Орбитальные космические станции

Будкин Максим Алексеевич
11 класс МБОУ «Лорис-Меликовская СОШ»
Называевского МР, Омской области.
Руководитель: Ковтун Марина Ивановна
Орбитальные космические станции.
I Идея создания космических станций.
II Первая космическая станция «Салют-1»
III Космические станции «Салют»
IV Станция нового поколения «Мир»
1) Разработка проекта.
2) Запуск.
3) Модули - «Квант», «Кристалл», «Спектр», «Природа»
V Международная космическая станция.
«Человечество не останется вечно на Земле, но в погоне за светом и
пространством сначала робко проникнет за пределы атмосферы, а
затем завоюет себе все околосолнечное пространство».
I. Идея создания космических станций.
Орбитальная космическая станция представляет собой совокупность соединенных
(состыкованных) друг с другом элементов самой станции и комплекса ее средств,
предназначенные для долговременного пребывания людей на околоземной орбите с
целью проведения научных исследований в условиях космического пространства,
наблюдений за поверхностью и атмосферой планеты, астрономических наблюдений.
Все вместе они определяют ее конфигурацию.
Идея пилотируемой космической станции, предложенная К. Э. Циолковским,
начала находить свое воплощение в набросках аппаратов, предназначенных для
длительного пребывания человека в космическом пространстве, сделанных С.
П. Королевым еще до запуска первого ИСЗ. Впоследствии эти мысли влились в
исследования по теме «Союз». Королев предполагал в будущем реализовать эту
идею, но большая загруженность другими работами не позволила ему сделать
это. 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.
II Первая космическая станция Салют-1
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.
1
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 выключатели 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). Станция «Салют» разделена на три отсека.
1)Самый узкий – переходной отсек. Длина этого цилиндра 3 метра, диаметр 2 метра.
В его состав входит стыковочный узел, через который и космонавты, и грузы могут
попасть из корабля на станцию.
Переходный отсек – жилое помещение. Он герметичен, и в нем размещены
научная аппаратура, системы жизнеобеспечения и терморегулирования. Тут же
2
находится и пункт управления станции, а снаружи переходного отсека укреплены
солнечные батареи, антенны, телекамера и разные датчики. В отсеке «Салюта-1»
установлена астрономическая обсерватория «Орион», включающая зеркальный
телескоп диаметром 28 сантиметров, спектрографы и другие приборы. Шесть
иллюминаторов отсека позволяют вести наблюдения Земли и космоса.
2) Рабочий отсек состоит из двух цилиндров диаметрами в 2,9 метра и 4,2 метра,
соединенных усеченным конусом при общей длине в 9,1 метра. Здесь находится
множество приборов, обеспечивающих комфорт космонавтам. Отсюда, так же как и
с переходного отсека, можно управлять станцией и отдельными ее устройствами.
Сквозь любой из пятнадцати иллюминаторов видно все то, что происходит вне
станции.
3) За рабочим отсеком находится агрегатный отсек. Так как он предназначен для
размещения топливных баков и бортовых двигателей, нужды в герметизации нет.
Долговременная орбитальная станция (ДОС)-1 была запущена 19 апреля 1971 г.
под названием «Салют». «Салют-1» - это большая орбитальная научная станция,
оснащенная несколькими тоннами аппаратуры и приборов, включая телескопы,
спектрометры, электрофотометры и телевизионные установки. 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.
III Космические станции «Салют».
Разработка и использование орбитальных комплексов серии «Салют» — начало
полноценного исследования космического пространства, нашей планеты и нас
самих. Благодаря экспериментам, поставленным на станциях, было получено
большое количество материала, который в дальнейшем был использован для
развития различных отраслей промышленности, медицины, сельского хозяйства и
т.д. Был также получен огромный опыт по использованию орбитальных
3
пилотируемых комплексов, что в свою очередь привело к созданию и успешному
использованию станции нового поколения («Мир»).
Сейчас точную копию станции серии «Салют» можно увидеть в павильоне
«Космос» на ВВЦ (Всероссийский выставочный центр) в Москве.
Сама по себе эта станция не может ни взлететь, ни совершить посадку. Ее
выводят на околоземную орбиту, как огромный спутник. Однако в отличие от
обычных спутников станция «Салют» может работать не только в автоматическом,
но и в пилотируемом режиме. Масса станции «Салют» 19 тонн, длина – 16 метров,
площадь солнечных батарей – 63 квадратных метра, и объём внутренних помещений
– 100 кубических метров.
Каждая последующая модель станции из серии «Салют» имела новые устройства
и доработки, становилась более совершенной.
