Тоня указывает мне
на крупную звезду возле альфы Большой Медведицы –
новая звезда в знакомом созвездии.
– Кэц… Звезда Кэц, – говорит Тоня.
А. Беляев «Звезда КЭЦ»
В 2013 году на околоземной орбите находятся две орбитальные станции – международная МКС и китайская «Тяньгун-I». До 29 сентября 2011 года станция вообще была только одна, но в этот день китайцы вывели-таки в космос свою первую орбитальную лабораторию.
Две станции в космической пустоте… Конечно, пустота эта относительна – околоземное пространство нашпиговано спутниками всевозможного назначения… Но как сильно эта картина отличается от прогнозов футурологов на ближайшее будущее, сделанных в 80-е годы прошлого века!
Из не такого уж и далекого прошлого казалось, что к 2013 году околоземная орбита будет наводнена станциями различного назначения и различной государственной принадлежности… Почему же не оправдались эти прогнозы?
От Циолковского до фон Брауна
«Земля – колыбель человечества, но нельзя же всю жизнь оставаться в колыбели», – эти слова мечтателя из Калуги повторяли не один раз, к месту и не особенно. И трактовать их можно по-разному. Но, следует признать, пальма первенства в «изобретении» орбитальных станций, несомненно, принадлежит Циолковскому. Но также следует признать то, что созданные воображением Константина Эдуардовича орбитальные поселения нисколько не похожи на современную МКС. Вернее, и МКС, и «Миру», и «Скайлэбу», не говоря уже про «Тяньгун» и многочисленные «Салюты», так же далеко до этих поселений, как коттеджу до небоскреба.
Воображению «калужского мечтателя» рисовались огромные «бублики», вращающиеся вокруг своей оси. За счет этого вращения в орбитальном поселении создавалась искусственная гравитация и сотни людей, обитавших внутри, не чувствовали никакого дискомфорта от длительного пребывания в космосе.
«Бублики» Циолковского прочно вошли в фантастику первой половины ХХ века, да и для многих современных фантастов – как в литературе, так и в кино – стали источником вдохновения. Достаточно вспомнить классику Беляева с его «Звездой КЭЦ» или «свеженький» фильм «Элизиум».
Однако если в идеях первенство осталось за Циолковским, то первый детальный чертеж и проект-обоснование орбитальной станции был разработан австрийским ученым Германом Нордрунгом в 1928 году. Станция Нордрунга состояла из жилых модулей, энергогенератора, обсерваторного модуля – и… тоже имела форму бублика.
А потом в истории орбитальных поселений наступил длительный перерыв. «Бублик» – или тор, если выражаться по-научному – казался тем идеальным решением, которое интуитивно нашли сразу. Неудивительно, что когда отгремела Вторая мировая война и освоение космоса из темы для фантастических книжек превратилось в вопрос ближайших лет, схема «космического бублика» снова стала востребованной.
22 марта 1952 года в журнале Collier’s Weekly вышла статья Вернера фон Брауна. В ней бывший «ракетный гений» фюрера, а ныне глава Службы проектирования и разработки вооружения армии в Форт-Блиссе отстаивал необходимость создания американской космической станции. И снова его орбитальное поселение имело форму тора-бублика. Фон Браун считал, что станция на орбите может служить и космической лабораторией, и промежуточным звеном для дальнейших космических путешествий. С момента выхода его статьи – называлась она «Преодолевая последний рубеж» – и до начала работ над разведывательными станциями MOL космический бублик был приоритетным направлением разработок NASA в области орбитальных станций.
Однако реальность показала: хотя тор и можно считать наилучшей формой для космического поселения, но до реализации этого проекта было далеко не только в 60-е годы, но и в наше время, даже с учетом современных технологий. Особенно сложной задачей представляется вывод на орбиту многотонных деталей такой конструкции, учитывая, что «Протон-М» – самый мощный на сегодняшний момент носитель – может «выстрелить» на низкую околоземную орбиту всего 23 т груза. А ведь остается еще вопрос монтажа секций «космического колеса» и многое-многое другое. Естественно, что первые станции оказались совсем не похожи на проекты фон Брауна, Нордрунга и Циолковского. Ведь экономить приходилось каждый кубометр и каждую тонну.
