 | Ф. БОНО, К. ГАТЛАНД ПЕРСПЕКТИВЫ ОСВОЕНИЯ КОСМОСА Сокращенный перевод с английского Г. Л. Гродзовского, В. А. Добровольского и Г. С. Швырковой Под общей редакцией проф. Г. Л. Гродзовского Москва «МАШИНОСТРОЕНИЕ» 1975 |
УДК 629.78.001.6
Боно Ф., Гатланд К. Перспективы освоения космоса.
Лондон, 1969. Сокр. пер. с англ. М., «Машиностроение», 1975, 216 с. с ил.
В книге изложены вопросы развития космической техники в перспективе до 1990 г. Авторы рассматривают возможности создания и практического использования аэрокосмических летательных аппаратов и пилотируемых орбитальных станций дли исследования космоса.
Уделено внимание вопросам проектирования космических аппаратов многократного применения для грузовых и пассажир ских перевозок, организации межпланетных полетов. Дан экономический анализ эффективности использования космических средств.
Книга рассчитана на специалистов, работающих в области аэрокосмической техники. Она представляет интерес для читателей, интересующихся проблемами освоения космоса.
Табл. 3, ил. 107.
Издательство «Машиностроение», 1975
Перевод на русский язык, вступительная статья редактора перевода, иллюстрации 2, 5, 19, 20, 24, 25, 35, 36, 40-42, 49, 87, 88, 90—98, 105—107.
Предлагаемая нашему читателю книга Ф. Боно и К. Гатланда «Перспективы освоения космоса» посвящена будущему пилотируемых полетов в космос, а также подробному анализу использования достижений науки и техники в области авиации и космонавтики для практических целей. Книга принадлежит перу двух видных зарубежных специалистов по космическим исследованиям: Ф. Боно — ведущего сотрудника известной аэрокосмической фирмы США Мак Доннелл-Дуглас, автора ряда разработок аэрокосмических летательных аппаратов многоразового действия (воздушно-космических самолетов*), и К. Гатланда — вице-президента Британского астронавтического общества, известного популяризатора космических исследований. Научные доклады Ф. Боно получили заслуженное признание на международных астронавтических конгрессах.
Авторы книги постарались ответить на вопрос, что даст человечеству дальнейшее развитие космических исследований. Большая часть книги посвящена важным проблемам исследования Земли с помощью орбитальных аэрокосмических аппаратов и перспективам организации новых технологических процессов на орбитальных станциях. Собранные и систематизированные в книге данные убедительно показывают большую экономическую эффективность капиталовложений в аэрокосмические исследования и программы.
Так, например, при стоимости эксплуатации орбитальных космических станций для точного прогнозирования погоды около 100 млн. долл. в год ожидаемый эффект для США по данным, приведенным в этой книге, составляет: в сельском хозяйстве (надежный двухнедельный прогноз погоды) — от 4,3 до 11,0 млрд. долл. в год; в области защиты промышленных сооружений — 1 млрд. долл. в год; в области защиты тепловых и электрических станций и линий электропередач — 500 млн. долл. в год; от прогнозирования ураганов для Североамериканского континента — 300 млн. долл. в год; от предупреждений о наводнениях и штормах — от 70 до 140 млн. долл. в год.
* Воздушно-космический самолет предназначен для полета в атмосфере и за ее пределами — в космическом пространстве, а также рассчитан на маневрирование в атмосфере с использованием аэродинамических сил.
Значительный экономический эффект от использования орбитальных космических станций ожидается и в других областях. Так, оптимальный выбор океанских маршрутов для торговых и пассажирских судов может дать экономический эффект в 450 млн. долл. в год; организация инспекции раннего обнаружения болезней растений — 400 млн. долл. в год; наведение рыболовных флотилий в районы, обеспечивающие оптимальную добычу рыбы, — 50 млн. долл. в год; выявление залежей полезных минералов и нефти — 70 млн. долл. в год; обеспечение оптимального использования гидрологических ресурсов — 20 млн. долл. в год и т. д.
Следует отметить, что приведенные в книге отдельные экономические оценки относятся к капиталистическому хозяйству. Так, например, особые экономические взаимоотношения складываются между органами, управляющими базисной государственной орбитальной космической станцией, и владельцами пристыкованных к ней частных промышленных станций. Однако принципиальная схема структуры затрат и доходов представляет известный интерес и для нашего читателя. По расчетам специалистов фирмы Мак Доннелл-Дуглас, в 1980 г. суммарный доход от использования промышленных орбитальных космических станций составит 6,7 млрд. долл. (не включая дохода от прогнозов погоды).
Большое внимание в книге «Перспективы освоения космоса» уделено важной проблеме создания аэрокосмических летательных аппаратов многоразового использования, которые должны обеспечить экономическую транспортировку людей и грузов на орбитальные станции. Показано, что перспективные летательные аппараты такого типа смогут в дальнейшем обеспечить межконтинентальные перелеты с доставкой пассажиров в любую точку немного шара менее чем за час.
В книге приведен экономический анализ нескольких типов аэрокосмических аппаратов, разрабатываемых в США. Следует отметить, что при сопоставлении данных одноступенчатого аэрокосмического летательного аппарата и двухступенчатого крылатого воздушно-космического самолета авторы книги отдают предпочтение выполненным по идеям Ф. Боно проектам одноступенчатых пассажирских и транспортных аэрокосмических аппаратов многоразового использования с вертикальным взлетом и посадкой. Нельзя сказать, что предложенные Ф. Боно конструктивные схемы получили общее признание в США. Известно, например, что в США ведутся интенсивные разработки воздушно-космического самолета крылатой схемы (см. рис. 67—72), цветные иллюстрации которого были представлены на XXIV Международном астронавтическом конгрессе в г. Баку в 1973 г.
Авторы книги объективно излагают фундаментальный вклад СССР в важное для человечества дело освоения космического пространства. Книга хорошо иллюстрирована схемами и фотографиями советских космических аппаратов.
Первое издание книги выпущено в 1969 г. Научная общественность многих стран встретила с большим интересом ее появление на прилавках книжных магазинов. Переводы книги опубликованы уже в семи странах.
Поскольку после выпуска в свет книги Ф. Боно и К. Гатланда в нашей стране сделаны новые шаги в освоении космического пространства, переводчики сочли целесообразным включить в него дополнительный иллюстративный материал о советской космической технике. Можно не сомневаться в том, что широкий круг советских читателей и специалистов в области авиационной и ракетно-космической техники проявит интерес к опубликованию перевода этой книги.
Проф. Г.Л.Гродзовский
Это не очередная книга о полете на Луну, хотя в ней и содержится интересный иллюстративный материал об исследовании нашего естественного спутника. Книга «Перспективы освоения космоса» посвящена новому этапу организации пилотируемых полетов в космос, а также использованию достижений космической науки и техники в интересах прогресса человечества.
Приведенный обзор некоторых типов пилотируемых и обитаемых орбитальных космических лабораторий, предназначенных для наблюдения за Землей из космоса и способствующих повышению жизненного уровня людей, помогает читателю составить представление о возможностях космонавтики. Космос нужен людям для лучшего использования и сохранения водных ресурсов, предупреждения потерь при сборе урожая, организации эффективной борьбы с болезнями посевов, обеспечения высоких уловов рыбы и т. д. Книга рассказывает о возможностях пассажирских и грузовых аэрокосмических летательных аппаратов, позволяющих, например, совершать перелеты между континентами в течение получаса.
Люди стремятся долететь до звезд, побывали уже на Луне. Впереди новые этапы освоения космоса. Авторы рассказывают о перспективах создания пилотируемых аэрокосмических аппаратов и проникновения человека в космос, начало которому было положено историческим полетом Ю. Гагарина.
Богатый иллюстративный материал книги дает наглядное представление о современных достижениях в использовании космического пространства и дальнейшем прогрессе в этой области.
Сейчас, после успешных полетов космических аппаратов на Луну, открываются новые перспективы освоения космоса. В ближайший период станет возможным создание постоянно действующих околоземных орбитальных космических станций, научных станций-баз на Луне, а также экспедиций на ближние планеты Солнечной системы. Эти перспективы — не абстрактное научное предвидение. Все более расширяются области применения результатов космических исследований для дальнейшего прогресса человечества. Рождаются тысячи новых идей, изобретений и технических усовершенствований, многие из которых находят практическое применение в повседневной жизни. Например, уже сейчас орбитальные системы широко используются для организации дальней связи и телевидения. Они способствуют дальнейшему развитию культуры и экономики, общественного производства и научно-технического прогресса.
Много полезного дает также использование косвенных фундаментальных результатов космических исследований, которые стимулируют создание новых материалов, электронной аппаратуры, быстродействующих вычислительных машин, методов и аппаратуры для обработки информации в больших масштабах, новых орудий производства, средств автоматики, медицинской аппаратуры, энергетических источников и многое другое. Только использование этих результатов дало уже значительный экономический эффект.
Важным мероприятием в области развития культуры является передача общеобразовательных лекций через космические орбитальные системы. Это особенно необходимо для развивающихся стран. Так, например, в выступлении делегата Цейлона на Венской конференции по исследованию и использованию космического пространства было сказано следующее:«Нас часто спрашивают, почему мы проявляем интерес к космическим исследованиям, хотя все еще не разрешили проблемы ликвидации бедности и неграмотности. Вероятно, следует ответить, что мы стремимся разрешить эти проблемы на новой технической базе. Одно дело — ликвидировать неграмотность старыми методами; совсем другие, более эффективные возможности сулит использование телевидения с ретрансляцией через спутники Земли».
В качестве другого примера укажем, что сейчас в Бразилии подготовлена программа ликвидации неграмотности с использованием спутников связи. Аналогичная программа крайне важна и для Индии. Численность населения Индии превышает 530 миллионов человек, 80% из них проживают в отдаленных сельских районах. Насущной задачей является установка в каждой из 560 000 индийских деревень по крайней мере одного общественного телевизионного приемника, способного принимать через спутники связи трансляцию передач, посвященных проблемам семьи, гигиены, сельского хозяйства и общего образования.
В ближайшее десятилетие наибольший эффект могут принести следующие три направления развития космических исследований: организация прямой трансляции образовательных телевизионных программ через орбитальные системы, прогнозирование погоды и исследование земных ресурсов. Последнее из указанных направлений, которое особенно подробно рассмотрено в этой книге, имеет большое экономическое значение. Ниже будет показано, как с помощью орбитальных аппаратов могут быть быстро получены достоверные данные о состоянии сельскохозяйственных культур и ожидаемом урожае в глобальном масштабе. Появится возможность оперативного определения запасов рыбы в морях и океанах, обнаружения залежей полезных ископаемых, нефти, пресной воды и других жизненно важных ресурсов. Космическим орбитальным станциям с экипажем на борту предстоит выполнить главную роль в решении этих важных задач.
