§ 6. Эксплуатация многоразовых транспортных аппаратов

Одна из главных задач МТКК и МТА - обслуживание автоматических спутников. Американское ведомство NASA надеется, что при каждом полете «Шатла» его грузовой отсек будет использован до отказа. Например, в нем может помещаться новый спутник и специальные модули для замены в другом спутнике неисправных. Ремонт происходит так. «Шатл» останавливается на расстоянии 9 м от спутника и стабилизируется относительно него с помощью системы ориентации: затем управляемый из кабины манипулятор захватывает спутник и пристыковывает его к находящемуся в грузовом отсеке механизму автоматической замены модулей, а после ремонта отпускает его Операция требует стандартизации конструкций и оборудования спутников.

Во многих случаях ремонт будет производиться на Земле, куда спутник будет доставляться с орбиты орбитальным самолетом. Ожидается, например, что спутник «Космический телескоп» (см. § 2 гл. 7) будет в течение 15 лет службы дважды возвращен на Землю и трижды обслужен космонавтами «Шатла» на орбите.

Другая важная задача МТКК - доставка на орбиту и возвращение на Землю экипажей орбитальных станций. Но и сам МТКК может играть роль временной орбитальной станции, если в его грузовой отсек поместить, как предусмотрено в проекте «Шатл», специальный блок — космическую лабораторию «Спейслэб», разрабатываемую в основном западноевропейскими странами (главным образом ФРГ). Масса блока не более 11,34 т (необходим резерв для возвращения спутников с орбиты). Он рассчитан на лет эксплуатации и должен совершить 50 полетов продолжительностью до трех недель. Будет изготовлено несколько летных экземпляров блока. Работающие в блоке специалисты огдыхают и принимают пищу в кабине «Шатла», а в блок проникают через эластичный лаз. Лаз и часть блока герметизированы.

С помощью одного или нескольких МТКК могут производиться разнообразные монтажные работы в космосе.

Рис. 66 Проект блочной орбитальной станции на 12 человек. (США)

17 рейсов «Шатла» достаточно для сборки из стандартных блоков (в основном длиной 8,8 м и диаметром 4,2 м) долговременной орбитальной станции массой с экипажем 12 человек (рис. 66; в недостроенном виде, после 8 запусков, в ней могут жить 6 человек). Каждый новый блок пристыковывается к станции манипулятором «Шатла», а сам «Шатл» тоже пристыковывается к ней на время. Работы по этому проекту были прекращены из-за сокращения ассигнований.

Обсуждался в США проект создания в 1982 г. долговременной орбитальной станции на базе переоборудованного внешнего топливного бака (объем орбитальной ступени «Шатла», который мог бы выйти на орбиту вместо того, чтобы упасть в океан. В его небольшой отгороженной носовой части еще на Земле размещается оборудование — единственная полезная нагрузка в рейсе. Другим рейсом доставляется энергетический блок.

Многократно предлагалось использовать МТКК для сборки большого космического радиотелескопа. Конструкция зеркала радиотелескопа размерами в сотни метров и километры должна сохранять прочность и жесткость с учетом воздействия светового давления и градиента гравитации. В 1978 г. опубликован детально разработанный проект большого коллектива советских авторов [2.42]. Предлагается создать на высокой орбите, например стационарной, «непрерывно наращиваемый» космический радиотелескоп (КРТ), зеркало которого может иметь диаметр до 20 км (при еще большем диаметре недопустимо возрастут деформации от

градиента гравитации даже на такой высокой орбите, как стационарная). КРТ собирается из шестиугольных модулей размером каждый из которых в отдельности уже может играть роль КРТ. Модуль представляет собой шестиугольный каркас массой состоящий из треугольных ячеек размером содержащих в свою очередь треугольные ячейки из стержней длиной около на каркасе крепится отражающая поверхность той же массы из шестиугольных плоских пластин. Модуль в сложенном виде собираются на низкой орбите в «поезда» с помощью специального орбитального буксира и в таком виде переводятся непилотируемым МТА с ядерной электроракетной двигательной установкой (ЭРДУ) на орбиту высотой не менее 10 000 км (для КРТ диаметром 1 км).