Звезда КЭЦ
«Среди бесконечного количества немигающих звезд она одна трепещет лучами, то красными, то зелеными, то оранжевыми. То вдруг разгорается ярче, то угасает, то вспыхивает снова… Звезда растет на глазах и медленно приближается к правой стороне окна. Значит, ракета направляется к ней по кривой линии. Звезда выбрасывает длинные голубые лучи и находит за край окна. Теперь на темном фоне неба видны только звезды да беловатые туманности. Они кажутся совсем близкими, эти далекие звездные миры…» – так описал Александр Беляев фантастическую орбитальную станцию в «Звезде КЭЦ».
Неинтересное направление
Казалось бы, схема освоения космического пространства вслед за первым полетом человека в космос должна была непременно включать в себя создание долговременной орбитальной станции как следующий этап. Однако этого не произошло. Сразу же после первых орбитальных полетов человечество замахнулось на межпланетные. Королев и сменивший его на посту генерального конструктора Мишин считали орбитальные станции «неинтересным» направлением и всерьез готовились к пилотируемым полетам на Луну и на Марс. Американцы, опоздав в ближний космос, тоже решили взять реванш, первыми высадившись на Луну.
Казалось бы, все эти амбициозные планы гораздо проще было бы осуществить, используя (как предполагали и Циолковский, и фон Браун) орбитальную станцию в качестве промежуточного этапа. Собрать межпланетный корабль на орбите с опорой на нее было бы гораздо проще, чем «выбрасывать» с поверхности нашей планеты на траекторию Земля–Луна многотонный аппарат. Конструкторы такого корабля не были бы жестко связаны весовыми ограничениями… но «Лунная гонка» диктовала свои условия.
Триумф программы «Аполлон» в 1969 году расставил все по своим местам. По крайней мере, в советской космической программе. Тема межпланетных пилотируемых полетов была свернута, и советские конструкторы вплотную занялись ДОСом – долговременной орбитальной станцией. Уже через два года – в апреле 1971 года – на орбите оказалась первая советская станция «Салют-1». И пока американцы «достреливали» программу «Аполлон», на орбиту один за другим поднимались новые «Салюты». Последняя станция с таким названием – «Салют-7» – была спущена с орбиты в 1991 году.
Конечно же, «Салют» мало походил на «космические бублики». Станция состояла из двух цилиндров разного диаметра: в меньшем находился переходный отсек и места отдыха космонавтов, в большем – рабочий отсек с оборудованием. В роли «дополнительного помещения» мог выступать космический корабль «Союз». Внутренний полезный объем – 90 мі, вес – менее 20 т. Станция «Мир» (которая первоначально называлась «Салют-8») была уже гораздо просторнее – только жилой ее объем составлял 376 мі, а вес превышал 124 т за счет пристыкованных к основному блоку модулей. А «Мир-2» (он же «Салют-9») планировался еще более крупным. Только его основной модуль весил 90 т и имел внутренний объем 75 мі, а обитаемый – более 46-и. Такую «кубатуру» имеет обычная жилая комната площадью 18,5 мІ. Между прочим, сейчас основной модуль «Мира-2» входит в состав МКС под названием «Звезда».
Технотриллер на орбите
В истории станций «Салют» было много событий, но остановиться подробно хотелось бы на одном. 12 февраля 1985 года связь со станцией, находившейся в автоматическом режиме с октября 1984 года, пропала. 6 июня 1985 года к станции ушла спасательная экспедиция в составе Владимира Джанибекова и Виктора Савиных. Экипаж произвел ручную стыковку с мертвой станцией и к 23 июня полностью восстановил ее работоспособность. Когда космонавты смогли открыть переходной люк и попасть на станцию, первый вопрос из Центра Управления Полетами был «Температура какая?» «Колотун, братцы» – ответил Джанибеков – температура внутри «Салюта» была ниже нуля. Космонавты работали в пуховых шапках и теплых комбинезонах – последние были казенными, а вот шапки пришлось захватить из дома. К слову, в таком виде Джанибеков и Савиных «засветились» на телеэкранах всего мира – наверное, именно отсюда в голливудское кино вошел штамп «русского космонавта» – небритого мужика в ушанке.