Помимо исследования земной поверхности, космические орбитальные станции ускорят развитие оптических и радиоастрономических наблюдений, свободных от влияния земной атмосферы. Орбитальные станции также будут эффективно использованы для организации принципиально новых технологических процессов в условиях невесомости и глубокого вакуума, труднодостижимых и наземных условиях.
Книга рисует перспективы освоения космоса в ближайшем будущем, т. е. примерно до 1980—1990 гг. На этом этапе будут созданы некоторые типы аэрокосмических летательных аппаратов многоразового применения, в основном использующих химические стартовые ракетные двигатели. О перспективных ядерных и электроракетных двигателях читатель узнает в заключительных разделах книги.
Проблема создания аэрокосмических летательных аппаратов многоразового действия требует особого рассмотрения. Уже давно стало ясным, что для полета в космос нужны принципиально новые средства транспортирования. Мы являемся свидетелями непрерывного прогресса в области наземного и воздушного транспорта. В далеком прошлом основными формами передвижения были ходьба пешком и езда на животных. Затем человек освоил новые средства транспорта: пароход, поезд, автомобиль и самолет. Можно отметить три важные вехи в развитии транспортных средств, стимулировавшие развитие хозяйствен ной деятельности на Земле: использование силы ветра: изобретение колеса; создание аэроплана.
Наши далекие предки пользовались только мускульной силой в качестве источника движения транспортных средств. Затем человек научился применять силу ветра. Еще в доисторические времена люди поняли, что движимый ветром парусник является важным транспортным средством расширения обмена продуктами с соседними племенами. Парусный флот резко раздвинул границы человеческого общения. Его развитие позволило включить в сферу торговых связей примерно до 10% населения земного шара. Это было важным фактором формирования цивилизованных общин в прибрежных районах мира.
Следующим эпохальным событием стало изобретение колеса, вызвавшего к жизни различные виды рельсового и безрельсового колесного транспорта. Постепенно начали появляться усовершенствованные дорожные покрытия и рельсовые дороги, существенно расширившие горизонты познания и общения. Началось регулярное продвижение людей в глубь материков из прибрежных долин. В результате этого в границы цивилизации было включено еще примерно 25% населения Земли.
Наконец был построен аэроплан. Воздушный транспорт открыл людям возможность передвижений на расстояния до тысячи миль в день. Добравшись до ранее недоступных мест, человек начал исследовать новые территории и еще более расширил области познания и общения. Однако следует признать, что возможности современного транспорта уже не позволяют в полной мере удовлетворить потребности человеческого общества. Прежде всего определилась необходимость создания новых типов летательных аппаратов, значительно превышающих по скоростным данным всех своих предшественников.
Люди достигли огромных успехов в использовании земных ресурсов. На современном самолете можно облететь нашу планету в течение нескольких суток. Как же повлияет на прогресс человечества возможность перелета на космических высотах в любую точку земного шара менее чем за один час?
По мере того, как мы входим в век космической техники, становится все более очевидным, что еще многое нужно сделать для того, чтобы пилотируемые космические корабли стали привычными средствами транспорта. Современные ракеты-носители непригодны для повторного использования; они сгорают, возвращаясь в атмосферу Земли, или падают в море. Такой метод транспортирования является весьма расточительным. Подлинно эффективное использование космического пространства станет возможным лишь тогда, когда космические полеты будут совершаться на аэрокосмических летательных аппаратах, возвращаемых на Землю и используемых повторно. Авторы книги подробно рассматривают пути создания космической техники многократного применения.
Совершенно ясно, что развитие системы транспортирования с помощью аэрокосмических ракетных аппаратов зависит в большой степени от возможного спроса на них. Потребуются миллиарды долларов капиталовложений на опытные работы и организацию промышленного выпуска совершенных средств космического транспорта. На первом этапе будут решаться задачи осуществления экономичных перевозок людей и грузов на орбитальные космические станции. В дальнейшем предстоит решить проблему высокоскоростных межконтинентальных перевозок с помощью аэрокосмических аппаратов.
Огромные расходы на проведение исследовательских п экспериментальных работ могут быть оправданы лишь при условии создания мощной ракеты-носителя многократного использования, способной обеспечить решение указанных двух первоочередных задач. Поэтому авторы книги уделяют основное внимание вопросам организации полетов аэрокосмических летательных аппаратов многократного применения в пределах земной атмосферы и околоземного космического пространства, параллельно рассматривая возможности транспортировки людей и грузов на Луну и планеты нашей Солнечной системы.
На развитие транспортной техники человек постоянно обращал свои разум, энергию и ресурсы. Процесс этот был длительным и естественным. Прошло 8000 лет с тех пор, как человек начал эксплуатировать водный транспорт, 5000 лет он успешно использует колесный транспорт, наконец, уже 50 лет летает в атмосфере Земли. Каждый новый вид транспорта порождал свойственные ему механизмы и устройства. И в этом проявлялась мудрость человеческого мышления.
Ныне мы являемся свидетелями рождения нового вида транспорта — аэрокосмических летательных аппаратов.
Приведенные в книге цветные и черно-белые иллюстрации реальных и перспективных аэрокосмических летательных аппаратов, а также отдельных элементов их оборудования и принадлежностей помогают читателю создать представление о будущем космических исследований и их прикладном значении для прогресса человечества. В связи с изданием сокращенного перевода часть иллюстраций опущена.
ИССЛЕДОВАНИЕ ЗЕМЛИ С ПОМОЩЬЮ
АЭРОКОСМИЧЕСКИХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Исследование нашей планеты из верхних слоев атмосферы и из космоса может дать очень ценные результаты. Такие возможности появились благодаря уникальным свойствам орбитальных летательных аппаратов, с помощью которых человек может регулярно наблюдать обширные районы Земли: плодородные земли и пустыни, огромные просторы океанов и полярные области. Становится возможным следить глобально за изменениями погоды, влияющими на жизнь людей нашей планеты.
Современные технические средства, такие как кинофотоаппараты с пленкой, чувствительной в широком диапазоне длин волн, инфракрасные и микроволновые датчики для детального изучения свойств и характеристик поверхности Земли, отличаются большим совершенством. Эти средства могут применяться практически при всех исследованиях, проводимых с орбитальных аппаратов, в областях геологии, сельского хозяйства и лесной промышленности, гидрологии, океанографии и кораблевождения, картографии, биологии и др. Можно ожидать, что результаты этих исследований будут весьма ценными для многих отраслей промышленности.
Однако полезные результаты наблюдения с орбитальных аппаратов за поверхностью Земли получить весьма непросто. Интересно отметить, что когда метеорологические спутники «Тирос» начали облеты Земли в начале 60-х гг., передаваемые ими наземным станциям фотоизображения показывали картины облачного покрова над обширными территориями планеты и иногда знакомые географические очертания Земли. В то же время никаких признаков цивилизации по этим изображениям обнаружить было нельзя.
Позднее была получена фотография арктического района, на которой была замечена прямая линия, протянувшаяся на сотни километров. Эта линия оказалась тенью от следа инверсии за реактивным самолетом, лежащей на полярных снегах.
Более определенные признаки деятельности человека были обнаружены на фотографиях северной части Канады, полученных с помощью метеоспутника «Тирос». На снимках можно было заметить слабые пятна в снегах, которые оказались огромными запасами срубленного леса, ожидающего весеннего паводка. Ознакомленные с фотографиями лесозаготовители были удивлены, когда узнали, что вырубленные площади леса расположены в шахматном порядке.
Только первые пилотируемые полеты в космос позволили по наблюдениям с орбитальных аппаратов дать более точные данные о деятельности человека на Земле. Космонавт Г. Купер, наблюдавший Землю из кабины космического аппарата «Меркурий МА-9» в мае 1963 г., заявил, что он видел на Земле здания, дороги и дым из труб. Сначала ученые выразили сомнение в реальности заявления космонавта и даже высказали предположения о галлюцинациях у Купера. Но более поздние наблюдения и цветные фотографии, полученные, например, космонавтами из кабины космического аппарата «Джеминай» при использовании обычной фотоаппаратуры, подтвердили возможности наблюдения из космоса различных сооружений на земной поверхности и кораблей на море, причем даже в тех случаях, когда траектория полета удалена от поверхности Земли на расстояние свыше 160 км.
Фотоизображения земной поверхности из космоса обладают рядом преимуществ перед снимками, полученными методами аэрофотографирования. Прежде всего космические фотографии охватывают большие по размеру территории. На них могут быть отражены такие детали, которые остаются незамеченными при наблюдении с земной поверхности или с самолетов. На снимках, полученных с орбитальных аппаратов, лучше видны разломы земной поверхности и геологические структуры, характерные для залежей различных минералов и нефти. Фотогеологическая разведка из космоса может дать специалистам новые представления о запасах руды.
На фотографиях, полученных с орбитальных аппаратов, были зафиксированы участки поверхности Земли, политые дождем, которые легко можно было отличить от участков, где дождя не было (рис. 9).
Развитие методов наблюдения Земли из космоса вызвало необходимость широкой разработки инфракрасных датчиков. Принцип их работы основан на регистрации электромагнитной радиации, которую излучают все физические тела в инфракрасном диапазоне пропорционально степени их нагрева. Инфракрасное излучение занимает большой диапазон длин волн, которые часто делят на две области: ближнюю (или «горячую») и дальнюю (или «холодную»). Инфракрасное излучение раскаленных тел, таких, например, как топка печи, выхлопная реактивная струя или вулкан, может быть зафиксировано на специальную фото— или кинопленку. Для обнаружения инфракрасного излучения холодных тел необходимо высокочувствительное электронное оборудование. В 60-х годах были ярко продемонстрированы новые возможности инфракрасной техники при наблюдениях с борта управляемых и неуправляемых орбитальных кораблей. Использовалось свойство различных предметов отражать при некоторых условиях вполне определенные количества тепла и света, характерные только для данных предметов. Это дает возможность распознавать наблюдаемые предметы при расшифровке материалов, полученных с помощью фотокамер и спектрометров.
При анализе фотоснимков Земли в инфракрасном диапазоне спектра некоторые важные открытия были получены совершенно неожиданно. Так, например, ученые Мичиганского университета и работники Управления геологических исследований США, наблюдая с воздуха за деятельностью вулканов на Гавайских островах с помощью инфракрасных датчиков, отметили сильное течение воды от побережья, температура которой была на 11°С ниже, чем температура воды в соседних слоях. Оказалось, что инфракрасные датчики обнаружили огромные запасы пресной воды в океане, причем в том районе, где наблюдается ее острая нехватка.
