Города на орбите

Как бы то ни было, Циолковский не только первым описал долговременное поселение в космосе, но и первым подвел под это описание научную и техническую базу. Он сделал расчет содержания кислорода в воздухе при пониженном давлении, описал системы терморегуляции и многое другое. На этом Циолковский не остановился – он предлагал объединять описанные им орбитальные поселения в более крупные конструкции, населенные сотнями тысяч (!) человек.

Такой вклад Циолковского был оценен по достоинству – впоследствии Александром Беляевым был написан роман о первой советской космической станции, получившей имя «Звезда КЭЦ» (название станции, как нетрудно догадаться, образовано от инициалов К. Э. Циолковского).

Но Циолковский, хотя и был «первопроходцем» в описании орбитальных поселений, не был единственным разработчиком подобных проектов. Чуть позже – в 1923 и 1929 годах – в Германии увидели свет работы Германа Оберта, в которых рассматривался проект создания космической станции, пусть и гораздо более скромных размеров, нежели орбитальные города Циолковского. Примерно в тоже время Герман Нордунг (настоящая фамилия – Поточник) предложил проект орбитальной станции, в которой создается искусственная сила тяжести. Имеющая тороидальную форму (проще говоря – бублика), станция вращалась вокруг оси, создавая центробежную силу. «Отшлифовал» эту схему Вернер фон Браун, окончательно сформулировавший концепцию тороидальной космической станции в 1951 году.

Но до реализации их планов – даже в самом первом приближении – было еще далеко…

В конце 50-60 годах в США велась активная работа по созданию проектов орбитальных станций. От концепции тороидальных станций конструкторы отказались – это было хотя и соблазнительно, но технически сложно осуществимо, да и вопрос о создании станций, рассчитанных на долговременное пребывание большого количества персонала, у американцев пока не возникал – для начала нужно было накопить данные о воздействии условий космического пространства на человека. Тем не менее, проектов было предложено огромное множество – от маленькой четырехместной станции «Outpost» до 18-местной станции «LORL».

Первой орбитальной станцией США стала станция «Skylab», запущенная 14 мая 1973 года. Назвать ее постоянной было нельзя – за более чем шесть лет своего существования (затоплена в Индийском океане 9 июля 1979 года) «Skylab» приняла лишь три экспедиции (максимальный срок пребывания – 84 дня).

Кстати, с американской станцией «Skylab» связан один интересный факт. Было зарегистрировано, что после запуска станции концентрация электронов в ионосфере уменьшилась на 50% на площади 1 млн. квадратных километров. Так в лексиконе ученых появилось понятие «Skylab-эффект». Уточненные данные позволили установить, что ракета-носитель «Сатурн-5» «высверлила» в земной ионосфере «окно» диаметром 1800 км, которое затянулось лишь через полтора часа. Впоследствии ученые подсчитали, что запуск в течение короткого времени 125 ракет такого класса может привести к уничтожению всего озонного слоя Земли, и жизнь на планете прекратится.

Параллельно – с начала 1970 года – в NASA велась работа над проектом станции «Space Base», рассчитанной на 50 человек и 10 лет эксплуатации. Впоследствии ее предлагалось превратить в космический отель на 400 человек. Реализован проект не был.

Также велись работы по проекту станции «Freedom», которая должна была строиться совместно с европейскими странами и Японией. Но денег не хватало, разногласия усиливались – и в 1991 году был предложен усеченный вариант станции, получившей имя «Fred». Однако и ей не было суждено подняться на орбиту…

В СССР создание орбитальных станций было важным приоритетом развития космонавтики. Еще в 1962 году Королев задумывался над созданием космических оранжерей и ферм, над созданием сверхдолговременного орбитального пояса и «запасных баз-спутников» для обеспечения функционирования космических кораблей. И решать с помощью станций предлагалось огромное количество проблем, главной из которых было изучение вопросов о длительном нахождении (от года и более – сравните с американскими 84 днями) и работе в невесомости. Орбитальные станции понимались как форпост для дальнейшего освоения космического пространства.

