Пілотовані орбітальні лабораторії
Зміст
Концепції досупутникової епохи …………………………………………. стор 4
Космічні станції часів «Холодної війни» …………………….. стор.
Міжнародна Космічна Станція ………………………………… стор 7
Сучасні розробки та перспективи розвитку …………………… стор. 8
Список використаних джерел ……………………………………. стор 9
ВИЗНАЧЕННЯ
КОСМІЧНА СТАНЦІЯ, населений довготривалий літальний апарат, призначений для досліджень на навколоземній орбіті або у відкритому космосі. Космічна станція може служити як космічний корабель, довготривале місце перебування космонавтів, лабораторія, телекомунікаційний центр, майстерня, космічний порт, база для заправки паливом та будівельний майданчик. Наступні ознаки відрізняють космічну станцію з інших об'єктів космічної техніки: 1) здатність підтримувати життєзабезпечення присутніх у ньому людей протягом багато часу; 2) тривале існування (до її залишення чи демонтажу) на орбіті навколо Землі чи якогось тіла Сонячної системи.
КОНЦЕПЦІЇ ДОСПУТНИКОВОЇ ЕРИ
Станція дозаправки паливом та проживання у космічному просторі.
У своїй невеликій книзіРакета в космічному просторі(Die Rakete zu den Planetenräumen) Г.Оберт висловив думку, що, використовуючи стандартну техніку полярних експедицій – поетапного руху з базового табору та/або використання складів, дослідникам космосу не потрібно буде здійснювати весь шлях від Землі до Місяця чи Марса в одній великій ракеті. Він дійшов висновку, що політ до Місяця або Марса був би можливим, якби вдалося розробити досить потужний ракетний двигун для досягнення заправної станції, розташованої вдеякої проміжної точки на низькій навколоземній орбіті, використовуючи існуючі палива та матеріали.
У 1920-х роках разом з іншими ентузіастами космічних польотів, головним чином з Австрії та Німеччини, Оберт розвинув концепцію космічної станції та запропонував використовувати таку станцію як орбітальний вокзал, який може використовуватись для вирішення широкого кола військових та економічних завдань, включаючи розвідку, стратегічні військові. дії, зв'язок, метеорологію, та мати широке науково-технічне застосування.
Зовнішність, призначення, склад, вартість.
Потенційна можливість багатоцільового використання космічної станції призвела до жарких теоретичних дебатів із низки питань. Якою має бути космічна станція і що на ній робити? Скільки станцій необхідно мати, коли та де? Єдиної відповіді на будь-яке з цих питань не існує. При створенні космічної станції, як і під час створення будь-якого великого технічного проекту, завжди доводиться робити вибір і йти на компроміси. З 1929 до 1957 теоретики космічних станцій обговорювали чотири взаємопов'язані аспекти їх проектування: вигляд, призначення, склад та вартість.
З обертанням чи без обертання.
Найстаріше і найбільш обговорюване питання проектування космічної станції полягає в наступному. Чи повинні конструктори намагатися створити всередині станції умови, схожі на земні, для зручності екіпажу та інших форм життя, чи екіпаж повинен пристосовуватися до умов космічного простору, щоб краще вивчити нове місце існування? Залежно від відповіді на це питання були висунуті концепції станції, що обертається і не обертається. На станції з обертанням використовується ефект доцентрового прискорення для створення штучної сили тяжіння, величина якоїможе бути в діапазоні від 0,1 до 1,0g, деg- прискорення сили тяжіння на поверхні Землі. На космічній станції, яка має власного обертання, існують умови невагомості (точніше, мікрогравітації, котрій характерні величини прискорень від 0,001 до 0,000001g).
Г.Поточник (1892–1929), капітан австрійської армії, виступаючи під псевдонімом Герман Нордунг, вперше описав у популярній формі станцію з обертанням у своїй книзіПроблема подорожі до світового простору(Das Problem der Befahrung des Weltraums, 1929). Його житлове колесо було дуже схоже на камеру великої автомобільної шини.