Чувствительность инфракрасных приборов столь высока, что для неспециалиста бывает трудно в это поверить. Доменные печи, тепловые электростанции, вулканы, лесные пожары легко могут быть замечены с орбитальных аппаратов. Несколько труднее обнаружить в море корабли, положение которых можно определить по разнице между температурой воды в следе за ними и обычной морской воды. Это направление исследования позволяет человеку обнаруживать подземные озера и реки в отдаленных территориях и измерять количество дождевых осадков для сохранения пресной воды. Инфракрасные датчики также устанавливаются на метеорологических спутниках для определения температурных изменений в облачном покрове, что необходимо при составлении прогнозов погоды.
Одна из первоначальных задач, которую предстояло решить с помощью спутников, предназначенных для исследований нашей планеты, заключалась в составлении более точной и подробной географической карты нашей планеты по сравнению с картой, составленной ранее по значительно более мелким аэрофотоснимкам. Такие карты могут быть очень полезны для выбора наиболее целесообразных направлений автомобильных и железных дорог или ирригационных каналов. Приборные наблюдения из космоса помогут также составить карты коралловых рифов, расположенных близко к поверхности океана и невидимых для судоводителей. Значение таких карт для безопасности навигации очевидно. На полученных космонавтами фотографиях достаточно четко просматриваются подводные геологические формации и изменение цвета воды под влиянием течений, хорошо воспринимаются детали земной поверхности. На снимках можно увидеть взлетные полосы аэропортов, а в пустынных районах — оазисы, где почвенные воды достигают поверхности, и длинные сухие дюны, представляющие большой интерес для метеорологов.
Геологи считают, что получаемые с орбитальных кораблей цветные фотографии поверхности Земли содержат важную информацию. Так, например, согласно сообщению д-ра Монема Абдель-Гавада по цветным фотоснимкам из космоса было установлено, что скальные образования, содержащие хром в северо-восточной части Египетской пустыни, занимают территорию, почти в 4 раза большую, чем это было определено ранее при наземных исследованиях. Д-р Абдель-Гавад был одним из первых, кто отметил преимущества применения спутников для геологоразведки в развивающихся странах. Используя информацию, передаваемую спутниками, эти страны могут существенно ускорить промышленное развитие и выиграть годы, а возможно и десятилетия для преодоления своей отсталости.
Известно, что присутствие некоторых видов минеральных залежей тесно связано с определенными классами скальных пород и что эти минералы могут быть определены по цвету и топографической форме скал. Таким образом можно обнаружить в породе хром, железо, марганец и фосфориты. Фотографии, полученные со спутников, показали, что и нефть может быть найдена в подземных пустотах вдоль специфических разрывов земной коры. Геологические районы с полезными ископаемыми и запасами нефти, если они свободны от густой растительности или снежного покрова, могут быть обнаружены при проведении космических исследований с помощью искусственных спутников.
Космическое фотографирование удаленной территории на севере Финляндии позволило обнаружить ранее неизвестный разрыв коры, вблизи которого расположены районы с богатыми промышленными залежами железа, магния и хрома. Геологи, руководствуясь полученными со спутников фотографиями, начали изыскания вдоль обнаруженного разрыва.
По фотографиям, полученным с борта космического корабля «Джеминай-4», обнаружена геологическая формация в горах республики Нигерия, называемая Майковым кругом. Это темные кольцеобразные потоки лавы, часто указывающие на присутствие ценных минералов. В Майковой круге Нигерии предполагают наличие таких редких металлов, как олово, вольфрам и ниобий.
Геологические исследования из космического пространства значительно увеличивают возможности определения новых запасов полезных ископаемых, особенно в удаленных районах, что представляет значительный потенциальный интерес. Аналогичные возможности открываются и для изысканий новых нефтеносных районов.
Космонавт, наблюдающий Землю из кабины космического корабля, также может видеть ряд интересных подробностей.
Когда впервые было высказано предположение о возможности использования космического фотографирования в современном градостроительстве, это вызвало серьезные сомнения. Однако внимательный анализ космических фотоизображений местности рассеял всякие сомнения. Так, например, на фотографии панорамы штата Техас, снятой на 70-мм пленку через шлюзовое окно космического корабля «Аполлон-6», можно было рассмотреть достаточно интересных деталей. Город Дентон виден в верхней центральной части фотографии на пересечении шоссейных дорог, ведущих вниз, в Форт-Уэрт и направо к Далласу. Можно заметить отличительные особенности системы шоссейных дорог вокруг Далласа. Видны резервуары в северной части Форт-Уэрта и Далласа, военно-воздушная база Карсвелл, завод фирмы Дженерал Дайнамикс в Форт-Уэрте, большой юго-западный международный аэропорт, отделение фирмы Линг-Темко-Воут и авиационная военно-морская база в Далласе. При фотографировании была использована пленка для аэрофотосъемки с высокой разрешающей способностью, диафрагма 1 : 5,6 и выдержка 1/500 с.
Спутники могут значительно быстрее обеспечить необходимые фотоматериалы для составления географических карт различных территорий нашей планеты, чем аэрофотосъемка. Для космической съемки панорам местности прекрасно подходят кинокамеры, обеспечивающие телевизионную передачу изображения высокого качества. Исследования, проведенные группой научных сотрудников американской Академии Наук, показали, что для составления карты США методами аэрофотосъемки с высоты 9000 м потребовалось 100 000 стереофотографий, тогда как для составления такой же карты достаточно иметь 550 спутниковых стереофотографий. Значительное уменьшение потребного количества фотографий при съемке местности со спутников достигается благодаря более широкому углу визирования поверхности. Это дает большой экономический эффект. Стоимость монтажа полной панорамы местности из 100 000 стереофотографий в 5 или 10 раз превосходит стоимость самой аэрофотосъемки, в то же время затраты на монтаж 550 стереофотографий пренебрежимо малы.
Много важных метеорологических сведений может быть получено при непосредственном фотографировании поверхности Земли из космоса. Только сейчас, после появления метеоспутников, мы по существу начали понимать, как работает служба погоды. Много ценной информации о метеорологических условиях над огромными территориями Индостана, Индийского океана и Бенгальского залива дало фотографирование этих районов из космоса. На снимках хорошо заметно различие в климатических условиях, видны буйные зеленые джунгли и безводные бурые пески.
Совсем иные метеорологические условия отмечены на фотографиях побережья Марокко, полученных с «Джеминай-5». На одном из снимков (рис. 8) зафиксирован сформировавшийся вихрь, образованный при обтекании ветром выдающейся в море части марокканского побережья, запечатлены центр вихря и вращение потока по периферии. Руководители НАСА отмечали, что подобные фотографии иллюстрируют возможности метеорологических исследований, проводимых с помощью орбитальных аппаратов. Изучение вихревых потоков имеет особое значение для метеорологии, так как нередко в результате их развития возникают разрушительные торнадо, ураганы и тайфуны.
Размещение фотоаппаратуры на орбитальных аппаратах в космическом пространстве открыло недоступные нам ранее возможности наблюдения за постоянно меняющимся облачным покровом Земли. На снимках, полученных с помощью фотоаппарата с 70-мм пленкой через окно шлюзовой камеры космического корабля «Аполлон-6», просматривается панорама восточного побережья США между Саванной и Брансуиком (штат Джорджия). Один из снимков зафиксировал след инверсии за пролетающим реактивным самолетом.
Представляет интерес фотографирование районов юго-западной части Африки с высоты 322 км. Была снята панорама территории, именуемой пустыней Намиб, которая протянулась вдоль Побережья Скелетов, получившего свое название вследствие множества обломков судов, потерпевших здесь кораблекрушение. Этим путем плыли корабли из Европы в Азию 500 лет назад. Пустыня Намиб — одна из самых засушливых частей земного шара. Ее сухие песчаные дюны простираются почти на 200 км к югу. Постоянные ветры, дующие почти в одном и том же направлении, сносят песок в Атлантический океан, сильное течение вызывает перемещение масс песка в северном направлении. Это и привело к образованию трех гигантских песчаных кос (рис. 15).
Создание космических летательных аппаратов позволило приступить к наблюдению погодных условий на Земле в крупном масштабе. Изображение Земли с высоты 35 880 км было получено телевизионной камерой с борта спутника АТС-III, летавшего по геостационарной орбите над территорией Бразилии Через этот многоцелевой спутник велись передачи в Европу телевизионных программ с Олимпийских игр в Мексике в октябре 1968 г. На фотографиях запечатлены четыре континента: части Северной и Южной Америки, Африка, Европа и ледяная шапка Гренландии. Антарктический континент в момент фотографирования был окутан облачной пеленой. Дешифрирование снимков позволило установить, что в центральной части США распространяется фронт холодного воздуха, движущийся к востоку и растянувшийся от Великих озер до Мексики. На одной из фотографий был заметен тропический шторм с холодным фронтом, направлявшийся к Аргентине.
Аэрокосмические летательные аппараты могут сделать многое для охраны жизни и благосостояния человечества. Информация о приближении разрушительных штормов, ураганов и тайфунов, немедленно передаваемая наземным станциям, позволит своевременно проводить эвакуацию населения и имущества из угрожаемых районов.
Волнение моря, согласно данным Нью-Йоркского университета, может быть определено по рассеиванию отраженного сигнала радиолокатора, установленного на орбитальном аппарате. Измерение величины рассеивания сигнала с помощью микроволнового датчика позволяет определить в каких частях океана имеет место сильное волнение.
Много внимания уделено выслеживанию с помощью метеоспутников циклонов, ураганов и тайфунов. Наблюдение за ураганами над океанами позволяет своевременно предупреждать экипажи кораблей и население прибрежных районов о их приближении. Так, например, метеоспутник «Нимбус-II» выследил и сфотографировал 17 тайфунов, 9 ураганов и 9 тропических штормов.
Не так давно произошел случай, который может служить классическим примером использования метеоспутника для оказания немедленной помощи в чрезвычайных условиях. Обильные дожди наполнили бассейн реки Насас в Мексике, как раз в то время, когда с моря ворвался ураган Наоми. Высокий подъем воды создал потенциальную угрозу для недавно построенной плотины. Перед мексиканской администрацией возникла дилемма. Если дождь будет продолжаться, потребуется открыть плотину, затопить тем самым город Гомес-Паласьо и потерять воду, предназначенную для сельскохозяйственных работ. Если не открывать плотину, то создавалась опасность ее разрушения под напором воды, и в этом случае мог быть затоплен не только город Гомес-Паласьо, но и город Торреон.
Все сомнения были разрешены, когда метеорологический спутник передал телевизионные изображения, определившие изменение направления шторма. Руководствуясь этой информацией, мексиканские власти оставили плотину закрытой, предупредив бедствие, которое могло постигнуть население двух городов, и сохранив богатые запасы воды для их последующего использования в ирригационных целях.
