У истоков космонавтики. 25 лет достижений и перспективы развития

На орбитальном отсеке установлен стыковочный узел, предназначенный для жесткого механического соединения кораблей и для соединения их электрических и гидравлических систем.

16 января 1969 года впервые на орбите была произведена ручная стыковка космических кораблей «Союз-4» и «Союз-5» и таким образом создана на околоземной орбите первая в мире экспериментальная пилотируемая космическая станция. После стыковки космонавты Алексей Станиславович Елисеев и Евгений Васильевич Хрунов совершили выход в космос и переход в корабль «Союз-4» пилотируемый летчиком-космонавтом Владимиром Александровичем Шаталовым. Это был первый в истории космонавтики переход людей из корабля в корабль через открытый космос.

В июне 1971 года после стыковки космического корабля «Союз-11» со станцией «Салют», запущенной двумя месяцами раньше, в околоземном космическом пространстве был создан первый пилотируемый научно-исследовательский комплекс «Салют» – «Союз-11». Общая длина его составила 22 м, объем 100 куб. м, масса 25 тонн. Первый экипаж в составе Владислава Николаевича Волкова, Георгия Тимофеевича Добровольского и Виктора Ивановича Пацаева в течение 23 суток работал на орбите и заложил прочный фундамент для дальнейших пилотируемых экспедиций. К великому сожалению при возвращении на землю экипаж погиб.

С запуском более совершенных станций «Салют-2», «Салют-3», «Салют-4», «Салют-5» в 1973, 1974, 1976 годах существенно расширились возможности проведения экспериментов и научных исследований. Стало очевидным, что эффективность их обеспечивается в основном надежностью элементной базы, возможностью устранения неполадок и отказов аппаратуры самим экипажем. Эти условия стало возможным удовлетворить созданием станций второго поколения «Салют-6» и «Салют-7». Они отличаются более широким спектром программ исследований, а также конструктивными особенностями. В частности новая станция имеет два стыковочных узла позволяющих принять на борт сразу два экипажа, в ходе полета на станцию могут прибыть специалисты с новой исследовательской аппаратурой, можно пополнять расходуемые запасы станции – топлива, воздуха, пищи, воды, фотопленки и т.п. Система сближения и стыковки позволяет принимать транспортные корабли как в полностью автоматическом режиме, так и с ручным управлением.

Внутри станции находятся пять постов управления и контроля систем научной аппаратуры, сгруппированной по функциональному назначению. Станция оборудована корректирующей двигательной установкой (два двигателя) и 32 двигателями малой тяги системы ориентации. Станция вместе с кораблями имеет длину 29 метров, максимальный диаметр 4,15 м, а общую массу 32,5 тонны. Для проведения научных экспериментов, визуального наблюдения Земли, звёзд предусмотрено 20 иллюминаторов, на которых размещается как съемное, так и несъемное оптическое оборудование.

Для расширения эксплуатационных возможностей станции на базе космического корабля «Союз» был создан транспортно-грузовой корабль «Прогресс». Он служит для доставки на станцию продуктов обеспечивающих жизнедеятельность экипажа, кинофотоматериалов, сменную аппаратуру, топливо для двигательных установок. Со станции он увозит отходы и блоки, отработавшие ресурс на орбитальном комплексе.

Знаменательным событием в развитии отечественной космической программы на орбитальном комплексе стали полеты международных экипажей. Начиная с 1978 года, в космосе побывали космонавты-исследователи Чехословацкой Социалистической Республики (ЧССР), Польской Народной Республики (ПНР), Народной Республики Болгарии (НРБ), Венгерской Народной Республики (ВНР), Социалистической Республики Вьетнам (СРВ), Кубы, Монгольской Народной Республики (МНР), а также Франции. Ведется подготовка к полету индийских космонавтов.

В составе экипажа корабля «Союз Т-7», посетившего орбитальный комплекс в августе 1982 года была вторая женщина-космонавт Светлана Евгеньевна Савицкая.

Использование космоса для народно-хозяйственных целей

Кроме пилотируемых орбитальных комплексов многие задачи прикладного характера успешно решаются автоматической техникой. Космические труженики вносят все более весомый вклад в организацию глобальной радиотелевизионной связи, навигацию морских и воздушных кораблей, метеорологию, геологию, картографию, исследование земных ресурсов, контроля загрязнения окружающей среды и т.п.       С увеличение объема информации большое значение приобретает возможность связи на ультракоротких волнах (УКВ). Спутник, выведенный на орбиту «виден» во многих пунктах земли, отстоящих друг о друга на значительных расстояниях. Если спутник использовать в качестве ретранслятора, то зона «прямой видимости» между источником излучения и приемными пунктами значительно расширится.

