В первых двух частях разговор шел о первой советской орбитальной станции "Салют".
Теперь разговор пойдет об американской орбитальной станции "Скайлэб" ("Небесная лаборатория"). Я уже рассказывал немного об этой орбитальной станции в связи с публикацией прогнозов развития американской космонавтики в журнале "Америка".
Теперь настало время рассказать об этой станции более подробно.
Американская космическая орбитальная станция: от диснеевских фильмов до реальных конструкций.
Концепция орбитальной станции стала набирать популярность среди американских энтузиастов астронавтики в начале 50-х годов во многом благодаря усилиям Вернера фон Брауна, который своим видением освоения космического пространства старался заинтересовать самые разные круги: от журналистов до членов правительства. В марте и декабре 1955 года компания Уолта Диснея даже выпустила два познавательных телефильма "Человек в космосе" ("Man in Space") и "Человек и Луна" ("Man and the Moon"), в которых фон Браун представил проекты сверхтяжёлых ракет-носителей и околоземной обитаемой базы, которая могла бы служить наблюдательным постом, обсерваторией, лабораторией и причалом для межпланетных кораблей.
Несмотря на интенсивную рекламу, энтузиастам в то время не удалось получить финансирование на реализацию столь масштабной инициативы. Все изменилось с началом космической эры. Практически с момента создания Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) группы специалистов приступили к обсуждению различных вариантов орбитальных станций, в том числе на основе предложений фон Брауна. Конечно, приоритетом считалась отправка людей на Луну и к другим планетам, но в то же время специалисты из Исследовательского центра Лэнгли считали, что обязательным этапом перед отправкой межпланетных экспедиций должно стать строительство орбитальной станции с транспортным кораблем, который будет доставлять на неё экипажи. Причем к делу они подошли серьезно, заручившись поддержкой военных. В итоге родился проект "Пилотируемая обитаемая лаборатория" (MOL) - военной орбитальной станции. Об этом проекте можно прочитать здесь:
Дальнейшим развитием этого проекта должна была стать "Пилотируемая орбитальная исследовательская лаборатория" (MORL), которую назвали "необходимым условием для пилотируемой разведки планет". Станцию планировалось запускать без экипажа с мыса Канаверал на носителе типа "Сатурн-1". После дистанционного тестирования всех систем два астронавта в космическом корабле "Джемини" на ракете "Титан-2" стартовали бы к ней и совершали стыковку. Через несколько дней к ним должны были присоединиться ещё двое; при этом один из них оставался бы на борту целый год, тогда как трое других пребывали там в течение более коротких периодов по графику ротации. После года работы был определён предварительный облик станции массой 13,5 т, диаметром 6,5 м и длиной 12,6 м, включающий стыковочный адаптер, секцию ангара, шлюзовой отсек и двухместную центрифугу.
В дальнейших планах был перевод станции на селеноцентрическую орбиту с целью фотографирования Луны и выбора посадочной площадки в рамках программы "Аполлон". При оснащении специальной тормозной ступенью станция даже могла прилуниться и стать долговременной базой на поверхности нашего спутника. Как вариант, MORL предполагалось использовать в качестве модуля корабля, предназначенного для полёта к Марсу.
Специалисты хотели начать работу со станцией на орбите до конца 1966 года.
Но даже более простой проект орбитальной станции MOL столкнулся с такими серьезными техническими трудностями, что его осуществление перенесли на 1970 год. Но ещё в 1964 году концепция станции MORL вступила в жёсткую конкуренцию с проектами, которые были развитием технологий, создаваемых исключительно для программы "Аполлон". В итоге, вместо универсальной лаборатории MORL с пятилетним ресурсом, НАСА решило создать станцию с ограниченными возможностями и запустить её сразу после реализации лунных полётов.
20 октября 1965 года состоялось первое координационное совещание в рамках утверждённой программы практического применения "Аполлона" - AAP ("Apollo Applications Program"). С этого момента инициативу у Центра Лэнгли перехватил Центр космических полётов имени Маршалла, который в то время возглавлял Вернер фон Браун.
Эскизный проект, утвержденный в марте 1966 года, предусматривал систему из трех экспериментальных модулей, состоящих из орбитального блока (отработанной второй ступени ракеты "Сатурн-1Б") и установленных на нем четырех комплектов астрономических приборов АТМ. Вторая ступень ракеты "Сатурн-1Б" должна была быть выведена в космос, как часть ракеты-носителя, доставляющей на орбиту корабль с экипажем. После того, как ступень израсходует все свое топливо, астронавты на командно-сервисном модуле корабля "Аполлон" должны были состыковаться со ступенью и проникнуть в пустой бак водорода через систему шлюзов. В то время никаких специальных помещений в отработанной ступени не предусматривалось и вся физическая активность астронавтов сводилась к ознакомлению с перемещением в закрытом пространстве в условиях невесомости (это было актуально на начальном этапе космических полетов, учитывая в каких тесных капсулах до этого летали астронавты).