Но основные средства находились в руках военных – а, как известно, кто платит, тот и заказывает музыку… Еще 23 июня 1960 года Королев предложил проект военной космической станции. Предполагалось, что она будет бороться с вражескими космическими кораблями и баллистическими ракетами (в «мирное время» на станции должны были проводиться научные эксперименты и наблюдения).

К концу 60-х в СССР был разработан целый ряд проектов орбитальных станций – «ТОС» (она же «ТКС» – тяжелая орбитальная (космическая) станция), где уже планировалось применить для выработки энергии ядерный реактор, МКБС (многоцелевая космическая база-станция) – с возможностью оснащения лучевым оружием (!).

16 января 1969 года на орбите была произведена стыковка космических кораблей «Союз-4» и «Союз-5» – так была создана экспериментальная станция «Союз». Правда, просуществовала она недолго – всего лишь 4,5 часа, после чего корабли разделились и вернулись на Землю. Возвращавшийся на «Союзе-5» Борис Волынов едва не погиб – от спускаемого аппарата не отделился приборный отсек, и аппарат начал неконтролируемо вращаться. К счастью, некоторое время спустя отсек отошел, спускаемый аппарат стабилизировался, и Волынов благополучно приземлился.

В 1967 году был принят проект орбитальной станции «Алмаз», разработанной КБ В. Челомея. Маленькая двух- или трехместная станция должна была выполнять, в первую очередь, разведывательные функции, ведя фотосъемку и радиолокационную разведку с орбиты.

Интересной особенностью станции «Алмаз» было то, что она имела систему самообороны – 23-миллиметровую автоматическую пушку, которая была предназначена для отражения атак вероятного противника (в США в то время активно разрабатывались всякого рода орбитальные перехватчики и истребители). Система обороны получила название «Щит-1» (впоследствии ее сменит система «Щит-2», представляющая собой два реактивных снаряда «космос-космос»).

19 апреля 1971 года в космос поднялась долговременная орбитальная станция «ДОС-1» (несколько измененный вариант станции «Алмаз»). Правда, станция «ДОС» более известна под другим именем – «Салют-1». К сожалению, со станцией «Салют-1» связаны и трагические события – именно при возвращении с нее в полном составе погиб экипаж корабля «Союз-11» (В. Волков, В. Пацаев, Г. Добровольский).

Но как бы то ни было, именно станции серии «Салют» («ДОС») оставались «советским форпостом» в космосе до 1986 года, когда на консервацию была поставлена последняя станции серии – «Салют-7» (7 февраля 1991 года станция «Салют-7» в связке с кораблем «Космос-1686» сошла с орбиты и сгорела в атмосфере).

20 февраля 1986 года на орбиту был запущен базовый блок новой космической станции «Мир». Станция была рассчитана на 8 лет эксплуатации – однако, как это не раз случалось, по запасу прочности значительно превзошла проектные характеристики: даже в 1999 году (то есть через 13 лет после ввода станции в работу) специалисты признавали, что ресурс станции выработан лишь на 50%.

Станция «Мир» стала поистине прорывом в области строительства и эксплуатации орбитальных станций. В процессе создания станции разработано более 600 новых технологий, за годы существования станции на ней было проведено около 17 тысяч научных экспериментов, приняты десятки экспедиций, в том числе и с участием иностранных специалистов из многих стран мира… О масштабах работ по программе «Мир» говорят несколько цифр – на станции было размещено научное оборудование производства 27 стран мира, и даже в конце 90-х над этой программой было занято около 100 тысяч специалистов высочайшей квалификации.

История станции «Мир» завершилась 23 марта 2001 года, когда станция была сведена с орбиты и затоплена в Тихом океане.

К счастью, для российских специалистов все же нашлось дело. Новым полем приложения их усилий стала работа над созданием Международной космической станции «Альфа».

Идея создания МКС «Альфа» возникла в начале 90-х годов. В течение нескольких лет директор НАСА Дэниел Голдин «бомбардировал» руководство США требованиями о выделении средств на разработку и строительство МКС (до 2,1 млрд. долларов в год в течение семи лет). Но выделение средств Конгресс США санкционировал лишь после того, как на участие в программе строительства МКС согласилась Россия. А действительно международным проект стал после присоединения к нему Европейского космического агентства, Канады и Японии.