Первый советский активный ретранслятор «Молния-1» был запущен в апреле 1965 года. Он предназначался для обеспечения дальней телефонно-телеграфной связи, а также для передачи программ Центрального телевидения в районы Крайнего Севера, Сибири, Дальнего Востока и Средней Азии. На основе спутников связи «Молния» и наземных станций была создана первая в нашей стране система космической связи «Орбита». Кроме программ Центрального Телевидения (ЦТ) через систему «Орбита» передаются матрицы газетных полос и фотографии, причем скорость передачи информации в 7 раз выше, чем по обычным каналам. Спутники «Молния» запускаются на высокоэллиптическую орбиту с апогеем 39380 км и перигеем 497 км. В дальнейшем появилась новая, более эффективная возможность применения для космической связи, так называемых геостационарных спутников.

Под геостационарным спутником Земли понимается спутник, двигающийся вокруг планеты в восточном направлении по круговой экваториальной орбите с периодом обращения, равным периоду собственного вращения Земли. Для наблюдателя, находящегося на Земле, этот спутник кажется неподвижным, «висящим» в одной точке. Высота орбиты такого спутника 36000 км. С такой высоты видна почти половина поверхности Земли. Поэтому три таких спутника, равномерно расположенных вдоль экваториальной орбиты через 120 градусов могут обеспечить, могут обеспечить непрерывное наблюдение за поверхностью Земли в диапазоне широт плюс-минус 70 градусов и глобальную круглосуточную радиотелевизионную связь. От применения таких спутников выигрывает и система «орбита», так как один спутник на синхронной (геостационарной) орбите заменяет 3-4 спутника «Молния». Необходимо отметить, что синхронная экваториальная орбита одна и на ней можно расположить ограниченное число спутников. Поэтому спутники разных стран запускаются на геостационарную орбиту по очереди и им присваивается международный регистрационный индекс. В этом случае спутники могут иметь двойное название.

В декабре 1975 года был запущен новый спутник «Радуга» – «Стационар-1» Он обслуживает систему связи «Орбита», но со стационарной орбиты. Впоследствии в 1978 году выведен спутник «Стациорнар-2». Вывод спутника на стационарную орбиту из района Земли отстоящего далеко от экватора – задача сложная. Приходится применять двух или трехимпульсную систему выведения. В настоящее время на стационарной орбите находятся еще два типа спутников «Горизонт» и «Экран». С помощью «Экрана» можно принимать программы Центрального Телевидения на упрощенные наземные установки. Это оказалось возможным из-за наличия на спутнике намного более мощного передатчика и остронаправленной антенны. Не за горами то время когда телевизионное изображение можно будет принимать непосредственно на телевизионный приемник. Система такого вещания называется непосредственное телевизионное вещание.

Особый интерес приобретают спутники связи для мореплавания и самолетовождения. Такие спутники классифицируются как навигационные. С незапамятных времен для прокладки курсов кораблей использовались естественные небесные ориентиры: Солнце, Луна, звезды, а также магнитное поле Земли. С изобретением радио и радиолокации точность определения координат значительно возросла, но в наши дни считается уже недостаточной, так как слишком велика, стала плотность движения морских и воздушных судов. Например, через пролив Ла-Манш в сутки проходит 400-500 судов, причем часто в тумане. Над океаном местоположение самолета определяется с точностью 20 км, а отклонение сверхзвукового лайнера от кратчайшего пути на 400 км увеличивает расход топлива на 3 тонны. Применение спутниковых систем навигации позволяет определить местоположение объекта с точностью: для самолета -0,9км, для судов-20-30м.

Наземные станции слежения за навигационными спутниками транслируют дважды в день значения их орбит, а также сигналы коррекции бортового временного устройства, дающего сигналы точного времени. Судовые приборы настраиваются на прием радиосигналов спутника, непрерывно подающих сведения о своем положении. По этим данным судовая ЭВМ рассчитывает последовательно положение спутника на орбите, местоположение судна по отношению к нему, и, в конечном счете, выводит географические координаты. Спутниковая навигационная система обеспечивает практически неограниченную пропускную способность. Стоимость ее каналов не увеличивается, как это имеет место при наземных системах, с ростом расстояния между корреспондентами. Поэтому создание космических систем связи выгодно уже при длине магистрали выше 800-100 км. Спутниковые навигационные системы могут применяться и для розыска аварийных судов или самолетов. Такая международная система «КАСПАС-САСПАТ» на базе наших спутников проходит испытания и уже помогла в розыске нескольких аварийных судов и самолетов.

