Программа «Союз-Апполон»
В 1970 г. директор НАСА Т. Пейн обратился к президенту Академии наук СССР М. Келдышу с предложением провести совместный пилотируемый полет советского . и американского космических кораблей. Советская сторона сразу же дала свое согласие.
Центр управления полетами в Хьюстоне во время миссии «Союз-Аполлон»
На подготовку такого полета ушло несколько лет. Прежде чем это стало возможно, советским и американским конструкторам-пришлось решить целый комплекс проблем по совместимости двух кораблей. При создании как «Аполлона», так и «Союза» подобные совместные полеты даже не планировались. Системы жизнеобеспечения на обоих кораблях кардинально различались — на «Аполлоне» была атмосфера из чистого кислорода под пониженным давлением, тогда как на «Союзе» она была сходна с земной. Также предстояло разработать новый стыковочный агрегат, чтобы два корабля могли состыковаться в космосе. Чтобы космонавты и астронавты могли перемещаться между кораблями, конструкторы создали специальный переходный отсек длиной 3 м, который выводил на орбиту «Аполлон». Чтобы избежать декомпрессии из-за разницы в давлении на кораблях, экипажи, покинув свой корабль, проводили в этом отсеке около 3 часов, прежде чем перейти к соседям.
15 июля 1975 г. с космодрома Байконур стартовал космический корабль «Союз-19» с космонавтами А.А. Леоновым и В.Н. Кубасовым на борту. В тот же день с мыса Канаверал в космос отправился «Аполлон», в экипаж которого вошли астронавты Т. Стаффорд, В. Бранд и Д. Слейтон. Спустя двое суток, 17 июля корабли состыковались, образовав орбитальную станцию. «Союз-Аполлон». Станция просуществовала 2 дня, в течение которых экипажи совершили 4 перехода между кораблями. 19 июля корабли расстыковались, потом ненадолго состыковались повторно, а затем по отдельности вернулись на Землю.
Космонавт А.А. Леонов и астронавт Д. Слейтон в космическом корабле «Союз»
Совместный советско-американский полет заложил основы международного сотрудничества в космосе, которое затем развилось в программу «Мир-Шаттл» и сегодня продолжается на международной космической станции.
Универсальный стыковочный агрегат
Использовавшиеся на «Союзе» и «Аполлоне» стыковочные агрегаты были не только выполнены по активно-пассивной схеме, но и являлись несовместимыми меж собой. При такой конструкции на двух совместимых аппаратах, стоят разные стыковочные агрегаты: один так называемый «активный», или «штырь», а второй — «пассивный», или «конус». В рамках решения проблемы стыковки советские ученые разработали универсальный, или андрогинный стыковочный агрегат АПАС-75, который с некоторыми модификациями используется до сих пор, в том числе и на МКС. В отличие от предыдущих агрегатов, при необходимости обе стороны АПАС могли выполнять активную или пассивную роли.
Институт космических исследований АН СССР. Член Комитета безопасности космических полетов при администрации НАСА Чарльз Харрингтон осматривает летный образец стыковочного агрегата для космических кораблей «Союз» и «Аполлон»
Что такое АМС, их задачи
Кроме этого АМС должны:
АМС занимаются фотографированием, сканированием рельефа. Также проводят измерения температуры, радиации, изучают магнитное поле космического объекта, сейсмические показатели. Исследуют химический состав атмосферы, грунта, межпланетного пространства.
Конструкция АМС
С развитием научно-технического прогресса происходит постоянное усовершенствование АМС. Эти устройства достаточно сложные и многофункциональные, ведь им приходится работать в непростых условиях нашей необъятной Вселенной. Каждый космический аппарат перед запуском проходит ряд испытаний.
Конструкции у некоторых видов АМС разные, но в основном они имеют много общего. Чтобы маневрировать в космическом пространстве, все они оснащаются ракетной двигательной установкой. Для всевозможных исследований оборудуются приборами, таким как телескоп, радар, лазер, спектрометр и др. Имеют полезную нагрузку (научно-исследовательские приборы) и средства вспомогательные (платформа АМС или служебная система).