Надо отметить, что за два года до описываемых событий космонавты Владимир Ляхов и Александр Александров на станции сняли эпизоды, вошедшие в фильм «Возвращение с орбиты», в котором на орбитальной станции происходит почти такая же авария.
Космическая лаборатория по-американски
В деле создания орбитальных станций американцы отстали от СССР на два года. Их «Скайлэб» был выведен на орбиту 14 мая 1973 года. Однако работы в этом направлении начались еще в 1963-м. Первой была программа MOL, о которой мы поговорим чуть позже. Второй проект разрабатывался фон Брауном. Между прочим, станция мало походило на описанную в его статье «Преодолевая последний предел». Никаких «космических бубликов», искусственной гравитации и прочих излишеств. Конструкция представляла собой верхнюю ступень ракеты «Сатурн-1В», которая сначала отрабатывала свою ракетную «ипостась», а потом дооснащалась в орбитальный модуль.
В принципе, «Скайлэб» тоже был построен на основе корпуса верхней ступени. Вот только никакого вторичного использования окончательный проект не предусматривал. К верхней части корпуса присоединили отсек астрофизических научных приборов, а основой станции стал бывший водородный бак, который решетчатой «палубой» разделили на два отсека – рабочий и бытовой. Кислородный бак использовался в качестве сборника отходов. Станция имела огромные внутренние размеры. При весе 91 т объем внутренних помещений составил больше 350 мі. В переводе на «квартирные» метры это уже солидное жилье в 141 мІ площади. В бытовом отсеке каждому астронавту была положена своя «каюта» – ниша со шторкой, спальным местом и ящиком для личных вещей.
А вот своего двигателя у «Скайлэба» не было. Все маневры на орбите планировалось выполнять при помощи корабля «Аполлон». Это, в конце концов, и привело к гибели станции. В 1979 году возросшая солнечная активность привела к увеличению плотности верхних слоев атмосферы. «Скайлэб» начал снижаться и сошел с орбиты.
Промах по глобусу
«Скайлэб» планировали использовать и после начала полетов «Спейс Шаттлов» на протяжении как минимум 5 лет. Прорабатывались программы серьезной модернизации станции, однако незапланированный сход «Небесной лаборатории» с орбиты поставил на этих планах жирный крест. Станция падала. И даже откорректировать ее падение толком не удалось. В центре управления полетами под Хьюстоном планировали затопись станцию в океане в 1300 км от Кейптауна. Однако часть обломков «Скайлэба» долетела до западной Австралии и упала на землю южнее города Перт. Некоторые из них позже были найдены австралийцами и теперь экспонируются в местных музеях.
В 1984 году американцы решили вернуться к теме долговременной орбитальной станции. Президент Рональд Рейган шумно анонсировал начало работ над пилотируемой станцией Freedom («Свобода»). Но проект быстро перестал быть чисто американским: к нему подключили Европейское космическое агентство, Канаду, Японию – и, в конце концов, все трансформировалось в МКС.
Звездные войны на низкой орбите
Естественно, мимо «темы» орбитальных станций не могли пройти и военные двух сверхдержав. Причем они обратили свои взоры в космос задолго до того, как Джордж Лукас начал работу над своей знаменитой сагой. Низкие орбиты и околоземное пространство были, что называется, «полем непаханым». Орбитальные станции предполагали использовать для разведки (пока не выяснилось, что автоматические спутники в этом плане гораздо дешевле и надежнее), для обслуживания этих самых спутников, для их уничтожения. Ну, а самые «передовые» умы вовсю думали об артиллерийских дуэлях, ракетных атаках и даже о космических абордажах. И это не говоря уже о том, что сбросить на территорию «вероятного противника» с низкой околоземной орбиты что-нибудь термоядерное в случае начала Третьей мировой войны было очень заманчиво – перехватить такой «подарочек» практически невозможно из-за минимального подлетного времени и сумасшедшей скорости.
