Ракета-носитель «Протон»

Ракета-носитель «Протон», относящаяся к тяжелому классу, разработана под руководством генерального конструктора академика В. Челомея. Начиная с 1965 года до наших дней она используется для запуска орбитальных пилотируемых и автоматических межпланетных станций, геостационарных спутников связи, других космических аппаратов.

С помощью ракеты-носителя «Протон» были запущены все орбитальные станции «Салют», «Мир», аппараты науки и межпланетные станции «Протон», «Зонд-4, – 8», «Луна-15… – 24», «Венера-9… – 16», «Вега-1, – 2», «Марс-2… – 7», связные спутники серии «Радуга», «Экран», «Горизонт», астрофизическая станция «Астрон». Сегодня при ее помощи доставляются грузы на МКС. Ракета конструктивно выполнена по тандемной схеме с несущими топливными баками. В зависимости от назначения она может быть двух-, трех-, четырехступенчатой. Длина трехступенчатого «Протона» без полезного груза 44,3 метра, а максимальный поперечный размер 7,4 метра. На всех ступенях ракеты-носителя установлены мощные малогабаритные однокамерные жидкостные ракетные двигатели (ЖРД). В ней применяются высококипящие компоненты топлива: окислитель – четырехокись азота, горючее – несимметричный диметилгидразин.

Первая ступень ракеты-носителя «Протон» конструктивно выполнена в виде «пакета». Он состоит из центрального и присоединенных к нему шести боковых блоков. Боковые блоки оснащены однокамерными качающимися жидкостными ракетными двигателями РД-253. Они спроектированы в ГДЛ-ОКБ в 1961—1965 годах. Масса конструкции сухого ЖРД 1280 килограммов, залитого – 1460 килограммов. Удельная масса сухого двигателя составляет 6 килограммов на тонну тяги, высота – 2,72 метра, максимальный диаметр камеры сгорания – 1,5 метра. Другие характеристики двигателя: удельный импульс двигателя на земле равен 287 с, тяга – 150 тс, в пустоте – 316 с при тяге 167 тс (с начала 1980-х годов форсирована до 178 тс) и давлении в камере сгорания 160 кгс/см.

«В конструкции двигателя широко применяется сварка, – пишет в журнале «Авиация и космонавтика» Г. Максимов. – В частности, в его основных магистралях насчитывается всего 11 разъемов. Отсутствуют какие-либо системы вспомогательных рабочих тел. Запуск происходит на самотеке топлива. Операции включения и выключения обеспечивают девять пироклапанов простой конструкции. Агрегаты ЖРД от воздействия реактивной струи защищены теплозащитными экранами. Управление вектором тяги осуществляется поворотом двигателя в вертикальной плоскости.

На второй ступени установлены четыре ЖРД тягой по 60 тс каждый, на третьей – один. Эти двигатели разработаны в ОКБ С. Косберга. Третья ступень снабжена также рулевым ЖРД тягой около 3 тс для управления направлением ее полета.

До 1976 года для выведения космических аппаратов на геостационарную орбиту и межпланетные траектории использовался разгонный блок "Д", приспособленный для длительного пребывания в условиях космического пространства. Его длина – 5,5 метра, диаметр по стыку с ракетой-носителем – 4 метра, масса – 17,3 тонны. Разгонный блок оснащен ЖРД многократного запуска, работающим на кислороде и керосине. Тяга ЖРД – 8,5 тс, удельный импульс более 350 с, суммарное время работы – 600 с. Для управления на пассивных участках используются автономные двигательные установки, работающие на азотном тетраксиде и несимметричном диметилгидразине. Разгонный блок стыкуется с ракетой-носителем с помощью конического и цилиндрического переходников. Первый сбрасывается вместе с последней ступенью, а второй отделяется от разгонного блока через некоторое время. С 1976 года вместо блока «Д» используется более совершенный – "ДМ"».

Суммарная полезная мощность двигательных установок ракеты «Протон» в три раза больше мощности двигательных установок ракеты «Восток» и составляет 44100000 кВт (60 миллионов лошадиных сил). В этих двигателях обеспечена высокая полнота сгорания, значительное давление в системе, равномерное и равновесное истечение продуктов сгорания из сопел.

От аэродинамических нагрузок и тепловых потоков «Протон» при выведении на орбиту защищен головным обтекателем. Обтекатель устанавливается на последнюю ступень ракеты-носителя и крепится к верхней части цилиндрического переходника. Для обслуживания «Протона» и проведения необходимых технологических операций при подготовке к старту в конструкции обтекателя предусмотрены люки. Надо отметить, что головной обтекатель для орбитальных станций на активном участке выведения защищает только внешние элементы переходного и части рабочего отсеков.

В середине 1960-х годов на Байконуре для подготовки и пусков ракеты-носителя «Протон» были созданы технический и стартовый комплексы.

Стартовый комплекс «Протона» мало похож на стартовый комплекс «Союза». Он состоит из двух стартовых позиций, разнесенных на 600 метров друг от друга. Стационарное подъемное устройство, смонтированное в стартовом сооружении, переводит ракету-носитель с космическим аппаратом в вертикальное положение. Ракета-носитель перед стартом не подвешена на опорных фермах, а стоит непосредственно на опорах стартового стола. Для предстартового обслуживания используются не отклоняемые перед стартом фермы, как у «Союза», а огромная башня, передвигающаяся по рельсам. Перед стартом она откатывается на значительное расстояние.

Процесс заправки ракеты-носителя компонентами топлива и сжатыми газами полностью автоматизирован, включая подвод и отвод наполнительных соединений.

Нет здесь и кабельных и кабель-заправочных мачт. Вместо этого под ракетой в центре пускового стола есть специальное стыковочное устройство, которое перед стартом надежно соединяет с ракетой более 5000 коммуникаций и электрических цепей.

Через доли секунды после начала движения ракеты устройство пневмоускорителями сбрасывается вниз и мгновенно прочно и плотно закрывается броневыми крышками. Эти крышки образуют рассекатель, который направляет мощный поток газов работающих двигателей в два отводящих газохода. Командный пункт управления находится в 1,5 километрах от стартового комплекса.

Разворот ракеты-носителя по азимуту осуществляется автономно на начальном участке полета в соответствии с заложенной на борту программой. Ракета-носитель «Протон» способна вывести на околоземную орбиту высотой 200 километров с наклонением 51,6 градусов полезный груз массой свыше двадцати тонн. С дополнительной четвертой ступенью ее возможности возрастают. Она может доставить на геостационарную орбиту 2 тонны полезного груза, к Луне – 5,7 тонны, Венере – 5,3 тонны, Марсу – 4,6 тонны.

В апреле 2001 года в первый полет отправилась новая ракета – «Протон-М», являющаяся принципиальной модификацией заслуженного «Протона». Теперь на околоземную орбиту можно вывести 22 тонны, а на геостационарную орбиту 3-3,2 тонны.

Новая ракета оснащена разгонным блоком «Бриз-М», который заменит блок «ДМ», по вине которого не раз случались аварии на последней стадии. ГКНПЦ им. Хруничева решил для «Протона» изготовить свой блок. Ведущая роль в создании новой ракетной конфигурации принадлежит конструкторам Александру Медведеву и Олегу Давыдову.

Новая ракета отличается улучшенной экологией. Район падения ступеней сокращен в десятки раз. Кроме того, за счет выжигания остатков топлива баки падают на землю практически сухими.

«Протон», который стартовал 280 раз, считался самой надежной ракетой в мире. За последние пять лет по его вине было только две аварии. Теперь эту репутацию предстоит подтвердить его преемнику.

 

Космический корабль «Союз»

В 1960 году, на заре практического освоения космического пространства, в ОКБ под руководством Сергея Павловича Королёва были сформулированы предложения по созданию средств для орбитальной сборки. Подчеркивалось, в частности, что одна из важнейших задач – сближение и сборка космических аппаратов на орбитах искусственных спутников Земли. Отмечалось, что обслуживание постоянно действующих пилотируемых спутников (смена экипажа, доставка продовольствия, специального снаряжения и др.) связано с регулярными сближениями и стыковками на орбите, наработанный в этом деле опыт позволит в случае необходимости успешно осуществлять спасение экипажей пилотируемых спутников и космических кораблей.