Ураганы и тайфуны накапливают энергию за счет тепла тропических океанов. Ветры образуют вихрь штормовых облаков, распространяющихся на тысячи метров в толще атмосферы. Барометрическое давление падает в центре вихря, и вся система в целом становится гигантской тепловой трубкой, откачивающей тепло от поверхности моря. Благодаря метеорологическим спутникам мы начали понимать природу ураганов. Так, например, метеоспутник «Нимбус-II» дал метеорологам полное представление о «жизни» и «смерти» урагана Альма, родившегося в Карибском море в июне 1966 г. Весь цикл этого урагана, продолжавшийся 7 дней, был сфотографирован спутником вплоть до того момента, когда стихия истощилась в районе к югу от Ньюфаундленда.
В процессе исследования ураганов с помощью метеоспутников проводились эксперименты, направленные на подавление стихии с самого начала ее зарождения путем ввода в центр урагана йодистого серебра. При введении достаточного количества этого химического вещества внутри ядра урагана образуются кристаллы льда, которые резко снижают его температуру и вызывают угасание стихии.
Наблюдение из космоса в инфракрасном диапазоне длин волн может дать важные сведения о температуре в кратере вулканов, что в конечном счете позволит предпринять необходимые меры для своевременного предупреждения извержений. С помощью инфракрасных датчиков, установленных на спутнике «Нимбус-II», были проведены специальные измерения поверхности вновь образующегося вулканического острова вблизи Исландии, которые дали геологам детальный профиль температуры расплавленной лавы, выбрасываемой из глубин Земли. Фотографии, полученные с борта космического корабля «Джеминай», помогли ученым открыть геологический разлом земной коры в Перу, который может быть потенциальным источником землетрясений.
Облака мигрирующей саранчи, заметные с самолета, могут также быть обнаружены со спутников. Это пополняет арсенал методов своевременного предупреждения надвигающейся опасности.
Перспективы наблюдений из космоса в интересах сельского хозяйства — не менее обнадеживающие. Фотокамера с пленкой, чувствительной в широком диапазоне длин волн, позволяет получить фотографии поверхности Земли с важными деталями, которые обычно не воспринимаются непосредственно человеческим глазом. Разные породы деревьев и посевы различных культур по-разному отражают свет в видимом и инфракрасном диапазонах длин волн. С помощью датчика, чувствительного в широком диапазоне спектра длин волн, можно получить изображения, позволяющие отличить овес от ячменя, больные хлебные посевы от здоровых и загрязненную воду от чистой. Таким образом, организация комплексных наблюдений со спутников и самолетов за состоянием посевов и зеленых насаждений может дать важную информацию работникам сельского и лесного хозяйств. Это непосредственно отразится на увеличении производства пищевых продуктов и будет способствовать более эффективному контролю за болезнями и вредителями посевов.
Затраты на естественную инвентаризацию лесов обычными средствами только в США составили 11 млн. долл. Эта же работа, выполненная с помощью космической техники, обойдется неизмеримо дешевле. Наблюдения за лесами из космоса позволяют своевременно обнаруживать лесные пожары, обеспечивают сокращение на 8% территорий лесных массивов, подвергаемых разрушению или повреждению. В настоящее время ущерб от лесных пожаров только в США достигает около 4 млрд. долл. ежегодно.
Возможности фотографирования из космоса в целях получения информации, представляющей интерес для сельского хозяйства, подтвердили космические снимки территории штата Техас. Фотографии продемонстрировали эффект дождя, выпавшего накануне вечером в районе отличавшемся полузасушливостью: было зафиксировано, что растения быстро пошли в рост (рис. 9).
Много внимания было уделено расширению диапазона чувствительности фото— и киноаппаратуры, применяемой на орбитальных аппаратах, в целях повышения возможностей определения по снимкам интенсивности развития растений. Фотографирование на специальную пленку помидорного поля позволило установить изменение окраски двух соседних участков: красным цветом (рис. 13) отмечены здоровые растения, темным — растения, зараженные болезнью, вызывающей увядание и опадание листьев. Аналогичные снимки больших территорий можно дешифрировать с помощью вычислительных машин. В результате будет получена карта распределения сельскохозяйственных культур. Появится возможность быстрой оценки мировых запасов сельскохозяйственных продуктов и урожая в различных районах Земли.
Применение космических средств исследования может дать большой эффект и в гидрологии. Важно уметь правильно оценить содержание влаги в грунте, скорость испарения воды из различных водоемов и количество воды, образуемой при таянии льдов весной. Такая оценка будет несомненно способствовать сохранению запасов воды, рациональному ее использованию в стабильно засушливых районах планеты. Появится возможность составления достоверного прогноза наступления засухи или образования чрезмерных избытков воды. На космических фотографиях по цвету изображений можно различить чистую и химически или биологически загрязненную воду.
Исследования водных поверхностей методами космического фотографирования открывают богатые возможности детального определения осадочных отложений в бухтах и их перемещения через проливы. Так, например, анализ движения течений в Мексиканском заливе позволяет океанографу получить массу полезной информации, в частности, о движении и распространении личинок креветок, важного элемента для экономики этого района.
На примыкающей к Гималаям обширной территории, особенно вблизи «крыши мира», сосредоточены огромные снеговые запасы, которые хорошо просматриваются на фотографиях горных районов провинции Синьцзян (КНР), части Индии, Пакистана, Кашмира, Афганистана и Таджикской ССР. Были запечатлены (рис. 17) хребет Гималаев (6096 м), покрытый снегом, и вторая в мире по высоте вершина Чогори (8616 м). Снимки этих районов, полученные с орбитального аппарата в момент минимального снежного покрова, могут быть полезными для определения количества воды, образующейся при таянии ледников, а также для исследования рельефа удаленных или мало изученных горных цепей.
Регулярное фотографирование из космоса прибрежных районов будет способствовать увеличению наших знаний об эрозии берегов и движении наносов. Наличие осадочных пород в прибрежных водах хорошо заметно по резко выраженному изменению их окраски. Таким образом, открывается возможность исследования целого ряда проблем эрозии и наносов, распространения водорослей, образования и движения отмелей в реках.
Из космоса можно также проверять состояние воздушной среды, определять места наибольшего ее загрязнения, направление господствующих ветров и влияние этих факторов на микроклимат районов.
Весьма примечательная информация получена при фотографировании с орбитального аппарата Большой Багамской отмели. На снимках запечатлена картина, скрытая от наземного наблюдателя. Кроме небольших участков суши, отчетливо просматривается рельеф морского дна на глубине более 1,5 км. Вдоль кромки отмели зафиксированы каньоны, прорезанные в коралловых рифах, впадина глубиной 2438 м, которая резко обрывается от края рифов, расположенных над уровнем моря (рис. 16).
Фотографирование и исследование океанов с орбитальных аппаратов может принести существенный экономический эффект. Результаты глобального анализа течений и температурных характеристик океанов, как основных факторов, которые определяют движение и сосредоточение огромных косяков рыбы, будут способствовать развитию рыбной индустрии.
Один из первых космических экспериментов по управлению рыболовными судами в целях увеличения улова был проведен в Гвинейском заливе, на западном берегу Африки. С помощью метеорологического спутника фотографировался район «черной воды» в заливе, образующей коридор между теплыми и холодными океанскими течениями. Этот коридор, в котором сосредоточены огромные стаи тунца, очень трудно определить непосредственно с водной поверхности. В паре с метеорологическим спутником работало океанографическое судно, оборудованное аппаратурой для приема и расшифровки посылаемых спутником фотоизображений. Океанские просторы днем фотографировались в видимом свете, ночью — в инфракрасной области спектра. Как и предполагалось, постоянно существующая граница между массами холодной и теплой воды хорошо заметна на полученных из космоса фотографиях, особенно снятых в инфракрасной области спектра.
Но не только температурные исследования океанов из космоса будут стимулировать прогресс в рыбной индустрии. Отличительный спектральный цвет воды благодаря присутствию в ней планктона может быть важным признаком для определения кормовых пастбищ рыбы. Бюро промышленного рыболовства США уделяет внимание также способу поиска косяков рыб по оставленному ими масляному следу на поверхности океана.
Большое значение придается океанографическим исследованиям ледовых условий в Арктике и Антарктиде. В северной части полушария лежат наиболее экономичные судоходные пути, которые большую часть года покрыты льдом. Организация постоянного непосредственного наблюдения за этими путями с орбитальных аппаратов и быстрая оценка ледовой обстановки принесет большой экономический эффект. Уже нет сомнений в том, что наблюдение со спутников является наиболее действенным и дешевым способом проведения ледовой разведки. Известно, например, как финские ученые анализируют фотографии, полученные со спутников, быстро оценивают ледовую обстановку в Ботаническом заливе и безошибочно направляют ледоколы для образования проходов во льду точно в определенное время. Космические фотографии также оказали существенную помощь в открытии навигации но заливу Св. Лаврентия с самого начала весны.
С большим успехом используются спутники в Советском Союзе. В частности, информация, доставляемая советскими метеоспутниками, помогает прокладывать наиболее выгодный курс для судов рыболовного и грузового флота.
Проводимые сейчас исследования океанов и морей с помощью орбитальных аппаратов помогут удовлетворить потребности человечества на ближайшее десятилетие в протеине. Для этого необходимо внедрение новой технологии морского промысла, которая даст возможность увеличить производительность рыбной индустрии.
Научный совет министерства морского флота США считает важными следующие направления использования орбитальных аппаратов: а) описание миграции и движения основных косяков рыб, пригодных для промышленного улова; б) исследование рыбных запасов в неизученных районах; в) получение данных об изменении рыбных запасов в зависимости от внешних условий, что может служить основой для составления прогнозов развития рыбной индустрии; г) составление мелкомасштабных топографических, геологических, магнитных и гравитационных карт континентального шельфа и районов с отлогим дном для определения месторождений минеральных и топливных ресурсов, в том числе нефти и газа; д) составление геофизических и топографических карт ряда выбранных площадей в глубоких местах океанского дна; е) определение происхождения и динамики системы океанов; ж) исследование процессов тепло— и массообмена, взаимодействия воздушной поверхности и поверхности моря, видоизменений воздушной среды над морем; з) исследование генетики распространения штормов и волн.
Указанные задачи могут быть решены спутниками с одновременным использованием других технических средств на суше, в океанах или в атмосфере. Так, например, спутники могут собирать важную информацию, передаваемую свободно плавающими буями. Опрашивая дрейфующие в океанах буи один или два раза в сутки, спутники будут передавать результаты опроса центральным наземным приемным станциям.
