Космический корабль будущего. Проблемы, стоящие перед разработчиками пптс

На проходящем в эти дни Парижском авиасалоне в Ле-Бурже представители Китая предложили Роскосмосу участвовать в проекте Китайской космической станции. Как заявил глава госкорпорации Игорь Комаров, какой-либо договорённости и планов нет: у станций разное наклонение орбиты. Пока что Россия не планирует присоединяться к проекту. План станции, о которой идёт речь, относительно финализирован. Сама пилотируемая китайская космонавтика молода - первый китаец-тайкунавт появился менее полутора десятков лет назад.

Однако после закрытия проекта МКС в 20-х годах этого века КНР может оказаться одной - если не единственной - из стран с функционирующей станцией на орбите Земли.

Закрытый клуб МКС

Оба проекта тянутся чуть ли не на полвека назад в прошлое Холодной войны. Планы международной многомодульной космической станции под названием «Свобода» («Фридом») озвучили в 1984 году при Рейгане. 40-й президент в США в наследство от предшественника получил один из самых дорогих орбитальных носителей в истории «Спейс Шаттл» и ни одной постоянной орбитальной станции, а новое руководство в США всегда любит назначать новые направления космонавтики.

К счастью «Мир-2» не остался всего лишь фантазией моделеров симулятора Orbiter : через адаптер PMA-1 к американскому сегменту присоединены модули «Заря » и базовый блок «Мира-2», ставший «Звездой ».

За восемнадцать лет на орбите МКС приобрела свой нынешний размах. Ставшую одной из самых дорогих структур человечества станцию посетили граждане нескольких десятков государств, многие страны проводят на ней эксперименты - достаточно лишь быть партнёром.

Но членство в проекте есть только у США, их союзников и присоединившейся России. Не участвует в МКС наравне с остальными, к примеру, Индия или Южная Корея. У других стран есть настоящие барьеры к участию. Скорее всего, ни один гражданин КНР на борту станции никогда не побывает. Вероятная причина подобного - геополитические мотивы и политическая неприязнь. К примеру, всем исследователям американского космического агентства НАСА запрещено работать с гражданами Китая, связанными с китайскими государственными или частными организациями.

Быстрый старт

Поэтому в космосе Китай шагает в одиночку. Кажется, так было всегда: заимствовать опыт ранних советских запусков мешал советско-китайский раскол . Всё, что успел Китай до него - перенять опыт при создании ракеты Р-2 , улучшенной копии немецкой «Фау-2 ». В семидесятых и восьмидесятых годах прошлого века в рамках программы «Интеркосмос » СССР запускал на орбиту граждан содружественных государств. И здесь не было ни одного китайца. Технологические обмены между КНР и Россией возобновились лишь к двухтысячным.

Первый тайкунавт появился в 2003 году. Аппарат «Шэньчжоу-5 » вывел на орбиту Ян Ливэя . Пусть и куда позже, но Китай стал третьей нацией в мире после СССР и США, создавшей возможность вывода человека на орбиту Земли. Ответ на вопрос, насколько независимо была проведена эта работа, - это удел любителей поспорить. Но корабль «Шэньчжоу» как внешне, так и внутренне напоминает советский «Союз», а один из российских учёных с мировым именем получил 11 лет заключения по обвинению в передаче космических технологий Китаю.

в 2008 КНР отработала выход в открытый космос на «Шэньчжоу-7 ». От космоса тайкунавта Чжай Чжигана защищал скафандр «Фэйтянь », созданный по подобию российского «Орлана-М».

Cвою первую космическую станцию «Тяньгун-1 » Китай вывел на орбиту в 2011 году. Внешне станция напоминает ранние аппараты серии «Салют »: она состояла из одного модуля и не предусматривала расширения или стыковки более одного корабля. Станция прибыла на заданную орбиту. Через месяц была проведена автоматическая стыковка беспилотного корабля «Шэньчжоу-8». Корабль отстыковался и пристыковался вновь, чтобы протестировать системы сближения и стыковки. Летом 2012 года «Тяньгун-1» посещали два экипажа тайкунавтов.

