Особенности конструкции долговременной орбитальной станции «Скайлэб» и проводимых на ней научных экспериментов

В статье рассматриваются конструктивные особенности первой и единственной национальной долговременной орбитальной станции Соединенных Штатов Америки — «Скайлэб». Подробно проводится исследование проводящихся научных экспериментов на станции, которые обладают исключительной особенностью. Выполняется анализ итогов опытов в условии микрогравитации. Дана оценка реализации программы «Скайлэб», результатов экспериментов и ее роли в развитии последующих орбитальных станций и пр.

Ключевые слова: долговременные орбитальные станции, эксперименты в космосе, микрогравитация, история развития ракетостроения, освоение космоса, ракетно-космическая техника.

Введение. Долговременная орбитальная станция — это космический аппарат, предназначенный для долговременного пребывания людей на орбите с целью проведения научных исследований в условиях микрогравитации, наблюдений за поверхностью и атмосферой планеты, астрономических наблюдений и др. Первым, кто научно обосновал вопрос о космических станциях, был Константин Эдуардович Циолковский. В середине 60-х годов прошлого века конструкторские бюро СССР вели разработку отечественной орбитальной станции. Уже в 1971 году был произведен запуск первой в мире советской пилотируемой орбитальной станции для полета вокруг Земли — «Салют-1» [1]. Примерно в то же время Вернером фон Брауном была представлена идея использования верхней ступени ракеты Сатурн-1Б в качестве жилого объема орбитальной станции. Сначала верхняя ступень ракеты выводилась на орбиту как ракетная ступень, затем освободившийся бак жидкого водорода превращался в орбитальную станцию [2].

Постановка задачи. Таким образом, цель данной работы заключается в исследовании конструкции станции «Скайлэб». Проводится анализ проведенных экспериментов. Для достижения цели были поставлены следующие задачи :

— изучить, систематизировать и описать сведения о конструкции станции «Скайлэб»;

— проанализировать и описать значение проводимых опытов в условии микрогравитации;

— выявить особенности реализации программы «Скайлэб».

Основная часть. « Скайлэб» или «Skylab», что переводится как небесная лаборатория — первая и единственная национальная долговременная орбитальная станция (ДОС) США. ДОС «Скайлэб» была запущена в 1973 году модифицированной ракетой «Сатурн-5». Спустя сутки на станцию должна была отправиться первая экспедиция с тремя космонавтами. Однако во время запуска станции ей были нанесены серьезные повреждения. C нее был сорван «Sun Shade» — солнцезащитный тент или теплоизолирующий экран, который одновременно являлся «Micrometeoroid Shield» — микрометеороидным щитом. Причем обломки от потерянного микрометеороидного щита стали еще одним препятствием — они вырвали одну из основных солнечных батарей и мешали полному развертыванию другой. Вскоре на станции стала расти температура, достигнув внутри +38 °C, а на внешней стороне +80 °C. Таким образом, «Скайлэб» осталась без электроснабжения и без терморегулирования, ее эксплуатация была практически невозможна [3].

За время существования станции были совершены 3 экспедиции с экипажами: Скайлэб 2, 3 и 4. Первая миссия «Скайлэб-2» стартовала через 11 дней после выведения станции на орбиту и целью экспедиции являлся ремонт станции. Экипаж развернул полотнище, натянутое на 4 раздвигающиеся спицы через небольшой инструментальный порт изнутри станции, снизив температуру станции до приемлемого уровня и предотвратив перегрев, который мог бы расплавить пластиковую изоляцию внутри станции и выделить ядовитые газы. Экипаж провел дальнейший ремонт, выполнив два выхода в открытый космос. За 28 дней на орбите экипаж отремонтировал станцию, проводил медицинские эксперименты, собирал данные о Солнце и Земле, провел 392 часа экспериментов. Также миссия зафиксировала две минуты крупной солнечной вспышки с помощью телескопа Аполлон [5].

Через 2 месяца состоялся второй пилотируемый полет «Скайлэб-3» на станцию и экспедиция продлилась 59 дней. Экипаж во время своего первого выхода в открытый космос установил второй теплоизолирующий экран, чтобы сохранить прохладу станции. Он был установлен над полотнищем, который первоначально был развернут через воздушный шлюз во время предыдущей миссии. «Скайлэб-3» продлил пребывание космонавтов в космосе до двух месяцев. Было изучено влияние продолжительности полета на физиологическую адаптацию человека. На «Скайлэб-3» проводились биологические эксперименты. Два эксперимента на животных включали хронобиологию карманных мышей и циркадный ритм у уксусных комаров. Оба эксперимента не увенчались успехом из-за отключения электроэнергии, в результате чего животные погибли. Также на станции был реализован эксперимент, предложенный студентом. Цель эксперимента заключалась в проверке: будут ли два паука плести паутину в космосе, и, если да, то будут ли эти сети такими же, как те, что производят пауки на Земле. Паутину пауки плели, однако космическая паутина была тоньше и местами различалась, в то время, как земные паутины имеют одинаковую толщину [6].

Через 4 месяца была совершена третья и последняя экспедиция Скайлэб 4, которая продлилась 84 дня, что стало рекордом [7]. Карр, Гибсон и Поуг стали первыми космонавтами, которые встретили Новый год в космосе. В ходе выхода в открытый космос был исправлен радар для изучения земных природных богатств. Несмотря на многочисленные трудности, экспедициями на «Скайлэб» было проведено огромное количество биологических, технических и астрофизических экспериментов. Наиболее важными были телескопические наблюдения Солнца в рентгеновском и ультрафиолетовом диапазонах, было заснято множество вспышек, открыты корональные дыры. Риккардо Джаккони получил Нобелевскую премию по физике 2002 года за исследования в области рентгеновской астрономии, включая изучение излучения Солнца на борту «Скайлэб», что способствовало рождению рентгеновской астрономии [8].