Новая программа, объявленная в декабре 1966 года, предусматривала два запуска ракеты "Сатурн-1Б" в один день: беспилотный и пилотируемый. Астронавты должны были дооборудовать ступень беспилотной ракеты необходимыми приборами и создать в отработанном баке необходимую атмосферу, чтобы работать в лаборатории без скафандров. Ступень, разделенная на два отсека, перед стартом должна быть оборудована основными приборами и внутренней стенкой. Кроме того на ступени должны быть установлены шлюзовая камера и причальная конструкция для обеспечения стыковки с командно-сервисном модулем корабля "Аполлон", доставляющим астронавтов. Эта программа получила название "Орбитальная мастерская" ("Orbital Workshop").
Эта программа также выдвинула "групповую концепцию", которая предусматривала присоединение дополнительных элементов к лаборатории. Так, например, модифицированный лунный модуль должен был выведен на орбиту на одной ракете с комплектом астрономических приборов АТМ, причем лунный модуль должен был управлять этим комплектом астрономических приборов в полете. За стартом беспилотной ракеты должен был последовать старт пилотируемого корабля с экипажем. Лунный модуль и комплект астрономических приборов должны были быть пристыкованы к стыковочному узлу на боковой поверхности причальной конструкции, а командно-сервисный модуль "Аполлона" - к осевому стыковочному узлу.
В марте 1967 года было решено, что станция "Орбитал уоркшоп" должна иметь солнечные панели для получения электроэнергии. Необходимость производства дополнительной электроэнергии была вызвана тем, что астронавты должны были жить на орбитальной станции. Ранее предполагалось, что сервисный модуль "Аполлона" обеспечит электрической энергией всю станцию, кроме комплекта астрономических приборов, который должен был иметь свою систему электроснабжения.
Но ограничение финансирования программы привели к тому, что к лету 1969 года от обширной программы AAP остался лишь упрощённый проект станции, все модули которой планировалось выводить одним пуском на двухступенчатом варианте ракеты "Сатурн-5". Станция изготавливалась на базе ступени S-IVB ракеты "Сатурн-1Б", но её оснащение решили осуществлять в наземных условиях, то есть изначальная идея переоборудования использованной ступени была отброшена. 24 февраля 1970 года программа AAP была переименована в "Скайлэб" ("Небесная лаборатория").
Ещё стоит напомнить, что все этапы разработки широко освещались в открытой печати (что, к сожалению, абсолютно отсутствовало в СССР).
"Скайлэб" обретает реальные черты.
Основные узлы первой американской орбитальной станции были изготовлены в 1970-1972 годах, а окончательная сборка происходила в Космическом центре имени Кеннеди в начале 1973 года.
Стыковка шлюзовой камеры и причальной конструкции была произведена на заводе фирмы Макдоннелл-Дуглас в г. Сент-Луис, после чего они были
доставлены Центр им. Кеннеди на самолете "Коммершел Гаппи", созданном для перевозки крупногабаритных грузов. Этот самолет был спроектирован по контракту с НАСА. 18 июля 1972 года самолет "Супер Гаппи", несколько меньший по размерам, чем указанный выше его новый вариант, доставил из г. Доуни, шт. Калифорния в Центр им. Кеннеди командно-сервисный модуль корабля "Аполлон". Комплект астрономических приборов АТМ был доставлен туда же 22 сентября 1972 года из Космического центра им, Джонсона после проведения испытаний в термовакуумной камере. 26 октября 1972 года из Центра космических полетов им. Маршалла самолетом "Супер Гаппи" был доставлен отсек оборудования ракеты-носителя, а в середине декабря - четыре панели солнечных батарей для комплекта АТМ.
Орбитальный блок станции "Скайлэб" с панелями солнечных батарей был слишком велик для воздушной транспортировки, поэтому для его перевозки использовалось специально оснащенное морское судно "Пойнт Барроу". Перевозка осуществлялась из пункта СИЛ-Бич, шт. Калифорния, в порт Канаверал, шт. Флорида через Панамский канал. Вместе с орбитальным блоком был также перевезен головной обтекатель ракеты-носителя. Перевозка заняла около 14 дней. Стыковка станции "Скайлэб" с ракетой-носителем "Сатурн-5" была проведена в башне вертикальной сборки Космического центра им. Кеннеди в конце января 1973 года. В это же время модифицированный командно-сервисный модуль корабля "Аполлон" был установлен на ракету-носитель "Сатурн-1Б".
Компоненты ракет-носителей "Сатурн-5" и "Сатурн-1Б" были доставлены на палубе баржи с завода в Новом Орлеане 26 июля и 22 августа 1972 года. В течение февраля 1973 года были проведены монтаж и комплексные испытания всех систем.