«Тяньгун-1 »

В мировой истории запуск человека - это 1961 год, выход в космос -1965, автоматическая стыковка - 1967, стыковка с космической станцией - 1971. Китай стремительно повторял космические рекорды, которые США и СССР ставили поколения назад, он наращивал опыт и технологии, пусть и прибегая к копированию.

Визиты на первую китайскую космическую станцию длились недолго, всего несколько дней. Как можно заметить, это была не совсем полноценная станция - её создавали для отработки технологий сближения и стыковки. Два экипажа - и её оставили.

На данный момент «Тяньгун-1» постепенно сходит с орбиты, остатки аппарата упадут на Землю где-то в конце 2017 года . Вероятно, это будет неконтролируемый сход, поскольку со станцией потеряна связь .

Базовый модуль «Тяньхе »

В конструкции 22-тонного «Тяньхе» заметны схожести с базовым модулем «Мира» и «Звездой» МКС, которые произошли от «Салютов». В передней части модуля расположен стыковочный узел, снаружи размещёны робоманипулятор, гиродины и солнечные панели. Внутри модуля находятся зона для хранения припасов и научных экспериментов. Экипаж модуля - 3 человека.

Научный модуль «Вэньтянь »

Два научных модуля будут обладать примерно тем же размером, что и «Тианьхэ», примерно той же массой - 20 тонн. На «Вэньтянь» хотят поставить ещё один робоманипулятор поменьше для проведения экспериментов в открытом космосе и маленькую шлюзовую камеру.

Научный модуль «Мэнтянь »

В «Мэнтяне» расположен шлюз для выхода в открытый космос и дополнительный стыковочный узел.

Из-за скудности доступной информации илюстрация Bisbos.com допускает вольности в предположениях и догадках, но даёт хорошее представление о будущей станции. Здесь кроме модулей станции присутствует грузовой корабль модели «Тяньчжоу» (в левом верхнем углу) и корабль экипажа серии «Шэньчжоу» (в правом нижнем углу).

Возможно, эти планы можно было бы объединить с китайским проектом. Но 19 июня глава «Роскосмоса» Игорь Комаров заявил , что пока таких планов нет:

Они предлагали, мы обмениваемся предложениями об участии в проектах, но у них другое наклонение, другая орбита и несколько отличные от нас планы. Пока договоренности и планы в будущем, конкретного ничего нет.

Он напомнил , что проект Китайской космической станции - это национальный проект, хотя другие страны могут в нём участвовать. С другой стороны, представителям «РИА Новости» директор отделения международного сотрудничества Китайского национального космического управления (CNSА) Сюй Яньсун заявил, что проект может стать международным.

Приводимая проблема в расположении станции - это наклонение, одна из важнейших характеристик орбиты любого спутника. Это угол между плоскостью орбиты и плоскостью отсчёта - в данном случае экватора Земли.

Наклонение орбиты Международной космической станции составляет 51,6°, что само по себе любопытно. Дело в том, что при запуске искусственного спутника Земли наиболее экономично прибавлять скорость, которую даёт вращение планеты, то есть запускать с наклоном, равным широте. Широта мыса Канаверал в США, где расположены стартовые площадки шаттлов, - 28°, Байконура - 46°. Поэтому при выборе конфигурации была сделана уступка одной из сторон. К тому же с получившейся станции можно фотографировать куда больше суши. С Байконура обычно запускают с наклонением в 51,6°, чтобы отработавшие ступени и сама ракета в случае аварии не упали на территорию Монголии или Китая.

Отделившиеся от МКС российские модули сохранят наклонение орбиты в 51,6°, если, конечно, его не поменять, что энергетически очень затратно - потребует манёвров на орбите, то есть топлива и двигателей, вероятно, «Прогрессов». Заявления о Национальной российской космической станции также намекали на работу с наклонением в 64,8° - это нужно для запуска аппаратов к ней с космодрома Плесецк.

В любом случае, всё это отлично от озвученных китайских планов. Согласно презентациям , Китайская космическая станция будет запущена с наклонением в 42°-43° с высотой орбиты 340-450 километров над уровнем моря. Подобное несоответствие наклонения исключает создание совместной российско-китайской космической станции по типу МКС.

