Автоматические межпланетные станции (АМС) доставляют земные научные приборы непосредственно к объектам изучения, дают возможность увидеть другие небесные тела в ракурсе, недоступном при наблюдении с Земли. Только АМС показали нам обратную сторону Луны, поверхность Венеры, луны Юпитера и Сатурна, ядро кометы Галлея.
АМС пережили в 80-х гг. ХХ в. “кризис гигантизма”, когда строились тяжелые многоцелевые станции, способные за один полет решить сразу ряд научных задач. Вершиной этого направления стали советские “Фобосы”, американский “Кассини” и международный “Галилео”. Их создания обходилось в колоссальные суммы, для запуска требовались самые мощные средства выведения, а значит, цена аварий или технических ошибок была крайне высока.
Сегодня в космосе работают АМС, непохожие на прежние. Они намного легче и проще, их круг задач значительно уже. На них широко используется новейшая приборная элементарная база, которую выпускают крупными сериями для иных целей. В результате АМС стали заметно дешевле.
XIII. Технология в космосе.
Земная технология развивается не одно тысячелетия, и сегодня, кажется, с ее помощью можно сделать все, что угодно. Тем не менее в каждом технологическом процессе на нашей планете должна учитываться сила тяжести. Из-за нее вода и масло не смешиваются (у них разная плотность, и масло всплывает в воде), нельзя вырастить правильный кристалл с требуемым распределением компонентов т. д. На околоземной орбите сила тяжести отсутствует. Поэтому в космосе рационально развернуть производство сверхчистых материалов с заданными свойствами. Например, кристаллов для высокоточных оптических приборов (в частности, для твердотельных лазеров) и микросхем.
Во всем мире 80 % готовых микросхем уходит в брак – в основном по причине неравномерного строения исходных кристаллов, выращенных в гравитационном поле Земли. Существенное – в масштабах микросхемы – влияние оказывает и материал стенок кристаллизатора, неизбежно попадающий в расплав.
В невесомости таких проблем нет. Можно подвесить расплав в магнитном или электрическом поле, в лучах лазеров, и он не будет контактировать со стенками рабочей камеры. Можно регулировать распределение компонентов расплава и рост кристалла с помощью все тех же полей и лучей.
В условиях невесомости значительно легче проводить очистку органических смесей. Входящие в них частицы имеют электрический заряд, а значит, в электрическом поле будут двигаться по траекториям, определяемым соотношением их заряда и массы. На Земле большие помехи вносит сила тяжести.
Еще одно направление космической технологии связано с созданием внеземных конструкций. В невесомости отпадает необходимость в прочных, устойчивых опорах, в вакууме нет ни ветра, ни осадков. Да и коррозии нечего опасаться.
Все космические сооружения можно разделить на две большие группы: негерметичные и герметичные. Последние наполняются газом (не обязательно воздухом) или жидкостью. Они должны выдерживать внутреннее давление, здесь недопустимы утечки содержимого.
Практического опыта сборки в космическом пространстве герметичных объектов с помощью привычных способов – сварки или склейки – пока нет. Освоена и отлажена только стыковка разъемных соединений.
Намертво соединить детали в космическом вакууме несложно. Если температура хотя бы чуть-чуть выше абсолютного нуля, на поверхности стыка атомы металла постепенно перемещаются из одной детали в другую. Такая диффузия в конце концов приводит к холодной сварке. На Земле этому процессу мешает пленка окиси, возникающая под действием кислорода воздуха и паров воды. В космическом вакууме окисная пленка не образуется, и приходится даже принимать специальные меры, чтобы не “схватились” контактирующие детали, которые не нужно сваривать.
Существуют и другие способы соединения. Например, на орбитальном комплексе “Мир” две фермы построены из заранее заготовленных стержней, соединенных муфтами из нитинола (металлического сплава никеля и титана), обладающего памятью формы. Это позволяет при необходимости разобрать ферму и смонтировать ее в другом месте.
С увеличением размеров конструкций возрастают их термические деформации. Освещенная Солнцем поверхность на околоземной орбите нагревается до 150 0С и расширяется, теневая – остывает почти до – 150 0С и сжимается. В результате ферма стремится изогнуться в сторону тени. Поэтому весьма перспективны в качестве материалов для космических ферм композиты (композиционные материалы), особенно углепластики, которые деформируются гораздо меньше металла. В них сочетаются химически разнородные компоненты с четкой границей раздела между ними. Эти необычные материалы характеризуются свойствами, которыми не обладает ни один компонент в отдельности.
Композиты нельзя сваривать, резать и сверлить. Детали, изготовленные из этих материалов, можно снабжать муфтами, соединить которые уже несложно.