В 1973–1974 годах на станции «Скайлэб» были проведены эксперименты по выращиванию полупроводниковых монокристаллов в условиях микрогравитации. Монокристаллы InSb, полученные на станции, отличались от тех, что получали в земных условиях. Эти монокристаллы в особой области были лучшего качества. Повысилась однородность распределения примеси по длине кристалла [9].

Рис. 2. Слева — выращенные на борту «Скайлэб» беспримесные кристаллы InSb, справа — установка для проведения операций [9]

Скайлэб была построена на основе корпуса верхней ступени ракеты Сатурн-1Б. Внутреннее пространство баков было приспособлено для жизни и научных исследований. В верхней части корпуса были установлены отсек оборудования, шлюзовая камера с основным осевым и резервным боковым стыковочным узлами, к которой прикреплен массивный отсек астрофизических научных приборов ATM (Apollo Telescope Mount). После выхода на орбиту ATM поворачивался на 90°, открывая доступ к осевому стыковочному узлу. Пустой водородный бак ступени образует орбитальный блок станции внутренним диаметром 6,6 м, разгороженный решетчатыми перегородками на лабораторный и бытовой отсеки. Кислородный бак служит для сбора отходов. ЛО служит для проведения научных экспериментов, БО — для отдыха, приготовления и приема пищи, сна и личной гигиены. Все необходимое для деятельности трех экипажей находится на «Скайлэб» во время ее запуска: 907 кг продуктов и 2722 л питьевой воды. Система электроснабжения станции состоит из шести панелей солнечных батарей: основных, развертывающихся на корпусе в виде двух больших крыльев, и четырех раскрывающихся крестообразно на блоке АТМ. «Скайлэб» имела огромный внутренний объем, предоставляя практически неограниченную свободу передвижений.

Больше экспедиций на станцию не было. Так как ракета Сатурн-5 была снята с производства, подобную тяжелую станцию в ближайшие годы выводить было нечем. Потому ученым хотелось сохранить «Скайлэб» для дальнейшего использования. Предлагался 20-дневный полёт «Скайлэб-5» для научных экспериментов и некоторого поднятия орбиты станции. После полета Союз-Аполлон было даже предложение создать комплекс Скайлэб-Салют. Однако окончательное решение не было принято. Тем временем возросшая солнечная активность привела к некоторому увеличению плотности атмосферы на высоте орбиты «Скайлэб», снижение станции ускорилось. Подъем станции уже был невозможен, так как у нее не было собственного двигателя. Центр управления полетом сориентировал станцию на вход в атмосферу 11 июля 1979 года.

Заключение. Таким образом, можно сделать вывод, что создание и реализация проекта орбитальной станции «Скайлэб» доказало возможность долговременного пребывания людей в космосе. Было показано, что человек ограничен не технологиями, а своей решимостью. Станцию, несмотря на существенно большие размеры, можно отнести к станциям первого поколения, поскольку длительность пребывания космонавтов на ней определялась запасами ресурсов жизнеобеспечения. Опыт разработки и эксплуатации был несомненно очень важным для создания Международной космической станции. В настоящее время существует несколько планируемых проектов для создания современных национальных ДОС США. В их список входят: «Коммерческая космическая станция Бигелоу», «Орбитальный риф» и «Сегмент Аксиом», которые пока остаются нереализованными уже несколько лет.

1. «Салют» на орбите / Колл. авт. — Москва: Машиностроение, 1973. — 160 c. — Текст: непосредственный.
2. Мировая пилотируемая космонавтика. История. Техника. Люди / И. Б. Афанасьев, Ю. М. Батурин, А. Г. Белозерский. — Москва: РТСофт, 2005. — 239–255 c. — Текст: непосредственный.
3. Новости космонавтики / под ред. Игоря Моринина — 3. — Москва: Астри Трейд, 2004. — 66–71 c. — Текст: непосредственный.
4. David, M. H. Skylab. United States space station / M. H. David. — Текст: электронный // Skylab | History, Discoveries, & Facts | Britannica: [сайт]. — URL: https://www.britannica.com/topic/Skylab.
5. Н. Новиков. На орбите — «Небесная лаборатория» // «Наука и жизнь». — 1973. — № 10. — 90–93 c. — Текст: непосредственный.
6. Burgess Colin, Dubbs Chris. Animals in Space: From Research Rockets to the Space Shuttle. Chichester UK: Praxis. 2007. p. 323–26.
7. Международное Сотрудничество в сфере пилотируемых полетов. часть 1. Исторический обзор / А. Г. Деречин, Л. Н. Жарова, В. В. Синявский, В. Л. Солнцев, И. В. Сорокин. — Текст: непосредственный // Космическая техника и технологии. — 2017. — № 1 (16). — С. 12–31.
8. Skylab: Everything You Need to Know. — Text: Electronic // Astronotes — Armagh Observatory and Planetarium's Stellar Blog!: [сайт]. — URL: https://armaghplanet.com/blog/skylab-everything-you-need-to-know.html.
9. Ловецкий Г. И., Лазарев Н. С. Методы научного познания и выращивания монокристаллов полупроводников в космосе/ Г. И. Ловецкий, Н. С. Лазарев. — Текст: непосредственный // Наука, техника и образование. — 2017. — № 2 (12). — С. 231–238.