Обзор современного состояния орбитальных станций



В статье автор рассматривает разновидности космических станций, чтобы определить основные отличия, а также выделяет основные функциональные характеристики.

Ключевые слова: орбитальная станция, классификация, одномодульная, многомодульная, миссия, модуль, эффективность.

Орбитальная станция является космическим аппаратом, предназначенным для длительного пребывания людей в космическом пространстве, с целью проведения научных исследований в условиях околопланетной орбиты.

Сначала космические станции использовались для изучения воздействия космического пространства на организм человека, а сейчас они используются в качестве исследовательских платформ для проведения экспериментов в условиях невесомости, которые невозможно провести на Земле [1].

Для того, чтобы космические станции могли функционировать, необходимы экипажи и грузы, такие как топливо, материалы для технических систем, аппаратура и средства жизнеобеспечения. Эти грузы доставляются на станцию пилотируемыми или автоматическими кораблями [2]. На данный момент Россия, США, Европейский союз, Япония и Китай имеют опыт создания разных типов космических станций. При этом Европа и Япония разработали только модули для Международной космической станции (МКС), а не собственные станции (см. таблицу 1).

Таблица 1

Орбитальные космические станции

Наименование станции/ Показатели	«Салют»	«Skyla»	«МИР»	МКС	«Тянгун-1»
Страна	СССР	США	СССР	Россия, США, Канада, Япония, Бельгия, Германия, Дания, Испания, Италия, Нидерланды, Новегия, Франция, Швейцария, Швеция	Китай
Год запуска	1971 г.	1973 г.	1986 г.	1998 г.	2011 г.
Кол-во побывавших астронавтов	3	9	104	>223	6
Масса (тонн)	19,8	77	140	400	8,5
Вид КС	Одномодульная	Одномодульная	Многомодульная	Многомодульная	Одномодульная
Состояние	Недействующая	Недействующая	Недействующая	Действующая	Недействующая

Классификация космических станций является важным инструментом для оценки и сравнения различных типов космических объектов и определения их потенциальных возможностей и ограничений. Она позволяет разделить космические станции на группы в зависимости от их функционального назначения, конструктивных особенностей, технических характеристик и прочих параметров [7]. А также может быть использована для решения следующих задач:

– Определение наиболее эффективного типа космической станции для выполнения конкретной миссии;

– Сравнение различных типов космических станций по стоимости, сложности проектирования, возможностям и прочим параметрам;

– Определение требований к оборудованию, материалам и технологиям для создания определенного типа космической станции;

– Оценка потенциальных рисков и проблем, связанных с эксплуатацией конкретной космической станции [3].

Космические станции могут быть классифицированы по различным критериям:

1. По назначению:

– Научные;

– Коммерческие;

– Военные и т. д.

2. По типу орбиты:

– Низкоорбитальные;

– Геостационарные;

– Межпланетные и т. д.

3. По длительности пребывания на орбите:

– Временные (несколько дней или недель);

– Долговременные (несколько месяцев или лет);

– Постоянные (находятся на орбите постоянно).

4. По размеру:

– Малые (несколько кубических метров)

– Средние (несколько десятков кубических метров)

– Большие (сотни или тысячи кубических метров).

5. По функциональности:

– Научные лаборатории;

– Жилые модули;

– Командные центры;

– Системы связи и т. д.

6. По типу энергетической установки:

– Солнечные батареи;

– Ядерные генераторы;

– Атомные реакторы и т. д.

Таким образом, классификация космических станций является важным инструментом для оценки и сравнения различных типов космических объектов и определения их потенциальных возможностей и ограничений [4]. Это позволяет оптимизировать проектирование, создание и эксплуатацию космических станций для выполнения конкретных миссий.

Одномодульные и многомодульные орбитальные станции.

