Техника

Техника

наука

Космонавтика

оглавление

ОСНОВНЫЕ ТЕНДЕНЦИИ РАЗВИТИЯ КОСМОНАВТИКИ В РОССИИ

ПИЛОТИРУЕМАЯ КОСМОНАВТИКА - МАГИСТРАЛЬНОЕ НАПРАВЛЕНИЕ

История пилотируемой космонавтики началась 12 апреля 1961 г., когда советский летчик-космонавт Юрий Гагарин совершил первый космический полет продолжительностью 108 минут и навсегда вошел в историю развития нашей цивилизации. Это событие аккумулировало в себе титанические усилия и накопленный научно-технический потенциал ракетно-космической отрасли СССР.

Первый космонавт Земли Ю.А. Гагарин
Первый космонавт Земли Ю.А. Гагарин

Пилотируемое освоение космоса давалось нелегко. Достижения и свершения сопровождались потерями и трагедиями. Мрачный счет был открыт американскими астронавтами. В январе 1967 г. В. Гриссом, Э. Уайт и Р. Чаффи заживо сгорели в кислородной атмосфере космического корабля Apollo при его испытаниях. Через три месяца при испытаниях нового транспортного корабля "Союз" гибнет космонавт В.М. Комаров.

Первый испытатель Союза - космонавт В.М. Комаров
Первый испытатель "Союза" - космонавт В.М. Комаров

В 1971 г. первый экипаж орбитальной станции "Салют" в составе космонавтов Г.Т. Добровольского, В.Н. Волкова и В.И. Пацаева погиб, возвращаясь после успешного выполнения задания. А космос продолжал собирать жертвы. В 1986 г. катастрофа с американским многоразовым космическим кораблем Challenger унесла жизни семи космонавтов.

Первый экипаж Салюта
Первый экипаж "Салюта" - космонавты Г.Т. Добровольский, В.Н. Волков, В.И. Пацаев

Одной из вех, не столь трагической, но тем не менее печальной, на этом тернистом пути стала наша пилотируемая лунная программа. Начатая в 1964 г., она изначально отставала от американской, объявленной в 1961 г. и возведенной в ранг национальной. Успех этой программы стал делом каждого американца. О существовании нашей программы широкая советская общественность могла только догадываться. Ключевым элементом как отечественной, так и американской пилотируемых лунных программ являлся сверхтяжелый носитель. Для успешного осуществления перелета к Луне, посадки и возвращения на Землю требовалось вывести на низкую околоземную орбиту более 100 т полезного груза.

Американцы начали разрабатывать сверхтяжелый носитель по программе Saturn в 1958 г., а в 1961 г. уже состоялся запуск двухступенчатого варианта такого носителя. В 1963 г. было принято окончательное решение о варианте полета к Луне и выбрана трехступенчатая ракета-носитель Saturn, позволяющая выводить на низкую околоземную орбиту 139 т полезного груза и 65 т на траекторию полета к Луне. К испытаниям отечественного носителя HI, выбранного для осуществления нашей пилотируемой лунной программы, приступили только в феврале 1969 г. Масса полезного груза, который должен был выводить на низкую околоземную орбиту этот носитель, составила 70 т.

В длившейся более четырех лет лунной гонке первыми оказались американцы. В декабре 1968 г. американские астронавты на космическом корабле Аро11о-8 совершили полет по орбите вокруг Луны. Наша попытка в феврале 1969 г. проделать то же самое, но в беспилотном варианте, закончилась неудачей (падение ракеты-носителя из-за выключения двигателей). После высадки американских астронавтов на Луне в июле 1969 г. советское руководство потеряло интерес к лунной программе, а четыре подряд аварийных пуска ее основного "локомотива" - сверхтяжелой ракеты-носителя HI - окончательно похоронили отечественную пилотируемую лунную программу.

Пилотируемая экспедиция на Марс в XX в. не получила техни-ческой реализации. Однако как в США,так и в СССР рассматривались различные проекты осуществления таких экспедиций начи-ная с 1960-х гг. Так, один из проектов предусматривал использование в качестве двигателя электрореактивной установки. Масса всего марсианского комплекса могла достигать нескольких сотен тонн. Несмотря на невостребованность эти проекты явились шагом вперед в освоении космоса человеком, а созданный при их разработке научно-технический задел безусловно будет использован при подготовке будущих марсианских экспедиций. После полета Ю.А. Гагарина отечественная пилотируемая космонавтика набирала темпы, очень быстро пройдя путь от единичных краткосрочных полетов к постоянному пребыванию экипажей космонавтов на орбите.