В качестве источника питания, как правило, используются солнечные батареи или термоэлектрические радиоизотопные аккумуляторы. При сбоях в поставке электроэнергии, запас восполняется с помощью специальной аккумуляторной батареи. На АМС имеется приборный отсек, в котором находятся всевозможные приборы. Здесь поддерживается определенная температура. Это необходимо для бесперебойной работы оборудования и находящихся там устройств.
Для того чтобы предотвратить беспорядочное вращение космического аппарата и обеспечить правильную его ориентацию во время полета ученые используют гиродин. Он помогает корректировать ракетные двигатели. Именно они способствуют ускорению или торможению станции во время ее полёта.
Также на борту АМС есть разные виды антенн, с помощью которых осуществляется радиосвязь. Более современные и мощные межпланетные станции, которые есть на вооружении лишь у немногих стран мира, в том числе и России, имеют модульную конструкцию. Прибывая до места исследования, они сбрасывают на поверхность космические исследовательские аппараты, а часть, которая остается на орбите, выполняет функцию радиоретранслятора – связного устройства, соединяющего несколько радиопередатчиков, которые отдалены друг от друга на большие расстояния.
Конструкция АМС «Вега-1» и «Вега-2» Источник
Связь во время полетов
Связь с космическими аппаратами поддерживается с Земли. На борту АМС находятся бортовые компьютеры, с помощью которых происходит управление объектом. Все собранные данные передаются при помощи двунаправленной радиосвязи. Именно ее наличие позволяет управлять АМС на дистанции. А каналом для передачи являются частоты в радиодиапазоне. Ученые постоянно работают над процессом ускорения передачи данных, так как станции выполняют свои задачи на достаточно отдаленных расстояниях. Для этого предполагают использовать лазеры, которые улучшат межпланетную связь.
Траектория межпланетных перелетов
После того как космический зонд покидает просторы земного пространства, он выходит на орбиту. По форме она близка к той, по которой вокруг Солнца вращается Земной шар. Чтобы совершить межпланетный перелет АМС требуется большое количество энергии. Для ее экономии станции двигаются по гомановской траектории. В небесной механике она представляет собой орбиту эллиптической формы, которая используется для перехода между двумя орбитами, расположившимися в одной плоскости. Чтобы совершить маневр работе двигателя нужно 2 импульса. Один – чтобы войти на гомановскую траекторию, второй – чтобы сойти с нее. Свое название траектория получила в честь ученого из Германии Вальтера Гомана, который в 1925 году описал ее в своей работе.
Чтобы более точно измерить траекторию полета АМС с поверхности Земного шара используют наземные станции и метод радиоинтерферометрии со сверхдлинной базой (РСДБ). Этот метод позволяет объединить наблюдения из нескольких радиотелескопов, расположившихся на большом расстоянии друг от друга (как правило, на разных континентах).
Дополнительно измерение траектории полета происходит с помощью радиоизлучения квазара, расположившегося максимально близко к направлению на автоматическую космическую станцию. Например, чтобы определить траекторию полета станции «Экзомарс-2016» использовали радиоизлучение от квазара P1514-24.
Очень короткий путь
В середине 2010-х Роскосмос перешел на более совершенную ракету-носитель «Союз-2.1» с цифровой системой управления (до этого использовались «Союзы-ФГ» с аналоговой). Благодаря усовершенствованию параметры полета ракеты стали значительно более точными, и необходимость в дополнительных расчетах в космосе отпала. Поэтому космический корабль с низкой околоземной орбиты выходил сразу на орбиту МКС за два витка и три часа. Также это давало значительную экономию топлива.
Однако это добавило работы баллистикам, рассчитывающим траекторию полета. Если для двухсуточной схемы фазовый угол составлял 150 градусов, то для двухвитковой — всего шесть. Сблизиться с МКС в таких условиях становится довольно сложно — в случае ошибки в расчетах придется переходить на двухсуточную схему. Кроме того, для реализации короткого полета приходится корректировать орбиту самой станции.
