Орбитальная станция

Энергетическая система

Расчет энергопотребления КА является нетривиальной, комплексной задачей, особенно когда не знаешь, чем в точности будет оборудована станция. Поэтому, эксперимента ради, автор пытался примерно оценить данный показатель.

Для оценки энергопотребления станции, было решено сравнить её с МКС по объёму, т.к. основные энергозатраты это вентиляция и освещение, на проведение экспериментов тратится меньше одного процента энергомощности производимой на МКС. Из 1100/916 = 1,2 (отношение объёма МКС к объёму станции) из этого получаем, что необходимо ежедневно обеспечивать 120 кВт*1,2 = 144 кВт, где 120 кВт – энергопотребление МКС в сутки .

На данный момент в космонавтике активно используются только два способа получения энергии: солнечные батареи (СБ) и радиоизотопные термоэлектрические реакторы (РИТЭГ). РИТЭГи получили распространение у марсоходов (Opportunity, Curiosity и тд.) и долговременных миссий (Voyager, New Horizons и проч.), благодаря долговечности и неподверженности космическим погодным условиям. К сожалению, потребности станции гораздо выше чем у этих КА и при работе РИТЭГами или небольшим атомным реактором с необходимыми характеристиками будет производиться количество тепла достаточное для поджаривания станции по типу маршмелоу, так как в условиях космоса единственным способом для охлаждения является излучение, в нашем случае для этого потребуются радиаторы чудовищных размеров, порядка 2-3 тысяч квадратных метров.

Остается «классика» — получение энергии с помощью солнечных батарей. Наиболее перспективны СБ изготовленные из галлий-арсенидных гетероструктур (GaAs), имеющие КПД η=0,285 против η=0,16 для оксид кремневых, используемых на МКС, с развитием технологий КПД также может вырасти. Согласно исследованию эксперименту, проведенному на станции Мир в 1998 г, арсенаид-галиевые солнечные панели наименее подвержены деградации ~ 3,6% в год, все остальные типы СБ (в т.ч. оксид-кремниевые) показывали значение 7% в год и 4% после того как недееспособной окажется 50% их площади .

Первые за пять лет китайцы в космосе

В июне 2021 года Китай отправил в космос корабль «Шэньчжоу-12» с тремя тайконавтами (так китайцы называют космонавтов) на борту — Не Хайшэном, Лю Бомином и Таном Хунбо. Это была первая пилотируемая миссия страны с 2016 года. В задачу команды, помимо обычной для космонавтов исследовательской работы на орбите, входило строительство Китайской модульной орбитальной станции «Тяньгун» (КМКС) — третьей в мире после советско-российского «Мира» и МКС, но меньшей по размерам.

Запуск корабля «Шеньчжоу-12»

(Фото: ТАСС)

Экипаж провел в первом, базовом отсеке станции КМКС — «Тяньхэ» — три месяца. Они готовили «Тяньгун» к подключению новых модулей. В июле 2021-го Бомин и Хунбо стали первыми тайконавтами за 13 лет, которые вышли в открытый космос. В сентябре того же года они благополучно вернулись на Землю.

После первой успешной миссии тайконавты снова полетели в космос — в октябре 2021 года это были Е Гуанфу, Ван Япин и Чжай Чжиган. Двое последних в ноябре вышли в открытый космос. Им удалось подготовить станцию к стыковке еще одного модуля и настроить роботизированную руку.

Что есть сейчас?

На данный момент у Orbital Assembly есть лишь проблемы. Например, стоимость доставки груза на орбиту. Корабль Falcon 9 снизил стоимость подъёма 1 кг до $2000. При расчётной массе Станции «Вояджер» в 2418 тонн Orbital Assembly потребуется всего ничего — около 5 млрд долларов лишь на подъём всех материалов, необходимых для строительства.

Конечно, корабль SpaceX Starship снизит стоимость 1 кг до нескольких сотен долларов, но сумма всё равно окажется большой. А ведь ещё нужны деньги на разработку и на поддержание станции в рабочем состоянии. И это я не упомянул, что у «Вояджера» должен быть прототип. Он будет аналогичной «Вояджеру» формы кольца, но его диаметр составит 61 метр.