Одномодульные космические станции — это космические объекты, состоящие из одного модуля, который выполняет все функции станции. Они обычно предназначены для проведения коротких миссий, таких как научные эксперименты или технические испытания. Одномодульные станции могут быть запущены на орбиту как самостоятельные космические аппараты или использоваться в качестве частей более крупных космических станций.

Такие станции имеют ряд преимуществ перед более крупными космическими объектами, таких как низкая стоимость, простота конструкции и управления, а также возможность быстрой разработки и запуска. Они также могут быть использованы для выполнения узкоспециализированных задач, которые не требуют большого количества оборудования и персонала [5].

Однако, одномодульные космические станции имеют и некоторые недостатки. Например, они не могут обеспечить длительное пребывание экипажа на орбите и не имеют достаточной площади для размещения большого количества научного оборудования. Кроме того, они не могут быть модифицированы или расширены в будущем.

Так, например, космическая станция «Салют» была разработана и построена в СССР в 1970-х годах. Главный модуль станции имел длину около 15 метров и диаметр около 4 метров. Он содержал жилые помещения для экипажа, научное оборудование, системы жизнеобеспечения, системы управления и коммуникации.

К основному модулю были присоединены другие модули, включая модуль для хранения грузов и модуль для выполнения научных экспериментов. Все модули были соединены между собой и образовывали единую станцию.

Конструкция станции «Салют» была основана на использовании стандартных блоков, которые могли быть соединены между собой. Это позволяло быстро и легко модифицировать и расширять станцию в будущем.

Станция «Салют» также была оснащена системами ориентации и стабилизации, которые обеспечивали ее точное положение на орбите. Кроме того, она имела системы для обеспечения безопасности экипажа, такие как системы пожаротушения и аварийного спасения [5]. Это была первая космическая станция, которая сначала запущена в космос и затем посещена экипажем. Она была использована для проведения множества научных экспериментов и дала начало развитию космических станций в будущем (см. рисунок 1).

Рис. 1. Конструкция одномодульной станции Салют»

Тем не менее, одномодульные космические станции продолжают использоваться в космических исследованиях и коммерческих проектах, благодаря своей простоте, надежности и экономичности.

Многомодульная орбитальная станция — это комплекс, одна из главных целей которого заключается в проведении научных исследований и изучении возможности длительного пребывания в космосе. По сути, это прототипы «космических городов», которые предполагается создавать в будущем на других планетах с целью их освоения. Они могут быть как стационарными, так и обитаемыми [6].

Такие станции обычно состоят из основного модуля, который является жилым блоком для экипажа, и других модулей, которые могут использоваться для выполнения научных экспериментов, хранения грузов, обслуживания и ремонта космических аппаратов и т. д.

Многомодульные космические станции обычно имеют большую площадь и объем, чем одномодульные станции. Это позволяет экипажу проводить более разнообразные научные исследования, а также увеличивает комфортность пребывания в космосе.

Одной из самых известных многомодульных космических станций является Международная космическая станция (МКС). Она была создана совместными усилиями США, России, Европейского космического агентства, Японии и Канады [7]. МКС состоит из нескольких модулей, каждый из которых был запущен различными странами (см. рисунок 2).

Рис. 2. Конструкционная схема космической станции МКС

Основной модуль МКС — это «Заря», который был разработан и построен Российским федеральным космическим агентством. Он был запущен в 1998 году и является жилым блоком для экипажа. Внутри Зари находятся спальные кабины, кухня, туалеты и другие удобства для проживания в космосе. Другие модули МКС включают в себя американские модули Destiny и Tranquility, японский модуль Kibo и европейский модуль Columbus. Каждый из этих модулей выполняет свою уникальную функцию. Например, Destiny используется для проведения научных экспериментов, Tranquility — для обеспечения жизнеобеспечения, а Kibo — для хранения грузов и проведения научных исследований.

МКС также имеет несколько внешних платформ, на которых устанавливаются научные приборы и оборудование для проведения экспериментов в открытом космосе.