Модуль «Наука» с роботизированной рукой ESA, модуль «Причал» и пристыкованный к нему «Союз МС-23». Фото: NASA
Впервые двухвитковую схему полета отработали на корабле «Прогресс МС-09» в июле 2018 года. Он добрался до МКС всего за 3 часа 40 минут. Первым пилотируемым кораблем, долетевшим до МКС за два витка, стал «Союз МС-17» в октябре 2020 года: с момента старта до стыковки прошло лишь 3 часа 3 минуты. Благодаря столь быстрому полету космонавты переживают острую фазу адаптации к невесомости уже в комфортных условиях МКС.
Второе поколение
После СССР космическую станцию запустили Соединенные Штаты
Америки — американская станция Skylab находилась на околоземной орбите с 14 мая
1973 по 11 июля 1979 года. На станции побывали три экспедиции. В отличие от «Салютов»,
Skylab имела огромный внутренний объем, предоставляя практически неограниченную
свободу передвижений.
Со станцией «Мир» утонула эпоха. ФОТО
Советский Союз учел ошибки тесных «Салютов», построив на базе
уже отработанной технологии первую модульную станцию — «Мир». После завершения
сборки на орбите аппарат весил около 140 тонн — этот рекорд побила только МКС.
С 1986 по 2001 год на станции побывали 104 космонавта и астронавта из 11 стран.
На «Мире» было установлено несколько мировых рекордов, например,
рекорд по времени непрерывного пребывания человека в космическом полете. Россиянин
Валерий Поляков провел на орбите 437 суток 17 часов 59 минут в течение одного
полета. А космонавт Сергей Авдеев прожил на станции 747 суток 14 часов 12 минут
за три полета.
Причины создания национальной космической станции
Евгения Дрожащих: Борьба за мир в космосе: о подходах России и США по предотвращению гонки космических вооружений
У читателей может возникнуть вопрос — для чего Россия строит свою собственную орбитальную станцию? Это весьма дорогостоящее предприятие, которое может создать настоящую «дыру» в бюджете, особенно на фоне текущих военных затрат. Также этот проект требует использования самых современных технологий, потому что старые решения и конструкции уже не отвечают требованиям нашего времени. Кроме того, Россия заявила, по словам главы «Роскосмоса» Юрия Борисова, о выходе из МКС после 2028 г. — это означает резкое сокращение международных контактов по вопросам космических полетов, а значит и замедление развития. Рассмотрим эти вопросы.
Начнем с причин выхода России из проекта Международной космической станции. Срок эксплуатации МКС продлен до 2030 г., далее станция будет затоплена в Тихом океане. МКС, начав свою работу в 1998 г., в 3–4 раза превысила гарантийный срок (изначально МКС планировалось эксплуатировать до 2013 г.). За время работы станции ее техническое состояние сильно ухудшилось. Конечно, многое на МКС чинят и заменяют — например, в апреле 2022 г. установили солнечные батареи, которые увеличили выработку электроэнергии на 34%, но изначально в проекте МКС не было предусмотрено многократных замен модулей. В целом ремонт космической станции может иметь смысл только в двух случаях — если стоимость ремонта не превышает стоимости строительства новой станции и если станция самоокупается. Сейчас МКС не отвечает ни одному из этих требований. Следовательно, отпадает необходимость эксплуатировать станцию, если на ней нельзя работать и если ее нельзя контролировать.
Дискуссия о затоплении МКС содержит два ключевых вопроса. Во-первых, после закрытия проекта человечество может потерять возможность в принципе пребывать и работать в космосе. У МКС нет и не планируется аналогов, в то же время единственной действующей орбитальной станцией, кроме МКС, является китайская «Тяньгун», на которой, однако, находятся только китайские космонавты, что обусловлено китайкой политикой. Следовательно, затопление МКС без создания как минимум подобной по функциям станции грозит не только двадцатилетней паузой [] в длительных пилотируемых космических полетах, но и постепенной потерей навыков, необходимых для возобновления космических миссий. Такое вполне возможно. Например, некоторые исследователи полагают, что астронавты США больше не летают на Луну (последняя миссия состоялась в 1972 г.) в том числе из-за того, что технология такого полета устарела или утеряна (на протяжении долгого времени после 1972 г. США реализовывали многие другие космические проекты, которые были одновременно более целесообразными и менее затратными, поэтому представляется вполне логичным, что новый полет на Луну перестал рассматриваться как потенциальный проект). В результате ряд проектов по исследованию космоса придется заморозить на долгое время или совсем закрыть.
