Космонавтика: Вчера, Сегодня, Завтра

Первичным источником энергии на ФГБ являются солнечные батареи (СБ). В состав СБ входят две панели. Площадь фотоэлектрических преобразователей на каждой из них составляет 28 кв. м (7 м в длину и 4 м в ширину). Фотоэлектрические ячейки защищены с обеих сторон прозрачным покрытием из стекла и лицевой поверхностью обращены в одну сторону. 90% солнечной энергии улавливается поверхностью батарей, обращенной к Солнцу, и 10% энергии улавливается обратной стороной, что дает возможность использовать солнечный свет, отраженный от Земли.

Механизм раскрытия СБ позволяет производить их складывание и повторное раскрытие. В случае отказа электропривода панели СБ могут быть раскрыты или сложены вручную экипажем во время выхода в открытый космос.

Системы служебного борта и станционного борта

Функционально бортовые системы ФГБ разделяются на системы служебного борта и системы станционного борта.

Системы служебного борта обеспечивают работу ФГБ во время выведения его на орбиту, автономного полета и частично, когда он находится в связке с другими модулями МКС. В состав систем служебного борта входят:

•система управления (СУ);

•двигательная установка (ДУ);

•система подачи: и перекачки топлива (СпиПТ);

•система управления бортовым комплексом (СУБК);

•система внутреннего освещения (СВО);

•командно-измерительная система (КИС) "Компарус ";

• радиотелеметрическая система БР-9ЦУ- 8;

•радиотелеметрическая система "Сириус-4";

•система электроснабжения (СЭС);

•система ориентации солнечных батарей (СОСБ);

•система обеспечения теплового режима (СОТР);

•система пожарообнаружения и пожаротушения (СПоПТ);

Системы станционного борта предназначены для обеспечения работы ФГБ в составе МКС. В состав станционного борта входят:

•система стыковки (СС);

•система интеграции и сопряжения (СИС);

•система обеспечения газового состава (СОГС);

•система телевидения (СТ);

•система телефонной связи (СТС),

•аппаратура сбора сообщений (АСС);

•бортовая вычислительная система (ВВС);

•оборудование теле операторного режима управления (ТОРУ) сближением и причаливанием;

•пассивная радиотехническая система сближения и стыковки "Курс-П".

Схема полета

ФГБ "Заря" выводится на эллиптическую орбиту ракетой носителем "Протон". Минимальная высота этой орбиты составляет около 180 км, максимальная около 340 км. После отделения от последней ступени ракеты-носителя на ФГБ раскрываются антенны систем "Курс" и "Компарус" и панели СБ, переводятся в рабочий режим соответствующие бортовые системы.

Управление полетом ФГБ осуществляется из российского Центра управления полетами - ЦУП-М (г. Королев Московской обл.). Причем передача команд возможна как через наземные станции слежения, расположенные на территории России, так и через американский Центр управления полетом - ЦУП-Х (г. Хьюстон, штат Техас), а также через спутники-ретрансляторы.

Во вторые сутки полета ФГБ проводится тестовое включение одного из двух двигателей большой тяги - ДКС. После теста с помощью этого двигателя дается импульс на повышение перигея орбиты до 250 км. На четвертые и пятые сутки включением все того же двигателя формируется круговая орбита высотой около 385 км -так называемая орбита сборки, на которой ФГБ будет ожидать прилета корабля "Спейс - Шаттл" STS-88 с модулем Node-1 "Единство" (Unity).

 

КОСМОДРОМ

Земные пути ракет заканчиваются на космодромах. Здесь ракеты и космические аппараты собирают воедино из отдельных частей, проверяют, готовят к пуску и, наконец, отправляют в космос. Обычно космодромы занимают довольно большую территорию. Место для строительства космодрома выбирается с учетом многих, часто противоречивых, условий. Космодром должен быть достаточно удален от крупных населенных пунктов, ведь отработанные ракетные ступени вскоре после старта падают на землю.

Трассы ракет не должны препятствовать воздушным сообщениям, и в то же время нужно

проложить их так, чтобы они проходили над всеми наземными пунктами радиосвязи. Учитывается при выборе места и климат. Сильные ветры, высокая влажность, резкие перепады температур могут значительно усложнить работу космодрома.

Каждая страна решает эти вопросы в соответствии со своими природными и другими условиями. Поэтому, скажем, советский космодром Байконур расположен в полупустыне Казахстана, первый французский космодром был построен в Сахаре, американский — на полуострове Флорида, а итальянцы создали у берегов Кении плавучий космодром.