То, что именно участие в проекте России стало решающим фактором, вполне объяснимо – именно в нашей стране накоплен колоссальный опыт разработки, строительства и обслуживания орбитальных станций, равного которому не имеет ни одна страна мира.

Общий внутренний объем станции после окончательной сборки на орбите составит 1217 кубометров, масса – 377 тонн (из них 140 тонн – российские, а 37 тонн – американские компоненты). Планируемое время работы станции на орбите – 15 лет. Согласно первоначальным планам, для «заброски» на орбиту всех узлов и модулей станции потребуется 28 запусков американских «шаттлов», 17 запусков тяжелых российских ракет-носителей «Протон» (плюс 29 стартов российских аппаратов «Союз» и «Прогресс» для доставки экипажа и оборудования) и… всего лишь один запуск европейской ракеты-носителя «Ариан-5». Эти цифры лишний раз свидетельствуют о том, кто играет решающую роль в создании и обеспечении работы Международной космической станции.

Хотелось бы надеяться на то, что создание МКС «Альфа» станет лишь первым шагом на пути строительства все новых и новых космических станций… Ведь, по словам Д. Голдина, мир от создания МКС уже выиграл: «Совместная работа дает основу для взаимопонимания. Когда лучше понимаешь других людей, пропадает желание запустить против них ракеты».

Создание орбитальных станций требует большого числа ракетных запусков. Но, как уже было отмечено выше, ракетные пуски – вещь весьма небезопасная. Например, один запуск американского «шаттла» уничтожает 10 миллионов тонн озона (для уничтожения всего озонового слоя Земли достаточно 300 запусков «шаттлов» в течение короткого времени). Российские носители, использующие другое горючее, намного «чище» – например, воздействие ракеты-носителя «Энергия» на окружающую среду в 7 тысяч раз (!) ниже, чем воздействие американской системы «Shuttle», – однако тоже не безвредны.

Кроме того, КПД ракет, при всем их техническом совершенстве, до обидного низок – у основной их массы они ниже, чем у паровоза. Отсюда высокая стоимость каждого выведенного на орбиту килограмма полезного груза. Но есть ли альтернатива привычным одноразовым ракетам и многоразовым челнокам? Оказывается, есть.

В середине 60-х годов ленинградский инженер Юрий Арцутанов предложил концепцию, получившую название «космический лифт», которая была популяризована английским писателем Артуром Кларком в романе «Фонтаны рая».

Вкратце суть «космического лифта» сводится к следующему: на геостационарной орбите высотой в 36 тысяч километров (станция или спутник, находящиеся на этой орбите, жестко «привязаны» над одним участком земной поверхности) размещается постоянная станция, с которой на Землю спускается трос. По этому тросу между Землей и станцией перемещаются грузовые и пассажирские кабины, доставляющие на орбиту полезные грузы и людей. Конечно, кабина будет путешествовать отнюдь не со скоростью ракеты, и путь от Земли до станции может занять несколько дней, но такой способ доставки чрезвычайно дешев и удобен.

Однако на пути реализации концепции возникло препятствие – ни один из известных материалов не был достаточно прочен, чтобы из него можно было изготовить трос такой колоссальной длины (он рвался бы под собственной тяжестью). Проблема казалась неразрешимой до недавнего времени. Но несколько лет назад американские инженеры предложили революционный материал – так называемые углеродные нанотрубки. Они чрезвычайно прочны и практически невесомы – это мог бы быть идеальный материал для изготовления троса космического лифта. Предполагается, что «плести» трос будет специальный робот-«паук», который начнет свою работу со станции, находящейся на геостационарной орбите.

К сожалению, первые испытания робота (пока наземные) завершились неудачей. Однако это вряд ли остановит разработчиков – ведь космический лифт может произвести самую настоящую революцию в освоении космоса. И тогда звезды станут к нам чуть-чуть ближе…