Во-вторых, важным вопросом является само решение о затоплении. МКС сконструирована таким образом, что все страны, участвующие в проекте, вносят свой вклад в его функционирование. Следовательно, решения принимаются коллегиально, и наибольшее значение, конечно, имеют голоса России и США, потому что эти государства обеспечивают большую часть работы МКС: США обеспечивают подачу электричества и управление ориентацией станции, а российские грузовые корабли «Прогресс» регулярно выводят ее на заданную орбиту, как только фиксируется отклонение от нужного курса под воздействием земной гравитации. Эти же корабли «Прогресс» и будут использованы для направления станции в установленный район в Тихом океане после заблаговременного понижения орбиты станции.
Космический корабль «Буран»
Когда в 1971 г. в США началась разработка МТКК «Спейс шаттл», стало понятно, что Советский Союз должен иметь такой же аппарат.
Начиная с 1965 г. конструктор Г.Е. Лозино-Лозинский вел работы над орбитальным самолетом «Спираль», однако теперь этот проект не мог конкурировать с американским кораблем. Работы по нему закрыли, и Лозино-Лозинскому предстояло создать более совершенный многоразовый транспортный космический корабль — «Буран». Первый аппарат был построен к 1984 г.
«Буран» на ракете-носителе «Энергия» в ангаре перед выдвижением на старт
Внешне советский МТКК получился очень похожим на своего американского собрата, однако между ними были существенные различия. «Буран» был намного более безопасен. При аварии ракеты-носителя во время вывода на орбиту он мог автоматически отделиться от ракеты-носителя и вернуться на Землю. Если нештатная ситуация произошла бы при приземлении, пилоты могли катапультироваться. На «шаттлах» такой возможности предусмотрено не было. Американский корабль садился с выключенными двигателями и на ручном управлении, тогда как «Буран» был оснащен посадочными тормозными двигателями и мог приземляться в автоматическом режиме. РН «Энергия», выводившая советский МТКК на орбиту, стала одной из самых мощных ракет в мире, по грузоподъемности она в 5 раз превышала параметры «Протона».
Она состояла из двух ступеней: четырех боковых блоков, которые после выработки горючего опускались на парашютах на землю, и несущего блока, на который крепилась полезная нагрузка. РН «Энергия» могла использоваться для выведения на орбиту сверхтяжелых грузов, в том числе межпланетных пилотируемых кораблей для запланированных советских экспедиций на Луну и Марс.
Единственный полет «Бурана»
В ноябре 1988 г. советский МТКК «Буран» совершил первый беспилотный полет в космос. Аппарат стартовал с космодрома Байконур, вышел на орбиту Земли, совершил один виток и благополучно приземлился на специальный аэродром Юбилейный. Космонавты, прошедшие все этапы подготовки, готовились к следующему, уже пилотируемому полету, но в 1990 г. работы по программе «Энергия — Буран» были остановлены. Спустя 3 года российское правительство отказалось от использования «Бурана».
К этому времени на Байконуре к полету были полностью готовы 2 комплекса «Буран-Энергия», и еще 3 корабля и ракеты-носителя в разной степени готовности находились на заводских стапелях. Последняя надежда на возобновление уникальной программы исчезла в 2002 г., когда был распущен отряд космонавтов «Бурана», все эти годы ждавших полета в космос на своих кораблях.
Путь покороче
Нужно отметить, что еще во время первых полетов к орбитальным станциям, советские инженеры придумал односуточную схему сближения. Однако она оказалась не идеальной: дело в том, что примерно через пять часов проходит эйфория от пребывания в невесомости, а концу первых суток наступает острая фаза адаптации. Координация движений сильно ухудшается, и проводить стыковку в ручном режиме становится опасно. Поэтому такую схему применять не стали.