По текущим оценкам срока эксплуатации, МКС прослужит как минимум до 2024 года. Преемниц у станции нет. НАСА не планирует создавать собственную космическую станцию на низкой орбите Земли и концентрирует усилия на полёте к Марсу. Есть лишь планы создания модуля Deep Space Gateway как перевалочного пункта между Землёй и Луной на пути в глубокий космос, к красной планете. Вероятно, для нового витка международного сотрудничества значительно разнится геополитический климат начала девяностых и наших дней.

При создании МКС российскую сторону приглашали не только ради технологий, но и опыта. На тот момент в США орбитальные эксперименты проводили на краткосрочных полётах многоразовой лаборатории «Спейслэб », а опыт работы на долгосрочных орбитальных станциях ограничивался тремя экипажами «Скайлэба » в семидесятых. СССР и его специалисты обладали уникальным знанием по непрерывной эксплуатации станций такого типа, жизни экипажа на борту и проведения научных экспериментов. Возможно, недавнее предложение КНР участвовать в проекте Китайской космической станции - это именно попытка перенять этот опыт.

Человечество осваивает космическое пространство пилотируемыми кораблями уже более полувека. Увы, за это время оно, образно говоря, недалеко уплыло. Если сравнить Вселенную с океаном, мы всего лишь бродим у кромки прибоя по щиколотку в воде. Однажды, правда, решились поплавать немного поглубже (лунная программа "Аполлон"), и с тех пор живем воспоминаниями об этом событии как о высочайшем достижении.

До сих пор космические корабли в основном служат транспортом доставки на и обратно на Землю. Максимальная продолжительность автономного полета, достижимая многоразовым челноком "Спейс Шаттл", составляет всего лишь 30 дней, да и то теоретически. Но, быть может, космические корабли будущего станут гораздо совершеннее и универсальнее?

Уже лунные экспедиции "Аполлонов" наглядно показали, что требования к грядущим космолетам могут разительно отличаться от заданий для "космических такси". Лунная кабина "Аполлона" имела очень мало общего с обтекаемыми кораблями и не была рассчитана на полет в планетной атмосфере. Некоторое представление о том, как будут выглядеть космические корабли будущего, фото американских астронавтов дают более чем наглядно.

Самый серьезный фактор, который сдерживает эпизодическое исследование человеком Солнечной системы, не говоря уже об организации на планетах и их спутниках научных баз, - радиация. Проблемы возникают даже с лунными миссиями, длящимися от силы неделю. А полуторагодовой полет на Марс, который, казалось, вот-вот состоится, отодвигается все дальше и дальше. Исследования автоматами показали смертельно опасный для человека на всей трассе межпланетного перелета. Так что космические корабли будущего неизбежно обзаведутся серьезной противорадиационной защитой в сочетании со специальными медико-биологическими мерами для экипажа.

Понятно, что чем быстрее он доберется до места назначения, тем лучше. Но для быстрого полета нужны мощные двигатели. А для них, в свою очередь, высокоэффективное топливо, которое не занимало бы много места. Поэтому химические маршевые двигатели уже в ближайшем будущем уступят место ядерным. Если же ученым удастся укрощение антивещества, т. е. перевод массы в световое излучение, космические корабли будущего обретут В этом случае речь пойдет уже о достижении релятивистских скоростей и межзвездных экспедициях.

Еще одним серьезным препятствием на пути освоения человеком Вселенной станет длительное обеспечение его жизнедеятельности. Всего лишь за сутки человеческий организм потребляет немало кислорода, воды и пищи, выделяет твердые и жидкие отходы, выдыхает углекислый газ. Брать с собой на борт полный запас кислорода и продуктов бессмысленно из-за их огромного веса. Проблему решает бортовая замкнутая Однако до сих пор все эксперименты на эту тему не увенчались успехом. А без замкнутой СЖО немыслимы годами летящие сквозь пространство космические корабли будущего; картинки художников, конечно, поражают воображение, но не отражают реальное положение дел.