Так на «Салюте-3» были установлены подвижные панели солнечных батарей.
Какое бы положение в пространстве ни занимала станция, специальный механизм
постоянно ориентировал панели так, чтобы солнечные лучи падали на них
перпендикулярно. При таком положении панелей батареи дают наиболее мощный
ток, что обеспечивает наилучшее энергоснабжение станции.
На «Салюте-4» использовалась установка, дающая очень чистую воду из отходов
жизнедеятельности экипажа. Удалось хотя бы частично организовать на станции
замкнутый круговорот воды – первый шаг по осуществлению в «эфирных
поселениях» полностью замкнутых экологических циклов. Успешно работали две
шлюзовые камеры для отбросов. С помощью специальных устройств
«выстреливали» контейнеры с мусором так, что, снижаясь к Земле, они сгорали в
атмосфере. На «Салюте-5» работала электронно-вычислительная машина,
руководящая работой всех приборов станции без участия экипажа.
В 1977 году на орбиту была запущена станция «Салют-6». В отличие от своих
предшественниц эта станция имеет два стыковочных узла, благодаря которым
удалось создать на орбите сооружение из трех аппаратов – двух кораблей «Союз»
Новшеством на ней была баня. 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.
17 июня 1978 года корабль «Союз-29» с космонавтами В. В. Коваленко и А. С.
Иванченковым на борту пристыковался к временно пустовавшему «Салюту-6».
4
Начался
героический,
длительный
космический
орбитальный
полет,
продолжавшийся 140 суток! Для обеспечения нормальной работы космонавтов к
орбитальному комплексу «Союз-29» — «Салют-6» были посланы последовательно
три грузовых корабля: «Прогресс-2», «Прогресс-3», «Прогресс-4». Они доставили на
комплекс топливо, аппаратуру, расходуемые материалы и все необходимое для
нормальной жизнедеятельности космонавтов. Без грузовых космических кораблей
длительный 140-суточный полет был бы невозможен. Работа «Прогрессов»
уменьшает расходы, обеспечивает активную работу долговременных крупных
космических станций.
Полет станции «Салют-6», продолжавшийся 4 года 10 месяцев, был завершен 29
июля 1982 г. За это время станция совершила 27785 оборотов вокруг Земли. За
время существования станции было проведено большое число научно-технических
и медико-биологических экспериментов, был накоплен богатый опыт использования
долговременных космических станций. Всего на станции было принято 14
экспедиций с участием 28 космонавтов.
Станция «Салют-7» , выведенная 19 апреля 1982 г. на орбиту с наклонением 51,6
градуса, во многом похожа на «Салют-6», однако имеет и отличия от нее. Ряд
бортовых систем усовершенствован, созданы большие удобства для космонавтов,
обогащен приборный состав, субмиллиметровый телескоп в рабочем отсеке заменен
комплексом рентгеновской аппаратуры, автоматизированы процессы управления
служебной и научной аппаратурой.
IV Станция нового поколения «Мир».
1)Разработка проекта многоцелевого пилотируемого комплекса "Мир", а затем и
рабочее проектирование его базового блока – одноименной орбитальной станции с
шестью стыковочными узлами — начались в середине 1979 года.
Собственно корпус новой станции по сравнению с последним "Салютом"
изменялся мало. Абсолютно новым должен был стать лишь ее носовой переходный
отсек с одним осевым и четырьмя боковыми стыковочными узлами ("колобок").
Кроме того, очень существенно изменялась вся системная "начинка" станции "Мир"
— устанавливалась новая БЦВМ, новая система сближения "Курс", современная
система связи через спутник-ретранслятор, экономичные системы регенерации
воды, воздуха и т.д. Улучшались комфорт и интерьер новой станции.
Многоцелевой орбитальный пилотируемый комплекс "Мир" — закономерное и
логичное продолжение программ "Алмаз" и "Салют"
2)Успешный запуск на орбиту состоялся 20 февраля в 00 ч 28 мин 23 с 1986
года. Для выведения станции «Мир» на низкую опорную орбиту
использовалась ракета-носитель (РН) «Протон», стартовавшая с космодрома
Байконур.
3)Основное оборудование комплекса было тематически сгруппировано в
пяти специализированных модулях - "Квант" , "Квант-2" , "Кристалл" ,
"Спектр" и "Природа".