Вообще же, самое короткое время между стартом и стыковкой составляет всего 47 минут. И этот рекорд установили еще в 1968 году аппараты «Космос-212» и «Космос-213». Правда, их «состыковать», конечно, значительно проще. Спутники запускали навстречу друг друга, подгадывая так, чтобы их орбиты пересеклись. Поэтому они оказывались на близком расстоянии и быстренько стыковались.
Однако инженеры продолжали думать над тем, как бы доставить космонавтов на МКС поскорее — еще до ухода корабля на «глухой» пятый виток. Так появилась четырехвитковая схема, и время в пути сократилось с 50 до шести часов!
При двухсуточной схеме много времени тратится на расчеты орбиты в космосе. Теперь предварительные вычисления стали делать на Земле, а космический корабль запускался сразу на орбиту фазирования. Там в течение нескольких витков в расчеты вносились необходимые корректировки, чтобы обеспечить безопасную стыковку. В случае каких-то проблем корабль мог уйти на привычную двухсуточную схему.
Новый подход испытали на грузовых «Прогрессах» в 2012 и 2013 годах, а уже в марте 2013-го Павел Виноградов, Александр Мисуркин и Кристофер Кэссиди долетели до МКС за шесть часов. Затем появились модернизированные корабли «Союз МС», и такие полеты стали привычным делом.
«Союз ТМА-08М» — первый корабль, полетевший к МКС по короткой шестичасовой схеме — после отстыковки от станции. Фото: NASA
Но такая схема оказалась очень утомительной для космонавтов. У них больше не было «глухих витков» для отдыха, а от подъема до стыковки проходило 16–18 часов, из них — в скафандре. Поэтому время полета решили сократить еще больше. Этому помогло и развитие техники.
Строение станции
В основу устройства станции заложен модульный принцип. Сборка МКС происходит путём последовательного добавления к комплексу очередного модуля или блока, который соединяется с уже доставленным на орбиту.
Каждый модуль имеет свою определенную функцию: например исследовательскую, жилую или приспособлен под хранилище.
Общее устройство МКС
На данной схеме показаны все основные, а также второстепенные модули, являющиеся частью станции (закрашенные), а планируемые для доставки в будущем — не закрашены.
Расположение модулей относительно друг друга часто меняется.
Модули МКС
| ОСНОВНЫЕ МОДУЛИ МЕЖДУНАРОДНОЙ КОСМИЧЕСКОЙ СТАНЦИИ | УСЛОВНОЕ ОБОЗНАЧЕНИЕ | СТАРТ | СТЫКОВКА |
|---|---|---|---|
| Функционально-грузовой блок «Заря» | ФГБ | 20.11.1998 | — |
| Соединительный модуль «Юнити» | NODE1 | 04.12.1998 | 07.12.1998 |
| Служебный модуль «Звезда» | СМ | 12.07.2000 | 26.07.2000 |
| Лабораторный модуль «Дестини» | LAB | 08.02.2001 | 10.02.2001 |
| Шлюзовая камера «Квест» | A/L | 12.07.2001 | 15.07.2001 |
| Стыковочный отсек «Пирс» | СО1 | 15.09.2001 | 17.09.2001 |
| Соединительный модуль «Гармония» | NODE2 | 23.10.2007 | 26.10.2007 |
| Лабораторный модуль «Коламбус» | COL | 07.02.2008 | 12.02.2008 |
| Грузовой модуль (1-й доставленный элемент модуля «Кибо») | ELM-PS | 11.03.2008 | 14.03.2008 |
| Научно-исследовательский модуль «Кибо» | JEM | 01.06.2008 | 03.06.2008 |
| Малый исследовательский модуль «Поиск» | МИМ2 | 10.11.2009 | 12.11.2009 |
| Жилой модуль «Транквилити» | NODE3 | 08.02.2010 | 12.02.2010 |
| Обзорный модуль «Купола» | cupola | 08.02.2010 | 12.02.2010 |
| Малый исследовательский модуль «Рассвет» | МИМ1 | 14.05.2010 | 18.05.2010 |
| Многофункциональный модуль «Леонардо» | РММ | 24.05.2010 | 01.03.2011 |
| Испытательный модуль | BEAM | 10.04.2016 | 16.04.2016 |
Средства связи
МКС оборудована внутренними и внешними многоцелевыми коммуникационными системами.