Корабли «Восток» и «Восход» выполняли ограниченный круг научно-технических задач, главным образом экспериментально-исследовательских. Новые космические корабли серии «Союз» были предназначены для относительно длительных полетов, маневрирования, сближения и стыковки на околоземных орбитах.

10 марта 1962 года Королёв утверждает технический проспект, озаглавленный «Комплекс сборки космических аппаратов на орбите спутника Земли (тема "Союз")». В этом документе впервые дается обоснование возможности использования модификации космического корабля «Восток-7» с космонавтом-«монтажником» на борту для отработки стыковки и сборки на орбите. Для этого корабль предполагалось снабдить системами сближения и стыковки, а также маршевой ДУ многократного включения и системой микродвигателей причаливания и ориентации. «Восток-7» мог быть использован для сборки на орбите искусственного спутника Земли космической ракеты, состоящей из трех одинаковых ракетных блоков. С помощью такой космической ракеты предлагалось выполнить облет Луны специальным кораблем Л1 с экипажем из одного-трех человек.

Через некоторое время появился второй проспект, озаглавленный «Сборка космических аппаратов на орбите спутника Земли», утвержденный С.П. Королёвым 10 мая 1963 года. В нем тема «Союз» звучит уже четко и убедительно. Основной объект документа – комплекс, состоящий из последовательно выводимых и стыкующихся на орбите разгонных блоков кораблей-танкеров для его заправки и «Союз».

В проспекте ставились две основные задачи: отработать стыковку и сборку на орбите и облететь Луну пилотируемым аппаратом. По мнению Королёва, увязка решений по двум этим задачам обеспечивала приоритет СССР в освоении космоса.

В связи с разработкой варианта прямого облета Луны кораблем Л1 программа «Союз» была нацелена на отработку сближения и стыковки космического корабля с последующим переходом членов экипажа из корабля в корабль. Эскизный проект «Союза», подписанный в 1965 году, отражал уже новые тактико-технические требования к кораблю. Отработка «Союза» в беспилотной варианте была начата 28 ноября 1966 года запуском спутника «Космос-133». После неудачной попытки запуска беспилотного «Союза» в декабре 1966 года, окончившейся аварией ракеты-носителя и срабатыванием системы аварийного спасения на старте, 7 февраля 1967 года орбитальный полет с посадкой в Аральское море совершил второй беспилотный «Союз» («Космос-140»).

Первый пилотируемый полет на «Союзе-1» совершил 23-24 апреля 1967 года летчик-космонавт В.М. Комаров, однако из-за отказа парашютных систем при спуске полет окончился катастрофой.

Первая автоматическая стыковка была выполнена 30 сентября 1967 года беспилотными кораблями-спутниками «Космос-186 и -187» и повторена 15 апреля 1968 года кораблями-спутниками «Космос-212» и «Космос-213». После беспилотного полета корабля «Союз» (спутник «Космос-238»), запущенного 28 августа 1968 года, начались регулярные полеты «Союзов».

Фактически задача программы «Союз» – стыковка пилотируемых космических кораблей с переходом космонавтов через космос – была выполнена 16 января 1969 года в ходе полета кораблей «Союз-4 и -5» с космонавтами В.А. Шаталовым, Б.В. Волыновым, А.С. Елисеевым и Е.В. Хруновым. Оставшиеся корабли «Союз» были перенацелены на выполнение технологических экспериментов в групповом полете и длительном полете.

В октябре 1969 года по программе «Союз» состоялся групповой полет трех космических кораблей – «Союз-6», «Союз-7» и «Союз-8» с семью космонавтами на борту. Уже сам факт запуска с одного космодрома с минимальными интервалами трех космических кораблей подряд представлял собой значительное техническое достижение. Большое значение имел полученный в этом эксперименте опыт управления групповым полетом. Слаженно действовала целая система, состоявшая из трех космических кораблей, наземного командно-измерительного комплекса, группы научно-исследовательских судов и спутника связи «Молния-1».

На борту «Союза-6» был проведен уникальный эксперимент – сварка в условиях космоса. Она производилась на специально сконструированной сварочной установке «Вулкан». Сварочный узел «Вулкана» был смонтирован в орбитальном отсеке, а пульт дистанционного управления находился в кабине корабля.

Орбитальный отсек был разгерметизирован, и сварка была выполнена тремя способами: сжатой дугой, электронным лучом и плавящимся электродом. В ходе эксперимента проводились сварка тонколистовой нержавеющей стали и титана, резка нержавеющей стали, титана и алюминия, обработка неметаллических материалов. Затем орбитальный отсек был вновь загерметизирован, космонавты демонтировали установку, перенесли образцы в спускаемый аппарат и впоследствии доставили их на Землю. Успешный эксперимент открыл перспективы для строительных и монтажных работ в космосе.

1 июня 1970 года стартовал новый «Союз» – девятый. Этот полет дал неоценимый материал для дальнейшего развития космонавтики. Особенно ценными были медико-биологические исследования влияния факторов длительного космического полета на организм человека.

Командир корабля А.Г. Николаев, совершивший свой второй космический рейс, и бортинженер В.И. Севастьянов установили тогда мировой рекорд длительности космического полета. Они работали на околоземной орбите 424 часа. Программа полета была насыщена многими экспериментами по автономной навигации в космосе, научными исследованиями околоземного космического пространства.

Корабль «Союз» имеет внушительные размеры. Его длина – около 8 метров, наибольший диаметр – около 3 метров, масса перед стартом составляет почти 7 тонн. Все отсеки корабля покрыты снаружи специальным теплоизолирующим «одеялом», защищающим конструкцию и оборудование от перегрева на Солнце и слишком сильного охлаждения в тени.

В корабле три отсека: орбитальный, приборно-агрегатный и спускаемый аппарат. Орбитальный отсек по форме представляет собой две полусферы, соединенные цилиндрической вставкой. На наружной поверхности орбитального отсека установлены большие и малые антенны радиосистем корабля, телекамеры и другое оборудование.

В орбитальном отсеке космонавты работают и отдыхают во время полета по орбите. Здесь размещаются научная аппаратура, спальные места экипажа, различные бытовые устройства. На верхней полусфере отсека – шпангоут, на котором установлен стыковочный агрегат, и люк для перехода в корабль, с которым стыкуется «Союз».

Круглый люк соединяет орбитальный отсек со спускаемым аппаратом. «Спускаемый аппарат имеет сегментально-коническую форму, напоминает фару, – пишет в своей книге Л.А. Гильберг. – Такая форма при определенном расположении центра тяжести придает аппарату аэродинамическое качество – при полете в атмосфере возникает аэродинамическая подъемная сила, которая регулируется разворотом аппарата вокруг продольной оси. Это позволяет осуществить управляемый спуск – снизить перегрузки до 3-4 единиц и существенно повысить точность приземления.

На наружную поверхность спускаемого аппарата нанесено прочное теплозащитное покрытие; нижняя часть аппарата, которая рассекает воздух при спуске и сильнее всего подвержена аэродинамическому нагреву, закрыта особым теплозащитным экраном, который сбрасывается после раскрытия парашюта, чтобы облегчить кабину космонавтов перед приземлением. При этом открываются прикрытые экраном пороховые двигатели мягкой посадки, которые включаются перед самым соприкосновением с Землей и смягчают толчок при посадке.

Спускаемый аппарат имеет два иллюминатора с жаропрочными стеклами, люк, ведущий в орбитальный отсек. Снаружи находится оптический визир, который облегчает космонавтам ориентацию и позволяет наблюдать за другим кораблем при причаливании и стыковке. В нижней части по окружности спускаемого аппарата расположены шесть двигателей системы управления спуском, которые используются при возвращении корабля на Землю. Эти двигатели помогают удерживать спускаемый аппарат в положении, позволяющем использовать его аэродинамические качества.

В верхней части спускаемого аппарата находятся отсеки с основным и запасным парашютами».