Итак, все проекты космолетов и звездолетов пока еще далеки от реального воплощения. И человечеству придется смириться с изучением Вселенной космонавтами под прикрытием и получением информации от автоматических зондов. Но это, конечно же, временно. Космонавтика не стоит на месте, и косвенные признаки показывают, что в этой сфере деятельности человечества зреет большой прорыв. Так что, возможно, космические корабли будущего будут построены и совершат первые полеты уже в XXI веке.

Все мы много раз видели самые разнообразные космические станции и космические города в фантастических фильмах. Но все они нереалистичные. Брайан Верстиг из компании Spacehabs на основе реальных научных принципов разрабатывает концепты космических станций, которые однажды действительно можно будет построить. Одной из таких станций-поселений является Kalpana One. Точнее, улучшенная, современная версия концепта разработанного в 1970-х годах. Kalpana One представляется из себя цилиндрическую структуру с радиусом 250 метров и длиной 325 метров. Приблизительный уровень населения: 3000 граждан.

Давайте посмотрим на этот город подробнее …

«Космическая станция Kalpana One Space Settlement является результатом исследований вполне реальных лимитов структуры и форм огромных космических поселений. Начиная с конца 60-х годов и вплоть до 80-х годов прошлого века человечество впитало в себя представление о тех формах и размерах возможных космических станций будущего, которые показывались все это время в научно-фантастических фильмах и на различных картинках. Однако многие из этих форм имели некоторые конструктивные недостатки, в результате которых в реальности такие сооружения страдали бы от недостаточной стабильности во время вращения в условиях космоса. Другие формы недостаточно эффективно использовали соотношение структурной и защитной массы для создания обитаемых областей», - рассказывает Верстиг.

«При поиске той формы, которая позволила бы создать в условиях воздействия перегрузок живую и обитаемую область и обладала необходимой защитной массой, было установлено, что продолговатая форма станции станет самым подходящим выбором. Ввиду огромных размеров и дизайна такой станции, потребуется совсем немного усилий и корректировок, чтобы избегать ее колебаний».

«С тем же радиусом 250 метров и глубиной в 325 метров, станция будет совершать два полных оборота вокруг себя в минуту и создавать ощущение того, что человек, находясь в ней, будет испытывать то чувство, как если бы он находился в условиях земной гравитации. А это очень важный аспект, так как гравитация позволит нам жить дольше в условиях космоса, ведь наши кости и мускулы будут развиваться так же, как они развивались бы на Земле. Так как подобные станции в будущем могут стать постоянным местом обитания для людей, то очень важно создать на них условия, максимально близкие к условиям на нашей планете. Сделать так, чтобы люди могли на ней не только работать, но и отдыхать. И отдыхать с изысками».

«И хотя физика удара или бросания, скажем, мяча будет очень отличаться в такой среде от земной, на станции определенно будут предлагаться самые разнообразные спортивные (и не только) занятия и развлечения».

Брайан Верстиг является концептуальным дизайнером и сосредоточен на работе будущих технологий и космических исследований. Он работал со множеством частных космических компаний, а также печатных изданий, которым демонстрировал концепты того, что человечество будет использовать в будущем для покорения космоса. Проект Kalpana One как раз является одним из таких концептов.

А вот например еще старые концепты:

Научная база на Луне. Концепт 1959 года

Концепт цилиндрической колонии в представлении советских людей. 1965 год

Изображение: Журнал «Техника молодежи», 1965/10

Концепт Тороидальной колонии

Изображение: Дон Дэвис/ NASA/Ames Research Center

Разработанныйаэрокосмическим агентством NASA в 1970-х годах прошлого века. По задумке колония предназначалась бы для жизни 10 000 человек. Сама конструкция была модульная и позволяла бы подсоединять новые отсеки. Передвигаться в них можно было бы на специальном транспорте, получившего название ANTS.