Добавляет проблем и отсутствие даже примерной оценки, сколько денег нужно на запуск «Вояджера»: цель «построить станцию» звучит хорошо, но нужно понимать, что для этого нужно сделать в финансовом плане.

И это я ещё не задаю вопросы, касающиеся самоокупаемости! Я не задаю вопросы, почему об Orbital Assembly не написало ни одно крупное СМИ, а в числе подписчиков в Твиттере нет ни одного верифицированного аккаунта, имеющего хоть какую-то связь с космической индустрией — там вообще только один читатель с галочкой: актёр сериалов Тимоти В. Мёрфи.

То есть у Orbital Assembly есть проблемы с математикой и проблемы с медиаполем.

Безопасность[править]

Воздух и устаревшие системыправить

Станция страдала от различных отказов устаревших систем. Станция была первоначально разработана, чтобы она работала в течение пяти лет, но в конечном счете существовала втрое больше, что сказалось на станции. В 1990-х случались потери контроля, утечки из труб, что вызывало беспокойство. Астронавт Линенджер говорит, что из-за возраста космической станции нарушилась герметичность системы охлаждения, из-за чего было опасно вдыхать воздух. Он говорит, что когда он сделал выход в открытый космос, там дышал чистым воздухом. А когда он вернулся на станцию и снова начал вдыхать воздух, он был глубоко потрясен наличием запаха.

Инцидентыправить

Инциденты в 1997 году

Во время эксплуатации Мира произошло много несчастных случаев, которые угрожали безопасности станции, такие как косой удар между Кристаллом и Союзом ТМ-17 в январе 1994. Но самые опасные инциденты произошли тремя годами позже. Сначала, 23 февраля 1997 года произошёл пожар из-за неисправной системы генерации кислорода, из-за чего экипажу пришлось носить респираторы.

В июне того же года проводилась операция по ручной стыковке Прогресса М-34 с Миром. Однако из-за ошибок произошло столкновение корабля со станцией, что привело к разгерметизации модуля Спектр. Это привело к сбою в питании станции, но вскоре работа была восстановлена.

«Чрезвычайно сложная задача»

По словам научного сотрудника Института космических исследований РАН Натана Эйсмонта, программа создания долговременных орбитальных станций стала прорывом в освоении космоса.

В свою очередь, военный эксперт Юрий Кнутов отметил, что в ходе разработки проекта «Салют» советским инженерам удалось решить множество сложнейших технических задач.

«Создать станцию, разместить на орбите и сделать её обитаемой — это чрезвычайно сложная задача. Например, необходимо было создать систему жизнеобеспечения, которая могла бы долгое время делать станцию пригодной для жизни. Нужно было разработать систему реабилитации космонавтов, которая позволяла бы восстановить здоровье. Были освоены вопросы выхода в космос, ремонта орбитальной станции. Всё это делалось впервые в истории нашими учёными», — подчеркнул эксперт в разговоре с RT.

По словам Кнутова, создание «Салютов» было важно и с точки зрения обеспечения обороны СССР. «На станциях военного назначения «Алмаз» имелись уникальные технологии, в том числе возможности оптического контроля за военными и гражданскими объектами

Эти орбитальные станции играли важнейшую роль в обеспечении обороноспособности страны», — сказал Кнутов

«На станциях военного назначения «Алмаз» имелись уникальные технологии, в том числе возможности оптического контроля за военными и гражданскими объектами. Эти орбитальные станции играли важнейшую роль в обеспечении обороноспособности страны», — сказал Кнутов.

• СМ «Звезда» с пристыкованным кораблём «Прогресс»
• NASA

Все эти достижения позволили в последующем создать орбитальную станцую «Мир», а затем и МКС, добавил он.

«СССР сделал потрясающие разработки, которые будут востребованы в дальнейшем и послужат базой для создания новой орбитальной станции», — считает аналитик.

Эксперты сошлись во мнении, что вне зависимости от судьбы МКС, эксплуатационный ресурс которой подходит к концу, Россия должна продолжать развивать программу создания орбитальных станций.

«Без напряжённой каждодневной работы, которая сейчас проводится на МКС, нельзя рассчитывать на удачное проведение каких-либо экспедиций по освоению космоса в будущем. Без таких станций, без опыта, накопленного в ходе их работы, человечество не добьётся нового прорыва в этой области», — заключил Натан Эйсмонт.