Приборно-агрегатный отсек цилиндрической формы с небольшой конической «юбкой» пристыкован к спускаемому аппарату и предназначен для размещения большей части бортовой аппаратуры корабля и его двигательных установок.

Конструктивно отсек разделяется на три секции переходную, приборную и агрегатную. Приборная секция представляет собой герметический цилиндр. В нем находятся радиосвязная и радиотелеметрическая аппаратура, приборы системы ориентации и управления движением, некоторые агрегаты систем терморегулирования и электропитания. Две другие секции не загерметизированы.

В приборно-агрегатном отсеке размещена основная двигательная установка корабля, которая используется для маневрирования на орбите и торможения при спуске.

Она состоит из двух мощных жидкостных ракетных двигателей. Один из них – основной, другой – резервный. С помощью этих двигателей корабль может перейти на другую орбиту, сблизиться с орбитальной станцией или отойти от нее, замедлить движение для перехода на траекторию спуска. После торможения на орбите отсеки корабля отделяются друг от друга. Орбитальный и приборно-агрегатный отсеки сгорают в атмосфере, а спускаемый аппарат приземляется в заданном районе посадки. Когда до Земли остается 9-10 километров, срабатывает парашютная система. Сначала раскрывается тормозной парашют, а затем – основной. На нем аппарат совершает плавный спуск. Непосредственно перед приземлением на высоте одного метра включаются двигатели мягкой посадки.

Система двигателей малой тяги состоит из 14 двигателей причаливания и ориентации и из 8 двигателей для точной ориентации. В приборно-агрегатном отсеке находятся также гидроагрегаты системы терморегулирования, баки с топливом, шаровые баллоны системы наддува исполнительных органов, аккумуляторы системы электропитания. Источником электроэнергии служат также солнечные батареи. Две панели этих батарей полезной площадью около 9 квадратных метров закреплены снаружи на приборно-агрегатном отсеке. На кромках батарей – бортовые огни красного, зеленого и белого цветов, которые помогают ориентироваться при причаливании и стыковке кораблей.

Снаружи установлен и ребристый радиатор-излучатель системы терморегулирования, который позволяет отвести в космос избыточное тепло корабля. На приборно-агрегатном отсеке много антенн – радиотелефонной связи корабля с Землей на коротких и ультракоротких волнах, радиотелеметрической системы, траекторных измерений – и датчиков системы ориентации и управления движением.

Опыт применения корабля «Союз» и станций «Салют» показал, что необходимо совершенствовать орбитальные комплексы не только для увеличения длительности работы станций, расширения программ и сферы исследований, но и для увеличения возможностей транспортного корабля, повышения безопасности экипажа, улучшения эксплуатационных характеристик.

Для решения этих задач на базе «Союза» был создан новый корабль – «Союз Т». Оригинальные конструкторские решения позволили увеличить численность экипажа до трех человек. Корабль оснастили новыми бортовыми системами, в том числе вычислительным комплексом, объединенной двигательной установкой, солнечными батареями, системой жизнеобеспечения для автономного полета.

Особое внимание конструкторы уделили высокой надежности и безопасности полета. Корабль позволял вести управление в автоматическом и ручном режимах, включая участок спуска, даже в такой тяжелой расчетной нештатной ситуации, как разгерметизация на орбите спускаемого аппарата. Длительность полета «Союза Т» в составе станции была доведена до 180 суток.

Все эти новые технические решения в полной мере оправдали себя во время полета космонавтов В. Джанибекова и В. Савиных к «Салюту-7», находившемуся в свободном дрейфе. После стыковки корабль своими ресурсами дал возможность экипажу провести восстановительный ремонт станции. Другим не менее ярким примером служит перелет космонавтов Л. Кизима и В. Соловьева со станции «Мир» на «Салют-7» и обратно с грузом массой до 400 килограммов.

Дальнейшее развитие космической программы с целью создания постоянно действующего орбитального комплекса потребовало усовершенствования корабля «Союз Т». Перед разработчиками стояла задача обеспечить совместимость корабля со станцией «Мир», повысить его энергетические возможности и усовершенствовать бортовые системы.

Как пишет И. Минюк в журнале «Авиация и космонавтика»: «Необходимость повышения энергетики космических транспортных средств обусловлена тем, что корабль "Союз Т" обеспечивал доставку экипажа из трех человек только на орбиту высотой порядка 300 километров. А ведь устойчивая орбита станции лежит выше 350 километров.

Выход был найден за счет снижения «сухой» массы корабля, применения для парашютных систем более легкого высокопрочного материала и новой двигательной установки системы аварийного спасения. Это позволило довести высоту стыковки трехместного корабля "Союз ТМ" со станцией «Мир» до 350—400 километров и увеличить массу доставляемого груза.

Одновременно шло совершенствование его бортовых систем, в том числе радиосвязи для переговоров экипажа с Землей, измерителей угловых скоростей, двигательной установки с секционированным хранением запасов топлива, а также теплозащитной одежды космонавтов. Необходимо отметить, что "Союз ТМ" в составе орбитального комплекса может резервировать некоторые функции станции. Так, он в состоянии проводить необходимую ее ориентацию и подъем орбиты, осуществлять электропитание, а его система терморегулирования способна сбросить избыток тепла, образовавшегося на орбитальном комплексе».

На базе «Союза» создан еще один космический аппарат, обеспечивающий функционирование долговременных орбитальных станций, – это «Прогресс». Так назван одноразовый автоматический грузовой транспортный космический корабль. Его масса после заправки и загрузки – немного более 7 тонн.

Автоматический грузовой космический корабль «Прогресс» предназначен для доставки на орбитальные станции «Салют» различных грузов и топлива для дозаправки двигательной установки станции.

Хотя он во многом напоминает «Союз», в его конструкции имеются и существенные отличия. Этот корабль тоже состоит из трех отсеков, но их назначение и, следовательно, конструкция иные. Грузовой корабль не должен возвращаться на Землю. Естественно, в его составе нет и спускаемого аппарата. После выполнения своей функции он отстыковывается от орбитальной станции, соответствующим образом ориентируется, включается тормозной двигатель, аппарат входит в плотные слои атмосферы над расчетным районом Тихого океана и прекращает существование.

Вместо спускаемого аппарата имеется отсек для перевозки топлива – горючего и окислителя, а орбитальный отсек в «Прогрессе» превратился в грузовой. В нем на орбиту доставляют запасы пищи и воды, научную аппаратуру, сменные блоки различных систем орбитальной станции. Весь этот груз весит более двух тонн.

Приборно-агрегатный отсек «Прогресса» похож на аналогичный отсек корабля «Союз». Но и в нем есть некоторые различия. Ведь «Прогресс» – корабль автоматический, и поэтому здесь все системы и агрегаты работают только самостоятельно или по командам с Земли.

Пилотируемые грузовые корабли постоянно совершенствуются. С 1987 года космонавты доставляются на орбитальные станции и возвращаются на Землю на модифицированном корабле «Союз ТМ». Модифицирован и грузовой «Прогресс».

 

Космический корабль «Апполон-11»

Идея полета к Луне возникла как реакция на систематическое отставание американских специалистов от специалистов СССР на начальном этапе освоения космоса. Запуск в СССР первого в мире искусственного спутника Земли был расценен в США как «…уничтожающий удар по престижу Соединенных Штатов». Что касается полетов автоматических станций к Луне, то советские аппараты «Луна-1» и «Луна-2» и здесь оказались первыми. Попытка опередить Советский Союз в запуске в космос человека принесла новое разочарование – первым космонавтом стал советский гражданин Ю.А. Гагарин.

В мае 1961 года президент Джон Кеннеди поставил задачу высадить первых людей на Луне до конца десятилетия, несмотря на то что никто тогда не представлял себе, каким образом это сделать. То была акция политическая – амбициозный ответ Белого дома на первый полет человека в космос. Программа обошлась в 24 миллиарда долларов.

