция проработала в космосе в общей сложности 7 месяцев. Экипаж корабля в составе Г. В. Сарафанова и Л. С. Демина, проводивший отработку процессов сближения и маневрирования в различных режимах полета, осуществил первую в мире ночную посадку космического корабля. Опыт первых «Салютов» был учтен в «Салюте-4» и «Салюте-5». Полет «Союза-5» завершил большую работу, связанную с созданием и практическим апробированием орбитальных станций первого поколения.

Орбитальная станция «Скайлэб» (США)

Следующей страной, которая вывела на орбиту станцию, стали США. 14 мая 1973 г. была запущена станция «Скайлэб» (что в переводе означает «Небесная лаборатория»). На ней выполнили полеты три экипажа по три астронавта в каждом. Первыми астронавтами станции стали Ч. Конрад, Д. Кервин и П. Вейц. Обслуживалась «Скайлэб» с помощью транспортного корабля «Аполлон».

Длина станции равнялась 25 м, масса — 83 т. Состояла она из блока станции, шлюзовой камеры, причальной конструкции с двумя стыковочными узлами, астрономической аппаратуры и двух солнечных батарей. Коррекция орбиты осуществлялась с помощью двигателей космического корабля «Аполлон». На орбиту станцию вывели с помощью ракеты-носителя «Сатурн-5».

Главный блок станции разделялся на два отсека: лабораторный и бытовой. Последний был, в свою очередь, разбит на части, предназначавшиеся для сна, личной гигиены, тренировок и экспериментов, приготовления и приема пищи и проведения досуга. Отсек для сна делился на спальные кабины по числу астронавтов, и в каждой из них имелся шкафчик небольшого размера, спальный мешок. В отсеке для личной гигиены размещался душ, умывальник в виде закрытой сферы с отверстиями для рук и приемник отходов жизнедеятельности.

Станция была оснащена аппаратурой для .изучения космического пространства, медико-биологических и технических исследований. Она не предназначалась для возвращения на Землю.

Впоследствии на станции побывали еще два экипажа астронавтов. Максимальная длительность полета составила 84 дня (третий экипаж Д. Карр, Э. Гибсон, У. Поуг).

Американская орбитальная станция «Скайлэб» прекратила свое существование в 1979 г.

Орбитальные станции еще не исчерпали своих возможностей. Но полученные с их помощью результаты дали возможность перейти к созданию и эксплуатации нового поколения космических станций модульного типа — постоянно действующих орбитальных комплексов.

Космические комплексы

Создание орбитальных станций и возможность продолжительных работ космонавтов в космосе стали толчком для организации более сложной космической системы — орбитальных комплексов. Их появление разрешило бы многие нужды производства, научных исследований, связанных с изучением Земли, ее природных ресурсов и охраны окружающей среды.

Орбитальные комплексы серии «Салют-6»-«Союз» (СССР)

Первый комплекс получил название «Салют-6»-«Союз»-«Прогресс» и состоял из станции и двух пристыкованных к ней кораблей. Его создание стало возможно с появлением новой станции — «Салют-6». Общая масса комплекса составила 19 т, а длина с двумя кораблями — около 30 м. Полет «Салюта-6» начался 29 сентября 1977 г.

«Салют-6» — станция второго поколения. От своих предшественниц она отличалась многими конструктивными особенностями и большими возможностями. В отличие от предыдущих она имела два стыковочных узла, вследствие чего могла принимать одновременно два корабля, что значительно увеличило количество работающих на борту космонавтов. Подобная система позволила доставлять на орбиту дополнительные грузы, оборудование, запасные части для ремонта аппаратуры. Ее двигательную установку можно было заправлять прямо в космосе. Станция давала возможность выхода в открытый космос сразу двух космонавтов.

Значительно повысилась ее комфортабельность, появилось много других усовершенствований, связанных с системами жизнеобеспечения и улучшениями условий для экипажа. Так, например, на станции появилась душевая установка, цветная телекамера, видеомагнитофон; установлены новые двигатели коррекции, модернизирована система дозаправки топлива, усовершенствована система управления и т. д. Для «Салюта-6» специально были созданы и новые скафандры с автономным обеспечением газовой смеси и температурным режимом.