Первая долговременная экспедиция на МКС

2 ноября 2000 года на российском корабле «Союз» на станцию прибыл её первый долговременный экипаж. Три члена первой экспедиции МКС, успешно стартовав 31 октября 2000 года с космодрома Байконур в Казахстане на корабле «Союз ТМ-31», произвели стыковку с сервисным модулем МКС «Звезда». Пробыв четыре с половиной месяца на борту МКС, участники экспедиции вернулись 21 марта 2001 года на Землю, на американском космическом челноке «Дискавери STS-102». Экипаж выполнял задачи по сборке новых компонентов станции и в том числе подключение к орбитальной станции американского лабораторного модуля «Дестини». Также они проводили различные научные эксперименты.

Первая экспедиция стартовала с той же стартовой площадки космодрома Байконур, с которой 50 лет назад отправился в полёт Юрий Гагарин, чтобы стать первым человеком, полетевшим в космос. Трёхступенчатая трёхсотдесятитонная ракета-носитель Союз-У подняла корабль «Союз ТМ-31» и экипаж на околоземную орбиту, спустя примерно 10 минут после старта дав возможность Юрию Гидзенко начать серию манёвров сближения с МКС. Утром 2 ноября, около 9 часов 21 минуты по всемирному координированному времени корабль пришвартовался к стыковочному узлу сервисного модуля «Звезда» со стороны орбитальной станции. Спустя девяносто минут после стыковки, Шеперд открыл люк «Звезды», и члены команды впервые вошли в комплекс.

Их первоочередными задачами были: запуск устройства разогрева пищи в камбузе «Звезды», настройка спальных помещений и установка связи с обоими ЦУПами: в Хьюстоне и подмосковном Королёве. Экипаж связался с обеими командами наземных специалистов с помощью российских передатчиков, установленных в модулях «Звезда» и «Заря», и передатчиком на сверхвысоких частотах, установленном в модуле «Юнити», который использовался до этого в течение двух лет американскими диспетчерами для управления МКС и считывания системных данных станции, когда российские наземные станции находились вне зоны приёма.

В первые недели, проведённые на борту, члены экипажа активировали главные узлы системы жизнеобеспечения и расконсервировали всевозможное станционное оборудование, портативные компьютеры, спецодежду, офисные принадлежности, кабели и электрооборудование, оставленное для них предыдущими экипажами шаттлов, которые провели ряд транспортных экспедиций снабжения к новому комплексу за прошедшие два года.

Во время работы экспедиции была обеспечена стыковка станции с грузовыми кораблями «Прогресс М1-4» (ноябрь 2000 г.), «Прогресс М-44» (февраль 2001 г.) и американскими шаттлами Endeavour (декабрь 2000 г.), Atlantis («Атлантис»; февраль 2001 г.), Discovery («Дискавери»; март 2001 г.).

Экипажем проведены исследования по 12 различным экспериментам, в числе которых «Кардио-ОДНТ» (исследование функциональных возможностей организма человека в космическом полете), «Прогноз» (разработка метода оперативного прогноза дозовых нагрузок от космического излучения на экипаж), «Ураган» (отработка наземно- космической системы мониторинга и прогноза развития природных и техногенных катастроф), «Изгиб» (определение гравитационной обстановки на МКС, условий работы оборудования), «Плазменный кристалл» (исследование плазменно-пылевых кристаллов и жидкостей в условиях микрогравитации) и др.

Обустраивая их новый дом, Гидзенко, Крикалёв и Шеперд готовили почву для длительного пребывания землян в космосе и обширных международных научных исследований, по крайней мере, на следующие 15 лет.

Конфигурация МКС во время прибытия первой экспедиции. Модули станции (слева направо): КК Союз, Звезда, Заря и Юнити

Вот такой получился короткий рассказ о первом этапе строительства МКС, который начался уже в далеком 1998 году. Если интересно с удовольствием расскажу о дальнейшей постройке МКС, экспедициях и научных программах.

Первые в космосе

На сегодня опыт создания пилотируемых орбитальных
космических станций имеют только Россия, США, Евросоюз, Япония и Китай. Причина
в том, что строительство таких объектов требует огромного количества
накопленных знаний, умений и серьезного финансирования. Например, на создание Международной
космической станции потратили 150 миллиардов долларов.