Передача параметров станции и обмен научными данными между станцией и центрами управления полётом осуществляется с помощью радиосвязи.
Кроме того, средства радиосвязи используются во время операций по сближению и стыковке, их применяют для аудио- и видеосвязи между членами экипажа и с находящимися на Земле специалистами по управлению полётом, а также родными и близкими космонавтов.
Станция оборудована примерно сотней портативных компьютеров. С января 2010 года на станции для американского сегмента организован прямой доступ в Интернет. Компьютеры на борту МКС соединены с помощью Wi-Fi в беспроводную сеть и связаны с Землёй.
Космические аппараты «Пионер» и «Вояджер»
Одной из самых амбициозных программ НАСА стало исследование отдаленных районов Солнечной системы, находящихся за поясом астероидов. Именно там проходят орбиты планет-гигантов, о которых к началу 70-х гг. XX в. было известно крайне мало.
Для исследования этих планет было построено две станции, «Пионер-10» и «Пионер-11», которые отправились в космос в 1972 и 1973 гг. «Пионер-10» стал первым аппаратом, который пересек пояс астероидов, пролетел мимо Юпитера и передал на Землю фотографии этой самой большой в нашей системе планеты. В 1973 г. станция приблизилась к Юпитеру на расстояние 132 тыс. км. Она подтвердила, что планета состоит из легких элементов — водорода, гелия — и не имеет твердой поверхности.
Большое красное пятно на Юпитере. Фотография «Вояджер-1», 1979 г.
К удивлению ученых, измерения показали, что планета отдает тепла в 2,5 раз больше, чем получает от Солнца. В следующем году мимо Юпитера пролетела станция «Пионер-11», которая передала на Землю более четкие снимки его облачного покрова. Но главной целью был Сатурн. Как и Юпитер, это гигантское небесное тело является газовой планетой, не имеющей твердой поверхности.
В 1979 г. «Пионер-11» пролетел на расстоянии 20 тыс. км от планеты, передал на Землю фотографии планеты и продолжил свой путь в дальний космос. Обе станции оставались на связи с Землей до конца XX в. Последний сигнал от «Пионера-10» был получен в 2003 г. Вскоре ученые обнаружили, что после выхода за орбиту Плутона скорость обеих АМС замедляется, а их траектории отклоняются в сторону Солнца. Этот феномен, который был назван «эффектом Пионера», объясняют воздействием собственного теплового излучения аппаратов, которое стало оказывать на них заметное влияние только при большом удалении от Солнца.
«Парад планет» в конце 70-х гг. XX в. создал уникальную возможность облететь все внешние планеты Солнечной системы, за исключением Плутона. С этой целью НАСА построило две одинаковых станции — «Вояджер-1» и «Вояджер-2», стартовавшие в 1977 г. Аппараты передали на Землю уникальные кадры движения облаков в верхнем слое атмосферы Юпитера. Оказалось, что он, как и Сатурн, имеет кольца, а на одном из его спутников — Ио, были обнаружены действующие вулканы. С интервалом в год станции пролетели мимо Сатурна. Они выяснили, что кольца планеты состоят не из нескольких крупных образований, а из тысяч узких колечек. «Вояджер-1» прошел вблизи Титана, единственного спутника в нашей системе с плотной атмосферой. Ученые установили, что атмосфера спутника состоит из азота.
Космический аппарат «Вояджер»
Затем «Вояджер-1» отправился за пределы Солнечной системы, а «Вояджер-2» взял курс на Уран и достиг этой гигантской газовой планеты в 1986 г. Станция сделала первые и единственные на сегодня снимки Урана с близкого расстояния и открыла 10 новых спутников планеты. Через 3 года «Вояджер-2» пролетел мимо Нептуна — четвертой по величине газовой планеты Солнечной системы, передав на Землю бесценные фотографии.