Орбитальные станции

Орбитальные станции – космические аппараты, которые также могут быть либо пилотируемыми, либо работающими в автоматическом режиме. Эти космические аппараты рассчитаны на длительное пребывание на орбитах вокруг Земли, Луны и других планет.

На сегодняшний день актуальны два способа доставки орбитальных станций на орбиту: в собранном виде или монтаж в космосе после вывода на орбиту вокруг планеты. На орбитальных станциях при постоянном сотрудничестве ученых и космонавтов проводятся исследования планеты Земля и околоземного космического пространства, различные медико-биологические, физические эксперименты и другие работы. Первенство в запуске орбитальных станций снова оказалось за СССР. С 19 апреля по 11 октября 1971 г. находилась на орбите долговременная станция «Салют». Ее полет состоял из нескольких этапов. Первый этап заключался в совместном полете станции с кораблем «Союз-10». За время полета была проведена проверка работ усовершенствованных систем, которые должны были обеспечить стыковку и расстыковку корабля и станции, причаливание, сближение и безупречное выполнение многих других операций. Задачей второго этапа, который начался 6 июня, являлось проведение комплексных научно-технических и медико-биологических исследований. Основные медико-биологические исследования были направлены на выяснение возможностей длительного пребывания человеческого организма в полете. Эти исследования являлись крупным вкладом в дальнейшее развитие длительных орбитальных станций. 7 июня 1971 г. в 10 ч 45 мин космонавты Г. Т. Добровольский, В. Н. Волков и В. И. Панацаев стали первыми обитателями орбитальной научной станции. Так была решена первостепенная задача по доставке экипажа транспортными кораблями на борт орбитальных станций. Впервые с участием человека были проведены астрономические исследования при помощи астрофизической обсерватории «Орион». Продолжительность полета экипажа в корабле и на станции составила около 570 ч. С 1971 г. были запущены 7 орбитальных станций «Салют», орбитальная станция «Мир» (СССР) и орбитальная станция «Скайлэб» (США).

В настоящее время на орбите находится международная космическая станция, представляющая собой достаточно крупную космическую лабораторию. Еще в 1984 г. американский президент Рональд Рейган объявил о старте работ по созданию США собственной орбитальной станции, но к началу 1990-х гг. эта программа заморозилась из-за отсутствия достаточного количества финансов. Россия же в начале 90-х гг. ХХ в. планировала создание еще одной космической станции – «Мир-2» (в это время на орбите уже функционировала станция «Мир», созданная Советским Союзом и выведенная на орбиту в 1986 г.), но также столкнулась с недостатком финансовых средств.

В связи с экономическими трудностями страны бывшие конкуренты пришли к общему решению о создании международной космической станции. 17 июня 1992 г. между США и Россией было подписано соглашение о сотрудничестве. В соответствии с соглашением была разработана совместная программа космических исследований.

В итоге в марте 1993 г. генеральным директором Российского космического агентства и генеральным конструктором НПО «Энергия» была предложена идея создать Международную космическую станцию. Эта идея была принята руководителем НАСА. В 1995—1996 гг. утверждается эскизный проект и конфигурация станции.

Станция состоит из двух сегментов: российского и американского с участием стран – членов Европейского космического агентства, Бразилии, Канады, Японии и Италии. Следующий этап – 1998 – июль 2000 гг. – доставка на орбиту первых трех модулей: двух российских и одного американского. 2 ноября 2000 г. на борт международной космической станции прибывает экипаж первой основной экспедиции. К полному окончанию строительства масса станции достигла 470 т.

По соглашению сторон российский экипаж состоит из трех человек и имеет право постоянно работать в своем сегменте, в американском сегменте четыре астронавта других стран, участниц программы, делят время в соответствии с вкладом в строительство орбитальной станции. На станции постоянно проводятся исследования космоса, атмосферы и поверхности Земли, осуществляются различные медико-биологические эксперименты, в том числе направленные на изучение поведения человеческого организма в условиях длительного пребывания в космическом пространстве. Помимо различного рода исследований на станции разрабатываются современнейшие технологии получения новых материалов, проводится анализ свойств полученных материалов и биопрепаратов.

Планетоход

Планетоход – транспортное средство, приспособленное для работы на поверхности планет и других небесных тел в различных климатических условиях при гравитации, отличной от земной.

В качестве транспортных средств, доставляющих планетоходы к месту работы, используются космические корабли.