Конструкция МКС была разработана таким образом, чтобы обеспечить максимальную безопасность и комфортность для экипажа. Она имеет системы жизнеобеспечения, которые обеспечивают постоянную подачу кислорода, фильтрацию воздуха и очистку воды [8]. Также на станции есть системы защиты от солнечных лучей и космических лучей.

МКС — это один из самых сложных и технологически продвинутых объектов, созданных человеком. Она является символом международного сотрудничества в исследовании космоса и играет важную роль в развитии науки и технологий.

Таким образом, многомодульные космические станции имеют большой потенциал для научных исследований, а также для различных практических задач, связанных с исследованием космоса. Они также могут использоваться для подготовки к дальнейшим миссиям в космос.

Космические станции имеют различные функциональные назначения, в зависимости от целей и задач, которые они выполняют [4]. Некоторые из них могут быть использованы для научных исследований, другие — для коммерческих целей или для поддержки международных космических программ.

Одна из основных функций космических станций — проведение научных исследований в космосе. На борту космической станции можно проводить эксперименты в различных областях науки, таких как физика, химия, биология, медицина, астрономия и др. Космические станции также используются для наблюдения за Землей и космическим пространством. Они могут быть использованы для коммерческих целей, например, для запуска спутников связи или для туристических поездок в космос. Кроме того, они могут служить базой для строительства космических объектов, таких как спутники, зонды или космические корабли [6].

Космические станции также выполняют важную роль в международном космическом сотрудничестве. Они могут быть использованы для совместных научных исследований, для обмена опытом и технологиями между различными странами. Также могут использоваться для тестирования новых технологий и разработки более эффективных способов работы в космосе. Это может включать различные системы жизнеобеспечения, пропульсионные системы, системы связи и другие технологии.

Важно отметить, что функциональное назначение космических станций зависит от конкретных задач и целей, которые они выполняют. Однако, все космические станции имеют общую цель — расширение знаний о космосе и планете Земля.

Кроме того, космические станции могут выполнять функции поддержки других космических программ, таких как миссии на Луну или на Марс. Например, космическая станция может служить базой для запуска и обслуживания космических кораблей, а также для обмена экипажами и проведения ремонтных работ [9].

Важной функцией космических станций является также обеспечение безопасности и защиты экипажа от опасностей космического пространства, таких как солнечное излучение, микрометеориты и другие факторы.

В целом, космические станции играют важную роль в развитии космической индустрии и науки, а также в расширении нашего понимания космоса и нашей планеты [10]. Они представляют собой сложные технические системы, которые требуют высокой квалификации и профессионализма со стороны экипажа и специалистов на земле.

Литература:

1. Брюннера К. Космические станции: Правовые аспекты научного и коммерческого использования в рамках трансатлантического сотрудничества — М: Routledge, 2012.
2. Комптон В. Д., Бенсон Ч. Д. Жизнь и работа в космосе: История Скайлэба от НАСА. — М: NASA, 1983.
3. Китмакер Г., Крил Р. Космические станции: системы и использование. — М: Springer, 2003.
4. Кэтчпол Дж.Э. Международная космическая станция: Строительство для будущего — М: HarperCollins, 1997.
5. Лауниус Р. Д. Космические станции: Базовые лагеря к звездам — М: Oxford University Press, 2003.
6. Никсон Д. Международная космическая станция: Архитектура за пределами Земли. — М: Cambridge University Press, 2011.
7. Прасад И. Г. С. Космические станции и космические платформы: Концепции, дизайн, инфраструктура и использование — М: CРС Пресс, 2016.
8. Стайна Г. Г. Инженерия и технология космической станции. — М: Вилле, 1995.
9. Финке Г. Космические станции: Искусство, наука и реальность работы в космосе — М: National Geographic, 2004.
10. Экарт П. Космические станции: Системы и операции — М: МкГрей-Хилл, 2006.