На широко раскинувшемся космодроме располагаются многочисленные здания и сооружения, в каждом из которых производят различные операции по подготовке ракет к старту. На так называемой технической позиции в огромных монтажно-испытательных корпусах проводятся сборка ракет и космических аппаратов, испытания их отдельных систем и комплексные испытания. Здесь же на технической позиции в заправочной и компрессорной станциях космические аппараты заправляются топливом и сжатыми газами, а в зарядно-аккумуляторной станции заряжаются бортовые химические источники тока.

Из монтажно-испытательных корпусов ракеты с установленными на них аппаратами перевозятся на одну из стартовых позиций. Читатель, видимо, не один раз видел это по телевидению или на киноэкранах.

Медленно движется железнодорожный транспортер-установщик. Ракета лежит на подъемной стреле, шарнирно закрепленной на платформе транспортера. Поезд приближается к массивной железобетонной громаде — стартовой позиции космодрома.

Платформа останавливается, и стрела вместе с лежащей на ней ракетой неторопливо поднимается. Вскоре ракета оказывается в вертикальном рабочем положении. И вновь начинаются предстартовые проверки аппаратуры и бортовых систем. Убедившись, что всё работает нормально, в баки ракеты перекачивают горючее и окислитель.

Можно перевозить ракеты из монтажно-испытательного корпуса и в вертикальном положении. Так, например, делают на американском космодроме. Конечно, перевозка «стоя» сопряжена с определенными трудностями. Зато при такой доставке исключается довольно сложная операция подъема ракеты.

Рядом со стоящей ракетой поднимаются решетчатые металлические конструкции. Это кабель-заправочная мачта и башня обслуживания. Башня подходит вплотную к ракете и со всех сторон обхватывает ее площадками, на которые можно выйти из лифта. От кабель-заправочной мачты к ракете протягиваются толстые шланги и жгуты электрических кабелей: последние наземные операции проводятся с использованием энергии от электростанции космодрома.

До старта остаются считанные часы. Чтобы пуск состоялся точно в назначенный срок, график работы соблюдается очень строго. Для этого космодром оснащен точными часами, образующими систему единого времени.

Космонавты занимают свои места в космическом корабле. Начинаются завершающие проверки, теперь уже с участием экипажа.

На космодроме объявляется пятиминутная готовность. Сейчас в командном пункте — подземном бункере сосредоточено все управление ракетой и кораблем. Постоянно поддерживается радиосвязь и телевизионная связь с космонавтами. Но вот от ракеты отводятся башня обслуживания и кабель-заправочная мачта. Пуск! Окрестности оглушает могучий рев двигателей. Из-под ракеты вырывается бушующее пламя. Газоотводные каналы направляют раскаленные газы подальше от пускового сооружения и ракеты. Освобожденная от поддерживающих захватов, она медленно, как бы нехотя отрывается от Земли, а потом стремительно уходит в небо.

 

ПОЛЕТЫ НА МАРС: ВОЗМОЖНОСТИ И ПРОБЛЕМЫ

По данным сайта: http://www.cosmoworld.ru/spaceencyclopedia/hotnews/

Космические инженеры работают над новыми методами исследования других планет Солнечной системы. В стадии разработки находятся автоматические летательные аппараты для изучения Марса, Титана (спутника Сатурна), Венеры и Юпитера. 
          Одним из способов исследования других планет может стать воздушный шар. Воздушные шары, в частности, могут опускать космические аппараты на поверхность. Кроме того, на них может размещаться научное оборудование, например, камеры. Шары способны перемещаться гораздо быстрее и на большие расстояния, нежели наземные машины. По мнению специалистов американской Лаборатории реактивного движения в Пасадене (штат Калифорния), воздушные шары идеально подходят для исследования Марса, Венеры и Титана. 
          Воздушные суда и летательные аппараты, по мнению инженера NASA Энтони Колоцца, должны использоваться в комплексе с наземными и орбитальными аппаратами, дополняя результаты их наблюдений. Одним из преимуществ воздушных аппаратов является возможность непосредственного получения образцов планетарной атмосферы на разных высотах и в разных районах, в частности, для обнаружения биогенных газов. 
          Специалисты NASA уже провели первые испытания воздушного аппарата, который планируется использовать в программе изучения Марса. Уменьшенная модель аппарата Aerial Regional-scale Environmental Survey (ARES) была сброшена с воздушного шара над поверхностью Земли для отработки развертывания и управляемого полета исследовательского аппарата. 
          Колоцца в настоящее время работает над футуристическим насекомообразным аппаратом Entomopter, который предназначен для исследования Марса. Марсианские условия - низкая плотность атмосферы и малая гравитация - позволяют создать аппарат, способный летать при помощи машущих крыльев, подобно насекомому. Такой аппарат сможет перемещаться на малой скорости, приземляться, взлетать и заправляться от наземных аппаратов. Об этом сообщает Compulenta.ru