В результате открытого конкурса, проведенного МОМ в конце 1983 года,
предпочтение было отдано второму варианту. Модуль под названием "Квант"
решено было переориентировать с "Салюта-7" на «Мир» и доработать. Кроме того,
5
решено было разработать ещё четыре специализированных модуля: дооснащения,
технологический, для исследований спектра Земли и для исследований ресурсов
Земли. Впоследствии они и стали "Квантом-2", "Кристаллом", "Спектром" и
"Природой".
a)Астрофизический модуль "Квант" представляет собой связку герметичного
отсека с оборудованием (собственно модуля) и модернизированного ТКС, из состава
которого исключены возвращаемый аппарат и стыковочный агрегат, сняты четыре
топливных бака низкого давления, а все баки высокого давления заправлены лишь
на 60% для уменьшения полной массы модуля.
Изготовление модуля "Квант" велось практически параллельно с базовым блоком
и было закончено в августе 1985 года. 31 марта 1987 года модуль был успешно
выведен на орбиту ракетоносителем "Протон-К".
Модуль дооснащения "Квант-2" представляет собой единый герметичный отсек
большого объема с оборудованием.
б) Стыковочно-технологический модуль "Кристалл" представляет собой
единый герметичный отсек большого объема с оборудованием. На его внешней
поверхности размещены агрегаты ДУ, топливные баки, панели батарей с
автономной ориентацией на солнце, а также различные антенны и датчики. Модуль
также использован в качестве грузового корабля снабжения для доставки на орбиту
топлива, расходных материалов и оборудования.
в) Исследовательский модуль "Спектр" представляет собой единый герметичный
отсек большого объема с оборудованием. На его внешней поверхности размещены
агрегаты ДУ, топливные баки, четыре панели батарей с автономной ориентацией на
солнце, антенны и датчики.
г) Исследовательский модуль "Природа" представляет собой единый герметичный
отсек большого объема с оборудованием. На его внешней поверхности размещены
агрегаты ДУ, топливные баки, антенны и датчики. Он не имеет солнечных батарей и
использует 168 литиевых источников тока, установленных внутри. Все проводимые
на борту станции эксперименты проходили в соответствии с научными
программами.
В связи с отсутствием финансирования на продолжение пилотируемого полета с
середины июня 2000 г. Орбитальный комплекс «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
6
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.
V Международная космическая станция.
20 ноября 1998 г. был запущен первый элемент МКС - российский модуль "Заря".
Этим стартом начался второй этап сборки самого большого сооружения в космосе.
Международная Космическая Станция (МКС) — это многоцелевая космическая
лаборатория, предназначенная для проведения широчайшей программы
фундаментальных научных исследований космоса, атмосферы и земной
поверхности, изучения поведения человеческого организма в длительных
космических полетах, разработки новейших технологий, получения и анализа
свойств новых материалов и биопрепаратов, а также отработки путей и методов
дальнейшего освоения космического пространства.
Международная Космическая Станция – это крупнейший проект мирного
использования научно-технического потенциала, накопленного человечеством на
рубеже XXI века.
Кстати, именно вследствие своей модульной структуры, МКС, в определённой
степени, является близким родственником станции "Мир".
7
Распад Советского Союза привел к сокращению финансирования
космической программы, поэтому Россия в одиночку не могла не только
построить новую орбитальную станцию, но и поддерживать
работоспособность станции "Мир". Тогда у американцев опыт создания ДОС
практически отсутствовал. В 1993 году вице-президент США Альберт Гор и
премьер-министр России Виктор Черномырдин подписали соглашение о
космическом сотрудничестве "Мир - Шаттл". Американцы согласились
финансировать постройку последних двух модулей станции "Мир": "Спектр"
и "Природа". Кроме того, США с 1994 по 1998 год совершили 11 полетов к
"Миру". Также договор предусматривал создание совместного проекта Международной космической станции (МКС). Кроме Федерального
космического агентства России (Роскосмоса) и Национального
аэрокосмического агентства США (NASA), в проекте приняли участие
Японское агентство аэрокосмических исследований (JAXA), Европейское
космическое агентство (ESA, в него входят 17 стран-участниц), Канадское
космическое агентство (CSA), а также космическое агентство Бразилии
(AEB). Заинтересованность в участии в проекте МКС высказывали Индия и
Китай. 28 января 1998 года в Вашингтоне было подписано окончательное
соглашение о начале строительства МКС.
МКС имеет модульную структуру: разные ее сегменты созданы усилиями
стран - участниц проекта и имеют свою определенную функцию:
исследовательскую, жилую или используются как хранилища. Некоторые из
модулей, например американские модули серии Unity, являются
перемычками или служат для стыковки с транспортными кораблями. МКС
состоит из 13 основных модулей общим объемом 1000 кубометров, на борту
станции постоянно находится экипаж из 6 или 7 человек.