В ходе работ по программе «Аполлон» предстояло решить множество всевозможных научно-технических задач. Прежде всего необходимо было хорошо изучить радиационную и метеорную обстановку на трассе полета, а также особенности лунной поверхности. Для этой цели американские специалисты с 1958 года запускали аппараты «Пионер», уступившие в 1961 году место новым станциям «Рейнджер». Однако до 1964 года все запуски приносили разочарование, ни один аппарат до «Рейнджера-7» не выполнил полностью свои задачи. В мае 1966 года начались исследования с помощью аппарата «Сервейор», предназначавшегося для посадки на Луну. В августе того же года был запущен первый аппарат серии «Лунар орбитер», сфотографировавший поверхность Луны с селеноцентрической орбиты для составления карт и выбора места посадки будущих экспедиций.

Под руководством известного немецкого специалиста в области ракетной техники Вернера фон Брауна были разработаны мощные ракеты-носители, способные вывести на околоземную орбиту более 100 тонн полезной нагрузки. Первый полет «Сатурна-1» состоялся 27 октября 1961 года. Сама ракета весила 512 тонн, а выводить в космос могла до 10 тонн. В 1966 году «Сатурн-1B» доставил на орбиту 18 тонн груза. Непосредственно для полета на Луну предназначалась трехступенчатая ракета-носитель «Сатурн-5». Первый запуск этой огромной, достигавшей в длину почти 111 метров, ракеты состоялся 9 ноября 1967 года. На орбиту высотой 185 километров «Сатурн-5» мог доставить 139 тонн полезного груза, а при выводе на траекторию полета к Луне – до 50 тонн. Масса кораблей «Аполлон» составляла от 42,8 до 56,8 тонн.

С марта 1965 года по ноябрь 1966 года на двухместном космическом аппарате «Джемини» совершили полеты десять экипажей, а с октября 1968 года начались космические эксперименты на корабле «Аполлон». Не все протекало гладко, были обычные для этапов экспериментальной отработки космической техники отказы аппаратуры и прочие неполадки. Астронавтам пришлось познакомиться и с космическим укачиванием. В той или иной форме воздействие невесомости почувствовали на себе примерно треть астронавтов. Они испытывали расстройство желудка, подташнивание, рвоту.

Каждый полет на «Аполлоне» был заметным шагом вперед по сравнению с предшествующим, в каждом полете был новый элемент, впервые отрабатываемый на орбите. С начала 1964 года на Луну успешно сели четыре зонда «Рейнджер», совершили мягкую посадку пять станций «Сервейор», а на ее орбиту были выведены три спутника «Орбитер».

Первый «Аполлон» с тремя космонавтами на борту должен был отправиться в экспериментальный полет вокруг Земли в начале 1967 года. А потом через год, как предсказывали оптимисты, к Луне мог бы отправиться первый экипаж.

Эти планы нарушила роковая пятница 27 января. Во время одной из последних предстартовых тренировок из-за пожара кабины «Аполлона» погиб весь экипаж. Расследование показало, что пожар, вероятнее всего, был вызван искрой в электропроводке корабля. Кислородная атмосфера и наличие целого ряда легковоспламеняющихся материалов в кабине способствовали быстрому распространению огня.

9 января 1969 года вновь избранный директор НАСА доктор Томас Пэйн представил экипаж, который должен был отправиться на Луну – Армстронга, Олдрина и Коллинза.

«Когда в январе был утвержден экипаж в нашем составе для полета на Луну на "Аполлоне-11", цель казалась по-прежнему фантастической и недостижимой, – вспоминал впоследствии Армстронг. – Многие вопросы оставались еще без ответа. Существовали лишь неподтвержденные теории. Лунный модуль ожидал пока своего первого практического экзамена, ученые продолжали решать некоторые загадки лунной поверхности. А пока не был получен ответ даже на такой вопрос: можно ли с Земли поддерживать радиосвязь с двумя космическими аппаратами одновременно? Я был почти уверен, что мы не сможем совершить посадку на Луне с "Аполлона-11"».

В начале марта в космос стартовал «Аполлон-9» со всем лунным снаряжением, прежде всего с лунным модулем. Космонавты Джеймс Мак-Дивитт, Дэвид Скотт и Расселл Швайкарт проделали под контролем Земли все операции, которые давали возможность их более счастливым коллегам в будущем прилуниться. Скотт и Швайкарт отдалялись в лунном модуле от основного корабля на расстояние 180 километров.

Во второй половине мая к Луне отправился «Аполлон-10». Томас Стаффорд, Юджин Кенан и Джон Янг имели сложную задачу – связать главные направления работы двух предыдущих экспедиций. Это им и в самом деле удалось. Стаффорд и Кенан приблизились в лунном модуле к поверхности Луны почти на 16 километров.

В январе Армстронг был почти абсолютно уверен, что «Аполлон-11» не сможет прилуниться. «Но после успешных полетов «Аполлона-9» и «Аполлона-10» я изменил мнение, – говорил позднее он. – Прилунение все более и более передвигалось в область реальных возможностей».

Заправленный 1300 тоннами топлива, «Аполлон-11» стартовал 16 июля 1969 года. На борту космического корабля «Аполлон-11» работал экипаж, все члены которого уже побывали в космосе.

Через несколько десятков минут после старта астронавты на минуту включили двигатель третьей ступени. Тем самым они вывели корабль с околоземной орбиты и направились к Луне.

Потом отсек командования и приборов, в конце которого в аэродинамическом контейнере помещался лунный модуль, отсоединился от третьей ступени ракеты. Пока еще у астронавтов не было возможности посетить лунный аппарат, поскольку его отделял сервисный модуль. Время, которым располагали конструкторы, не позволило выработать другого решения.

Основной блок «Аполлона» состоял из герметичной кабины экипажа, двигателей ориентации по тангажу, ориентации по крену, ориентации по рысканию и дополнительных. На его борту были баки с топливом для маршевого двигателя и бачки с жидким кислородом и водородом. Связь осуществлялась через остронаправленную антенну.

Коллинз маневрировал кораблем таким образом, чтобы отсек командира и лунный модуль развернулись лоб в лоб – иначе говоря, стыковочными узлами друг к другу. Оба объекта состыковались. Если бы эта операция по какой-либо причине не удалась, астронавты не смогли бы прилуниться – не оказалось бы спускаемого аппарата.

Полет прошел без каких-либо осложнений. Примерно через 76 часов после запуска «Аполлон-11» стал спутником Луны. Один виток вокруг Луны «Аполлон-11» совершал ровно за 2 часа 8 минут 37 секунд. Из этого времени 49 минут корабль находился вне видимости с Земли и не имел связи с Хьюстоном. На втором витке космонавты передали телевизионный репортаж. Перед наступлением вечера они еще раз провели коррекцию орбиты – летели на высоте 99,3-121,3 километра со скоростью 1,6 километра в секунду. Наконец проверили все приборы командного отсека и лунного модуля.

Через 100 часов 15 минут после старта модуль «Игл» включает небольшие маневровые двигатели и отделяется от корабля. Оба они движутся по одной траектории. Модуль отплывает от корабля на расстояние четырех километров. Хьюстон дал двум космонавтам в лунном модуле разрешение на посадку. Над обратной стороной Луны должен был вновь включиться двигатель, а корабль выйти на орбиту снижения.

Включается зажигание двигателя лунной кабины. Теперь его отключат только после прилунения. Высота – почти 13 тысяч метров над поверхностью Луны. Экипаж и центр управления взаимно заверяют друг друга, что снижение проходит нормально.

«Игл»: «…А Земля лишь в переднем иллюминаторе. Хьюстон, посмотри на наш дельта Н! Аларм!»

Высота 7000 метров, скорость – 400 метров в секунду.

Хьюстон: «По нашему мнению, ведете себя отлично, "Игл"!»

Высота 4160 метров, скорость – 230 метров в секунду.

Через короткое время астронавты включат программу П-64. Лунный модуль который до сих пор летел «ногами вперед» по вытянутому эллипсу, медленно, но верно приближаясь к лунной поверхности, на восьмой минуте снижения зависает почти как вертолет.

Теперь Армстронг переключает управление с бортового компьютера на себя, снимая тем самым напряжение с ЭВМ для более важных программ.