Советский Союз стал первой страной, которая вывела на
околоземную орбиту свою станцию. 19 апреля 1971 года в космос отправилась
станция «Салют-1». Она просуществовала всего шесть месяцев и успела принять
только одну экспедицию в составе трех космонавтов. Затем было запущено еще
шесть станций данного типа.

«Салюты» создавались на базе орбитальной пилотируемой
станции военного назначения «Алмаз». Конструкция состояла из двух герметичных и
одного негерметичного отсеков. Рабочий отсек длиной 9 метров имел системы
управления, трехметровый жилой блок предназначался для научных наблюдений и
экспериментов.

Единственный экипаж «Салюта-1» в составе Георгия
Добровольского, Владислава Волкова и Виктора Пацаева провел на орбите 23 дня. После
завершения программы испытаний космонавты перенесли научные материалы из
станции в транспортный корабль, закрыли люки и произвели расстыковку. Однако в
спускаемом аппарате нарушилась герметичность, экипаж погиб.

Гелиоцентризм в античный период, Средневековье

Предположение, что не Земля, а Солнце является некой центральной точкой мира, возникла еще в Древней Греции. Тогдашние ученые предполагали, что наша планета обращается вокруг собственной оси, и что центром, вокруг которого вращаются Марс и Венера, является Солнце.

Выдающийся астроном античности Аристарх из Самоса в 3 веке до н.э. сделал такие важные предположения.

1. Земля вращается вокруг главной . Это вытекает из того, что размер дневной звезды превышает . Аристарх сам проводил расчеты величин небесных тел.
2. Также астроном предположил, что орбита нашей планеты является точкой, с которой определяются расстояния до других звезд.

Эти мысли не были популярными в период античности. Зато распространенной была теория о гомоцентрических сферах. Как полагали ученые Аристотель, Каллипп и Евдокс, все небесные тела «закреплялись» на соединяющихся между собой сферах. Они имели единый центр – Землю. А древнегреческий ученый Птолемей утверждал, что именно Земля находится в центре всей планетной системы. Геоцентрическая система, утвержденная этим ученым, оставалась единственно правильной в течение более 1300 лет.

Геоцентрическая модель Птолемея

В средние века система Коперника нещадно критиковалась католической церковью. В то же время доминировало так называемое геоцентрическое мировоззрение. Оно утверждало, что Земля является центром мира. Это предположение возникало на основании ежедневных наблюдений за светилами: ведь люди видели Солнце, которое с одной стороны восходило, поднималось, совершая круг по небу и садилось с противоположной стороны. Точно так же ночью двигались звезды.

Многие идеи геоцентризма происходили от библейских рассказов и притч. А то, что сказано в Библии, воспринималось как непререкаемая догма.

Как увидеть МКС невооруженным глазом?

Многие задаются вопросом: «Можно ли увидеть МКС с Земли?». Если Великая Китайская стена – единственное видимое из космоса сооружение, созданное человечеством, то МКС – единственное творение рук человека в космосе, видимое с Земли невооруженным глазом. МКС является третьим по яркости постоянным небесным объектом, уступая лишь Солнцу и Луне. Иногда станция опускается на четвертое место в этом своеобразном рейтинге, но лишь в том случае, если происходит вспышка «Иридиума» — явления, представляющего собой отражение солнечного света гладкими антеннами спутников связи.

Видимые пролеты МКС непросто зафиксировать с помощью оптических приборов из-за большой скорости движения станции. Поэтому не обязательно использовать бинокль или телескоп – увидеть МКС над Москвой или любым другим крупным городом можно невооруженным взглядом. Все, что для этого понадобится, это безоблачное небо. Наблюдать за полетом можно и днем, однако из-за солнечного света делать это неудобно. Поэтому лучше приступать к наблюдению ясной ночью.

Чтобы наблюдать за пролетом МКС с Земли, нужно смотреть в южную сторону небосвода. Орбита станции расположена под углом в 51° над земной поверхностью, поэтому в северном полушарии и, в частности, в России ее пролет представляет собой яркую точку на небосклоне, двигающуюся с юго-запада на северо-восток. Максимальной высоты в 40° над горизонтом МКС занимает практически по южному азимуту.