ОРБИТАЛЬНЫЕ ЛАБОРАТОРИИ
Несмотря на обнадеживающие результаты, полученные с помощью искусственных спутников в течение первого десятилетия космической эры, все же непосредственные наблюдения космонавтов с орбитальных аппаратов и редкая способность человека быстро реагировать на неожиданные изменения обстановки укрепляют уверенность в том, что именно непосредственное участие человека в дальнейших космических полетах принесет решающий успех в освоении космоса. Идеи пионеров космонавтики-Циолковского, Оберта и др., предсказавших необходимость создания пилотируемых средств проникновения в космос, уже начали претворяться в жизнь. Однако созданные человеком первые пилотируемые космические аппараты пока еще представляют собой начальную ступень на пути создания гигантских орбитальных платформ, о которых мечтали основоположники космонавтики. Теперь уже ясно, что стыковка отдельных лабораторных отсеков (модулей) непосредственно на орбите является наиболее реальным путем образования крупных обитаемых космических комплексов. При этом космонавты будут избавлены от трудоемкой работы по сборке космических кораблей из отдельных элементов в открытом космосе. Стыковка на орбите открывает также возможности присоединения лабораторных модулей разного назначения к основной космической станции по мере необходимости.
Достижения современной автоматики обеспечивают дистанционное включение или выключение исследовательского оборудования, установленного на орбитальном аппарате. Космонавты при периодическом посещении лабораторных модулей в космосе могут проводить там специальные эксперименты, ремонт или замену дорогого оборудования. Создание системы орбитальных лабораторий, совершающей полет по орбите, например, на высоте около 320 км от Земли, имеет особое значение для решения метеорологических задач, ледовой разведки, предупреждения стихийных бедствий, изучения ресурсов Земли и астрономии. Эта система может стать центром приема пилотируемых и беспилотных космических аппаратов, работающих в диапазоне высот вплоть до высоты синхронной орбиты, лежащей на расстоянии 35 880 км от поверхности Земли. Орбитальная система может также решать задачи спасения космонавтов, терпящих бедствие. Небольшие космические ракетные аппараты будут применяться для перемещения космонавтов между отдаленными модулями орбитальной системы, которые по характеру выполняемых ими специфических задач работают в отрыве от основного комплекса.
Одним из наиболее выдающихся результатов советских космических исследований было проведение первой в мире автоматической встречи на орбите и стыковки двух спутников серии «Космос» (рис. 22). Аналогичная стыковка была затем осуществлена космическими кораблями «Союз» и при создании первого советского долговременного орбитального научного комплекса «Салют — Союз» (рис. 25).
Основная идея экспериментов по стыковке космических аппаратов на орбите была высказана Юрием Гагариным в его исторической речи в 1963 г. на Парижском конгрессе Международной астронавтической федерации. Гагарин в начале своей речи заявил, что для полета большой экспедиции на Луну необходим крупный космический корабль с массой в несколько десятков тонн и что нецелесообразно затрачивать средства и усилия на создание огромной ракеты-носителя, которая смогла бы непосредственно доставить на Луну такую массу. Он предложил для решения рассматриваемой проблемы более экономичные пути, реальность которых исследуется сейчас как в СССР, так и в США. Одно из возможных решений, отметил Гагарин, заключается в сборке элементов большого космического корабля на околоземной орбите. Эти элементы с необходимыми запасами топлива и оборудования должны быть доставлены на орбиту относительно малыми ракетами-носителями. Таким же путем может быть осуществлена и межпланетная экспедиция.
Гагарин подчеркнул, что проблемы сборки на орбите большого космического комплекса достаточно сложны и потребуют организации совершенной системы связи, использования новейших радиолокационных и оптических методов наблюдения. В тех случаях, когда автоматическое оборудование не сможет по своим техническим возможностям обеспечить решение всех процессов формирования космического комплекса на орбите, человек возьмет на себя непосредственное управление космическими модулями при сближении и стыковке с основным космическим объектом. Для этой цели, отметил Гагарин, в СССР было осуществлено в начале несколько групповых полетов космических кораблей, которыми управляли космонавты Николаев и Попович, Терешкова и Быковский. В процессе эксперимента космические корабли «Восток» осуществляли взаимный поиск и сближение до расстояния от 6,5 до 4 км. На это не требовалось, продолжал Гагарин, особенно больших расходов топлива.
В дальнейшем при организации космических полетов возникнет необходимость выведения на орбиту космических кораблей с экипажами из нескольких человек, специально подготовленных для проведения разносторонних научно-технических экспериментов. Нельзя полагать, что один человек окажется способным одновременно пилотировать космический корабль и осуществлять широкий диапазон научных исследований. Предстоит большая работа по совершенствованию конструкции космических кораблей и техники космического полета. Пока еще для полетов в космос отбираются только физически очень крепкие и тренированные люди, которые способны выдержать перегрузки, возникающие при ускорении и торможении космического корабля в процессе старта и при возвращении на Землю. Эти интересные мысли Гагарина в скором времени были подтверждены делами. Годом позднее был выведен на орбиту космический корабль «Восход», на борту которого находились ученый и врач. Затем состоялась встреча на орбите и стыковка с использованием автоматической системы и ручного управления космических кораблей «Союз» (рис. 24). Были предприняты меры для уменьшения перегрузок, испытываемых космонавтами на этапах старта и торможения.
В процессе первых экспериментов по стыковке спутников серии «Космос» один из них совершал полет по фиксированной орбите, в то время как второй выполнял необходимые для стыковки маневры. После приближения активно маневрирующего спутника ко второму объекту на определенное расстояние, каждый из участвующих в эксперименте аппаратов начинал активный поиск другого, используя для этой цели радиолокационное оборудование. Затем, с помощью бортовых вычислительных машин активный спутник автоматически изменял свою скорость, обеспечивая наиболее экономичную траекторию сближения. На конечном участке перед стыковкой, когда расстояние между объектами сокращалось до 300—400 м, относительная скорость взаимного сближения постепенно гасилась и спутники разворачивались носовыми частями друг к другу. Затем стыковочный штырь активного спутника входил в приемное отверстие второго спутника, осуществлялся механический захват и соединение электрических цепей обоих космических объектов.
Такая же методика может быть принята при выполнении стыковки большого ракетного модуля с космическим кораблем или космической станцией, а также для пристыковки к ним небольшого грузового космического корабля, предназначенного для доставки людей и грузов на основной комплекс или при спасательных операциях на орбите.
Два события в конце 1968 г. продемонстрировали возможности применения указанной методики стыковки. Советский космонавт Георгий Береговой, пилотируя космический корабль «Союз-3», осуществил эксперименты по сближению с однотипным космическим кораблем. А вскоре после этого был выполнен выдающийся эксперимент по стыковке космических кораблей «Союз-4» и «Союз-5».
Космический корабль «Союз» состоит из трех основных отсеков (рис. 23). В носовой части корабля расположен сферический орбитальный отсек, в котором размещено оборудование для научных экспериментов. Там же предусмотрены места для отдыха и сна космонавтов и входной люк. В орбитальном отсеке смонтированы система жизнеобеспечения и различные приборы, сосредоточены запасы пиши и медицинские средства, оборудован санузел. Внутренний шлюз соединяет командный отсек и спускаемый аппарат с орбитальным отсеком. В командном отсеке размещено оборудование для управления полетом. В кормовой части корабля расположен двигательный отсек, где установлены два жидкостных ракетных двигателя с тягой по 400 кгс, один из которых является резервным и включается аварийной системой при отказах другого двигателя. Эти двигатели используются для осуществления орбитальных маневров и для торможения спускаемого аппарата при возвращении на Землю. Две раскрывающиеся панели солнечных батарей площадью 14 м2 подобно крыльям располагаются по сторонам корабля. На корабле установлены четыре телевизионных камеры, две из которых смонтированы снаружи. С помощью телекамер космонавты имеют возможность непосредственно наблюдать процесс стыковки орбитальных кораблей.
Космический корабль «Союз» со своим экипажем, состоящим из нескольких человек, уже представляет собой небольшую обитаемую космическую лабораторию с полезным объемом внутренних помещений около 9 м3. Атмосфера внутри корабля, состоящая из кислорода и азота, поддерживается на уровне нормального атмосферного давления. В печати было опубликовано, что орбитальные космические корабли типа «Союз» могут решать следующие задачи:
а) исследование Земли и ее атмосферы в интересах радиофизики, геофизики и космической навигации;
б) исследование проблем использования условий околоземного космоса (глубокого вакуума, невесомости и радиации) с научными и промышленными целями;
в) исследование Солнца, звезд, планет и их спутников. Космический корабль «Союз», обладающий высокой степенью маневренности и оборудованный механизмами стыковки на орбите с другими космическими аппаратами, может быть с успехом использован для создания орбитальных космических станций из нескольких автономных элементов, раздельно доставляемых на орбиту. Именно такой эксперимент, как сообщило Телеграфное агентство Советского Союза, был выполнен в космосе 16 января 1969 г. Это по существу была первая действующая орбитальная космическая станция. Два управляемых космических корабля «Союз-4» и «Союз-5» успешно осуществили стыковку на орбите в космическом пространстве. Так как каждый из них имел орбитальный отсек с научной аппаратурой и возвращаемый аппарат, то общий полезный объем такой космической станции составил уже 18 м3. Орбитальная станция совершала полет по орбите вокруг Земли на высотах от 209 до 250 км с наклоном к плоскости экватора 51°40'.
На борту «Союза-5», летавшего по постоянной орбите в период встречи и стыковки, находился экипаж из трех космонавтов: командира корабля Бориса Волынова, бортинженера Алексея Елисеева и инженера-исследователя Евгения Хрунова. Маневрирующий космический корабль «Союз-4» пилотировал один человек — командир корабля космонавт Владимир Шаталов. Он перешел на ручное управление, когда расстояние между сближаемыми кораблями сократилось до 100 м. В момент стыковки кораблей немедленно произошел механический захват, а также соединение электрических и телефонных цепей, связавших все четыре жилых отсека в единый комплекс орбитальной станции.
На 34-м витке «Союза-4» космонавты из экипажа космического корабля «Союз-5» — Хрунов и Елисеев — надели космические скафандры и вышли через шлюзовую камеру — в космическое пространство. Они установили на внешних поверхностях космической орбитальной станции кинокамеру, поручни и телевизионное оборудование, выполнили в открытом космосе ряд манипуляций, моделирующих сложные действия, необходимость в которых может возникнуть при сборке кораблей на орбите. Примерно через час оба космонавта вошли в шлюзовую камеру космического корабля «Союз-4» и после установления там нормального давления сняли космические скафандры. Затем они перешли в спускаемый аппарат и заняли новые рабочие места рядом с космонавтом Шаталовым.
По окончании эксперимента космические корабли расстыковались и их спускаемые аппараты благополучно достигли поверхности Земли в заданном районе. Так закончился первый переход космонавтов из одного космического корабля, совершающего полет по орбите, в другой корабль. Выполненный в космосе эксперимент, как заявил Елисеев, является важной предпосылкой для создания, в недалеком будущем тяжелых орбитальных станций. Космонавты продемонстрировали возможность инспекции наружных поверхностей подобных станций, а также выполнения различного рода ремонтных работ и операций по сборке станций в открытом космосе. В заявлении ТАСС, опубликованном по поводу этого космического эксперимента, отмечалось, что предусмотренные программой задачи обеспечивали проверку выполнения в космическом пространстве таких операций, как замена экипажа долговременных орбитальных станций и спасение экипажей космических кораблей в аварийных ситуациях.