Легендарные "Востоки" и "Восходы" быстро были заменены космическими станциями "Салют" первого поколения, позволившими обеспечить жизнедеятельность и работу орбитальных экипажей на значительное время,ограниченное лишь объемом тех запасов, которые были доставлены на космическую станцию. В это же время впервые были созданы предпосылки для перехода от рассмотрения вопроса типа "стоит ли вообще запускать человека в космос?" к проблемам уровня "а сможет ли человек долететь до Марса и далее к звездам и что для этого необходимо сделать?", поставленным в свое время еще К.Э. Циолковским.

Пилотируемый КА Восток
Пилотируемый КА "Восток"

Следствием органичного развития научно-технической мысли явилось создание станций "Салют" второго поколения, наиболее существенным отличием которых явилась отработанная система транспортного обслуживания, дающая возможность организации длительных космических полетов.

Орбитальная станция Салют на орбите
Орбитальная станция "Салют" на орбите

Очередным шагом в развитии советской космонавтики стало создание орбитальной станции следующего поколения - пилотируемого космического комплекса "Мир", оперативно-техническое руководство по подготовке и запуску которого осуществлял директор Машиностроительного завода им. М.В. Хруничева А.И. Киселев. "Мир" представлял собой сложную блочномодульную конструкцию, которая могла адаптироваться в полете даже к радикально изменяющимся условиям. Так, например, при проектировании комплекса "Мир" и в первые годы его полета и речи не было о стыковке комплекса с орбитальным кораблем системы Space Shuttle (в качестве основного варианта рассматривалась сты-ковка комплекса с "Бураном"), и уже в условиях космического полета комплекса были проведены его доработка и дооснащение, позволившие решить и эту задачу.

Орбитальная станция Мир
Орбитальная станция "Мир" - база отечественной пилотируемой космонавтики

Следует отметить, что одним из итогов развития пилотируемой космонавтики XX в. явился обоснованный вывод о невозможности дальнейшего продуктивного ее развития без широкого внедрения принципа международного сотрудничества. Поэтому следующий этап развития пилотируемой космонавтики, приходящийся на XXI в., будет ознаменован органичным соединением усилий различных стран в работе над единым проектом. Программы пилотируемой космонавтики предусматривают широкую поэтапную организационно-техническую интеграцию проводимых Россией работ с национальными космическими программами США, стран Западной Европы, Японии и Канады. Федеральной космической программой предусмотрено поэтапное внедрение России в международные программы пилотируемых полетов с широким использованием опыта создания и эксплуатации отечественной орбитальной пилотируемой станции "Мир". Основными шагами на пути такого внедрения являлись:

  1. Программы полетов иностранных космонавтов в составе экипажей комплексов "Салют" и "Мир".
  2. Программа "Мир" - Shuttle (1994 - 1995 гг.), включавшая проведение совместных работ на российской станции "Мир" и американском корабле Shuttle, а также полеты российских космонавтов на корабле Shuttle и пребывание американских астронавтов на станции "Мир".
Орбитальная станция Мир и Space Shuttle
Орбитальная станция "Мир" и Space Shuttle
  1. Программа "Мир" - НАСА (1995 - 1997 гг.), имевшая направленность на продолжение и расширение научных исследований в интересах России и США на борту станции "Мир" с использованием кораблей "Союз ТМ" и Shuttle для реализации транспортных операций.

Несмотря на низкий уровень государственного финансирования все же удалось выполнить основной объем запланированных ра-бот. Хотя и с некоторым опозданием, но выполнены программы "Мир" - Shuttle и "Мир" - НАСА. Следующий шаг - программа Международная космическая станция (МКС), осуществляемая в настоящее время, - предусматривает создание Международной космической станции на основе результатов реализации национальных программ России и США ("Мир-2" и Freedom) с расширенными научно-техническими возможностями по проведению фундаментальных исследований и прикладных работ в космосе, связанных с обеспечением жизнедеятельности человека, космической технологией и биотехнологией, природопользованием и экологией, а также отработкой элементов перспективной космической техники.

Необходимо отметить, что стремление к лидерству отечественной космонавтики в области пилотируемого космоса, несомненно, было связано с использованием орбитального комплекса "Мир". Комплекс "Мир", первый модуль которого (базовый блок) выведен на орбиту 20 февраля 1986 г., является крупнейшим научно-техническим достижением в области пилотируемых космических полетов и освоения околоземного космического пространства. Всего по программе полета комплекса "Мир" проведено 102 успешных пуска кораблей и модулей различных типов (включая пуски американского корабля Shuttle).