Конструкция орбитальной станции "Скайлэб".
Рассмотри теперь конструкцию и назначение основных элементов и бортовых систем орбитальной станции "Скайлэб".
Орбитальная станция "Скайлэб" вместе с пристыкованным командно-сервисным модулем корабля "Аполлон" имела в длину 35 м. Её масса была равна 90606 кг, а полная вместимость составила приблизительно 354 куб. м. Конструкция станции разделялась на несколько основных частей.
Орбитальный блок.
В орбитальном блоке станции находились бытовые помещения, емкость для сбора отходов и просторные помещения для проведения экспериментов. К орбитальному блоку крепились панели солнечных батарей, баллоны со сжатым газом и двигатели системы ориентации.
В орбитальном блоке станции были созданы необходимые бытовые условия для длительного полета трех экипажей.
Там были оборудованы бытовые помещения, имелись запасы пищевых продуктов, средства приготовления пищи и удаления отходов. На главном "полу" орбитального блока были расположены кают-компания, помещение для сна с индивидуальными каютами, система удаления отходов и средства личной гигиены.
Для личной гигиены астронавты должны были ежедневно обтираться намыленными и смоченными водой кусками материи. Примерно раз в неделю каждый член экипажа мог принять душ. Вода в душ подавалась с помощью гибкого шланга с распылительной головкой. Место приема душа было отделено от остальной части помещения занавеской цилиндрической формы. Разбрызгиваемые капли воды направлялись в коллектор потоком воздуха.
К помещению кают-компании примыкала та часть орбитального блока, которая была предназначена для проведения медицинских экспериментов.
Шлюзовая камера.
В шлюзовой камере имелись шлюзовой отсек с люком для выхода в открытый космос, основные системы связи, телеметрическая система, система регулирования параметров атмосферы (искусственная атмосфера орбитальной станции состояла из кислорода и азота с парциальными давлениями соответственно 0,25 атм и 0,09 атм), электрораспределительная система.
Шлюзовая камера служила центром электроснабжения орбитального блока станции, причальной конструкции и самой шлюзовой камеры. В ней были установлены аккумуляторы и преобразователи энергии.
Причальная конструкция.
Причальная конструкция имела два стыковочных узла для стыковки с командно-сервисным модулем корабля "Аполлон". В ней были размещены пульт управления комплектом АТМ, приборы для исследования природных ресурсов Земли и другое экспериментальное оборудование.
Комплект астрономических приборов АТМ.
В комплект астрономических приборов АТМ входили солнечные телескопы, силовые гироскопы основной системы ориентации и стабилизации и четыре панели солнечных батарей.
Во время старта и выведения на орбиту комплект АТМ располагался по оси станции и ракеты-носителя. После выведения на орбиту и отделения головного обтекателя несущая конструкция комплекта АТМ разворачивалась на 90 град. и устанавливалась под прямым углом к оси станции. В результате этой операции освобождался основной стыковочный узел и создавалась возможность ориентирования на Солнце телескопов и панелей солнечных батарей, развертывание которых осуществлялось после разворота комплекта АТМ.
Доставка экипажа на станцию и средства спасения.
В рамках концепции использования технологий программы "Аполлон" для создания орбитальной станции, для доставки экипажей на станцию и возвращения их на Землю должны были использоваться модифицированные командно-сервисные модули (в нашей литературе их ещё называют основными блоками корабля) "Аполлон", запускаемые ракетой-носителем "Сатурн-1Б".
С целью унификации стартовых сооружений, ракету "Сатурн-1Б" запускали со стартовой позиции, приспособленной для пуска ракет "Сатурн-5" с использованием специального приспособления, уравнивающего высоту обеих ракет.
Также программой "Скайлэб" были предусмотрены возможности спасения астронавтов в определенных аварийных ситуациях. Прежде всего, для этого служил командно-сервисный модуль корабля "Аполлон", который можно было быстро подготовить для возвращения экипажа на Землю. Однако, в случае возникновения ситуации, когда командно-сервисный модуль корабля невозможно использовать для спуска на Землю, или при невозможности проникнуть со станции в отсек экипажа корабля, был возможен запуск другого корабля "Аполлон", пилотируемого двумя астронавтами и имеющего дополнительно три кресла для членов экипажа станции. Для переоборудования командного модуля в спасательный корабль требовалось восемь часов, в течение которых надо было вынуть из него контейнеры-хранилища и установить на их месте два дополнительных кресла, доведя общее число мест до пяти.