Академик Келдыш, президент Академии Наук СССР, указал, что проведенные в космосе эксперименты входят в комплекс тех больших задач, которые стоят перед советской наукой в исследовании космического пространства. Эти задачи включают: исследование околоземного космического пространства и планет; сборку больших, постоянно действующих орбитальных станций; межпланетные полеты; исследования в области радио и телевидения и в других областях науки и техники. По мнению Келдыша время до начала эксплуатации постоянно функционирующих крупных орбитальных станций исчисляется не десятилетиями, а годами.
Одной из важных особенностей космического корабля «Союз» является возможность включения в состав его экипажа для полета в космическое пространство не только специально подготовленных пилотов реактивных самолетов, но и ученых, а также представителей различных профессий — людей, не проходивших специальной тренировки. Это стало возможным вследствие уменьшенных величин перегрузок, которые испытывают космонавты при входе спускаемого аппарата в плотные слои атмосферы. Конструкция космического корабля предусматривает использование аэродинамического торможения, которое сопровождается подъемной силой, гасящей скорость спуска аппарата на Землю. Для спуска с орбиты, на 145 с включается тормозной жидкостно-ракетный двигатель, расположенный в двигательном отсеке. После разделения отсеков спускаемый аппарат начинает движение по полубаллистической траектории в направлении к Земле. При полете по такой траектории перегрузки, возбуждаемые торможением, превышают нормальные всего в 3-4 раза. В ранних типах космических кораблей имело место восьмикратное превышение нормальных значений перегрузок. Снижение перегрузки достигается благодаря использованию аэродинамической подъемной силы, действующей на корабль при спуске в атмосфере. Тормозной парашют раскрывается на высоте 9 км, следом за ним раскрывается основной парашют. На конечной стадии спуска, когда космический корабль достигнет высоты примерно 1 м над поверхностью Земли, срабатывает система мягкой посадки, состоящая из нескольких тормозных ракетных двигателей.
Управление действующими на спускаемый аппарат аэродинамическими силами осуществляется путем изменения положения центра тяжести аппарата и крена (изменения положения продольной оси). Таким образом создаются необходимые величины и направления действующих на спускаемый аппарат сил. Это было также продемонстрировано при спуске в атмосфере советской автоматической станции «Зонд-6», совершившей облет Луны. Спуск на Землю с использованием аэродинамической подъемной силы осуществляется путем двух последовательных погружений в атмосферу Земли. При первом погружении аппарат входит в атмосферу со скоростью 11, 2 км/с. Его траектория проходит через узкий коридор шириной около 10 км, огибающий поверхность Земли на высоте около 45 км. В процессе первого погружения скорость спуска вследствие торможения в атмосфере снижается до 7,6 км/с. Затем осуществляется такое ориентирование аппарата в полете, при котором достигается максимальное значение подъемной силы. Под действием этой силы аппарат как бы взмывает вверх относительно поверхности Земли и снова выходит за пределы атмосферы. Во время второго погружения осуществляется дальнейшее аэродинамическое торможение и спуск с использованием парашютов.
При торможении космических кораблей США «Джеминай» и «Аполлон» также используется метод управления аэродинамическими силами. В связи с этим траектория их полета отличается от баллистической, благодаря чему обеспечивается большая точность посадки в заданном месте.
В США принципы создания орбитальной станции разрабатывались применительно к использованию оборудования, предназначенного для полетов и высадки космонавтов на Луне. На космическом корабле «Аполлон» экипаж будет транспортироваться к орбитальной станции. Инженеры фирмы Мак Доннелл-Дуглас начали модификацию ступени S-IVB ракеты-носителя «Сатурн-1В» (рис. 26)). Первоначально предполагалось определить возможность быстрого преобразования ракетной ступени носителя, после выведения корабля в космическое пространство, в отсек, пригодный для пребывания космонавтов на орбите. Согласно этому проекту освободившуюся емкость из-под водородного топлива намечалось переоборудовать в двухэтажный отсек с объемом, достаточным для работы трех космонавтов. При длине водородного контейнера около 6,4 м его общий объем составляет 283 м3. Внутри он разделен легкими металлическими решетками. Одна из секций может служить для жилья космонавтов, другие для проведения экспериментов.
Для подготовки ступени S-IVB к выводу на орбиту с целью ее последующего использования в качестве орбитального блока на ней устанавливаются воздушные шлюзы, система стыковки в передней части и средства жизнеобеспечения. Полагают, что для выполнения первоначальной задачи такого типа орбитальной станции необходимо сосредоточить на ней запасы воды и продовольствия для экипажа на 30 суток и обеспечить приемлемые жизненные условия внутри контейнера.
Силовые конструкции орбитальной лаборатории по проекту «Сатурн» поддерживают разделенный на несколько секций соединительный туннель с воздушными шлюзами, люками и стыковочными устройствами. Воздушный шлюз вместе с конструктивной переходной секцией имеет длину 4,87 м. Он присоединен к ступени с помощью таких же узлов, какие используются для лунного модуля, в системах космического корабля «Аполлон».
Четыре люка для наблюдений, расположенные симметрично с интервалами в 90°, смонтированы в переходной части орбитальной лаборатории. Здесь же размещены и системы управления воздушными шлюзами. В соединительном туннеле диаметром 165 см, разделенном двумя перегородками со шлюзовыми люками, установлена система поддержания давления воздуха. Через этот туннель прибывший экипаж космонавтов сразу же после стыковки может перейти из космического корабля «Аполлон» в помещение орбитальной станции. Шлюзовой отсек туннеля выполнен так же, как на космических кораблях типа «Джеминай». Он позволяет осуществлять внутренний переход космонавтов, одетых в скафандры, а также обеспечивает их выход в космическое пространство для работ снаружи корабля. Размеры шлюзового отсека достаточны для размещения в нем одновременно двух космонавтов в скафандрах с портативными системами жизнеобеспечения. Стыковочный отсек орбитальной станции представляет собой цилиндрическую камеру длиной 5,2 м и диаметром в наиболее широком месте 3,66 м. В камере поддерживается атмосферное давление. С помощью переходной секции она присоединяется к воздушному шлюзу. Носовая часть отсека имеет коническую форму. В ней расположены основной люк и узел стыковки. Четыре дополнительных люка со своими стыковочными устройствами смонтированы в цилиндрической части отсека под прямыми углами относительно оси станции. Три из них предназначены для стыковки командного отсека космического корабля «Аполлон», а четвертый — для стыковки орбитального телескопа ATM. Для размещения оборудования и других запасов внутри орбитальной лаборатории «Сатурн» предусмотрен полезный объем 42,5 м3 (рис. 27).
Модификация внутренней части водородного контейнера ступени S-IVB, обеспечивающая нормальную деятельность космонавтов в космическом пространстве, может проводиться в процессе изготовления ракеты на поточной линии. В стенках водородного контейнера устанавливаются дополнительные штифты с резьбой для крепления полов, поручней и монтажа необходимого оборудования. Все это потребуется при использовании ступени в качестве орбитальной станции.
Система управления орбитальной лаборатории обеспечивает отключение излишних электрических цепей, сброс неиспользованных гидравлических жидкостей и сжатых газов и полную вентиляцию внутренней полости водородного контейнера. Все эти операции проводятся до момента перехода космонавтов внутрь станции. Быстро открывающийся люк устанавливается в верхней части водородного контейнера вместо стандартного люка, который крепится к ступени 72 болтами. Кроме того, в варианте орбитальной лаборатории в конструкцию контейнера включается теплозащитная стенка из листов алюминиевой фольги, покрытых слоем пенопласта. Снаружи ступени устанавливается противометеорная защита из алюминиевой фольги толщиною 0,63 мм. В период запуска ракеты-носителя листы фольги свернуты в рулон. После вывода лаборатории на орбиту рулон развертывается с помощью рычажного устройства с пружинным механизмом. В развернутом состоянии противометеорная стенка располагается на расстоянии 12,7 см от стенки контейнера.
Переоборудование ракетной ступени S-IVB в орбитальную станцию начинается после сближения и стыковки с ней космического корабля «Аполлон», состоящего из командного и двигательного отсеков. Три космонавта оставляют корабль «Аполлон», на котором они прилетели, проходят через соединительный туннель, затем через воздушный шлюз и открывают вентиляционный коллектор орбитальной ступени. После полной вентиляции контейнера от остатков водородного топлива космонавты открывают шлюз и переходят во внутренние помещения станции. Здесь начинается работа по внутреннему переоборудованию ракетной ступени в орбитальную станцию, которая может продолжаться несколько дней.
Сначала космонавты устанавливают перегородки для разделения внутреннего объема контейнера на отдельные помещения. При перемещении внутри контейнера в состоянии невесомости космонавты пользуются поручнями и петлями, укрепленными на стенках.
После окончания сборочных работ экипаж космической станции получает все необходимые для жизни и научных исследований помещения. Каюты экипажа расположены в кормовой части контейнера, сетчатая перегородка отделяет их от помещения для научной работы, оборудованного над каютами. Специально заготовленные перегородки разделяют кабины экипажа, помещения для пищевых запасов и для сбора отходов, а также рабочую площадь для научных исследований. Покрытый тканью потолок у основной перегородки между водородной и кислородной емкостями служит базовой поверхностью для установки оборудования. Потолок отражает максимальное количество света. Площадь помещений для хранения запасов пищи и для сбора использованных отходов составляет 2,79 м2. Стенки этих помещений покрыты алюминиевыми листами, в проемах оборудованы складывающиеся двери. Благодаря этому предотвращается циркуляция неприятных запахов и вредных частиц. Площадь одного спального отделения составляет 6,5 м2, площадь другого — 6,22 м2, площадь рабочего отделения для научных исследований— 15,8 м2.
Комфортабельные условия жизни и деятельности космонавтов на орбитальной станции, оборудованной по проекту «Сатурн», обеспечиваются продуманной планировкой всех внутренних помещений и работой системы терморегулирования, которая поддерживает температуру внутри станции в диапазоне от 15 до 32°С. Благоприятная атмосфера, состоящая из кислорода и азота, имеет давление в пределах 0,25-0,3 кгс/см2. Вентиляторы обеспечивают необходимую циркуляцию атмосферы внутри станции и сохранение равномерной температуры.