Концепція нарощування та додавання модулів.
Два найбільш перспективні підходи до проектування космічних станцій, які були висунуті ще в досупутникову еру, - застосування конструкцій, що нарощуються, і додавання модулів.
Хоча фон Браун популяризував величезні космічні станції у формі колеса, він вважав, що їх створення на початковому етапі освоєння космосу є недоцільним. Він висловлювався за розробку супутників-автоматів, потім одно-двомісних пілотованих космічних кораблів, а після невеликих космічних станцій з екіпажем з чотирьох осіб. Він думав, що тільки після створення досить потужної космічної індустрії, відповідних технологій та знань можна буде створити великі космічні станції.
Г.Келле та Д.Ромік, працюючи незалежно в Західній Європі та США, представили теоретичне обґрунтування концепції поступового нарощування та додавання модулів. За такого підходу невідкладні та довгострокові операції поєднуються з практичними потребами космічного будівництва, безпеки та розвитку довготривалої станції.
Починаючи з 1930-х років аналогічні дослідження велися вРадянському Союзі ентузіасти ГІРД і ГДЛ, але результати їх досліджень не публікувалися.
КОСМІЧНІ СТАНЦІЇ ЧАСІВ ХОЛОДНОЇ ВІЙНИ
Наприкінці 1950-х років фахівці як у Сполучених Штатах, так і в Радянському Союзі не мали чіткого уявлення про вплив мікрогравітації на людський організм та інші форми життя. Аерокосмічні кола обох країнах у якийсь момент дійшли висновку, що необхідно створити орбітальні лабораторії для дослідження можливостей перебування людини в умовах мікрогравітації та працездатності людини в таких умовах.
Пілотовані орбітальні лабораторії.
У результаті проект орбітальної станції перетворився на «лікарняну палату», що виводиться на орбіту, призначену для отримання медичних даних про вплив мікрогравітації на двох космонавтів, які повинні були перебувати на станції протягом двох тижнів. Ця програма постійно відчувала нестачу фінансування та відкладалася. Після оцінки її вартості в 1,3 млрд. дол. та п'ятирічної підготовки космонавтів міністерство оборони США скасувало проект у 1969 році, коли робочий прототип знаходився на стартовій позиції.
Станція «Скайлеб».
Коли в середині 1960-х років набула конкретних обрисів програми «Аполлон», наукові центри НАСА та їх підрядники провели великі пошукові дослідження можливості використання технологій, розроблених для ракети-носія «Сатурн» та космічного корабля «Аполлон», стосовно космічної станції.
До кінця 1966 р. у Центрі космічних польотів ім. Маршалла (Хантсвіл, шт. Алабама) було розроблено проект т.зв. "мокрою" орбітальної лабораторії. Бак рідкого водню відпрацьованої другого ступеня S-4B ракети «Сатурн-1B», запущеної на навколоземну орбіту, передбачалося продути ізагерметизувати, щоб надати космонавтам досить великий простір для експериментів за умов невагомості. Космонавти, після виведення на орбіту основного блоку корабля «Аполлон» іншою ракетою «Сатурн-1B» та стикування з лабораторією, мали увійти всередину через причальну конструкцію та шлюзову камеру. Наступні експедиції повинні були доставити комплект астрономічних приладів (ATM) – місячний модуль корабля «Аполлон», на якому замість ступеня, що спускається, встановлений комплект сонячних телескопів. Екіпаж мав використовувати основний блок КК «Аполлон» як житловий відсік та для проведення медико-біологічних експериментів.