Перед аварийным покиданием станции члены экипажа должны были надеть скафандры, перейти в причальную конструкцию и изолировать её от смежных помещений станции, после чего стравить давление и установить специальное пружинное устройство для отделения неисправного корабля от осевого стыковочного узла. Относительная скорость, которую ему должны были сообщить пружины при отделении, должна была быть достаточной, чтобы освободить путь для причаливания спасательного корабля. Однако, можно было обойтись и без этого. Спасательный корабль мог пристыковаться к радиальному (боковому) стыковочному узлу и находиться там хотя и ограниченное, но достаточное для завершения спасательной операции время. Период времени, в течение которого экипажу станции пришлось бы ждать спасения, зависело от того, в какой момент выполнения программы полета возникла аварийная ситуация. Это время ожидания могло изменяться от 10 до 48 суток.
Подготовка к полету экипажей и орбитальной станции.
Программой "Скайлэб" было предусмотрено три полета экипажей на орбитальную станцию.
Запуск самой станции, обозначенный, как миссия "Скайлэб-1" изначально планировался на июль 1972 года, а затем, в начале 1971 года был перенесен на 30 апреля 1973 года (реально произошел 14 мая 1973 года).
Полет первого экипажа (миссия "Скайлэб-2") планировался на май 1973 года (реальная дата - 25 мая 1973 года). Планируемая длительность полета - 28 суток (реальная - 28 суток).
Членами первого основного экипажа являлись:
- Чарльз Конрад - командир;
- Джозеф П. Кервин - врач, научный работник-астронавт;
- Поль Вейц - пилот.
Членами первого дублирующего экипажа являлись:
- Рассел Швейкарт - командир;
- Стори Масгрейв -врач;
- Брюс Маккэндлесс - пилот.
Второй полет на станцию (миссия "Скайлэб-3") должен был начаться в августе 1973 года (реальная дата - 28 июля 1973 года) и продлиться 56 суток (реальная длительность - 59 суток).
Членами второго основного экипажа являлись:
- Алан Бин - командир;
- Оуэн Гэрриот - физик, научный работник-астронавт;
- Джек Лаусма - пилот.
Членами второго дублирующего экипажа являлись:
- Вэнс Бранд - командир;
- Дон Линд - физик;
- Уильям Ленуар - пилот.
Третий полет на станцию также планировался продолжительностью 56 дней (реальная дата старта - 16 ноября 1973 года, реальная продолжительность - 84 дня).
Членами третьего основного экипажа являлись:
- Джеральд Карр - командир;
- Эдвард Гибсон - инженер и физик, научный работник-астронавт;
- Уильям Поуг - пилот.
Дублерами третьего основного экипажа были все те же Вэнс Бранд, Уильям Ленуар и Дон Линд.
Самым опытным среди отобранных для полета астронавтов был Чарльз Конрад (командир миссии "Скайлэб-2"), совершивший до этого три космических полета на кораблях "Джемини-5" (1965 год), "Джемини-11" (1966 год) и "Аполлон-12" (1969 год). Во время полета на "Аполлоне-12" он высаживался на поверхность Луны вместе с Аланом Бином - командиром миссии "Скайлэб-3".
Кроме них опыт космического полета был у командира дублирующего экипажа - Рассела Швейкарта. Он был пилотом лунного модуля в полете "Аполлона-9", когда впервые лунный модуль был испытан на околоземной орбите.
Остальные члены экипажей на тот момент опыта космических полетов не имели, но многие из них приобрели его после завершения программы "Скайлэб". Особенно хочется отметить Вэнса Бранда - участника полета "Союз-Аполлон" (Алан Бин и Джек Лаусма входили в состав дублирующего экипажа ЭПАС) и нескольких полетов на шаттлах, и Брюса Маккендлесса - первого человека, работавшего в открытом космосе без страховочного фала в свободном полёте.
Осуществление программы подготовки астронавтов было начато в ноябре 1970 года. Вначале астронавты получили основные сведения о системах орбитальной станции и запланированных экспериментах, принимали участие в проведении испытаний, прошли курс теоретической подготовки по физике Солнца. В январе 1972 года начались специальные тренировочные занятия индивидуального характера, такие, как подготовка по проведению экспериментов, тренировка в действиях внутри орбитальной станции и при выходе в открытый космос. С февраля 1972 года начались групповые занятия экипажей на моделирующих установках и тренажерах. Наконец, в ноябре 1972 года были начаты комплексные тренировки по полной программе полета с участием экипажей и персонала Центра управления полетом с целью достижения согласованности их действий.
В начале апреля 1973 года гигантское сооружение, какое представляла собою вся ракета "Сатурн-5" вместе с полезной нагрузкой, на гусеничном транспортере было перевезено из башни вертикальной сборки на стартовый комплекс.
В последний предстартовый период на пусковой площадке особое внимание было уделено тому, чтобы приборы, в частности телескопы комплекта АТМ, не пострадали от воздействия окружающей среды. Предстартовый отсчет начался за неделю до пуска. Но об этом в следующей части.
Окончание следует.