В США разработана навигационная система «НАВСТАР», позволяющая по специальным спутникам, которых в зоне радиовидимости должно быть не менее 3-х, определять местоположение объекта с точностью до 3,6 м.

Деятельность людей тесно связана с погодой. Ливни и наводнения, засухи и жестокие холода, штормы и ураганы приносят колоссальные убытки. Очень важно уметь предвидеть грозные явления стихий, чтобы успеть принять необходимые меры защиты. С этой целью всемирная метеорологическая служба собирает данные с 8000 наземных станций. Однако если принять во внимание, что ¾ поверхности Земли занимают моря и океаны, где, собственно говоря, и формируется погода, а значительная часть суши представляет собой труднодоступные районы (пустыни, горы) то становится вполне очевидной малая эффективность наблюдений наземными станциями.

Эта задача намного облегчились с появлением искусственных спутников Земли, оборудованных специальной аппаратурой. Они позволяют получить обширные данные о метеорологической обстановке в атмосфере и поверхности Земли, а именно: о распространении облачного покрова, об очагах грозовой деятельности и выпадении осадков, о границах снежного и ледового покровов, о температуре земной поверхности и прилегающего к ней воздушного слоя и т.п. Если земной пункт регистрирует погоду в точке, то спутник в течение суток последовательно фиксирует метеорологические процессы на всей Земле. С помощью телевизионных камер спутник фиксирует метеоявления на освещенной стране Земли, а при полете над ночной стороной Земли используется инфракрасная аппаратура. Телевизионные и инфракрасные снимки позволяют вывить структуру облачного покрова предсказать его эволюцию. Кроме того со спутников получают сведения о тепловом балансе Земли. Вся эта информация, как правило, поступает в запоминающее устройство спутника.

Исключительные возможности для оперативного наблюдения погодных явлений представляют пилотируемые космические корабли и орбитальные станции «Салют». Космонавт имеет возможность с борта станции не только заметить, но и всесторонне оценить то или иное явление природы, что не всегда под силу аппаратуре спутника. Кроме того, он из общего потока метеорологической информации выделит и передаст на Землю те сведения, которые необходимы для оперативного метеобеспечения потребителей, например информацию о зарождении тайфунов или изменении ледовой обстановки.

В нашей стране для составления прогнозов погоды Гидрометеослужба использует информацию от системы «Метеор» состоящую из двух спутников расположенных на круговых околополярных орбитах высотой 630 км. По неполным данным прогнозы Гидрометеослужбы СССР для составления, которых используется спутниковая информация, позволяет сохранить ежегодно материальные ценности на сумму 500-700 млн. рублей.

Кроме решения задач по метеорологии спутники активно участвуют в исследовании природных ресурсов Земли. Наиболее многогранный и многоплановый способ исследования – фотографирование. Первую цветную фотографию поверхности Земли доставил на землю космонавт Г.С.Титов, а первая цветная телевизионная фотография была передана спутником связи «Молния». Фотографирование обеспечивает глобальность обзора, высокое разрешение на местности, высокую геометрическую точность изображений, четкость. К настоящему времени собрано множество цветных и черно-белых фотографий земной поверхности. Сегодня исключительно важным, новым шагом в исследованиях из космоса стало многозональное фотографирование, то есть фотографирование во многих зонах спектра. Многозональный космический фотоаппарат «МКФ-6М» разработанный специалистами СССР и ГДР (Германская Демократическая Республика), представляет собой весьма сложную оптико-механическую установку массой 175 кг. Он обеспечивал фотографирование в 6 зонах спектра: 4 в видимом диапазоне, 2 в инфракрасном. Соответственно в установке имеется 6 объективов с синхронизированными затворами, 6 кассет с различными фотоматериалами. Оси объективов параллельны и во время съемки следят за участками фотографирования независимо от движения станции. Для каждого участка местности аппарат фиксирует шесть фотоизображений, которые с помощью специальной проекционной аппаратуры можно «складывать» и «вычитать», получая в виде световых контрастов различные в спектральной яркости земных объектов, не воспринимаемые человеческим глазом и не передаваемые на обычных цветных фотоснимках. Спектрозональные снимки с помощью светофильтров можно окрасить в любой цвет, условным цветом выделить любое природное образование, например, участки леса, пораженные вредителями, созревшие хлеба, мели, глубины, горные хребты и т.д. На снимках определяются предметы с линейными размерами 10-20 м и яркостью различающейся всего на несколько процентов. Таким образом, данные полученные с помощью космического фотографирования несут важную информацию для самых различных отраслей народного хозяйства.