Комплекс "Мир" не имеет аналогов и является абсолютным мировым рекордсменом по следующим позициям:

  • длительности эксплуатации на орбите;
  • суммарному налету космонавтов на борту комплекса;
  • многопрофильности и объемам проведенных на борту научно-технических программ и исследований;
  • числу выполненных программ в рамках международного сотрудничества, а также объему работ, проведенных на коммерческой основе.

Ресурсные характеристики и уровень международного сотрудничества комплекса "Мир" соизмеримы с соответствующими проектными характеристиками МКС. В течение почти 15 лет эксплуатации комплекса "Мир" на нем была сформирована уникальная научная лаборатория, которая вкдючала природоведческий комплекс, состоящий из блока спектрорадиометрических инструментов, астрофизическую лабораторию из шести мощных телескопов и спектрометров, технологические печи, медицинские диагностические комплексы. На базе научного комплекса проведено около 18 000 сеансов (экспериментов) по таким важнейшим направлениям исследований, как технология, биотехнология, геофизика, исследование природных ресурсов Земли и экология, астрофизика, медицина, биология, материаловедение, испытания техники и ряд других.

Реализация программы обеспечивалась многоотраслевой кооперацией работающих в области наукоемких технологий организаций и предприятий России и стран СНГ. В процессе эксплуатации комплекса "Мир" накоплен уникальный опыт, основу которого составляет долгосрочное прогнозирование технического состояния, периодическое продление срока эксплуатации и специальная, постоянно совершенствуемая технология ремонтно-восстановительных работ, включая работы в открытом космическом пространстве.

Отработка технологии работы человека в открытом космосе
Отработка технологии работы человека в открытом космосе - одно из основных достижений программы "Мир"

Ни в коем случае нельзя рассматривать изолированно проекты орбитального комплекса "Мир" и МКС, так как Россия делится накопленным опытом организации, обеспечения и проведения орбитальных полетов с партнерами по МКС. В последнее время в связи с участием России в создании Международной космической станции возник вопрос о целесообразности продолжения эксплуатации комплекса "Мир", ввиду того что ограниченное государственное финансирование не позволяет одновременно выполнять две масштабные программы. Кроме того, значительное превышение предусмотренного ресурса сделало дальнейшую эксплуатацию станции "Мир" небезопасной. Было принято и в марте 2001 г. осуществлено правительственное решение о прекращении существования станции, ее управляемому сходу с орбиты и затоплении в океане.

Принцип международного космического сотрудничества определяет необходимость полномасштабного участия России в программе Международной космической станции. В XXI в. этому направлению практически нет альтернативы, поскольку расходы на пилотируемую космонавтику в значительной степени стали превышать финансовые возможности одной отдельно взятой страны.

Предполагаемый облик полномасштабной Международной космической станции в XXI в.
Предполагаемый облик полномасштабной Международной космической станции в XXI в.

С использованием МКС будут решаться фундаментальные научные проблемы, проводиться прикладные исследования и эксперименты в интересах развития фундаментальной науки, социально-экономической сферы и международного сотрудничества. Основными задачами, решаемыми с использованием Международной космической станции, будут:

  • проведение фундаментальных исследований с целью углубления и расширения знаний о Вселенной и окружающем нас мире;
  • проведение прикладных исследований с целью получения на борту КА геофизической информации для практического использования в сельском, лесном и рыбном хозяйствах, геологии, океанографии и экологии;
  • получения опытных партий полупроводниковых материалов, сплавов, градиентных стекол для исследований и применения в электронной промышленности, атомной энергетике, лазерной технике, проекционном телевидении; получения биологически активных веществ и лекарственных препаратов для медицинской и фармацевтической промышленности, молекулярной электроники, животноводства;
  • проведение работ в рамках программ международного сотрудничества том числе на коммерческой основе;
  • проведение работ по натурной отработке элементов и систем перспективных средств ракетно-космической техники.

Ожидается, что создание этой станции позволит:

  • расширить фундаментальные научные знания в области астрофизики, геофизики и экологии, материал сведения, медицины и биологии;
  • получить высококачественные-образцы новых материалов, биологически активных веществ и медицинских препаратов для использования в электронной и радиопромышленности, оптике, медицине и биологии;
  • повысить эффективность ОКР по созданию и отработке новых видов научной аппаратуры для различных космических систем;
  • получить прирост национального продукта страны от использования новых космических технологий в промышленности и от использования информации о природных ресурсах Земли и экологической обстановке в сельском и лесном хозяйстве, геологии;
  • получить валютные поступления от реализации программ по международному сотрудничеству на коммерческой основе;
  • создать научно-технический задел для перспективных программ исследования Луны и Марса в кооперации с зарубежными странами.