Станция состоит из трех герметичных отсеков (переходного, рабочего и промежуточной камеры) и двух негерметичных (отсека для научной аппаратуры и агрегатного). Переходной отсек предназначался для соединения с помощью стыковочного узла станции с космическим кораблем, проведения оптических наблюдений и ориентации. Здесь размещались скафандры, пульты обеспечения выхода, необходимое оборудование, посты управления, оснащенные визуальными приборами и аппаратурой для проведения различных исследований. На наружной части переходного отсека установлены антенны радиоаппаратуры сближения, средства ручного причаливания, внешние телекамеры, поручни, элементы фиксации космонавтов и т. д.

Рабочий отсек предназначался для размещения в нем экипажа и основного оборудования. Здесь же находился центральный пост управления с основными системами управления. Кроме того, в отсеке имелись секции для отдыха и приема пищи. В приборной секции разместилась основная бортовая аппаратура (приборы системы ориентации, радиотелеметрии, электропитания и т. д.). Рабочий отсек имел два люка для перехода в переходной отсек и в промежуточную камеру. На наружной части отсека находились датчики системы ориентации солнечных батарей и сами солнечные батареи.

Промежуточная камера соединяла станцию с космическим кораблем с помощью стыковочного узла. В ней размещалось необходимое сменное оборудование, доставляемое транспортными кораблями. В камере имелся стыковочный узел. Жилые отсеки были оборудованы средствами громкоговорящей связи и светильниками для дополнительного освещения.

В отсеке научной аппаратуры размещались крупные инструменты для работы в вакууме (например, большой телескоп с необходимой системой для его работы).

Агрегатный отсек служил для размещения двигательной установки и соединения с ракетой-носителем. В нем располагались топливные баки, корректирующие двигатели и различные агрегаты. На наружной части отсека находились антенны радиоаппаратуры сближения, датчики ориентации солнечных батарей, телевизионная камера и т. д.

Набор аппаратуры для исследований включал в себя свыше 50 приборов. Среди них установки «Сплав» и «Кристалл» для исследования процессов получения новых материалов в космосе.

11 декабря 1977 г. космический корабль «Союз-26» с Ю. В. Романенко и Г. М. Гречко через сутки после старта успешно пристыковался к станции, и космонавты перешли на ее борт, где пробыли в течение 96 суток. На борту комплекса космонавты выполнили ряд мероприятий, запланированных программой полета. В частности, они осуществили выход в космическое пространство для проверки внешних элементов комплекса.

10 января следующего года со станцией «Салют-6» была осуществлена стыковка другого космического корабля с космонавтами В. А. Джанибековым и О. Г. Макаровым на борту. Экипаж успешно перешел на борт комплекса и доставил туда дополнительное оборудование для работы. Так образовался новый научно-исследовательский комплекс «Союз-6»-«Союз-26»-«Союз-27», ставший еще одним достижением космической науки. Два экипажа совместно работали в течение 5 дней, после чего Джанибеков и Макаров вернулись на Землю на корабле «Союз-26», доставив материалы экспериментов и исследований.

С 20 января 1978 г. начались регулярные рейсы с Земли в космос транспортных грузовых кораблей. А в марте этого же года на борт комплекса прибыл первый международный экипаж в составе А. Губарева (СССР) и В. Ремека (ЧССР). После успешного завершения всех экспериментов экипаж вернулся на Землю. Кроме чехословацкого космонавта, на борту комплекса впоследствии побывали венгерский, кубинский, польский, германский, болгарский, вьетнамский, монгольский, румынский.

После возвращения основного состава (Гречко и Романенко) работы на борту комплекса продолжались. Во время третьей, основной, экспедиции была апробирована система телевизионной передачи с Земли на орбитальный комплекс, а также новая радиотелефонная система «Кольцо», с помощью которой можно было вести переговоры космонавтов между собой и с операторами Центра управления полетом из любой зоны комплекса. На борту продолжались биологические эксперименты по выращиванию растений. Часть из них — петрушку, укроп и лук — космонавты употребляли в пищу.