По окончании планировочных операций по установке перегородок, дверей, настила полов и потолков космонавты приступают к монтажу оборудования и размещению запасов, которые во время вывода ступени на орбиту находились в помещении стыковочного отсека. Заранее смонтированная система распределения электрической энергии соединит потребителей электрического тока, расположенных в отсеках экипажа и в рабочих отсеках, с источниками энергии, установленными в шлюзовом отсеке, и с солнечными батареями. Осветительные приборы могут быть перемещены в любое место на орбитальной станции.
В комплект оборудования орбитальной станции входит также система сигнализации, включающая датчики и панели с индикаторами и регуляторами, которые оповещают космонавтов о возникновении опасных ситуаций, таких, например, как изменение давления и температуры внутри станции. Вертикально установленная пожарная штанга, пересекающая все жилые отсеки станции и заканчивающаяся у быстро открывающегося люка, предназначена для экстренной эвакуации экипажа в случае возникновения чрезвычайных обстоятельств. При нормальных обстоятельствах экипаж пользуется этой штангой для перемещения вдоль оси станции и для переноса оборудования в условиях невесомости.
Для первых запланированных пяти полетов орбитальных лабораторий, оборудованных по схеме «Сатурн», с использованием космических кораблей «Аполлон» намечено проведение более 50 различных экспериментов. Среди них научные эксперименты: составление карты галактического рентгеновского излучения, исследование посевов картофеля, фотографирование Земли в широком диапазоне длин волн, астрономические исследования в диапазоне рентгеновских длин волн, исследование зодиакального света; технические эксперименты; фотографирование облачности неба во время полета, исследование влияния на механику полета корабля перемещений экипажа, измерение интенсивности ударов метеорных тел и эрозии поверхности корабля, точные оптические измерения траектории полета, измерение формы выхлопного факела струй ракетных двигателей, определение скорости метеорных тел, исследование абсорбционной способности поверхности материалов, коронографические измерения солнечного излучения, проверка работы орбитального телескопа, измерение уровня радиации внутри корабля, проверка работы аппаратуры для уменьшения содержания углекислого газа и др.
Кроме перечисленных предусматривается ряд инженерных и медицинских экспериментальных исследований. Важное место в программе научной работы отводится проведению фундаментальных астрономических исследований с помощью орбитального телескопа. Некоторые астрономические исследования были ранее проведены с использованием неуправляемого спутника ОАО (орбитальная астрономическая обсерватория). Однако значительно более широкие возможности в исследовании тайн Вселенной открываются благодаря непосредственному участию ученого-астронома в космическом эксперименте на борту обитаемой космической обсерватории. Астрономы давно мечтали о возможности размещения астрономических приборов на аппаратах, летающих в космическом пространстве, откуда можно наблюдать небесные тела и явления в условиях, свободных от влияния атмосферы. В космической обсерватории могут проводиться наблюдения в широком диапазоне длин волн, в видимой и невидимой частях спектра. Космическая астрономия устраняет существенную атмосферную преграду, которая ограничивает возможности точного исследования многих объектов, например, таких, как огромные облака межзвездного вещества в Млечном пути.
Орбитальный телескоп ATM является первой астрономической системой, разработанной для проведения исследований в космическом пространстве с непосредственным участием американских астрономов-космонавтов. Пять экспериментов запланировано на первом этапе использования ATM. В их числе исследование Солнца в крайней ультрафиолетовой и рентгеновской частях электромагнитного спектра. Нужно отметить, что излучение Солнца в этой части спектра задерживается атмосферой Земли. Поставлена также задача фотографирования солнечной короны в белой части спектра. В дальнейшем запланировано проведение детальных наблюдений звезд и других небесных тел.
Управляемый астрономом-космонавтом орбитальный телескоп ATM обладает рядом преимуществ перед телескопами, устанавливаемыми на беспилотных космических аппаратах. Например, астроном-космонавт лично выбирает объекты, представляющие наибольший научный интерес, и точно направляет телескоп на эти объекты; он также может при необходимости выполнить регулировочные и ремонтные операции для обеспечения нормальной работы. Разумеется, вся работа в космосе должна проводиться в контакте с астрономами, находящимися на Земле, с помощью радиосвязи. С наземных пунктов может быть дано указание изменить программу исследований в соответствии с анализом результатов наблюдений, выполненных в космической обсерватории. Осуществление же астрономических наблюдений в космическом пространстве с помощью автоматических средств исследования космоса будет, по-видимому, чрезвычайно сложным и недостаточно надежным.
Орбитальный телескоп ATM является составной частью космической системы, выполняющей автономный орбитальный полет. В эту систему входят сама орбитальная станция, а также командный и двигательные отсеки космического корабля «Аполлон». Компоненты системы будут доставляться на орбиту, удаленную от поверхности Земли на расстояние 480 км, с помощью ракет-носителей «Сатурн-IB».
Вначале ракетная ступень S-IVB используется в качестве автоматической орбитальной станции, которая по командам с Земли выполняет необходимые маневры в космическом пространстве. Через несколько дней после ее вывода на орбиту в космос отправляется космический корабль «Аполлон» с экипажами космонавтов. Затем осуществляется стыковка двух космических объектов, и три члена экипажа «Аполлона» перейдут в ракетную ступень и переоборудуют ее в космическую орбитальную станцию, пригодную для жилья и работы космонавтов. Продолжительность пребывания на станции первой смены 28 дней. После возвращения на Землю первого космического экипажа ему на смену будет доставлен новый экипаж, который продолжит исследовательские работы на орбитальной станции и выполнит ряд медицинских и других экспериментов в течение 56 дней.
Планируется, что астрономические эксперименты начнет выполнять четвертая и пятая смена экипажа орбитальной станции. Корабль «Аполлон», состоящий из командного и двигательного отсеков, будет запущен на орбиту для встречи и стыковки с ранее выведенным в космос орбитальным телескопом ATM. После стыковки космонавты перейдут в кабину ATM и комбинированный космический корабль «Аполлон» — ATM встретится с орбитальной станцией, совершающей полет по орбите на высоте 480 км от поверхности Земли.
Вновь прибывший экипаж космонавтов включит все системы орбитальной станции и подготовит ее для использования в качестве космической обсерватории. Космическая обсерватория с орбитальным телескопом ATM, пристыкованным к одному из стыковочных узлов орбитальной станции, инерционно стабилизируется по направлению на Солнце (с использованием системы управления ATM). Система управления располагает двумя контурами. В одном из них используется датчик грубой настройки на Солнце, в этом случае стабилизация достигается с помощью трех гироскопов. В другом контуре используется система острой настройки, предназначенная для точного наведения экспериментального оборудования на выбранные экспериментаторами цели на поверхности Солнца. Предусматривается также использование верньерной системы управления, чтобы исключить влияние отклонений космической станции, вызываемых перемещениями экипажа; точность стабилизации станции ожидается ±2,5 дуговой секунды.
Для первого орбитального телескопа ATM планируется продолжительность наблюдений в космическом пространстве до восьми недель. Одновременно будут проводиться исследования с помощью спектрографа для видимого спектра длин волн и специального спектрографа для дальней ультрафиолетовой области спектра; также будут использованы ультрафиолетовый сканирующий спектрометр и телескоп, работающий в рентгеновском диапазоне длин волн.
Управление орбитальной обсерваторией осуществляется из кабины ATM, в которой установлены панели измерительных приборов, система управления и энергетический источник. Телевизионное устройство позволяет космонавтам видеть изображение Солнца, фиксируемое телескопами. Две телевизионные камеры предназначены для наблюдения отдельных частей солнечного диска через телескопы, работающие в альфа-водородном диапазоне длин волн. Различная ширина спектра длин волн, фиксируемая этими телескопами, позволяет получить необходимую видимость деталей наблюдения. Третья телевизионная камера обеспечивает наблюдение Солнца в крайнем ультрафиолетовом диапазоне. Четвертая камера с узким полем визирования допускает спектрографическое наблюдение участка солнечного диска с размерами 3X60 дуговых секунд. Пятая телевизионная камера с узким полем визирования, встроенная в спектрометр, обеспечивает наблюдение в альфа-водородном диапазоне спектра узкой полосы, визируемой на солнечном диске. И, наконец, шестая телевизионная камера позволяет наблюдать корону Солнца в таком же виде, как ее можно видеть через затемненную оптику коронографа. Астрономы-космонавты смогут одновременно наблюдать два разных изображения деталей солнечного диска, передаваемых телевизионными камерами.
Результаты наблюдения Солнца с помощью ATM могут быть сопоставлены с информацией, передаваемой наземными обсерваториями. Это позволит направлять аппаратуру ATM на определенные районы солнечной активности. Для смены пленки в камерах ATM космонавты должны будут надеть герметичные скафандры и выйти на внешнюю поверхность орбитальной станции через шлюзовой люк. Отснятая пленка переносится в командный отсек космического корабля «Аполлон», возвращаемый после окончания экспериментов на Землю.
При разработке орбитального блока для телескопа ATM инженеры НАСА * использовали существующие конструктивные элементы космического корабля «Аполлон». Прототипом послужила спускаемая ступень лунного отсека, первоначально разработанная для подъема космонавтов с поверхности Луны. Общая масса ступени орбитального телескопа ATM составляет 14 000 кг.
*НАСА — Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства.
Каркас для телескопов представляет собой восьмиугольную ферму длиной 289,6 см, на которой монтируется экспериментальное оборудование ATM. Весь каркас с оборудованием ATM присоединяется к конструкции лунной ступени. Ракета-носитель «Сатурн-1B» выводит в космос орбитальный блок ATM, каркас которого крепится к ракете в четырех узлах, первоначально предназначенных для крепления лунного отсека. В центре каркаса установлено круглое кольцо диаметром 259 см, к которому с помощью кардановых подвесов (необходимых для точной настройки) крепится оборудование. Длина отсека с экспериментальным оборудованием равна 383 см. В продольном направлении этот отсек разделен внутренней крестообразной перегородкой на четыре равные части, в которых смонтированы телескопы. Во внутренней обшивке цилиндра орбитальной обсерватории циркулирует жидкий охладитель, который поддерживает в ней постоянную температуру 10°С как при освещении обсерватории Солнцем, так и когда она находится в тени. В передней части отсека с экспериментальным оборудованием установлен отражающий солнечный свет экран. Этот экран не мешает маневрированию обсерватории в космосе, он предназначен для защиты электронного оборудования от прямого солнечного света.
В конструкции ATM предусмотрена установка дефлекторов выхлопной струи ракетных двигателей системы управления лунного отсека для защиты зеркал телескопов и другой оптической аппаратуры от загрязнения. Экспериментальное оборудование присоединено к поддерживающему кольцу на каркасе ATM с помощью кардановых подвесов. Это обеспечивает возможность перемещения цилиндра с оборудованием по трем осям. В качестве силовых приводов системы стабилизации орбитального телескопа ATM используются три гироскопа массой по 181,4 кг. Каждый гироскоп имеет цилиндрический якорь диаметром 55,9 см, частота вращения которого равна 8000 об/мин.