В сентябре 1988 г. правительства США, государств - членов ЕКА, Японии и Канады подписали межправительственное соглашение о сотрудничестве в области разработки, эксплуатации и использования Международной космической станции. В конце 1993 г. Правительство России получило от стран, подписавших это соглашение, приглашение к сотрудничеству по МКС и приняло его.

Проект создания МКС разрабатывался с середины 1980-х гг. и ранее носил название Freedom. До 1993 г. на работы по проекту было израсходовано 11,2 млрд. дол. Однако отсутствие в нем отработанных технических средств и технологий (которыми в значительной степени обладает Россия), обеспечивающих длительное пребывание и деятельность экипажа в условиях космического полета, аварийных средств спасения и экономически оправданных средств доставки на МКС топлива и грузов превращали проект в практически не реализуемый.

Участие России в проекте создания и использования МКС делает программу МКС более устойчивой и реализуемой. Ключевыми элементами и технологиями, которые поставляет Россия, позволяющими существенно ускорить сборку МКС, являются: служебный модуль (СМ), обеспечивающий жизнедеятельность от 3 до 6 членов экипажа; грузовые корабли "Прогресс-М" и их модификации, обеспечивающие снабжение станции расходными компонентами, в том числе топливом; пилотируемые корабли типа "Союз ТМ", обеспечивающие доставку и возвращение экипажа, его аварийное спасение в непредвиденных ситуациях. Аналогов этих средств у других партнеров по МКС (в том числе США) на сегодня нет. В целом российский сегмент Международной космической станции включает в свой состав следующие элементы: модуль "Заря", служебный модуль "Звезда", стыковочные отсеки, универсальный стыковочный и стыковочно-складской модули, научно-энергетическую платформу, исследовательские модули, корабли "Союз ТМ" и "Прогресс". Для доставки на орбиту основных модулей российского сегмента МКС используется ракетахноситель "Протон".

США, государства - члены ЕКА, Канада, Япония - партнеры России по МКС - заинтересованы в ее участии в проекте, понимая, что в противном случае проект становится значительно дороже, а создание станции окажется проблематичным. Этот вывод соответствует мнению американских специалистов. 7 октября 1998 г. на заседании НАСА Дэниэл Голдин впервые публично сообщил, что НАСА может запросить у конгресса дополнительные средства на сохранение роли России в программе создания космической станции и одновременно предпринять меры по уменьшению зависимости программы от российских изделий. Голдин также сообщил, что послание такого содержания было передано в Белый дом во время обсуждения бюджетного запроса НАСА на 2000 г.

По оценкам НАСА, дополнительно потребуется 1,2 млрд. дол., чтобы осуществить план по снижению роли России в программе. В ближайшем будущем НАСА будет покупать российские услуги и изделия. В более отдаленном времени космическое агентство США намерено создать свои изделия и услуги - например, модифицировать МТКС Space Shuttle, чтобы не нуждаться в запусках нескольких российских грузовых кораблей "Прогресс". Участие же России в проекте создания МКС является самым дешевым решением на ближайшее будущее.

Включение России в 1998 г. в число партнеров по МКС способствовало в определенной степени укреплению ее позиций на постсоветском экономическом пространстве. Один из основных ее партнеров по космической деятельности в рамках СНГ - Украина выразила желание тоже участвовать в этом проекте. Украина обратилась к России с предложением о сотрудничестве в создании украинского исследовательского модуля и включении его в состав российского сегмента МКС.

Предусмотрено коммерческое использование ресурсов российского сегмента МКС. Цель коммерческой космической деятельнсти в этом направлении - компенсация части расходов на создание российского сегмента МКС, минимизация эксплуатационных расходов, использование научно-технической продукции, полученной при разработке МКС и ее эксплуатации, в других отраслях экономики для обеспечения создания и развития передовой конкурентоспособной продукции.

Коммерческий интерес для бизнеса в XXI в. также могут представлять:

  • научно-техничеёкая продукция, полученная при разработке МКС на основе последних достижений космической науки и техники;
  • всесторонняя и своевременная подготовка членов экипажа МКС (помимо российских) в Центре подготовки космонавтов им. Ю.А. Гагарина;
  • выполнение заявок партнеров по МКС на доставку полезных нагрузок;
  • подготовка наземного оборудования и персонала для обеспечения запланированных экспериментов (работ) на МКС;
  • выполнение коммерческих заказов на разработку и изготовление материальной части в обеспечение проектов, реализуемых на технической базе российского сегмента МКС.