Уходя в восточном направлении, станция будет снижаться, после чего войдет в тень Земли и исчезнет из обзора зрения. Но перед этим МКС окрасится в красный цвет – так на солнечных антеннах МКС отражаются лучи заходящего солнца. Каждый день в одной и той же местности МКС будет появляться в одной точке небосвода, но из-за орбиты и скорости движения с каждым днем немногим раньше. Общий цикл движения повторяется каждые четыре недели, по истечении которых станция снова появится на небосводе в то же самое время, что и месяц назад. 

Так как увидеть МКС в телескоп сложнее, чем невооруженным взглядом, то этот прибор нечасто используется для наблюдения. Однако использование специальной оптики может дать новые ощущения – в окуляр можно даже рассмотреть антенны и само «тело» станции. Для этого понадобится мощная профессиональная техника – нужен телескоп с апертурой не менее 100 мм и минимум 70-кратным увеличением. Приобрести подходящие телескопы можно, например, в магазине телескопов Альтаир. Однако даже с такой оптикой изображение вряд ли будет четким – МКС буквально утопает в своем свете, а из-за высокой скорости движения картинка будет смазанной.

Чтобы посмотреть МКС с Земли сегодня, нужно знать точное время начала пролета станции в данной местности – если упустить момент, то придется ждать полтора часа.

Чтобы увидеть пролет МКС, нужно в указанное время занять удобную позицию, при необходимости вооружиться телескопом или биноклем и смотреть в юго-западную часть небосвода. Быстро двигающаяся на фоне звезд и планет яркая точка и является Международной космической станцией.

А вы наблюдали за МКС?
Нет, но обязательно сделаю это 66.54%

Наблюдал невооруженным глазом 17.51%

Наблюдал с помощью оптики 1.17%

Пробовал — не получилось 14.79%

МКС – самый дорогой проект, когда-либо созданный человеком. На сборку и поддержание эксплуатации было израсходовано более 160 млрд. долларов, с каждым годом расходы лишь увеличиваются. По планам NASA и Роскосмоса, МКС пробудет на орбите, по крайней мере, до 2030 года, так что эта цифра значительно возрастет. Однако ценность МКС измеряется не в прибыли, которую она не приносит, а в получаемом научно-исследовательском опыте и самом осознании, что человечество может не только кратковременно покорить космос, но и способно задержаться в нем надолго.

10 интересных фактов о МКС

1. Микрогравитация

Бытует мнение, что МКС, как в фантастических фильмах просто плывет в невесомости. Это не так. На самом деле станция находится всего на 400 — 450 км от Земли. Поэтому на нее тоже действует сила гравитации, хотя и немного меньше, чем на планете.

Падения не наблюдается лишь потому, что станция помимо это еще и движется с огромной скоростью по орбите. То есть падает вниз-вперед. Кстати, именно поэтому экипаж парит в невесомости.

2. Каждые 1,5 часа новый день

За 90 минут МКС облетает весь земной шар. То есть, для космонавтов каждые полтора часа снова всходит солнце. Получается, что за одни сутки экипаж может наблюдать 16 восходов и столько же закатов.

Кстати, космонавты видят такие явления как рассвет и вечерние сумерки по другому. Из-за того, что у них попросту нет атмосферы, они лишь могут наблюдать за линией, которая разделяет Землю на две части — темную, где солнце еще не пустило лучи и светлую — где оно уже есть.

3. Использование энергии Солнца

Всю необходимую для своей работы электроэнергию МКС получает от энергии Солнца. Собирают ее с помощью солнечных панелей.

Солнечные панели МКС

4. Стирка в условиях космоса

Доставка грузов к МКС очень дорогостоящая операция. Плюс ко всему, место и масса самой станции ограничены. Поэтому расходование воды на стирку здесь не допустимо. Космонавты пользуются сменной одеждой.

Каждый новый грузовой корабль, пристыкованный к МКС разгружается и наполняется различными отходами и грязной одеждой. А так как на землю корабль уже приземлиться уже не сможет, то он просто падает и весь мусор сгорает в нашей атмосфере

5. Постоянные тренировки

Воздействие космоса не может не влиять на здоровье космонавтов. Из-за отсутствия гравитации и постоянной естественной нагрузки на мышцы, экипаж теряет костную и мышечную массу. Поэтому им приходится постоянно тренироваться.