Источниками электрической энергии на орбитальной станции с телескопом ATM служат раскрывающиеся панели солнечных батарей и химические аккумуляторы. Панели четырех солнечных батарей имеют общую площадь 111,5 м2. Электрическая энергия от солнечных батарей поступает через распределитель к 18 силовым блокам. Каждый блок имеет свой аккумулятор, зарядное устройство, регулятор, систему контроля и управления. Таким образом должна достигаться высокая степень надежности электрической системы орбитальной станции.
Многочисленные дискуссии американских астрономов по поводу будущего космических обсерваторий, управляемых человеком, подтвердили их значительные преимущества перед автоматическими аппаратами с космическими телескопами. На космических обсерваториях устанавливается уникальное оборудование, рассчитанное на многократное использование в течение длительного времени. Это может оправдать большие затраты на изготовление оборудования и его вывод в космос. Создание же автоматических обсерваторий (стоимость каждой из них достигает нескольких сотен миллионов долларов), предназначенных для выполнения ограниченных программ в течение, например, шести недель, оказывается экономически нецелесообразным. Следует также иметь в виду, что автоматическая обсерватория после выполнения заданной программы ликвидируется и не может быть повторно использована, тогда как пилотируемая орбитальная обсерватория со сменными экипажами астрономов-космонавтов на борту может в течение многих лет выполнять разнообразные исследовательские задачи. По мнению В. фон Брауна, до тех пор пока не удастся создать такую космическую систему продолжительного использования со сменными экипажами космонавтов, нельзя будет выполнить обширную программу космической астрономии с минимальными затратами и высокой эффективностью.
Крупные космические орбитальные станции могут быть успешно использованы не только для выполнения астрономических исследований, но и для ряда других не менее важных научных экспериментов (рис. 37). О перспективах развития орбитальных станций пойдет речь ниже, в гл. 8.
 1. Схема строения земной атмосферы. |
 | 2. Фотография Земли, сделанная 8 августа 1969 г. с расстояния 70 000 км советской автоматической станцией «Зонд-7». В центре снимка — среднеазиатские территории Советского Союза. Южнее — не закрытые облаками пространства юго-западной Азии и северо-восточной Африки. В левой части снимка хорошо видны восточная часть Средиземного моря с островами Кипр и Крит, Эгейское море. За Пиренейским полуостровом начинается не освещенная солнцем ночная часть земной поверхности * 3. Снимок Земли с высоты 35 880 км, переданный телевизионной системой спутника АТС-Ill. В центре снимка — Южная Америка и бассейн реки Амазонки. Вверху слева — Северная Америка, далее по часовой стрелке видна покрытая льдом Гренландия, южная Испания и западное побережье Африки. Облаками закрыта Антарктида |
4. Индия и Цейлон, сфотографированные с высоты 805 км аппаратурой орбитального космического корабля «Джеминай-11» 5. Фотография облачного покрова Земли, сделанная советской автоматической станцией «Зонд-7»* |  |
|
 10. Метеорологический спутник советской системы «Метеор»: 1 — солнечные батареи; 2 — остронаправленная антенна; 3 — актинометрическая аппаратура; 4 — инфракрасная аппаратура; 5 — телевизионная камера; 6 — магнитный датчик; 7 — актинометрическая аппаратура; 8 — инфракрасная аппаратура; 9 — датчик солнца; 10 — двигатель системы успокоения; 11 — антенны* |  11. Картина облачности над Европейской частью Советского Союза, полученная спутником системы «Метеор» * |
 12 — Телефотосхема Памира, Тянь-Шаня, Куньлуня, Гималаев и полуострова Индостан, составленная из большого количества телефотоснимков, полученных с помощью метеоспутников «Метеор». Каждый телефотоснимок охватывает площадь земной поверхности более 200 000 км2: 1 — горы Куньлунь; 2 — горы Каракорум; 3 — горы Гиндукуш; 4 — горы Гималаи; 5 — плоскогорье Тибет; 6 — пустыня Такла-Макан; 7 — Гангская равнина; 8 — горы Виндхья; 9 — горы Восточные Гаты * |  13. Проводимые с орбитальных лабораторий планомерные исследования Земли откроют человечеству новые природные богатства и позволят повысить урожайность сельскохозяйственных культур. Снимок помидорной, плантации, выполненный с высоты в инфракрасной области спектра, иллюстрирует возможности выявления болезней растений ранее, чем это можно обнаружить при непосредственном наблюдении с почвы. Грядки со здоровыми помидорами окрашены на снимке красным цветом, так как они отличаются высокой отражательной способностью к инфракрасным лучам. Темные участки на снимке — грядки с больными растениями |
 | 14. Поверхность озера Солтон-Си в Калифорнии (снимок со станции «Джеминай-5», высота 644 км) 15. Пустыня Намиб вдоль побережья Скелетов в юго-западной Африке, снимок с высоты 322 км. Отчетливо видны криволинейно расположенные песчаные дюны, образованные ветрами, дующими с Атлантического океана | 16. Большая Багамская отмель. Отчетливо видны особенности подводного строения коралловой отмели. Темное пятно в центре — обрывистая впадина глубиной 2438 м (снимок со станции «Джеминай-5») 17. Фотография Гималаев иллюстрирует возможность определения запасов снега в отдаленных горных районах. На снимке видны участки КНР, Индии, Пакистана, Кашмира и Афганистана (снимок со станции «Джеминай-5») |  |
19 Фотография Земли и Луны, полученная с автоматической станции «Зонд-6». Расстояние до Земли 388 тыс. км, до Луны — 3300 км* |
 20. Фотография Земли перед ее заходом за край Луны Получена 11 августа с автоматической станции «Зонд-7». Расстояние до Луны 2000 км*  21. Фотография восхода Земли над лунным горизонтом (снимок с корабля «Аполлон-8», расстояние до лунного горизонта 780 км). На Земле линия терминатора солнечной тени пересекает Африку |
 22. Первая автоматическая стыковка на орбите советских спутников «Космос-186» (справа) и «Космос-188»: 1 — стыковочные отсеки; 2 — сканирующие антенны и антенны точной наводки; 3 — раздвигающиеся панели солнечных элементов; 4 — радиоантенны дальней связи. Спускаемые аппараты обоих спутников посажены на территории СССР |
 23. Советский орбитальный космический корабль «Союз» с отдельным отсеком для научных исследований: 1 — рабочее место космонавтов; 2 — орбитальный отсек; 3 — входной люк; 4 — спальное отделение; 5 — командный отсек и спускаемый аппарат с тепловой защитой; 6 — раздвигающиеся панели солнечных элементов; 7 — отсек с оборудованием и ракетными двигателями |
 24. Два состыкованных орбитальных космических корабля «Союз» * 25. Стыковка на орбите космического корабля «Союз-11» с научной станцией «Салют»*  |
 26. Орбитальная лаборатория «Сатурн» (реализованный проект этой лаборатории получил название «Скайлэб» — прим. ред.): 1 — ракетная ступень S-IVB; 2 — раздвигающиеся панели солнечных элементов; 3 — пять воздушных шлюзов и люков для причаливания космических летательных аппаратов; 4 — командный отсек и отсек обслуживания аппарата «Аполлон»; 5 — орбитальный телескоп ATM |  27. Особенности конструкции орбитальной лаборатории «Сатурн»: 1 — «пожарный» шест; 2 — метеорная защита; 3 — блоки с экспериментальным оборудованием (типовые); 4 — теплозащитная стенка; 5 — общая камера; 6 — вентиляционный коллектор; 7 — перегородка помещения экипажа; 8 — система коррекции орбиты; 9 — система освещения; 10 — потолок; 11 — поручни; 12 — панели солнечных элементов; 13 — пол; 14 — поручни; 15 — быстро открывающийся люк |
 28. Орбитальная лаборатория «Сатурн» на рисунке внизу — двухэтажный орбитальный отсек (модификация пустого бака ракетной ступени «Сатурн» S-IVB); вверху — космический аппарат «Аполлон» причалил для смены космонавтов; вверху справа — телескоп ATM с развернутыми солнечными батареями орбитальной астрономической обсерватории. К орбитальной лаборатории могут пристыковываться различные космические орбитальные аппараты |  29. Испытание и доводка систем орбитального телескопа ATM, в котором использованы элементы конструкции лунного отсека аппарата «Аполлон» Сзади установлена часть ракетной ступени «Сатурн» S-IVB, к которой пристыковывается на орбите орбитальный телескоп ATM
|
 31. Комбинированный скафандр системы «Аполлон» с противометеорной защитой: 1 — карман для авторучки с фонариком; 2 — зажим манжеты; 3 — карман; 4 — вспомогательные ремни; 5 — боты; 6 — скользящий зажим; 7 — устройство для отвода мочи и клапан для медицинских инъекций; 8 — клапан скользящего зажима для надевания скафандра; 9 — крепление фала лунного отсека; 10 — клапан крепления фала лунного отсека; 11 — защелка фала; 12 — карман для солнцезащитных очков; 13 — нагрудный клапан; 14 — ворот скафандра; 15 — крепление фала лунного отсека; 16 — вспомогательные ремни; 17 — клапан скользящего зажима для надевания скафандра; 18 — клапан ворота скафандра; 19 — защелка |
|
|
 34. Скафандр системы «Аполлон» для работ в открытом космосе: 1 — светозащитный козырек шлема; 2 — система управления агрегатами, расположенными за спиной ранца; 3 — управление системой очистки кислорода; 4 — карман для авторучки с фонариком; 5 — клапан разъединителей трубопроводов и коммуникаций; 6 — узел трубопроводов систем вентиляции скафандра, жидкостного охлаждения и коммуникации; 7 — перчатка скафандра для работ в открытом космосе; 8 — карман; 9 — галоши для хождения по поверхности Луны; 11 — устройство для отвода мочи, клапан для медицинских инъекций; клапан дозиметра, карман с рулеткой; 12 — кольцо крепления фала лунного отсека; 13 — штуцер системы очистки кислорода; 14 — заспинный ранец; 15 — карман с солнцезащитными очками; 16 — ремень крепления заспинного ранца; 17 — система очистки кислорода; 18 — слой теплоизолирующей подкладки; 19 — застежка галоши; 20 — затяжной ремень; 21 — подметка; 22 — пряжка; 23 — оболочка галоши; 24 — ремень; 25 — солнцезащитный козырек; 26 — фрикцион; 27 — шарнир с пружиной; 28 — моющее устройство; 29 — опорная поверхность; 30 — защитный козырек; 31 — тыльная часть шлема скафандра; 32 — уплотнение; 33 — мембрана; 34 — оболочка; 35 — теплоизоляционный слой; 36 — внешний воротник; 37, 40, 42 — солнцезащитный козырек; 38 — петля; 39 — уплотнение; 41 — защитный козырек |