Первый советский орбитальный комплекс пробыл в космосе почти 5 лет (работа завершилась в мае 1981 г.). За это время на борту работало 5 основных экипажей длительностью 140, 175, 185, 75 суток. За период их работы станцию поретили 11 экспедиций, 9 международных экипажей из стран — участниц программы «Интеркосмос»; осуществлено 35 стыковок и перестыковок кораблей. Во время полета были проведены испытания нового усовершенствованного космического корабля «Союз-Т» и ремонтно-профилактические работы. Исследовательские работы, проводимые на борту комплекса, внесли большой вклад в науку изучения планеты и освоения космоса.

Уже в апреле 1982 г. проводились испытания орбитальной станции «Салют-7», которая должна была составить основу следующего комплекса.

«Салют-7» представляла собой усовершенствованный вариант орбитальных научных станций второго поколения. Она имела такую же компоновку, что и ее предшественницы. Как и на предыдущих станциях, из переходного блока «Салюта-7» можно было выходить в открытый космос. Два иллюминатора стали прозрачными для ультрафиолетового излучения, что значительно расширило исследовательские возможности станции. Один из иллюминаторов находился в переходном отсеке, второй — в рабочем. Для защиты иллюминаторов от внешнего механического повреждения их закрыли наружными прозрачными крышками с электроприводами, открывающимися нажатием кнопки.

Отличие заключалось в облагороженном внутреннем пространстве (жилая зона стала более просторной и комфортабельной). В жилых отсеках нового «дома» улучшились спальные места, удобнее стала душевая установка и т. д. Даже кресла по желанию космонавтов сделали более легкими и съемными. Особое место было отведено комплексу для физических упражнений и медицинских исследований. Оборудование состояло из самых современных аппаратов и новых систем, что обеспечивало станции не только лучшие условия для работы, но и большие технические возможности.

Первый экипаж в составе А. Н. Березового и В. В. Лебедева был доставлен на станцию 13 мая 1982 г. кораблем «Союз Т-5». Им предстояло пробыть в космосе 211 суток. 17 мая они запустили собственный малый спутник Земли «Искра-2», созданный студенческим конструкторским бюро Московского авиационного института им. Серго Орджоникидзе. На спутнике были установлены вымпелы с эмблемами союзов молодежи социалистических стран — участниц эксперимента.

24 июня стартовал космический корабль «Союз Т-6» с космонавтами В. Джанибековым, А. Иванченковым и французским космонавтом Жан-Луи Кретьеном на борту. На станции они выполняли все работы согласно своей программе, а основной экипаж помогал им в этом. Через 78 суток пребывания на борту станции А. Н. Березовой и В. В. Лебедев осуществили выход в открытый космос, где находились 2 ч 33 мин.

20 августа к «Салюту-7» пристыковался трехместный космический корабль «Союз Т-5» с экипажем в составе Л. И. Попова, А. А. Сереброва и второй в мире женщины-космонавта С. Е. Савицкой. После перехода космонавтов на борт станции начал функционировать новый научно-исследовательский комплекс «Салют-7»-«Союз Т-5»-«Союз Т-7». Экипаж комплекса из пяти космонавтов приступил к выполнению совместных исследований. После семимесячного пребывания на орбите основной экипаж возвратился на Землю. За это время было сделано много исследований в различных областях науки, выполнено свыше 300 экспериментов и около 20 тысяч снимков территории страны.

Следующим комплексом стал «Салют-7»:«Союз Т-9»-«Прогресс-17», где продолжать работу должны были В. А. Ляхов и А. П. Александров. Они впервые в мировой практике выполнили четыре выхода в открытый космос за 12 дней общей продолжительностью 14 ч 45 мин. За два года работы комплекса на борту «Салюта-7» побывало три основных экипажа, отработавшие соответственно 150, 211 и 237 суток. За это время они приняли четыре экспедиции посещения, две из которых были международными (СССР-Франция и СССР-Индия). Космонавты выполняли на станции сложные ремонтно-восстановительные работы, ряд новых исследований и экспериментов. За пределами комплекса в открытом космосе работала Светлана Савицкая. Затем полет «Салюта-7» продолжался без экипажа.