К конструкции планетохода предъявляются следующие требования: высокая стойкость к вибрационным, ударным и линейным перегрузкам, по мере необходимости оборудование планетохода устройствами конвертирования ходовой части и спуска на поверхность исследуемого небесного тела. Планетоходы разрабатывались для проведения новых экспериментов уже на поверхности планет Солнечной системы, к тому же изучение некоторых небесных тел довольно трудно проводить с помощью орбитальных аппаратов либо вообще невозможно. Ярким примером может послужить непрозрачная атмосфера Венеры.

Главным источником, дающим хоть какие-то сведения о поверхности Венеры, являются радиолокационные методы. Задачи, которые предстоит решать аппаратам, во многом схожи с задачами орбитальных исследовательских станций. Это получение, обработка информации о поверхности планеты, ее недрах и условиях окружающей среды и последующая передача результатов на Землю.

Наиболее эффективными могут считаться необитаемые планетоходы с автоматическим или дистанционным управлением, либо для выполнения специальных исследовательских программ обитаемые планетоходы, которые должны снабжаться специальной герметичной кабиной, позволяющей создать нормальные климатические условия, пригодные для работы человека в течение длительного времени.

Основным преимуществом необитаемых планетоходов является отсутствие опасности для человеческого организма на начальных стадиях исследования планет. Очень важным в конструкции планетохода является выбор типа движителя, которым будет оснащаться планетоход.

Из всех типов движителей большим вниманием пользуются колесное и гусеничное исполнение движителя. Колесные планетоходы, в свою очередь, имеют небольшое преимущество перед гусеничными. Они могут использоваться в более широком диапазоне грунтов, обеспечивают возможность создания тягового усилия и в ведущем, и в тормозном режиме работы, имеют более высокий КПД за счет возможности регулировать электроприводом режимы работы и добиваться большей эффективности и, кроме всего перечисленного, имеют большую проходимость и увеличенный срок службы.

Гусеничные имеют большее преимущество при использовании в условиях слабонесущих грунтов: высокий запас силы тяги на слабонесущих грунтах и более низкое удельное давление на поверхность.

Родоначальником направления шагающих движителей является П. Л. Чебышев с его стопоходящей машиной. Для этого класса движителей характерны такие недостатки, как отсутствие управления высотой машины, отсутствие возможности выбора точки опоры. В поисках наиболее эффективного варианта многие конструкторы создавали гибридные образцы. Попытки сочетать в одном механизме принципы качения и шагания привели к созданию американской фирмой «Вагнер» опытного образца колесно-шагающего движителя типа Го-девиль. Колеса, установленные на продольных рычагах подвески, могли поворачиваться на 360°. При вращении рычагов корпус агрегата описывает траекторию движения рычага. Другой разновидностью является движитель типа Пади-вагон. Движитель представляет собой четыре трехкатковых колеса. В первом режиме колеса находятся в заторможенном режиме, и перемещение происходит за счет вращения катков. Шагающий режим реализуется заторможенностью катков, и вращающиеся колеса реализуют шагание аппарата. Громоздкость – вот основной недостаток движителя такого типа.

В зависимости от несущего элемента планетоходы делятся на рамные и планетоходы с кузовом в качестве несущего элемента. Применение рамного планетохода оправданно, если необходимо снизить металлоемкость конструкции или упростить ее. Кузовное исполнение можно использовать при создании планетохода с герметичной кабиной или крупным контейнером.

Одной из сложнейших технических проблем является обеспечение электроэнергией планетохода в течение длительной космической экспедиции. В настоящее время в космических аппаратах используются следующие источники энергии: аккумуляторные и солнечные батареи, их комбинации и радиоизотопные термоэлектрические генераторы. Неотъемлемой частью любого планетохода является система управления движением, которая предназначена для изменения положений аппарата, находящегося в условиях неупорядоченной внешней среды.

Эта система должна выполнять функции по сбору внешней информации, ее дальнейшей оценки и после выработки решения выдать команды на исполнение решения. Системы управления делятся на интерактивные (человек участвует в работе системы управления) и автономные. Первые, в свою очередь, подразделяются на дистанционные, программные и автоматизированные, которые работают при непосредственном контроле человека. Автономные делятся на программные, работающие по типовым программам, оптимальные и адаптивные.

Более целесообразно применять комплекс, включающий в себя несколько различных систем управления. Например, наличие дистанционной системы управления, которая реализует управление аппаратом по радиоканалу дальней связи, пригодится в случае неполадок автоматической системы управления.

Первым представителем исследовательских планетоходов явился «Луноход-1» (см. также «Луноход»).