Сначала предполагали прилуниться в Западном кратере. «Но чем ближе мы к нему спускались, тем яснее становилось, что место это не слишком приветливое. Везде были разбросаны валуны величиной по меньшей мере с "фольксваген". Нам казалось, что скалы летят на нас с огромной скоростью. Несомненно, было бы интересно совершить посадку среди этих камней – можно было бы взять пробы прямо из кратера. Ученых это, конечно бы, заинтересовало. Но, в конце концов, победил разум».

Прилунение на этом поле камней астронавты вряд ли бы пережили. С двадцатисекундной задержкой Армстронг выключает П-64 и включает П-66. Программу для полуавтоматической посадки П-65, по которой автоматы управляли бы снижением до последнего метра, применить нельзя. А полностью ручное управление по программе П-67 астронавты оставляют на крайний случай.

«Мы маялись горизонтально над разбросанными скалами и искали какое-нибудь место для посадки, – рассказывал несколько развязным тоном командир корабля о драматических событиях над Луной. – Мы нашли их несколько и досконально осмотрели. Но садиться передумали, поскольку, чем дальше мы летели, тем больше приближались к месту которое нам нравилось».

Лунная кабина благополучно прилунилась в районе Моря Спокойствия 20 июля 1969 года в 20 часов 17 минут 41 секунду по Гринвичу.

На Луне астронавты работали в скафандрах. Системы жизнеобеспечения: баллоны со сжатым воздухом, поглотители углекислого газа и водяного пара, рассчитанные на 7 часов нормальной и 1,5 часа аварийной работы, находились за спиной, поэтому их называют ранцевыми.

В 2 часа 56 минут Армстронг ступил на поверхность Луны. «Это небольшой шаг для человека, но огромный скачок для человечества», – произнес он первую свою фразу на Луне. Он рассказал о своих впечатлениях, сделал несколько фотоснимков и стал собирать аварийный комплект образцов лунного грунта. Самочувствие его было в целом удовлетворительным. Все свои действия астронавт комментировал. Говорил лаконично, но нередко восторженно. Так, по поводу одного из лунных камней, понравившегося Олдрину, Армстронг сказал: «Он (камень) подобен лучшему десерту Соединенных Штатов».

В 109 часов 42 минуты по бортовому времени на Луну спустился и Олдрин. Оба астронавта вошли в поле зрения телевизионной камеры, направленной на лунную кабину. Армстронг счистил с поверхности кабины серебряную фольгу, под которой оказалась пластинка с надписью: «Здесь люди с планеты Земля впервые ступили на Луну, июль 1969 н э. Мы пришли с миром от всего человечества». На пластинке стояли подписи всех членов экипажа «Аполлона-11» и президента США Р. Никсона.

Астронавты установили на поверхности Луны флаг США, прибор для изучения солнечного ветра и опробовали различные способы передвижения: обычный, прыжками (отталкиваясь одной ногой) и бег «кенгуру» (прыжком, отталкиваясь двумя ногами).

Наземный оператор пригласил их войти в кадр телекамеры. К ним с краткой речью обратился президент Никсон, находившийся в Овальном кабинете Белого дома. После разговора с президентом астронавты собрали основной комплект лунных пород, установили на поверхности сейсмограф, лазерный отражатель и стали готовиться к возвращению в кабину. Вне кабины Армстронг провел 2 часа 30 минут, Олдрин – на 20 минут меньше.

В 124 часа 22 минуты по бортовому времени взлетная ступень лунной кабины успешно стартовала с Луны. Возвращение «Аполлона-11» на Землю прошло без особых осложнений, и 24 июля 1969 года его отсек экипажа приводнился в двадцати километрах от встречавшего его авианосца «Хорнет». Так закончился этот исторический полет.

Пока Америка чествовала своих героев, на космодроме готовился к старту новый корабль – «Аполлон-12». Запуск состоялся 14 ноября 1969 года и едва не стал роковым для астронавтов. В этот день над космодромом повисли тяжелые грозовые тучи, и при полете через них ракеты возник атмосферный электрический разряд, вызвавший неполадки на борту. Через 16 секунд вновь возник разряд, астронавты увидели в кабине яркую вспышку, после которой на пульте загорелось множество аварийных сигналов. Это был очень напряженный момент полета. К счастью, все обошлось, и дальнейший полет не вызвал новых осложнений.

Наибольшие испытания выпали на долю экипажа «Аполлона-13», стартовавшего 11 апреля 1970 года. На его борту находились Дж. Ловелл (командир), Дж. Суиджерт и Ф. Хейс. 14 апреля, когда корабль был на расстоянии 330 тысяч километров от Земли, астронавты услышали слабый звук взрыва, донесшийся из двигательного отсека. Через несколько минут оказалась поврежденной одна из батарей топливных элементов, еще через 20 минут за ней последовала и вторая. Оставшаяся третья батарея не могла обеспечить корабль электроэнергией. Фактически отсек экипажа вышел из строя, и, случись это при возвращении с Луны, экипаж неминуемо бы погиб. В сложившихся же обстоятельствах астронавтам оставалось надеяться на энергоресурсы лунной кабины.

Экипаж начал бороться за жизнь. «Аполлон» в соответствии с законами механики продолжал лететь к Луне. Необходимо было осуществить коррекцию его траектории. Поскольку предназначенный для этого маршевый двигатель включать было опасно – он мог оказаться поврежденным взрывом, – оставалось надеяться на двигатель посадочной ступени, рассчитанный всего на одно длительное включение. Но астронавтам пришлось включать его три раза!

15 апреля в 5 часов 30 минут обстановка в лунной кабине стала угрожающей – содержание углекислого газа повысилось до уровня, опасного для жизни астронавтов. Патроны поглотителя не были рассчитаны на столь длительную работу и не справлялись с очисткой воздуха для трех членов экипажа. Астронавты отсоединили от своих скафандров два шланга, один из которых они протянули от вентилятора в лунной кабине ко входу поглотителя в отсеке экипажа, а второй – от выхода поглотителя в лунную кабину. Для крепления шлангов к поглотителю в ход пошли пластмассовые мешочки для пищи и липкая лента. Содержание углекислого газа стало быстро уменьшаться и вскоре достигло приемлемой величины.

В 23 часа 10 минут появился сигнал о перегреве одной из химических батарей. Анализ, проведенный на Земле, показал, что тревога оказалась ложной – батарея работает нормально, из строя вышел лишь датчик, измерявший ее температуру. Истекающий из двигательного отсека газ закручивал корабль и затруднял связь с Землей. Руководство НАСА привлекло к работе радиотелескоп, расположенный в Австралии. 16 апреля повысилось давление в одном из баллонов с гелием. В результате сработал предохранительный клапан, и выходящий газ стал быстро закручивать корабль. Запасов гелия, правда, хватало, чтобы обеспечить запуск двигателя для коррекции.

Недостаток энергетики на борту привел к деформации теплового режима. Вскоре после аварии температура в кабине упала до 11 градусов Цельсия.

Полет «Аполлона-13», несмотря на все трудности, окончился благополучно. На Землю спустились исхудавшие, измученные борьбой за выживание, больные люди.

После этого полета на Луну стартовало еще четыре экспедиции Эти полеты прошли во всех отношениях удачно, серьезных осложнений больше не возникало. В некоторых экспедициях астронавты по Луне передвигались с помощью «Ровера» – колесного транспортного средства, работающего от аккумуляторов.

Доставленный астронавтами на Землю лунный грунт позволил ученым расширить свои знания о Луне. Подтвердилось предположение, что она стерильна и на ней нет жизни. Была опровергнута гипотеза, что Луна повторяет облик Земли. Оказалось, что Луна формировалась самостоятельно, хотя ее возраст совпадает с возрастом Земли. Всего на луноходе астронавты проехали по Луне около 30 километров и доставили на Землю примерно 500 килограммов лунных пород.

 

Луноход-1

В НПО им. С.А. Лавочкина, что в подмосковных Химках, в конце ушедшего тысячелетия торжественно отметили тридцатилетие первого советского лунного самоходного аппарата – «Луноход-1». И только тогда впервые здесь рассказали, что советская программа из нескольких луноходов была лишь малой частью затеваемого обширного строительства лунной полувоенной базы Советского Союза. Хотя в те дни даже в документах с грифами «секретно» ее называли сугубо мирной.