Уже планировался новый полет на станцию, когда стало известно, что «Салют-7» на вызов Земли не отвечает. Высказали предположение, что станция находится в неориентированном полете. После длительных совещаний приняли решение отправить в разведку на станцию новый экипаж. В его состав вошли Владимир Джанибеков и Виктор Савиных.

6 июня 1985 г. космический корабль «Союз Т-13» покинул стартовую площадку Байконура, а через двое суток космонавты осуществили стыковку со станцией и в течение 5 суток пытались возвратить «Союз» к жизни. Как выяснилось, на станции от буферной батареи отключился основной источник питания — солнечные батареи, в результате чего внутреннее пространство стало похоже на внутреннюю камеру холодильника — все покрывал иней. Вышли из строя некоторые системы жизнеобеспечения. В. Джанибеков и В. Савиных впервые в мировой практике в условиях космического пространства провели капитальный ремонт ряда систем, и вскоре станция вновь могла принимать экипажи на борту. Это продлило ее жизнь еще на один год и сэкономило большие средства.

В ходе эксплуатации «Салютов» был накоплен огромный опыт по организации деятельности и быта экипажа, по техническому обеспечению орбитальных работ и обслуживанию комплексов, проведению сложных ремонтно-профилактических операций в космосе. Успешно апробировали технологические операции — такие, как пайка, механическая и электронная резка металла, сварка и напыление покрытий (в том числе и в открытом космосе), наращивание панелей солнечных батарей.

Орбитальный комплекс «Мир»-«Квант»-«Союз» (СССР)

На орбиту станция «Мир» была запущена 20 февраля 1986 г. Она должна была составить основу нового комплекса, спроектированного в конструкторском бюро «Энергия».

«Мир» — станция третьего поколения. Ее названием создатели стремились подчеркнуть, что они за использование космической техники только в мирных целях. Задумывалась она как постоянно действующая орбитальная станция, рассчитанная на многие годы работы. Станция «Мир» должна была стать базовым блоком для создания многоцелевого научно-исследовательского комплекса.

В отличие от своих предшественников «Салютов» «Мир» относился к постоянно действующим многоцелевым станциям. Ее основу составлял блок, смонтированный из цилиндров разного диаметра и длины. Общая масса орбитального комплекса составляла 51 т, длина его была 35 м.

От «Салютов» она отличалась и большим количеством стыковочных узлов-причалов. На новой станции их было шесть (раньше только два). К каждому причалу мог пристыковаться специализированный модуль-отсек, меняющийся в зависимости от программы. Следующей особенностью стала возможность присоединения к базовому блоку еще одного постоянного отсека со вторым стыковочным узлом на внешнем торце. Таким отсеком и стала астрофизическая обсерватория «Квант».

Кроме того, «Мир» отличала усовершенствованная система управления полетом и бортовым научно-исследовательским оборудованием; практически все процессы были автоматизированными. Для этого на блоке установили восемь ЭВМ, увеличили энергопитание, уменьшили расход топлива для коррекции орбиты полета станции «Мир».

Два ее осевых причала использовались для приема пилотируемых кораблей типа «Союз» или беспилотных грузовых «Прогрессов». Для переговоров экипажа с Землей и для управления комплексом на борту имелась усовершенствованная система радиотелефонной связи. Если раньше она велась только при наличии наземных станций слежения и специальных морских судов, то теперь на орбиту специально для этих целей вывели мощный спутник-ретранслятор «Луч». Такая система позволила значительно увеличить продолжительность сеансов связи Центра управления полетами с экипажем комплекса.

Значительно улучшились и жилищные условия. Так, например, появились мини-каюты, где космонавты могли посидеть за столиком перед иллюминатором, послушать музыку или почитать книгу.