 

На другом сайте ставиться под вопрос сама возможность полета человека на Марс http://www.rambler.ru/db/news/msg.html?mid=3036838&s=12:

Основная проблема для полета на Марс - это не двигательные технологии (их уже опробовали на том же Deep Space 1), не деньги (предположительно они есть), а биологическая защита. Лететь придется вне естественного защитного кокона Земли - магнитного поля. Без него частицы 'солнечного ветра' - протоны и ядра гелия, вместо того чтобы 'накрутиться' на магнитную линию и по ней соскользнуть к полюсу образовав полярное сияние, беспрепятственно прошивают пространство... на космическом же корабле просто нет защитного поля такой протяженности как земное! Знаете, какой толщины стенка наших модулей "Заря" и "Звезда"? ДВА МИЛЛИМЕТРА. Конечно, с внешней стороны она прикрыта теплоизоляцией из многослойного лавсана и дополнительно - тонкими противометеоритными экранами, тем не менее никакой защиты от радиации она не дает. Американцы экспериментируют на своих модулях с дополнительной полиэтиленовой защитой... но результат оказался значительно хуже ожидаемого - такой экран толщиной в 10 сантиметров ослабляет радиационный поток всего на 20%. МКС, надо сказать, летает еще внутри внутреннего радиационного пояса (который как раз представляет собой 'пойманный' солнечный ветер, еще не 'скатившийся' к тому или другому полюсу), который начинается примерно с 500-600 километров над поверхностью планеты.

Но это еще цветочки. При полете на Марс вес конструкции будут экономить значительно сильнее чем на МКС - на лунном модуле "Аполлона" толщина обшивки была такой, что ее можно было ПРОТКНУТЬ ПАЛЬЦЕМ. Ну, естественно, она была подкреплена силовым каркасом и надута изнутри давлением чистого кислорода в треть атмосферы... но от вакуума астронавтов отделяли десятые миллиметра - толщина бритвенного лезвия.

В то в время как для создания традиционными способами защиты эквивалентной земному магнитному полю плюс земная атмосфера пришлось бы применить чередующиеся слои свинца (для поглощения гамма и бета) и полиэтилена (альфа и протонов) толщиной в 10-15 метров. То есть долететь до Марса можно. Это даже обойдется дешевле программы "Аполлон" - мы сейчас значительно лучше знаем, как уменьшить затраты на самом дорогом этапе - выводе на околоземную орбиту, но это будет дорога в один конец. Даже если лететь при 'спокойном Солнце', все равно за полет космонавты получат смертельную дозу радиации. И защититься мы от нее пока не умеем.