Обладнання «мокрою» лабораторії вимагало б значного обсягу робіт у відкритому космосі. Проте досвід пілотованих космічних польотів, зокрема в рамках програми «Джеміні», показав фахівцям НАСА, що робота у відкритому космосі висуває до екіпажу вищі вимоги, ніж очікувалося. У зв'язку з цим, а також через нестачу фінансування та доступних технічних засобів НАСА в 1969 переключилося на «сухий» варіант космічної станції «Скайлеб», що повністю обладнана на Землі та запускається двоступінчастою ракетою «Сатурн-5». «Скайлеб» складався з чотирьох основних модулів: орбітальної лабораторії (ступінь S-4В ракети «Сатурн-5») завдовжки 27 м та діаметром 7 м, шлюзової камери, причальної конструкції та комплекту астрономічних приладів. На станції передбачалося розгорнути панелі сонячних батарей та телескопи, а за добу доставити екіпаж та розпочати роботу. Мета програми полягала у дослідженні можливості перебування людини в умовах мікрогравітації та її працездатності у 30-, 60- та 90-добовому польотах.
«Салют».
Радянський Союз у 1964 почав розробку військової космічноїстанції «Діамант», розрахованої на перебування на орбіті двох або трьох космонавтів протягом одно-дворічного періоду. Під час проектування виникли проблеми, і конструкторам довелося запозичити низку систем (рухову установку та сонячні батареї) з корабля «Союз», який спочатку розроблявся для національної програми висадки людини на Місяць. Після поступового згортання останньої (1969–1972) «Алмаз» отримав додаткове фінансування і врешті-решт перетворився на багатопланову програму.
Метою цієї програми було надання радянським інженерам, вченим та медикам можливості дослідження впливу мікрогравітації на людський організм та інші форми життя та виконання програм експериментів під час тривалого перебування у космосі. Спочатку станція складалася з трьох основних елементів: 1) корабля "Союз" для доставки екіпажу на станцію і назад; 2) стикувального пристрою та 3) основного житлового модуля «Салют», який мав власне джерело електроенергії – сонячні батареї. Застосовуючи концепцію поступового нарощування та додавання модулів при проектуванні та будівництві станції, радянські конструктори використовували нові знання та досвід, отримані під час експлуатації кожної станції, для проектування нової.
3 кН та виконавчі органи системи орієнтації та стабілізації, а також більш сприятливі умови для проведення наукових експериментів. На агрегатному відсіку встановлено другий стикувальний вузол, який дозволяв стикуватися другому кораблю «Союз» або автоматичному вантажному кораблю «Прогрес» при одному пристикованому кораблі «Союз». Ця зміна конструкції дозволила варіювати доставку та заміну екіпажів та вантажів та тим самим продовжити час безперервного перебування космонавтів на станції. На «Салюті-6» побувало 16екіпажів у ході п'яти експедицій, які розширили час перебування людини у космосі до 185 діб.
Група космічного планування.
Щоб виконати різноманітні вимоги до довгострокової космічної станції, НАСА та його партнери з космічної промисловості розробили проект космічної станції третього покоління «Фрідом», яка значно перевершувала все, що міг зробити Радянський Союз у найближчому майбутньому. Початкова конструкція енергетичної установки баштового типу базувалася на 140-метровій фермі, до якої кріпився звичайний набір функціональних модулів. Ця конструкція забезпечувала від 75 до 150 кВт електричної потужності та хороші умови для різних наукових експериментів. У 1985 замість цієї конструкції було запропоновано двокільову для виконання жорстких вимог щодо мікрогравітації та динамічної стійкості. Більшість технологій, запропонованих для будівництва та функціонування такої конструкції, були не тільки не апробовані, а й ще не розроблені. В результаті вартість створення космічної станції стрімко зросла з 8 до 14 млрд. дол., що спочатку планувалися.
Катастрофа з багаторазовим космічним кораблем «Челленджер» в 1986 згубно позначилася на всій програмі космічної станції, оскільки стало ясно, що космічна транспортна система, що розробляється, далеко не настільки надійна для доставки людей і вантажів, як припускали багато офіційних осіб і фахівців. Керівництво НАСА було змушене вдатися до скорочення програми.