Модуль «Квант». Он стал первой астрофизической обсерваторией в космосе, основу которой составила уникальная международная обсерватория «Рентген». В ее создании принимали участие ученые Великобритании, ФРГ, Нидерландов и Европейского космического агентства (ЕКА). «Квант» включал в себя телескоп-спектрометр «Пульсар Х-1», спектрометр высоких энергий «Фосфич», газовый спектрометр «Сирень» и телескоп с теневой маской. Обсерватория оснащалась ультрафиолетовым телескопом «Глазар», созданным советскими и швейцарскими учеными, многими другими аппаратами.

Первыми жителями комплекса стали космонавты Л. Кизим и В. Соловьев, прибывшие на «Мир» 15 марта 1986 г. Их основной задачей являлась проверка работы станции во всех режимах, ее вычислительного комплекса, системы ориентации, бортовой электростанции, системы связи и т. д. После проверки космонавты на корабле «Союз Т» 5 мая покинули «Мир» и через сутки состыковались с «Салютом-7».

Здесь экипаж законсервировал бортовые системы и часть аппаратуры станции. Другую часть установок и приборов общим весом в 400 кг, контейнеры с материалами научно-исследовательских работ перенесли на «Союз Т» и переправили их на станцию «Мир». После завершения всей работы экипаж вернулся на Землю 16 июля 1986 г.

На Земле проверили еще раз все системы жизнеобеспечения, приборы и аппараты на станции, оснастили ее дополнительными установками, пополнили запасы топлива, воды и продуктов питания. На станцию все это доставили грузовые корабли «Прогресс».

21 декабря 1987 г. корабль с летчиком В. Титовым и инженером М. Манаровым стартовал в космос. Эти два космонавта и стали первым основным экипажем для работы на борту комплекса «Мир»-«Квант». Через двое суток они прибыли на орбитальную станцию «Мир». Программа их работы была рассчитана на целый год.

Таким образом, запуск станции «Мир» положил начало созданию на орбите постоянно действующих пилотируемых научно-технических комплексов. На их борту производились научные исследования природных ресурсов, уникальных астрофизических объектов, медико-биологические эксперименты. Накопленный опыт по эксплуатации станции и комплекса в целом позволил сделать следующий шаг в разработке пилотируемых станций следующего поколения.

Международная орбитальная станция «Альфа»

В создании международной орбитальной космической станции принимали участие 16 стран мира (Япония, Канада и др.). Станция рассчитана на функционирование до 2014 г. В декабре 1993 г. к работе над проектом была приглашена и Россия.

К ее созданию приступили в 80-х гг., когда президент США Р. Рейган объявил о начале создания национальной орбитальной станции «Фридом» («Свобода»). Собираться она должна на орбите кораблями многоразового использования «Спейс Шаттл». В результате работы стало ясно, что такой дорогостоящий проект можно осуществить только при международном сотрудничестве.

В это время в СССР шла разработка орбитальной станции «Мир-2», так как эксплуатационные сроки «Мира» заканчивались. 17 июня 1992 г. Россия и США заключили соглашение о сотрудничестве в исследовании космоса, но из-за экономических проблем в нашей стране дальнейшее строительство приостановилось, и было решено продолжить эксплуатацию «Мира».

В соответствии с соглашением российское космическое агентство и NASA разработали программу «Мир»-«Шаттл». Она состояла из трех взаимосвязанных проектов: полетов российских космонавтов на кораблях «Спейс Шаттл» и американских астронавтов на орбитальном комплексе «Мир», совместного полета экипажей, включающего стыковку «Шаттла» с комплексом «Мир». Главная цель совместных полетов по программе «Мир»-«Шаттл» — объединение усилий для создания международной орбитальной станции «Альфа».

Международная орбитальная космическая станция должна собираться в период с ноября 1997 г. по июнь 2002 г. Согласно действующим планам, на орбите в течение нескольких лет будут работать сразу две орбитальные станции: «Мир» и «Альфа». Полная конфигурация станции включает в себя 36 элементов, 20 из которых основные. Общая масса станции составит 470 т, длина комплекса — 109 м, ширина — 88,4 м; период функционирования на рабочей орбите — 15 лет. Основной экипаж будет состоять из 7 человек, из которых трое — россияне.