Интеграция России в международную космическую деятельность способствует укреплению ее позиций в мировом сообществе, усилению авторитета, влияния и понимания российских интересов другими государствами. При анализе отношений с ведущими государствами в области космической деятельности необходимо все время учитывать, что совместные научные проекты, реализация российских возможностей на рынке космических услуг и выполнение Россией принятых обязательств по ограничению и контролю за распространением ракетных технологий рассматриваются зарубежными партнерами как единое целое. Нарушение любой составляющей неминуемо ведет к сокращению (или прекращению) совместных работ не только в области космоса, но и в других областях экономического сотрудничества. В этих условиях в целях сохранения и развития космического потенциала России, расширения международного сотрудничества и привлечения значительных объемов зарубежных средств в ракетно-космическую промышленность страны необходимо обеспечить своевременное выполнение международных обязательств в области космоса (в том числе по созданию МКС).

Прогнозируемый срок функционирования МКС - до 2013 г. Для ее создания требуется 100 млрд. дол., доля России в этой сумме - 6,5...6,8 млрд. дол. Вложив свою долю в создание станции, наша страна получает право на треть ее ресурсов, в том числе: 43 % от времени пребывания и численности экипажа, 20 % энергетических ресурсов, 35 % объема гермоотсеков и 44 % рабочих мест.

Создание МКС успешно реализуется: уже находятся на орбите три элемента МКС, и первый из них - функционально-грузовой блок, разработанный ГКНПЦ им. М.В. Хруничева с привлечением кооперации в составе более 240 предприятий. Его название - "Заря" - символизирует начало нового этапа сотрудничества в области международной космонавтики.

Функциональный грузовой блок Заря после стыковки с американским сегментом МКС на орбите
Функциональный грузовой блок "Заря" после стыковки с американским сегментом МКС на орбите

Создание модуля, который по праву можно назвать "переходным отсеком в XXI в.", проходило в сложных условиях формирования конфигурации и изменения требований к МКС. Из сформированных изначально 1100 требований к МКС более трети претерпели изменения в процессе проектирования, изготовления и испытаний. В ходе работы специалистами ГКНПЦ им. М.В. Хруничева были решены сложные научно-технические и организационные проблемы, связанные с адаптацией ФГБ к международным стандартам и выполнением функций, обеспечивающих необходимые условия для развертывания и функционирования МКС:

  • поддержанием орбиты и управлением ориентацией МКС на начальных стадиях развертывания;
  • энергоснабжениеж Международной космической станции на начальном этапе развертывания;
  • обеспечением стыковочных работ;
  • выполнением функций хранилища расходуемых материалов;
  • поддержанием функций жизнеобеспечения.

Ожидается, что в XXI в. большое внимание будет уделено развитию технологий и технических средств для осуществления "малых" орбитальных полетов. Примером такой программы является программа "Орел", предусматривающая создание малогабаритного орбитального корабля для небольших космических экипажей (в составе одного-двух человек) для решения задач по спасению космонавтов, техническому обслуживанию орбитальных средств и ряда других.

Из всех небесных тел наиболее реальным в ближайшей перспективе представляется освоение Луны. Это обусловлено ее пространственной близостью, возможностью размещения на ее поверхности лунных баз различного целевого назначения: производственных, ремонтных, добывающих, астрофизических, систем астероидной защиты и др. В связи с этим следует ожидать в XXI в. возобновления и развития пилотируемых полетов на Луну.

Возможный вид лунной базы
Возможный вид лунной базы (по представлению NASDA)

Можно также предполагать пилотируемые полеты к планетам Солнечной системы, прежде всего к Марсу, температурные условия которого наиболее близки земным. Экспедиция на Марс возможна в уже первой четверти XXI в.

Возможный вид базы на Марсе
Возможный вид базы на Марсе (по представлению NASDA)

Следует отметить, что пилотируемые полеты к другим планетам представляются весьма проблематичными в связи с их высокой стоимостью, сложностью реализации и с прогнозируемым к середине XXI столетия резким обострением глобальных земных проблем. Поэтому исследование планет Солнечной системы и дальнего космоса, повидимому, будет продолжаться с помощью автоматических межпланетных космических аппаратов и зондов.





Авиация и космонавтика, вооружения, hi-tech, открытия, концепции и изобретения...

Наука, техника, изобретения © 2009-