Рис. 67. Наращиваемый радиотелескоп

В монтаже на рабочей орбите участвуют люди, живущие в орбитальной станции, собранной аналогичным образом. Доставка и смена экипажей производятся с помощью пилотируемых На фокальном расстоянии от зеркала 1 КРГ (рис. 67) находятся во время его работы несколько автономных спутников — приемных объектов 2, а еще дальше — управляющий объект 3. Ориентация и стабилизация зеркала диаметром (масса 200 т) может осуществляться двигателями на его периферии тягой Если это — ионные двигатели со скоростью истечения то разворот антенны на 180° за сутки потребует рабочего тела (а при диаметре антенны При этом на относительное перемещение приемного объекта израсходуется масса рабочего тела, равная его массы. Ионные же двигатели доведут скорость -километрового радиотелескопа, на

ходившегося на стационарной орбите, за 95 дней до параболической. Общая стоимость КРТ оценивается в 1 млрд долл. для диаметра зеркала 1 км и в 10 млрд соответственно для Постройка -километровой антенны обойдется вдвое дешевле, чем на Земле [2.42].

Мы остановились относительно подробно на создании КРТ потому, что на этом примере можно видеть, как будет происходить создание больших конструкций на орбитах, в частности солнечных энергостанций (СЭС) на стационарной орбите. Однако масса СЭС будет на один или два порядка больше, а потому и потребует использования в несколько раз более грузоподъемных МТКК, чем «Шатл». Монтажная круговая орбита в некоторых американских проектах располагается где-то посредине между низкой орбитой МТКК и рабочей стационарной, что, как считают, является экономически более выгодным. Использование ЭРД предусматривается всегда, так же как и применение стандартных ферменных блоков.

Почти нет сомнений, что на стационарной орбите в свое время возникнет и будет развиваться обитаемая долговременная станция. В этом случае будет экономически целесообразно создать постоянную вспомогательную станцию на промежуточной эллиптической орбите, расположенной между низкой и стационарной орбитами. Переход на эту промежуточную станцию с низкой орбиты (и наоборот) осуществлялся бы с помощью упрощенного «перигейного» МТА, а с нее на стационарную (и наоборот) — с помощью другого, «апогейного», МТА. Эти аппараты в разное время находились бы на той или другой из трех орбит. Экономия достигалась бы за счет упрощения их конструкций (разные требования к двигателям в перигее и апогее, освобождение от навигационного оборудования, от элементов комфорта и т. д.). Для грузовых перевозок, конечно, выгодно будет использовать ЭРД У [2.43] (вероятно, ядерные; так как солнечные элементы могут придти в негодность, находясь долго в поясе радиации).

Большой объем межорбитальных перевозок очень скоро сделает экономически необходимым создание топливной станции на низкой орбите. Сюда доставляются баки с кислородом, водородом или водой [2.44, 2.45].

Из всего сказанного должно быть ясно, что человеку предстоит немало потрудиться на орбитальных стройках. Ему будут служить здесь не только грузовые МТА, но и, на месте монтажа, буксиры (пилотируемые и непилотируемые) для местных перемещений больших грузов, открытые и герметичные платформы для одного или

нескольких человек, ранцевые двигательные установки, различные механизмы, манипуляционные роботы и т. д.

Придет время, и на орбитах вокруг Земли возникнут большие обитаемые комплексы с собственной промышленностью, экологической средой и т. д. Некоторые зарубежные проекты таких поселений, о которых часто пишут журналисты, не представляют большого интереса. Появление в космосе «эфирных городов», путешествующих по орбитам вокруг Земли и вокруг Солнца, предсказывалось К. Э. Циолковским. Небезынтересны, однако, новые идеи о доставке в эти колонии на орбитах сырья для промышленности, и о них мы поговорим в § 9 гл. 12 и в § 10 гл. 22.