Для программы "Аполлон" это не имело значения - экипаж находился вне защиты магнитного поля Земли всего несколько суток. Но самый 'быстрый' маршрут полета на Марс предусматривает почти два года полета для экипажа. Для корабля - все три. Человек способен столько прожить в невесомости, как доказал Поляков, проведя 600 с лишним дней на станции "Мир". Но это на низкой орбите, под защитой земного магнитного поля. По дороге к Марсу его не будет. В принципе, если используется электрореактивный двигатель (а питается он от двух солнечных батарей размером 400x400 метров и мощностью в сотни мегаватт или аналогичного по мощности ядерного реактора) -электроэнергии на борту есть сколько угодно. Можно ее использовать для создания собственного магнитного поля, напоминающего земное. Но такое поле должно быть значительно более напряженным, чем земное - настолько же более напряженным, насколько оно меньше. Диаметр Земли - 12000 километров. Диаметр обитаемого отсека, который должен быть защищен полем - 12 метров. Разница в миллион раз. Реализуемо... но может быть более опасным для экипажа, чем радиационное поражение. Да, такое магнитное поле притянет все железоникелевые микрометеориты в радиусе нескольких километров от корабля - создаст так называемую 'сферу захвата' - название для пучка траекторий, который приводит к столкновению с кораблем. Без поля она соответствовала бы размеру корабля. С - увеличивает его в несколько раз. Еще вариант - можно создать внутри поля для экипажа 'клетку Фарадея', но только для магнитного поля - замкнутую емкость из сверхпроводника. Или систему создания локального противополя, что, в принципе, то же самое. Как известно, сверхпроводник 'выталкивает' из своей массы линии (ну, это образное выражение, на самом дел физических 'линий' нет, есть направление - 'вдоль линии' и напряженность - 'густота линий') магнитного поля, так что внутри замкнутой коробки из сверхпроводника никакого поля, ни магнитного, ни электрического не будет. То есть от солнечного ветра (от ионной его составляющей, с гамма - излучением - увы) нас защитит магнитный щит, а от вредного воздействия магнитного щита - сверхпроводник. Но от магнитного поля такой интенсивности, какая нужна чтобы блокировать солнечный ветер так же эффективно как земное магнитное поле на сегодня нельзя защититься. Сверхпроводник удерживает магнитное поле от проникновения внутрь себя создавая в себе противоток. Есть определенная плотность тока, превышение которой разрушает состояние сверхпроводимости. А тогда вся энергия, которая нормально 'проскакивает' сверхпроводник будет выделена на нем (точнее на его подложке -высокотемпературный сверхпроводник в нормальном состоянии проводит ток значительно хуже меди или серебра, поэтому в промышленном использовании волокна сверхпроводника заключают в медную матрицу) в виде тепла. Поскольку поле велико - то и противотоки в сверхпроводнике, а значит и тепловыделение при разрушении сверхпроводимости будут огромны - эквивалентны взрыву сверхпроводника с массовой эффективностью тротиловой шашки. То есть пока - тупик. Долететь можно... но никому не нужно, дорого, и наверняка убьет экипаж по дороге.

 

 

 

 

КОСМОНАВТИКА

В своих мечтах, отраженных в сказках, легендах, фантастических романах, человечество издавна стремилось в космос; об этом свидетельствуют и многочисленные (как правило, неосуществимые) изобретения прошлого. И только с развитием научно-технического прогресса и успехами научно-технической революции в XX в. возникла возможность воплощения этих мечтаний в действительность. В 1903 г. в одном из русских журналов появилась статья «Исследование мировых пространств реактивными приборами». Ее автором был учитель из Калуги К. Э. Циолковский. В своей работе Циолковский впервые обосновал возможности межпланетных полетов с помощью ракеты. После этого у великого ученого было еще много удивительных прозрений, сделано много расчетов, дерзких проектов, давших их автору право называться основоположником теоретической космонавтики.

В 1929 г. издает свою книгу «Завоевание межпланетных пространств» еще один замечательный самоучка — Ю. В. Кондратюк. В этой работе было много оригинального. В ней изобретатель разрабатывал теорию межпланетного полета с заправкой кораблей на искусственных спутниках планет, предлагал интересную схему полета на Луну и многое другое. С работами Циолковского Кондратюк познакомился после того, как сделал свои изобретения. Это было как откровение. «Я каждый раз удивляюсь сходству нашего образа мыслей», — пишет Кондратюк в Калугу.

Но, как известно, теория без практики мертва. Это понимали энтузиасты во многих странах. Несколько десятков патентов на изобретения в области ракетной техники получает в 20—30-х гг. XX в. американский ученый Р. Годдард, в это же время опыты с жидкостными ракетными двигателями проводит в Германии профессор Г. Оберт. Напряженно работают над воплощением теории в жизнь и на родине Циолковского.

12 декабря 1930 г. в газете  «Вечерняя Москва» появилось объявление: «Ко всем, кто интересуется проблемой межпланетных сообщений...» Это объявление ознаменовало создание Группы изучения реактивного движения (ГИРД). Ее руководителями стали энтузиасты ракетной техники Ф. А. Цандер и С. /7. Королев. Результаты их подвижнической работы не заставили себя долго ждать. В 1933 г. была запущена первая советская жидкостная ракета. В этом же году в стране создается Реактивный научно-исследовательский институт (РНИИ).

В конце 50-х гг. С. П. Королев возглавляет уже большой коллектив, создающий мощные ракеты. И вот наступило 4 октября 1957 г. — день начала космической эры. «Он был мал, этот самый первый искусственный спутник нашей старой планеты, но его земные позывные разнеслись по всем материкам...» — вспоминал потом Главный конструктор С. П. Королев.