Одним из немногих журналистов «Правды» и «Комсомолки», которым ЦК КПСС позволил писать на ракетно-космическую тематику, был Владимир Губарев. Вот что он рассказывал:

«Ее экипаж должен был состоять из 12 человек. В Крыму, под Евпаторией, соорудили «лунодром» – полигон, имитировавший пересеченную местность Моря Дождей, на котором испытывали ходовые качества лунного трактора. Причем не только в автоматическом режиме. Никогда не забуду, как лихо управлял им, сидя верхом, космонавт Валерий Быковский. Отрабатывались поездки по Луне.

Из тех, кто готовился стать "лунными трактористами", удалось установить лишь несколько фамилий. Вот они, называемые впервые, овеянные несостоявшейся славой, – Алексей Леонов, Петр Колодин, Владимир Аксенов, Олег Макаров.

Рядом, едва ли не в прямой видимости с лунодромом, в крымскую землю был вкопан военный корабль, с которого сняли напалубные орудийные башни. Вместо них на поворотные механизмы поставили гигантские параболические антенны – так они могли, медленно вращаясь, следить за прохождением по небосводу советской и супостатской космической техники. Трюмы напичкали всевозможной электроникой, а в каютах вместо моряков поселились инженеры наземного комплекса управления. Там же во время командировок жил экипаж "Лунохода-1".

Мало кто знает еще один любопытный факт из космической гонки. В то время как американцы, отыгрываясь за наш первый искусственный спутник и Гагарина, вышли на финишную прямую подготовки полета человека на Луну, в СССР уже был готов план лунной деревни. Было сделано четыре экземпляра "Лунохода-1". И все они предназначались для работы в ней – можете представить себе масштабы?»

На том же юбилейном собрании выяснилось, что носитель класса «Протон» с первым «Луноходом-1» стартовал 19 февраля 1969 года, но взорвался на пятьдесят второй секунде полета. Таким образом, Нил Армстронг стал первым на Луне. Это случилось в июле того же года. И только в ноябре состоялся успешный полет второго экземпляра советского «Лунохода-1».

Он был доставлен на Луну космическим аппаратом «Луна-17» и проработал на ее поверхности почти год – с 17 ноября 1970 года по 4 октября 1971 года.

«Если говорить точнее, то наш лунный робот, управляемый радиокомандами с Земли, "крутил колесами" по лунной пыли в Море Дождей 301 сутки 6 часов 37 минут, прекратив исследования ближайшего к нам небесного тела в силу выработки ресурсов изотопного источника теплоты, – рассказывал ведущий конструктор «Лунохода-1» Ю. Дэльвин. – Представьте себе: на Луне аппарат был окружен космическим вакуумом, его «жалили» жесткие космические излучения, то есть радиация была такая же, как внутри атомного реактора, если не хуже. Да еще перепад температур: на освещенном Солнцем борту «трактора» плюс 150 по Цельсию, а на противоположном – минус 130! И при всем этом внутри герметичного корпуса для нормального функционирования научного оборудования за счет циркулирующего газа, подогреваемого все тем же изотопным источником, поддерживались «комнатная» температура, влажность и давление».

Масса первого лунохода составляла 756 килограммов, длина – 4,42 метра, ширина – 2,15 метра, высота – 1,92 метра. Корпус был сделан из магниевых сплавов. Невысокие, хрупкие с виду колеса несли на себе большой тяжелый контейнер с приборами. Но ведь на Луне все весит в шесть раз меньше, чем на Земле.

«Луноход-1» и последовавший за ним «Луноход-2» мало напоминали современные виды транспорта. Корпус, похожий на тележку, спицы в колесах… Зато каждое колесо вращалось собственным электродвигателем, каждое имело собственный тормоз. Так удалось добиться высокой маневренности аппаратов.

Электродвигатель использовали по той простой причине, что только для него на Луне есть «горючее». Его в неограниченных количествах поставляет Солнце. Солнечная батарея была укреплена на крышке приборного отсека. В систему энергопитания лунохода входили также химические буферные батареи.

Луноходы не только двигались вперед и назад, но и поворачивались, обходя глубокие кратеры и недоступные скалы. Как только угол наклона тележки превышал допустимый, аппараты автоматически останавливались.

«Глазами» луноходам служили телевизионные камеры. Все увиденное они передавали своему экипажу. И хотя командир, штурман и водитель лунохода находились на Земле, они отлично управляли им по радио. Конечно, это было нелегко. Ведь за время, которое радиосигнал шел к Луне и ответ автомата доходил до Земли, передвижная лаборатория успевала проехать несколько метров. Вести свою машину строго по намеченному маршруту экипажу помогали звезды, Солнце и Земля, хорошо различимые на вечно безоблачном лунном небе. Их экипаж видел тоже «глазами» лунохода.

Экспедиция лунохода не зря называлась научной. Более чем в 500 точках изучались физико-механические свойства грунта, а в 25 точках был сделан его химический анализ. Луноход измерял магнитное поле различных участков лунной поверхности. Он был оснащен и астрофизическими приборами.

Луноход детально обследовал 80000 квадратных метров лунной поверхности. ТВ-системы передали более 200 панорам и 20000 снимков поверхности. Пройденное расстояние – 10 километров 540 метров. Все вместе – это достижение даже по современным меркам.

На самоходной лаборатории был установлен специальный светоотражатель. По времени путешествия посланного с Земли лазерного луча до лунохода и обратно точно определяли расстояние, разделяющее нашу планету и ее естественный спутник.

Колесным транспортом пользовались на Луне и американские астронавты. Они уезжали на своих луноходах далеко от мест посадки лунных кабин. Машины не только сберегали силы первых лунопроходцев, но и существенно расширяли возможности научных исследований на поверхности Луны.

Луноходы стали первым инопланетным транспортом. Принципы их конструирования, большой опыт эксплуатации, несомненно, будут использованы впоследствии при изучении планет Солнечной системы.

Луноход был рассчитан на три месяца работы в экстремальных условиях открытого космоса. А функционировал раза в три дольше. Некоторые уфологи утверждают, что ему «помогли» представители внеземных цивилизаций, поддерживающих землян.

Говорили также, что в архивах лежат секретные панорамы Луны, зафиксировавшие некие искусственные строения, базы инопланетян и их средства передвижения – светящиеся плазменные шары разного диаметра…

«Про инопланетян – бред, – утверждает технический руководитель проекта Р. Мэнн. – Факт долговременной работы аппарата показывает тогдашний уровень надежности и технологического развития космической техники. Никаких секретных видеозаписей и фотоснимков с инопланетянами или с загадочными шарами-плазмоидами луноходы не делали. Их в природе не существует».

Однако мелкие секреты были. Откуда-то из кремлевских верхов поступил социальный заказ выписать по лунной пыли надпись «8 марта» и цифру «24», означающую верность решениям очередного, XXIV съезда КПСС.

Руководителю проекта «Луноход-1» Георгию Бабакину за эту работу присвоили звание Героя Социалистического Труда, и он стал членом-корреспондентом Академии наук. Весь коллектив участников проекта наградили орденами, все получили денежные премии.

После страшной аварии с ракетой-носителем Н-1 от проекта лунного поселения пришлось отказаться. В январе 1973 года в Море Ясности пять дней работал «Луноход-2», прошедший по Селене 37 километров. Два остова «лунных тракторов» да затейливые следы их траков – все, что осталось от грандиозной затеи лунной базы Советского Союза.

Лунодром под Евпаторией сохранился до сегодняшнего дня. Сделав свое дело, «Луноход-1» остался на Луне. Третий экземпляр занимает почетное место в музее НПО им. С.А. Лавочкина. Четвертый поначалу разместили в павильоне «Космос» на ВДНХ СССР, а затем, подменив макетом в натуральную величину, продали в один из космических музеев США.