Россия должна построить несколько модулей, два из которых стали основными сегментами международной орбитальной станции: функционально-грузовой блок и служебный модуль. В результате этого Россия могла использовать 35% ресурсов станции.

Российские ученые предложили создавать первую международную орбитальную станцию на базе «Мира». Они также предложили использовать «Спектр» и «Природу» (работающие в космосе), так как создание новых модулей в связи с финансовыми трудностями в стране задерживалось. Модули «Мира» решено было перестыковать к «Альфе» с помощью «Шаттла».

Станция «Мир» должна стать основой для построения многоцелевого, постоянно действующего пилотируемого комплекса модульного типа. По плану «Мир» представляет собой сложный многоцелевой комплекс, в состав которого, кроме базового блока, входят еще пять. «Мир» составляют следующие модули: «Квант», «Квант-2», «Заря», «Кристалл», «Спектр», «Природа». Модули «Спектр» и «Природа» будут использоваться для российско-американской научной программы. В них разместилась научная аппаратура производства 27 стран массой 11,5 т. Общая масса комплекса составила 14 т. Аппаратура позволит выполнять на борту комплекса исследования по 9 направлениям в различных областях науки и техники.

Российский сегмент состоит из 12 элементов, из которых 9 основных общей массой 103—140 т. В него вошли модули: «Заря», служебный, универсальный стыковочный, стыковочно-складской, два исследовательских и модуль жизнеобеспечения; а также научно-энергетическая платформа и стыковочный отсек.

Модуль «Заря» массой 21 т, разработанный и изготовленный в Центре им. М. В. Хруничева по контракту с фирмой «Boeing», является основным элементом международной орбитальной станции «Альфа». Его конструкция позволяет легко адаптировать и модифицировать модуль в зависимости от поставленных задач и назначения с сохранением надежности и безопасности создаваемых модулей.

Основой «Зари» является грузовой блок для приема, хранения и использования топлива, размещения части систем жизнеобеспечения экипажей. Система жизнеобеспечения может работать в двух режимах: в автоматическом и на случай внештатной ситуации.

Модуль разделен на два отсека: приборно-грузовой и переходной. В первом находится научная аппаратура, расходуемые материалы, аккумуляторные батареи, служебные системы и оборудование. Второй отсек предназначен для хранения доставляемых грузов. На внешней стороне корпуса модуля установлены 16 цилиндрических баков для хранения топлива.

«Заря» оснащена элементами системы обеспечения теплового режима, панелями солнечных батарей, антеннами, системами стыковки и телеметрического контроля, защитными экранами, захватным устройством для кораблей «Спейс Шаттл» и т. д.

Длина модуля «Заря» составляет 12,6 м, диаметр 4,1 м, стартовый вес 23,5 т и на орбите примерно 20 т. В составе международной космической станции модуль может изменять орбиту, стабилизировать полет при стыковках, координировать пространственное положение и мн. др.

Общая масса американского сегмента составила 37 т. Он включает в себя модули: для соединения в единую конструкцию герметичных отсеков станции, основную ферму станции — конструкцию для размещения системы энергоснабжения.

Основу американского сегмента составляет модуль «Юнити». Он выводился на орбиту с помощью космического корабля «Индевор» с космодрома Канаверал с шестью астронавтами (в том числе и российскими) на борту.

Узловой модуль «Юнити» представляет собой герметичный отсек длиной 5,5 м и диаметром 4,6 м. Он снабжен 6 стыковочными узлами для кораблей, 6 люками для перехода экипажей и переноса грузов. Орбитальная масса модуля — 11,6 т. Модуль является связующей частью между российской и американской частями станции.

Кроме того, американский сегмент включает в себя три узловых, лабораторный, жилой, двигательный, международный и с центрифугой модули, шлюзовую камеру, системы энергопитания, обзорную кабину-купол, корабли-спасатели и т. д. К большому американскому модулю присоединяются элементы, разработанные странами — участницами проекта.