Изображение и представление: Дон Дэвис/NASA/Ames Research Center

Сферы Берналь

Изображение: Дон Дэвис/NASA/Ames Research Center

Еще один концепт разрабатывался в NASA Ames Research Center в 1970-х годах. Население: 10 000. Основная идея Сферы Берналь заключается в сферических жилых отсеках. Населенная зона находится в центре сферы, ее окружают зоны для аграрного и сельскохозяйственного производства. В качестве освещения для жилых и сельскохозяйственных зон используется солнечный свет, который перенаправляется в них за счет системы солнечных зеркальных батарей. Остаточное тепло в космос выделяют специальные панели. Заводы и доки для космических кораблей находятся в специальной длиной трубе в центре сферы.

Изображение: Рик Гайдис/NASA/Ames Research Center

Изображение: Рик Гайдис /NASA/Ames Research Center

Концепт цилиндрической колонии, разработанный в 1970-х годах

Изображение: Рик Гайдис/ NASA/Ames Research Center

Предназначается для населения более одного миллиона человек. Идея концепта принадлежит американскому физику Джерарду К. Онилу.

Изображение: Дон Дэвис/NASA/Ames Research Center

Изображение: Дон Дэвис/NASA/Ames Research Center

Изображение и представление: Рик Гайдис/NASA/Ames Research Center

1975 год. Вид изнутри колонии, идея концепта которой принадлежит Онилу. Сельскохозяйственные сектора с различными видами овощей и растений располагаются на террасах, которые устанавливаются на каждый уровень колонии. Свет для урожая обеспечивают зеркала, отражающие солнечные лучи.

Изображение: NASA/Ames Research Center

Советская космическая колония. 1977 год

Изображение: Журнал «Техника молодежи», 1977/4

Огромные орбитальные фермы, как эта на картинке, будут производить достаточно пищи для космических поселенцев

Изображение: Delta, 1980/1

Шахтерская колония на астероиде

Изображение: Delta, 1980/1

Тороидальная колония будущего. 1982 год

Концепт космической базы. 1984 год

Изображение: Les Bosinas/NASA/Glenn Research Center

Концепт лунной базы. 1989 год

Изображение: NASA/JSC

Концепт многофункциональной марсианской базы. 1991 год

Изображение: NASA/Glenn Research Center

1995 год. Луна

Изображение: Пэт Ролингс/NASA

Естественный спутник Земли представляется отличным местом для проверки оборудования и подготовки людей для миссий по отправке на Марс.

Особые гравитационные условия Луны станут отличным местом для проведения спортивных соревнований.

Изображение: Пэт Ролингс/NASA

1997 год. Добыча льда на в темных кратерах лунного южного полюса открывают возможности для человеческой экспансии внутри Солнечной системы. В этом уникальном месте люди из космической колонии, работающей на энергии Солнца, будут производить топливо для отправки космических кораблей с лунной поверхности. Вода из потенциальных ледяных источников, или реголита будет течь внутри купольных ячеек и предотвращать воздействие пагубной радиации.

Изображение: Пэт Ролингс/NASA

Юнона. Межпланетная станция Юнона была запущена в 2011 году и должна выйти на орбиту Юпитера в 2016. Она опишет длинную петлю вокруг газового гиганта, собирая данные о составе атмосферы и магнитном поле, а также выстраивая карту ветров. Юнона — первый аппарат НАСА, не использующий ядро из плутония, а оборудованный солнечными панелями.

Марс-2020. Следующий марсоход, отправляемый на красную планету, во многом будет копией хорошо показавшего себя Кьюриосити. Но его задача будет иной — а именно, поиск любых следов жизни на Марсе. Программа стартует в конце 2020 года.

Космические атомные часы для навигации в дальнем космосе НАСА планирует вывести на орбиту в 2016 году. Это устройство в теории должно работать как GPS для космических кораблей будущего. Космические часы обещают стать в 50 раз точнее, чем любые их аналоги на Земле.

InSight. Один из важных вопросов, связанных с Марсом — существует на нём геологическая активность или нет? Миссия InSight, планируемая на 2016 год, должна ответить на это с помощью марсохода с буром и сейсмометром.