Что интересно, невесомость накладывает свои ограничения на движения в космосе, поэтому у астронавтов специальные тренажеры.

6. Стоимость проекта МКС

Размеры станции по площади можно сравнить с футбольным полем, а её вес составляет 391 тонну. За все время существования проекта на него было потрачено около 100 млрд долларов. Это самый дорогостоящий космический проект в истории.

Однако на сегодняшний день окончание эксплуатации станции планируется не ранее 2024 года, следовательно, суммарные затраты всех стран будут еще больше.

7. Космический туризм и заочная свадьба

По состоянию на начало 2013 года МКС посетило 8 космических туристов, каждый из них заплатил 20—30 миллионов долларов, все туристы были доставлены на станцию российскими кораблями «Союз».

Также на станции состоялась заочная свадьба: космонавт Юрий Маленченко, который находился на станции, женился на Екатерине Дмитриевой из Техаса, которая находилась на Земле.

Первая в мире космическая свадьба.

По законам штата Техас жених или невеста могут отсутствовать на свадьбе, если он или она представлены доверенным лицом.

8. Атмосфера земли

На станции поддерживается атмосфера, близкая к земной. Нормальное атмосферное давление на МКС — 101,3 килопаскаля, такое же, как на уровне моря на Земле.

Атмосфера на МКС не совпадала с атмосферой, поддерживаемой в шаттлах, поэтому после пристыковки космического челнока происходило выравнивание давлений и состава газовой смеси по обе стороны шлюза.

9. «Диск бессмертия»

На борту МКС с 2008 года хранится «диск бессмертия», оставленный там космическим туристом Ричардом Гэрриотом. Он содержит цифровые копии ДНК группы людей отобранных им. Среди них физик Стивен Хокинг, спортсмен Лэнс Армстронг, модель Playboy Джо Гарсия и другие.

«Диск бессмертия» с ДНК

Микрочип также содержит копию «Секретного ключа Джорджа ко Вселенной» , детскую книгу, написанную Стивеном Хокингом и его дочерью Люси .

Цель Бессмертия — сохранить человеческую ДНК в капсуле времени на случай, если на Земле произойдет глобальный катаклизм.

10. Высота орбиты

Высота орбиты МКС постоянно изменяется. За счёт трения о разрежённую атмосферу происходит постепенное торможение и потеря высоты. Все приходящие корабли помогают набрать высоту за счёт своих двигателей. Одно время ограничивались компенсацией снижения.

В последнее время высота орбиты неуклонно растёт и достигает 405-417 км.

Научный переворот Николая Коперника

В 16 веке всемирно известный ученый Николай Коперник в научной работе «О вращении небесных тел» доказал, что Земля вращается вокруг Солнца. Также он объяснял суточные циклы обращением планеты вокруг оси. Ученого, являющегося автором гелиоцентрической системы мира, стали именовать «сдвигателем Земли».

Николай Коперник

Учение Коперника позволило объяснить такие явления.

1. Попятное движение планет.
2. Движение нашей планеты вокруг оси.
3. Предварение равноденствий. Ежегодно равноденствие весной наступает приблизительно на 20 минут раньше.
4. Изменение наблюдаемых светимости и размеров планет.

Коперник доказывал, что звезды находятся на очень большом расстоянии от Земли – намного большем, чем другие . Также он определил приблизительные размеры Луны, Солнца, а также период вращения Меркурия по орбите.

Что за «Вояджер»?

«Вояджер» представляет из себя огромное кольцо диаметром 200 метров. Оно постоянно быстро вращается, чтобы создать искусственную силу притяжения, соизмеримую с лунной.

Похожие проекты вы могли видеть в научно-фантастических фильмах. Например, в «Интерстелларе». В этом нет ничего удивительного: такую концепцию кораблей придумал Вернер фон Браун — известный учёный, основоположник современного ракетостроения. Его ещё зовут отцом американской космической программы.

«Вояджер» будет состоять из 24 жилых модуля, размер которых составит 20 × 12 метров. Станция вместит до 400 человек. Таким образом «Вояджер» должен стать крупнейшим искусственным сооружением на орбите. Она будет находиться на высоте 500–550 км.

Иллюстрация: Светлана Чувилёва / Wylsacom Media