Освоение космоса США

Кроме нашей страны активно осваивают космическое пространство и США. В период 1958-1978 годы успешно выведено на орбиту 923 спутника Земли2, а 79 объектам сообщена вторая космическая скорость. Американские искусственные спутники Земли разработаны различных типов: метеорологические, спутники связи, биологические, навигационные. Осуществлены программы исследования Луны с помощью автоматических аппаратов жесткой посадки «Рейнджер» (3 полета 1964-1965 гг.), мягкой посадки «Сервейр» (5 посадок в 1966-1968 гг.), спутников Луны «Луна Орбитер» (5 спутников в 1966-1967гг.).

Запущена серия автоматических космических зондов-спутников Солнца «Пионер». «Пионер-10» при пролете вблизи Юпитера в 1973 году передал ценные научные и цветные изображения планеты и его спутников. В 1976 году пересек орбиту Сатурна и продолжает полет в настоящее время к орбите Урана. «Пионер-11» также прошел вблизи Юпитера в1974 году сфотографировал его, в 1979 году пролетел мимо Сатурна. Оба зонда покинут пределы Солнечной системы. Автоматические межпланетные станции «Маринер» использовались для облета Венеры (1962 г., 1967 г.) и Марса (1965 г., 1969 г.) а также для создания первого искусственного спутника Марса в 1971 году с целью изучения планеты с близкого расстояния. «Маринер-10» совершил гравитационный маневр у Венеры и трижды пролетел вблизи Меркурия, фотографируя его.

Автоматические аппараты «Викинг-1» и «Викинг-2» совершили в 1976 году мягкую посадку на Марс и передали на Землю первые снимки красноватого марсианского ландшафта, покрытого бежевыми камнями, местами зеленоватого и сероватого под оранжевым небом. Обнаружены мощные ледяные покровы, облака и туманы в углекислотной атмосфере, содержащей азот. Переданы снимки Фобоса и Деймоса-естественных спутников Марса.

Автоматические станции «Пионер-Венера-1» и «Пионер-Венера-2» продолжили в 1978 году изучение ближайшей к нам планеты. При этом был образован искусственный спутник Венеры и исследована атмосфера с помощью зондов. Составлена контурная карта Венеры по радиолокационным снимкам с ее спутника.

Пилотируемые полеты в США осуществлялись на кораблях трех типов: одноместный «Меркурий» массой 1,3 (2т), двухместный «Джемини» массой 3,2-3,8 т и трехместным «Аполлон» массой 46,8 т. Первым американским астронавтом стал Аллан Шепард, совершивший 5 мая 1961 года суборбитальный полет. 20 февраля 1962 года первый орбитальный полет совершил Джон Гленн. При полетах на кораблях-спутниках «Джемини» в 1965 году впервые были осуществлены маневры на орбите с ручным управлением («Джемини-3»), тесное сближение кораблей («Джемини-7» и «Джемини-8»), соединение тросом кораблей, ручная стыковка. Наиболее обширной программой явилась программа «Аполлон» целью, которой ставилось достижение космонавтами Луны и возвращение их на Землю. При отработке этой программы преодолены значительные технические трудности и решена большое количество инженерных задач. В частности для осуществления пилотируемого облета Луны и лунных экспедиций в США была создана гигантская тяжёлая ракета-носитель «Сатурн-5» стартовой массой 3000 тонн и стартовой тягой 3400 тонн выводившая на орбиту Земли груз массой до 140 тонн, включая третью ступень ракеты.

Первый технический проверочный полет состоялся в декабре 1968 года, когда астронавты Берман, Ловелл, Андерс совершили облет Луны с возвращением на Землю на корабле «Аполлон-7».

Навсегда вошел в историю полет на Луну и возвращение на Землю 16-24 июля 1969 года корабля «Аполлон-11» с экипажем в составе Армстронга, Олдрина и Коллинза. 20-21 июля первые люди на Луне Нил Амстронг и Эдвин Олдрин (Майкл Коллинз оставался на селеноцентрической орбите) пробыли 21 час 35 минут на лунном экваторе в Море Спокойствия. Вне корабля на лунной поверхности Армстронг выполнял программу исследований 2 часа 31 минуту, а Олдрин -2 часа.

Всего на Луну было совершено 6 экспедиций, в результате которых на Землю было доставлено 382 кг лунных пород.

Экспедицией на «Аполлоне-15» на Луну был доставлен вездеход, на котором астронавты проехали 27,2 км. Наиболее длительная была последняя шестая экспедиция на «Аполлоне-17» в декабре 1972 года. Лунный отсек с астронавтами пробыл на Луне 74 часов. Научная аппаратура, установленная экспедициями на Луне длительно передавала информацию и была выключена в 1977 году.