Вот тут самое время вспомнить про американскую программу MOL и еще раз вернуться к советским «Салютам», которые были аппаратами двойного назначения. Гражданские назывались «Салют». А их военные собратья – «Алмаз». Но и те, и другие (для запутывания вероятного противника) летали в космос под «гражданскими» именами.
Работы по программе MOL (Manned Orbiting Laboratory – пилотируемая орбитальная лаборатория) стали частью программы пилотируемых полетов министерства обороны США. Экипаж станции должен был вести разведку и – в случае необходимости – снимать с орбиты или уничтожать спутники. Правда, вооружения на базе не имелось. Зато была возможность выходить в открытый космос. Вообще станция MOL представляла собой цилиндрический модуль, к переднему торцу которого был пристыкован космический корабль «Джемини В». Общий вес конструкции составлял всего 14,5 т. Экипаж из двух астронавтов стартовал вместе со станцией прямо с Земли, отрабатывал 30-ти дневную программу, после чего люди совершали посадку на «Джемини», а вся остальная конструкция сгорала в верхних слоях атмосферы. Фактически MOL был не орбитальной станцией, а большим космическим кораблем.
Советская программа «Алмаз» оказалась куда более амбициозной. И в отличие от MOL, который совершил только один тестовый полет, «Алмазы» неоднократно поднимались в космос.
Как уже говорилось, советская орбитальная станция «в погонах» на первый взгляд мало отличалась от гражданского «Салюта». Те же два цилиндра большого и малого диаметра, то же деление на отсеки. Разница, как обычно, заключалась в мелочах. По проекту, в своей максимальной конфигурации – с пристыкованным кораблем снабжения ТКС и двумя многоразовыми спускаемыми аппаратами – «Алмаз» легко обеспечивал автономный полет протяженностью в двести суток, а со стандартным экипажем из трех человек – вдвое больше. Станция могла вести фотографирование наземных объектов как в автоматическом, так и в ручном режиме, причем наиболее интересные снимки немедленно отправлялись на Землю в специальной капсуле. «Алмаз» имел бортовое вооружение и мог сбивать любые спутники «вероятного противника». В его силах было даже нанести бомбовый удар по вражеской территории.
Всего «Алмазы» побывали на орбите пять раз – «Салют-2», «Салют-3», «Салют-5» на самом деле имели военное происхождение. «Космос-1870» и «Алмаз-1» были автоматическими версиями боевой модели. Велись работы и над станцией нового поколения «Алмаз-2» – но в стране грянули гласность, перестройка, а потом и страны не стало.
Из пушки по спутникам
В Советском Союзе был разработан достаточно широкий спектр кораблей для «звездных войн». Достаточно вспомнить «Союз-П» – то есть перехватчик – и «Союз-Р» с ракетным вооружением, знаменитую «Звезду» 7К-ВИ с 23-мм пушкой НР-23 и радиоизотопными термогенераторами в качестве источника энергии. В КБ Шипунова разрабатывались ракеты «космос-космос», а для «Алмазов» КБ Нудельмана создало систему «Щит-1» из 23-мм пушки НР-23, модернизированной для стрельбы в вакууме, и «Щит-2» с двумя ракетами «противокосмической обороны».
«Щит-1» даже прошел испытания в космосе: 24 января 1975 года экипаж станции «Салют-3» (он же «Алмаз-2») успешно провел первые космические «боевые стрельбы».