Американский сегмент включает и итальянский возвращаемый грузовой модуль, лабораторный модуль «Дестини» («Судьба») с комплексом научной аппаратуры (модуль планируется сделать центром управления научным оборудованием американского сегмента); совместную шлюзовую камеру; отсек с центрифугой, создаваемый на базе модуля «Спэйслэб» и самый крупный жилой блок для четырех астронавтов. Здесь, в герметичном отсеке, размещаются кухня, кают-компания, спальные помещения, душ, туалет и другое оборудование.

Японский сегмент весом 32,8 т включает в себя два герметичных отсека. Его основной модуль состоит из лабораторного отсека, ресурсной и открытой научной платформы, блока с научной аппаратурой, шлюза для выноса оборудования на открытую платформу. Внутреннее пространство занимают отсеки с научной аппаратурой.

Канадский сегмент включает в себя два дистанционных манипулятора, с помощью которых можно будет проводить сборочные операции, обслуживать служебные системы и научные приборы.

Европейский сегмент состоит из модулей: для соединения в единую конструкцию герметичных отсеков станции, материально-технического снабжения «Колумбус» — специального научно-исследовательского модуля с оборудованием.

Для обслуживания орбитальной станции предполагается использовать не только «Спейс Шаттл» и российские транспортные корабли, но и новые американские корабли-спасатели для возвращения экипажей, европейские автоматические и японские тяжелые транспортные корабли.

К моменту окончания строительства международной орбитальной станции «Альфа» на ее борту должны будут работать международные экспедиции из 7 астронавтов. Первым экипажем для работы на международной орбитальной станции выбраны 3 кандидата — россияне Сергей Крикалев, Юрий Гидзенко и американец Уильям Шепард. Командир будет назначен совместным решением в зависимости от задач конкретного полета.

Строительство на околоземной орбите международной космической станции «Альфа» началось 20 ноября 1998 г. с запуска первого российского модуля «Заря». Производился он с помощью ракеты-носителя «Протон-К» в 9 ч 40 мин. по московскому времени с космодрома Байконур. В декабре этого же года состоялась стыковка «Зари» с американским модулем «Юнити».

Все проводимые на борту станции эксперименты проходили в соответствии с научными программами. Но в связи с отсутствием финансирования на продолжение пилотируемого полета с середины июня 2000 г. ОК «Мир» был переведен в режим автономного полета. После 15 лет существования в открытом космосе станция была сведена с орбиты и затоплена в Тихом океане.

За это время на станции «Мир» в период 1986—2000 гг. было реализовано 55 целевых научно-исследовательских программ. «Мир» стал первой в мировой практике международной орбитальной научной лабораторией. Большая часть экспериментов проводилась в рамках международного сотрудничества. Экспериментов, в которых была задействована иностранная аппаратура, было проведено свыше 7500. За период с 1995 по 2000 г. на станции «Мир» было выполнено, свыше 60% всего объема исследований по российской и международным программам.

За все время работы станции на ней было проведено 27 международных экспедиций, 21 из них на коммерческой основе. На «Мире» работали представители 11 стран (США, Германии, Англии, Франции, Японии, Австрии, Болгарии, Сирии, Афганистана, Казахстана, Словакии) и ЕКА. Всего на орбитальном комплексе побывало 104 человека.

Орбитальные комплексы модульного типа позволили проводить более сложные целенаправленные исследования в различных областях науки и народного хозяйства. Например, космос дает возможность производить материалы и сплавы с улучшенными физико-химическими свойствами, аналогичное получение которых на Земле обходится очень дорого. Или известно, что в условиях невесомости свободно парящий жидкий металл (и другие материалы) легко деформируются слабыми магнитными полями. Это дает возможность получения слитков заданной формы высокой частоты, без кристаллизации и внутренних напряжений. А выращенные в космосе кристаллы отличаются высокой прочностью и большими размерами. Например, кристаллы сапфира выдерживают давление до 2000 т на 1 мм², что примерно в 10 раз превышает прочность земных материалов.

Создание и эксплуатация орбитальных комплексов обязательно приводит к развитию космической науки и техники, освоению новых технологий и совершенствованию научной аппаратуры.