В космических конструкциях бывают нужны и большие поверхности – отражатели, концентраторы, экраны и т. п. Разумеется, допустимо монтировать их на жестком каркасе. Но есть и другие способы. Например, можно наполнить газом сферу. Однако вакуум и высокий уровень радиации быстро разрушают полимерную пленку. Интересный вариант предложили американцы, после того как их гигантский надувной спутник-ретранслятор “Эхо” буквально снесло с орбиты солнечным ветром: надувная конструкция расправляет проволочную сетку, после чего пленка испаряется. Сетка же служит для радиоволн прекрасным зеркалом.
Группа конструкторов Ракетно-космической корпорации “Энергия” имени С. П. Королева, возглавляемая В. С. Сыромятниковым, разработала иной способ. Тонкую пленку растягивают силы инерции при вращении всей конструкции. Проведенный 4 февраля 1993 г. на беспилотном грузовом корабле “Прогресс М-15” эксперимент по развертыванию 20-метрового отражателя прошел успешно.
XIV. Инструмент для космонавтов.
В начале 80-х гг. в Институте электросварки имени Е. О. Патона был создан универсальный ручной инструмент (УРИ), предназначенный для резки, сварки и пайки металлов, а также напыления покрытий в открытом космосе. Это первое в мире устройство, которым работали на орбитальной станции, а не в камере с опытными образцами.
Блок питания в УРИ соединен кабелем с рабочей головкой массой 3,5 кг, выполненный в виде пистолета, рукоятка которого подогнана под перчатку скафандра. В “пистолете” установлена двухствольная электронная пушка с ускоряющим напряжением 5 кВ и потребляемой мощностью 1 кВт. Один ствол предназначен для резки и сварки металла, другой – для напыления веществ, подаваемых из отдельной емкости. В комплект прибора входит кассета с образцами, на которых проводится регулировка и настройка УРИ. Все его агрегаты размещены в контейнере размерами 40х45х50 см и массой 30 кг.
На станции “Салют-7” в открытом космосе с УРИ работали космонавты С. Е. Савицкая и В. А. Джанибеков. Позднее Л. Д. Кизим и В. А. Соловьев перевезли агрегат на станцию “Мир”.
XV. Космический радиотелескоп КРТ.
Чем больше антенна радиотелескопа улавливает энергии, идущий от небесного тела, тем такой телескоп лучше. На Земле диаметр поворотных антенн радиотелескопов уже достиг 75 м, а неподвижных – превысил 500 м. но они принимают не только излучение далеких звезд и галактик, но и неизмеримо более сильные помехи от линий электропередачи, транспорта и промышленных предприятий. Выделение полезного сигнала на их фоне – задача повышенной сложности.
Антенну радиотелескопа любых размеров можно собрать в космосе из отдельных элементов, но можно и доставить ее ракетой-носителем в сложенном виде. Тогда антенна должна раскрываться, раскладываться на орбите. Задача осложняется тем, что антенна (по существу, зеркало, собирающее радиоволны) не плоская, а должна иметь сложную (параболическую) форму. Уменьшенная модель такой раскладной конструкции уже была испытана.
В 1979 г. на орбитальной станции “Салют-6” раскрылась 10-метровая антенна КРТ-10 из трубчатых стержней, соединенных тросиками. Стержни были уложены параллельно друг другу в компактный пакет; при натяжении тросиков конструкция превратилась в вогнутый шестиугольник с диаметром описанной окружности 10 м. К трем углам на складных фермах крепился размещенный в фокусе зеркала облучатель антенны.
Испытания показали хороший результат, но прошли не без приключений. При отстыковке телескопа от станции тросик зацепился, и космонавту В. В. Рюмину пришлось выйти в открытый космос, отрезать тросик и оттолкнуть антенну.
Заключение.
У многих стран есть долгосрочные программы по освоению космоса. В них центральное место занимает создание орбитальных станций, так как именно с них начинается цепочка наиболее крупных этапов овладение человечеством космического пространства. Уже осуществлен полет на Луну, успешно проходят многомесячные полеты на борту межпланетных станций, автоматические аппараты побывали на Марсе и Венере, с пролетных траекторий исследовали Меркурий, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун. За последующие 20 – 30 лет возможности космонавтики еще более возрастут. Будут созданы экспериментальные спутниковые солнечные электростанции, на орбите будут созданы сборочно-операционные центры, на Луне базы-форпосты для посылки первой экспедиции на Марс. В околоземном и окололунном пространстве развернется сеть автоматических релейных спутников, которая практически превратит весь район между Землей и Луной в гигантскую антенную систему, способную следить за движением космических кораблей в Солнечной системе и за ее пределами. Это, конечно, будет способствовать дальнейшему проникновению человека в космос. Цель исследований многосторонняя: научная – человеку всегда было интересно узнавать о свойствах окружающего его мира, о законах его существования; прикладная – космос служит людям, помогает наблюдать глобальные явления на Земле, результаты космических исследований используют на Земле специалисты в разных областях народного хозяйства; техническая – исследования веществ, живой и неживой природы в условиях космоса и другие.