Проекты далекие и близкие
Пока на орбиту запускались «Салюты», «Мир» и «Скайлэб», вопросы освоения ближнего космоса в ближайшем, да и в отдаленном будущем, тщательно прорабатывались учеными. В то время вполне серьезно рассматривались проекты постепенного освоения Луны, пилотируемых полетов на Марс и в пояс астероидов. Для этого – как уже стало понятно – было необходимо развитое производство на орбите. Собирать межпланетные корабли для регулярного использования на трассе Земля–Луна и для полетов на Красную планету, заправлять и обслуживать их было проще на орбите. «Традиционные» модульные орбитальные станции имели ряд недостатков – точнее, должны были их приобрести с ростом своих размеров. В первую очередь, опасным представлялось держать запасы ракетного топлива, научное оборудование, энергетические установки, производственные мощности и жилые модули «в одной корзине». На будущее был разработан проект станции-облака, где все эти модули должны были парить на орбите в виде достаточно плотного скопления. Каждый из них планировали оснастить собственным небольшим двигателем, подрабатывая которым он автоматически удерживал свое место в строю.
Кроме станций на низкой околоземной орбите, возможной представлялась постройка долговременной станции на геостационарной орбите, а при освоении Луны – и на окололунной. В последней трети ХХ века полет на Луну виделся следующим образом: сначала старт с Земли и полет на станцию на околоземной (или даже на геостационарной) орбите. Там осуществляется перегрузка и пересадка на рейсовый корабль с орбиты Земли на орбиту Луны. И, наконец, последний этап – перегрузка и пересадка на Лунной орбитальной станции и посадка на Луну. Перелет к Земле, естественно, осуществлялся в обратном порядке.
Орбитальные станции и заводы, солнечные электростанции в то время виделись делом весьма недалекого будущего – фактически, нашего с вами настоящего. А что в более отдаленной перспективе?
В середине 70-х люди представляли, что рано или поздно будут построены целые орбитальные города. Сначала в них поселится обслуживающий персонал всей орбитальной инфраструктуры, а потом и рядовые жители Земли, спасающиеся от перенаселения. Естественно, долго в условиях невесомости не проживешь – и на сцену вновь вышли «космические бублики».
Летом 1975 года студентами Стэндфордского университета был разработан, как это модно говорить, аванпроект орбитального поселения в виде тора диаметром в 1800 м с искусственной силой тяжести, равной земной, и рассчитанный на проживание 10 тыс. человек. А в 1976 году родился, пожалуй, самый известный проект орбитального поселения – острова О’Нейла. Джерард Китчен О’Нейл проработал проекты трех орбитальных поселений – на 1 тыс., на 10 тыс. и на 140 тыс. жителей. По представлениям того времени, все они должны были быть реализованы до середины XXI века. Но и гигантские орбитальные города еще не предел астроинженерной мысли. В 1970 году ученый-футуролог и писатель-фантаст Ларри Нивен высказал предположение, что в отдаленном будущем человечество разместится внутри огромного тора, опоясывающего Солнце на расстоянии в одну астрономическую единицу. А предсказанная другим футурологом сфера Дайсона вообще должна была замкнуть Солнце в центр огромного шара с радиусом, равным расстоянию от светила до орбиты Марса. На внутренней поверхности этой сферы, по мнению ученого, и разместилось бы человечество.
Однако пока в нашем настоящем и будущем нет и не предвидится не только городов О’Нейла, но даже станции на геостационарной орбите. Почему?
Ларчик открывается просто. Пилотируемые полеты и пилотируемые орбитальные станции – вещь очень дорогая. Расходы на МКС с 2006 по 2015 год должны составить 27,5 млн. долларов, а с 1994 по 2005 год она уже «съела» 25,6 млрд. – и это только доля NASA. При этом работа МКС хоть и приносит косвенный доход, но не дает прямой отдачи, что в наш сверхпрагматичный век сразу же вызывает много вопросов. Кроме того, современная доктрина исследования космоса пальму первенства отдает автоматическим кораблям и станциям. Как говорят сторонники автоматизации, один «Хаббл» на орбите дал больше открытий, чем все обитаемые орбитальные станции. И, наконец, последнее – развитая орбитальная индустрия не имеет смысла без регулярных пилотируемых полетов. Они, в свою очередь, не нужны до начала освоения хотя бы Луны. А это не обещает никаких плюсов до прорыва в термоядерной энергетике, которая вызовет повышенный спрос на лунный гелий-3.
Вот такой вот получается замкнутый круг.