Вес МКС после завершения ее строительства составил более 400 тонн. По
габаритам станция примерно соответствует футбольному полю. На звездном
небе ее можно наблюдать невооруженным глазом - иногда станция является
самым ярким небесным телом после Солнца и Луны.
МКС вращается вокруг Земли на высоте около 340 километров, совершая
вокруг нее 16 оборотов в сутки. На борту станции проводятся научные
эксперименты по следующим направлениям:




Исследования новых медицинских методов терапии и диагностики и
средств жизнеобеспечения в условиях невесомости
Исследования в области биологии, функционирования живых
организмов в космическом пространстве под воздействием солнечной
радиации
Опыты по изучению земной атмосферы, космических лучей,
космической пыли и темной материи
Исследование свойств материи, в том числе сверхпроводимость.
8
Первый модуль станции - "Заря" (весит 19,323 тонн) - был выведен на орбиту
ракетой-носителем "Протон-К" 20 ноября 1998 года. Данный модуль
использовался на раннем этапе строительства станции как источник
электроэнергии, также для управления ориентацией в пространстве и
поддержания температурного режима. Впоследствии эти функции были
переданы другим модулям, а "Заря" стала использоваться как склад.
Модуль "Звезда" является главным жилым модулем станции, на его борту
находятся системы жизнеобеспечения и управления станцией. К нему
пристыковываются российские транспортные корабли "Союз" и "Прогресс".
Модуль с опозданием в два года был выведен на орбиту ракетой-носителем
"Протон-К" в 12 июля 2000 года и состыкован 26 июля с "Зарей" и ранее
выведенным на орбиту американским стыковочными модулем Unity-1.
Стыковочный модуль "Пирс" (весит 3,480 тонн) был запущен на орбиту в
сентябре 2001 года, служит для стыковки кораблей "Союз" и "Прогресс", а
также для выхода в открытый космос. В ноябре 2009 года со станцией
состыковался почти идентичный "Пирсу" модуль "Поиск".
На МКС имеются лабораторные модули США (Destiny), ЕКА (Columbus) и
Японии (Кибо). Они и основные узловые сегменты Harmony, Quest и Unnity
были выведены на орбиту шаттлами.
За первые 10 лет работы МКС посетило более 200 человек из 28 экспедиций,
что является рекордом для космических станций (на "Мире" побывало
только 104 человека). МКС стал первым примером коммерциализации
космических полетов. Роскосмос совместно с компанией Space Adventures
впервые отправил на орбиту космических туристов. Кроме того, в рамках
контракта на закупку Малайзией российского вооружения Роскосмос в 2007
году организовал полет на МКС первого малайзийского космонавта - шейха
Музафара Шукора (Muszaphar Shukor).
Среди наиболее серьезных происшествий на МКС можно назвать катастрофу
при посадке шаттла Columbia ("Коламбия", "Колумбия") 1 февраля 2003
года. Хотя Columbia не стыковалась с МКС, проводя самостоятельную
исследовательскую миссию, эта катастрофа привела к тому, что полеты
шаттлов были прекращены и возобновились только в июле 2005 года. Это
отодвинуло сроки завершения строительства станции и сделало российские
корабли "Союз" и "Прогресс" единственным средством доставки космонавтов
и грузов на станцию. Помимо этого, в российском сегменте станции в 2006
году произошло задымление, а также был зафиксирован отказ работы
компьютеров в российских и американских сегментах в 2001 и дважды в
2007 году. Осенью 2007 года экипаж станции занимался починкой разрыва
солнечной батареи, случившегося при ее установке.
По соглашению каждому участнику проекта принадлежат его сегменты на
МКС. Россия владеет модулями "Звезда" и "Пирс", Япония - модулем "Кибо",
9
ЕКА - модулем Columbus. Солнечные панели, которые после завершения
строительства станции будут генерировать 110 киловатт в час, и остальные
модули принадлежат NASA.
Экипаж МКС
с 10 ноября 2013 по март 2014 года
Командир
Олег Котов (3), ФКА
Бортинженер 1
Сергей Рязанский (1), ФКА
Бортинженер 2
Майкл Хопкинс (1), НАСА
Бортинженер 3
Коити Ваката (4), JAXA
Бортинженер 4
Ричард Мастраккио (4), НАСА
Бортинженер 5
Михаил Тюрин (3), ФКА
Интернет – источники: www.wikipedia.org, www.walkinspace.ru.
10