Uranus orbiter. Человечество побывало на Уране и Нептуне лишь однажды, во время миссии Вояджера 2 в 1980 году, но это предполагается исправить в следующем десятилетии. Программа Uranus orbiter задумана как аналог полёта Кассини к Юпитеру. Проблемы состоят в финансировании и нехватке плутония для топлива. Тем не менее, запуск планируется в 2020 году с прибытием аппарата на Уран в 2030.

Europa Clipper. Благодаря миссии Вояджера в 1979 году мы узнали, что подо льдом одного из спутников Юпитера — Европе — находится огромный океан. А там где есть столько жидкой воды, возможна жизнь. Europa Clipper отправится в полёт в 2025 году, оборудованный мощным радаром, способным заглянуть глубоко под лёд Европы.

OSIRIS-REx. Астероид (101955) Бенну — не самый известный космический объект. Но по данным астрономов из Аризонского университета, у него есть вполне реальный шанс врезаться в Землю в районе 2200 года. Аппарат OSIRIS-REx отправится к Бенну в 2019 году, чтобы собрать образцы грунта и вернуться в 2023. Изучение полученных данных может помочь для предотвращении катастрофы в будущем.

LISA — совместный эксперимент НАСА и Европейского космического агентства по изучению гравитационных волн, испускаемых чёрными дырами и пульсарами. Измерения будут проводиться тремя аппаратами, расположенными на вершинах треугольника длиной в 5 млн. км. LISA Pathfinder, первый из трёх спутников, будет отправлен на орбиту в ноябре 2015 года, а полноценный запуск программы запланирован на 2034 год.

BepiColombo. Эта программа получила своё имя в честь итальянского математика XX века Джузеппе Коломбо, разработавшего теорию гравитационного манёвра. BepiColombo — проект космических агентств Европы и Японии, стартует в 2017 году с расчётным прибытием аппарата на орбиту Меркурия в 2024 году.

Космический телескоп имени Джеймса Уэбба должен будет выведен на орбиту в 2018 году, как замена знаменитому Хабблу. Площадью с теннисный корт и размером с четырёхэтажный дом, стоимостью почти в 9 миллиардов долларов, этот телескоп считается главной надеждой современной астрономии.

В основном миссии планируются в трёх направлениях — полёт на Марс в 2020 году, полёт к спутнику Юпитера Европе и, возможно, на орбиту Урана. Но ими список не ограничивается. Давайте взглянем на десять космических программ ближайшего будущего.

Российская орбитальная станция, которая придет на смену МКС, будет вечной, сообщается в годовом отчете . рассказывает о действующей сейчас крупнейшей околоземной лаборатории, перспективах российской станции и космических планах других стран, прежде всего США и Китая.

Эксплуатировать МКС планируется как минимум до 2024 года. После этого работа лаборатории будет завершена или продлена еще на четыре года. Партнеры по МКС, прежде всего США, Россия, и Япония, пока еще не приняли решение. Между тем будущее МКС напрямую связано с развитием новых космических технологий.

Крайний срок

После отделения российского сегмента от МКС российская орбитальная лаборатория будет состоять из трех модулей: многоцелевого лабораторного с улучшенными эксплуатационными характеристиками «Наука», узлового «Причал» и научно-энергетического. Позднее национальную станцию планируется дооснастить еще тремя модулями - трансформируемым, шлюзовым и энергетическим.

Главная цель лаборатории - стать платформой для отработки технологий освоения дальнего космоса. Как сообщается в годовом отчете РКК, предполагается «непрерывное функционирование станции за счет замены выработавших ресурс модулей». Хотя первые три модуля должны быть частью МКС, до сих пор ни один из них к станции не запущен. Причины все те же. Рассмотрим, например, ситуацию с модулем «Наука».

С ним согласился вице-премьер . «Вопрос будущего пилотируемых программ надо обсуждать, а не плыть по течению, отвечая лишь за процесс, но не за результат. Ко мнению этого эксперта стоит прислушаться, а не привычно отмахиваться. Ждем от "Роскосмоса" объективного анализа ситуации и конкретных предложений. Иначе отстанем не только от США, но и от других космических держав. Останется лишь ностальгия по былым временам», -