Созданная в США долговременная орбитальная станция «Скайлаб» выведена на орбиту Земли в мае 1973 года на высоту 450 км. Первая экспедиция на станцию длилась 28 суток. Астронавты Конрад Кервин Вейц произвели сложный ремонт для восстановления работоспособности станции, серьезно поврежденной при старте, а также провели ряд научных исследований. Следующая экспедиция работала уже 59 суток. Последняя третья экспедиция в составе Карра, Поуза, Гибсона была доставлена на «Скайлэб» в ноябре 1973 года. В течение 84 суток астронавты выполнили большой объем научных исследований, а также осуществили выходы в открытый космос длительностью до 7 часов. По возвращению на Землю один из астронавтов отметил, что дольше их вряд ли кто сможет работать в космосе, т.к. это находится за пределами человеческих возможностей3.

Последний в США пилотируемый полет на «Аполлоне» был осуществлён в июле 1975 года по программе «Союз-Аполлон» предусматривающую стыковку двух различных кораблей. В программе участвовал «Союз-19» с экипажем в составе Алексея Архиповича Леонова и Валерия Николаевича Кубасова. С американской стороны участвовали Стаффорд, Бранд, Слейтон. Были осуществлены взаимные переходы космонавтов (сейчас Бранд летает в космос на «Шаттле»).

Перспективы развития космонавтики

Каковы же перспективы освоения космоса? Непрерывное развитие космической техники открывает новые возможности применения ее в народном хозяйстве, в том числе для производства различных материалов.

Еще на «Союзе-6» инженер-исследователь В.Н.Кубасов впервые опробовал ряд способов сварки металлов. Основания для проведения таких работ весьма просты. В космосе из-за наличия невесомости отсутствуют расслоения жидкостей из-за различия плотностей и конвекция. Это позволяет получать в космосе материалы с высокой однородностью состава, недостижимой на Земле, или состоящих из компонентов, сплавление которых в земных условиях невозможно. Кроме того в космосе возможно получение сверхтонких мембран, пленок, которые на Земле разрушаются под действием собственной тяжести.

В условиях все увеличивающего потребления энергии и ограниченных возможностей ее получения на Земле наиболее реальное решение проблемы-использование солнечных электростанций. Уже сейчас рассматриваются практические проекты создания на орбите искусственного спутника Земли солнечной электростанции, например, с использованием фотоэлектрических батарей. Для электростанции мощностью 10 млн. квт масса оборудования на орбите составит 35 тысяч тонн. Оборудование можно забросить по частям, а затем произвести сборку в космосе. Передачу электроэнергии на Землю предлагается осуществлять с помощью сверхвысокочастотного излучения, а также с помощью лазерного луча.

Внимание ученых привлекает и такая заманчивая возможность, как использование гигантских зеркал на околоземной орбите для отражения солнечного света на ночную сторону планеты. Такая осветительная установка могла бы давать свет по интенсивности в 10-100 раз превышающей свет полной Луны. Это позволило использовать энергию Солнца для освещения в ночное время городов, заполярных областей в зимний период.

В настоящее время в США ведётся испытание системы доставки полезного груза на орбиту с помощью корабля многоразового использования «Шаттл»4.

Что касается перспективных полетов в пределах Солнечной системы, то уже сейчас рассматриваются проекты ядерных ракетных двигателей, а также «солнечных парусов». Как они будут претворяться в жизнь – покажет время.

Список использованной литературы

«Космос-Земле» Наука, 1976г.

«Космос-Земле» Наука, 1981 г.

Н.А.Варваров «Популярная космонавтика», «Машиностроение» 1981г.

В.П.Глушко «Развитие ракетостроения и космонавтики в СССР», «Машиностроение» 1981 г.

А.М.Исаев «Первые шаги к космическим двигателям», «Машиностроение» 1979г.

А.П.Романов «Ракетам покоряется пространство», Политическая литература, 1976 г.

Периодические научно-популярные журналы СССР.

Примечания

1

Речь идет о знаменитой ракете Р-7. Ее модификации до сих пор выводят космические аппараты в космос.

2

За это время с 1957-1978 годы в СССР было успешно запущено 1136 аппаратов.

3

Рекорд продолжительности непрерывного пребывания на орбите в космосе принадлежит Валерию Полякову на станции «Мир» – 438 суток. Космонавт Геннадий Падалка совершил 5 космических полетов общей продолжительностью 878 суток.

4

Американские многоразовые космические корабли «Спейс Шаттл» совершали полеты на орбиту Земли в период 1981-2011 годы.