 

Автоматические межпланетные станции «Вояджер»

В конце 1960-х годов американское Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) решило провести эксперимент «Большой тур», идея которого состояла в следующем.

Обычно космический аппарат может достичь одной планеты. Но иногда, раз в несколько десятилетий, планеты Солнечной системы как бы выстраиваются друг за другом, и траекторию полета удается провести сразу мимо нескольких. Подобная ситуация должна была сложиться в конце 1970-х – начале 1980-х годов, и американцы задались целью осмотреть за один полет все планеты, начиная с Марса. Для этого они решили использовать так называемый гравитационный маневр, когда космический аппарат догоняет планету и та «подтягивает» его, ускоряя и поворачивая. Но на «Большой тур» не хватило средств, пришлось ограничиться планетами-гигантами. Программа «Вояджер» за пять лет разработки и двенадцать лет оперативной работы потребовала девятьсот миллионов долларов.

В августе-сентябре 1977 году стартовали две автоматические межпланетные станции «Вояджер» массой 798 килограммов каждая. Устроены они одинаково.

Наиболее заметная часть «Вояджеров» – чашка остронаправленной антенны диаметром 3,66 метра, с помощью которой обеспечивается связь с Землей. На тыльной стороне антенны находится герметичный отсек для служебных приборов, имеющий форму десятигранной призмы. В нем размещены радиосистемы, аппаратура управления с бортовой электронно-вычислительной машиной, рулевые двигатели, преобразователи электропитания; на трех гранях отсека смонтированы радиаторы системы терморегулирования.

Электроэнергией станцию снабжают три радиоизотопных генератора, смонтированные на одной из трех штанг. Мощность генераторов в начале полета достигала 431 Вт.

Научные приборы находятся на двух других штангах. На одной из них установлено четыре магнитометра, на другой, на поворотной платформе, – две телекамеры с теле– и широкоугольным объективами, спектрометры ультрафиолетового и инфракрасного диапазонов, детекторы космического излучения, заряженных частиц и многое другое.

Станции когда-нибудь выйдут за пределы Солнечной системы и могут быть обнаружены внеземными цивилизациями. Поэтому на аппаратах установили контейнер с записью обращения Курта Вальдхайма, в то время Генерального секретаря ООН, приветствий на 60 языках, звуков и шумов Земли общей продолжительностью 110 минут и 115 изображений.

«Вояджер-1» стартовал 5 сентября 1977 года. С 10 декабря того же года по 8 сентября следующего он шел через пояс астероидов и 5 марта 1979 года сблизился с Юпитером, 12 ноября 1980 года – с Сатурном.

«Вояджер-2» был запущен раньше – 20 августа 1974 года, но по другой, более «медленной» траектории. Юпитера он достиг 9 июля 1979 года, а 26 августа 1981 года «Вояджер-2» вслед за своим предшественником пронесся на расстоянии 101 тысяча километров от Сатурна. Приборы станции позволили прояснить характер некоторых явлений, впервые обнаруженных «Вояджером-1» и «Пионером-11». Так, разрешение на снимках колец Сатурна удалось довести до 10 километров (вместо 70 километров при первой встрече), и выявились тончайшие структуры, из которых сотканы кольца. В день максимального сближения «Вояджер-2» сфотографировал Узловатое и Эксцентричное кольцо «Ф». Снимки с разрешением в считанные километры выявили 4 компонента, составляющие кольцо. Можно было различить пряди, переплетенные в разных местах, а в других – вытягивающиеся параллельно. Через определенные промежутки в несколько тысяч километров обнаружены сгущения и узлы.

«Вояджер-2» дал дополнительную информацию и о спутниках Сатурна. Станция прошла Титан, Рею и Тефию. В районе орбит Реи и Дионы он открыл плазменный тороид, раскаленный до самой высокой температуры, наблюдавшейся где-либо в Солнечной системе. Плазма оказалась в триста раз горячее, чем солнечная корона, и в два раза горячее, чем окружение Юпитера.

Успешно встретившись с Сатурном, станции выполнили «программу-минимум» проекта «Вояджер». Первый аппарат после пролета Сатурна «взвился» над плоскостью эклиптики, и ему больше не суждено было встретить на своем пути планет. Зато «Вояджер-2» полем тяготения Сатурна был отклонен на траекторию, позволяющую достичь Урана и Нептуна. «Активисты» программы готовы были преодолеть все финансовые и технические проблемы ради осуществления идеи проекта «Большой Тур». Официально «бросок» к Урану был одобрен НАСА в январе 1981 года.

В декабре 1985 года возникли трудности с навигацией, заставившие заново вычислить массу надвигавшегося на станцию Урана, чтобы расчетная траектория стала вновь совпадать с реальной.

30 декабря станция обнаружила неизвестный ранее спутник Урана, находящийся между орбитой Миранды и внешней границей колец. До момента максимального сближения с Уралом было открыто 10 новых спутников. Их диаметры составляли 40-80 километров, за исключением первого, 160-километрового спутника.

14 января 1986 года, когда «Вояджер» находился на расстоянии 12,9 миллионов километров от цели, в течение четырех часов была сделана серия снимков диска Урана, на которых впервые в истории исследований планеты были замечены детали атмосферы – серповидное облако блестело вблизи лимба планеты.

17 января камера с длиннофокусным объективом с расстояния 9,1 миллионов километров показала гигантскую планету, которая выглядела зелено-голубым шаром.

Пройдя Уран, станция благополучно «вырулила» на траекторию полета к Нептуну, и теперь мало кто сомневался в предстоящем успехе. Оценивая состояние станции, специалисты вносили коррективы в детали предстоящего рандеву. В первый числах декабря 1986 года НАСА объявило, что трасса «Вояджер» будет проложена дальше, чем предполагалось, от Нептуна и соответственно от его спутника Тритона. Опасность радиационных поясов, осколков неизвестных размеров, составляющих кольца, магнитных полей и другие подобные неприятности заставили отодвинуть предполагаемую точку пролета Нептуна на расстояние 29200 километров, а Тритона – на 40000 километров. С этой целью на 13 марта 1987 года была назначена коррекция траектории.

В течение 1987 года на «Вояджере» в очередной раз было заменено программное обеспечение бортовых компьютеров с расчетом на еще более пониженную освещенность и продленное время экспозиции при фотографировании. Специальные меры были приняты для повышения стабильности поворотной платформы с научными приборами. Решено было еще замедлить движение платформы для предотвращения смазывания изображений. Как и перед встречей с Ураном, опробование нового режима работы прошло на «Вояджере-1».

Диаметр главных антенн станции дальней космической связи НАСА был увеличен с 64 до 70 метров. В свою очередь, в единый комплекс со станциями слежения НАСА были объединены антенны Национального научного фонда США, австралийские и японские радиотелескопы.

С января 1989 год, находясь на расстоянии 310 миллионов километров от цели, «Вояджер-2» начал съемку Нептуна. В отличие от безликого диска Урана на снимках Нептуна с разрешением всего около шести тысяч километров уже были различимы облачные образования. 3 апреля 1989 года камеры станции выявили структуру в атмосфере Нептуна такой же формы и относительных размеров, как и Большое Красное Пятно Юпитера. Проведя повторный анализ снимков, ученые убедились, что признаки этого атмосферного явления присутствуют на фотографиях как минимум с 23 января 1989 года. Впоследствии оно получило наименование Большого Темного Пятна.

5 июня, одновременно с началом калибровки аппаратуры, «Вояджер» приступил к специальному сеансу съемки, в ходе которого изображение диска планеты передавалось через каждую пятую часть оборота вокруг ее оси. В середине июня на Землю были переданы фотографии, на которых был выявлен первый неизвестный спутник Нептуна, получивший временное наименование в 1989 году. В начале августа было объявлено уже об открытии четырех новых спутников. Все они были зафиксированы на фотографии, сделанной 30 июля. Новые спутники представляли собой темные бесформенные глыбы размером от 50 до 400 километров. Затем было открыто еще два спутника диаметром 50 и 90 километров. 6 августа начались исследования теплового баланса Нептуна и съемка диска планеты с высоким разрешением.

Следующие открытия были связаны с кольцами Нептуна. Снимки станции, полученные более чем за неделю до максимального сближения с планетой, первоначально подтвердили существование незамкнутых дуг вокруг Нептуна. Однако чем ближе станция оказывалась к цели, тем полнее вырисовывались на снимках нити дуг, в итоге превратившиеся в кольца разной плотности на разных участках. Всего было выявлено четыре кольца Нептуна.

Ночью 24 августа, огибая северный полюс Нептуна, «Вояджер-2» прошел на минимальном расстоянии от планеты – 4895 километров от верхней границы облачного слоя. Всего двумя часами ранее станция сделала лучшие фотографии атмосферы Нептуна.

Через 4 часа 15 минут после встречи с Нептуном «Вояджер-2» под действием поля тяготения планеты оказался на расстоянии 38600 километров от Тритона – наибольшего спутника Нептуна. Перед глазами землян возник неведомый мир хребтов и разломов, заполненных льдообразной вязкой лавой, котловин и озер жидкой грязи. Диаметр спутника оказался 2730 километров. 9 октября было объявлено об открытии на Тритоне действующего гейзера. На изображении, полученном 24 августа с расстояния 99920 километров, был выявлен выброс темного вещества, взметнувшегося на высоту восемь километров. Вещество, по предположению ученых, представляло собой азот с примесями органических молекул, придающих ему темную окраску.

Данные «Вояджера» позволили уточнить диаметр другого известного спутника Нептуна – Нереиды. Ее диаметр составил 340 километров.

В ходе встречи с Нептуном «Вояджер-2» работал почти на пределе своих возможностей. Всего было выполнено около 80 различных маневров, в том числе 9 плавных разворотов платформы с научными приборами. Продолжительность экспозиции при съемках достигала десяти минут, при этом всякий раз удавалось избежать смазывания изображения.

После пролета семейства Нептуна станция «нырнула» под плоскость эклиптики и под углом пятьдесят градусов стала удаляться из Солнечной системы в направлении звезды Росс 248, которой он, видимо, достигнет в 42000 году. Планетная часть миссии «Вояджеров» закончилась, и их системы получения изображений после заключительной серии фотографировании были выключены. Тем не менее ресурсы электросистем обеих «Вояджеров» позволят в течение довольно длительного времени передавать научную информацию о состоянии теперь уже межзведной среды.

За это время на Земле принято более ста тысяч изображений и другой информации обо всех планетах-гигантах и их окружении.

Научная информация, полученная «Вояджерами», была доступна не только ученым всего мира, но и всей международной общественности. Снимки планет, сделанные станциями, обошли обложки массовых журналов, познакомив человечество с самыми отдаленными уголками Солнечной системы.

 

Космический корабль многоразового использования «Шаттл»

Пока космические запуски были редкими, вопрос о стоимости ракет-носителей особого внимания к себе не привлекал. Но по мере освоения космоса он стал приобретать все большее значение. Стоимость ракеты-носителя в общей стоимости запуска космического аппарата бывает разная. Если носитель серийный, а космический аппарат, который он запускает, уникальный, стоимость носителя – около 10 процентов от общей стоимости запуска. Если космический аппарат серийный, а носитель уникальный – до 40 процентов и более. Высокая стоимость космической транспортировки объясняется тем, что ракета-носитель применяется один-единственный раз. Спутники и космические станции работают на орбите или в межпланетном пространстве, принося определенный научный или хозяйственный результат, а ступени ракеты, имеющие сложную конструкцию и дорогое оборудование, сгорают в плотных слоях атмосферы. Естественно, возник вопрос о снижении стоимости космических запусков за счет повторного запуска ракет-носителей.

Существует много проектов таких систем. Один из них – космический самолет. Это крылатая машина, которая, подобно воздушному лайнеру, взлетала бы с космодрома и, доставив полезный груз на орбиту (спутник или космический корабль), возвращалась бы на Землю. Но создать такой самолет пока невозможно, главным образом из-за необходимого соотношения масс полезного груза и полной массы машины. Экономически невыгодными или трудноосуществимыми оказывались и многие другие схемы летательных аппаратов многоразового использования.

Тем не менее в США все-таки взяли курс на создание космического корабля многоразового использования. Многие специалисты были против столь дорогостоящего проекта. Но его поддержал Пентагон.

Разработка системы «Спейс Шаттл» («космический челнок») началась в США в 1972 году. В ее основу была положена концепция космического летательного аппарата многоразового использования, предназначенного для вывода на околоземные орбиты искусственных спутников и других объектов. Космический летательный аппарат «Шаттл» представляет собой связку из пилотируемой орбитальной ступени, двух твердотопливных ракетных ускорителей и большого топливного бака, расположенного между этими ускорителями.

Стартует «Шаттл» вертикально с помощью двух твердотопливных ускорителей (диаметр каждого 3,7 метра), а также жидкостных ракетных двигателей орбитальной ступени, которые питаются топливом (жидкий водород и жидкий кислород) от большого топливного бака. Твердотопливные ускорители работают только на начальном участке траектории. Время их работы чуть больше двух минут. На высоте 70-90 километров ускорители отделяются, спускаются на парашютах на воду, в океан, и буксируются к берегу, с тем чтобы после восстановительного ремонта и зарядки топливом использовать их вновь. При выходе на орбиту топливный бак (диаметром 8,5 метра и длиной 47 метров) сбрасывается и сгорает в плотных слоях атмосферы.

Самый сложный элемент комплекса – орбитальная ступень. Она напоминает ракетный самолет с треугольным крылом. Помимо двигателей, в ней размещены кабина экипажа и грузовой отсек. Орбитальная ступень осуществляет сход с орбиты как обычный космический аппарат и производит посадку без тяги, только за счет подъемной силы стреловидного крыла малого удлинения. Крыло позволяет орбитальной ступени совершать некоторый маневр как по дальности, так и по курсу и в конечной счете производить посадку на специальную бетонную полосу. Посадочная скорость ступени при этом намного выше, чем у любого истребителя, – около 350 километров в час. Корпус орбитальной ступени должен выдерживать температуру 1600 градусов Цельсия. Теплозащитное покрытие состоит из 30922 силикатных плиток, приклеенных к фюзеляжу и плотно подогнанных друг к другу.

Космический летательный аппарат «Шаттл» – своего рода компромисс и в техническом, и в экономическом отношении. Максимальный полезный груз, доставляемый «Шаттлом» на орбиту, – от 14,5 до 29,5 тонны, а его стартовая масса – 2000 тонн, то есть полезная нагрузка составляет всего 0,8-1,5 процента от полной массы заправленного корабля. В то же время этот показатель для обычной ракеты при том же полезном грузе составляет 2-4 процента. Если же взять в качестве показателя отношение полезного груза к весу конструкции, без учета топлива, то преимущество в пользу обычной ракеты еще более возрастет. Такова плата за возможность хотя бы частично использовать повторно конструкции космического аппарата.

Один из создателей космических кораблей и станций, летчик-космонавт СССР, профессор К.П. Феоктистов, так оценивает экономическую эффективность «Шаттлов»: «Что и говорить, создать экономичную транспортную систему непросто. Некоторых специалистов в идее «Шаттла» смущает еще и следующее. Согласно экономическим расчетам он оправдывает себя примерно при 40 полетах в год на один образец. Получается, что в год только один "самолет", чтобы оправдать свою постройку, должен выводить на орбиту порядка тысячи тонн разных грузов. С другой стороны, имеет место тенденция к снижению веса космических аппаратов, увеличению продолжительности их активной жизни на орбите и вообще к снижению количества запускаемых аппаратов за счет решения каждым из них комплекса задач».

С точки зрения эффективности создание транспортного корабля многоразового использования такой большой грузоподъемности дело преждевременное. Снабжать орбитальные станции гораздо выгоднее с помощью автоматических транспортных кораблей типа «Прогресс» Сегодня стоимость одного килограмма груза, выводимого в космос «Шаттлом» составляет 25000 долларов, а «Протоном» – 5000 долларов.

Без прямой поддержки Пентагона проект вряд ли удалось бы довести до стадии полетных экспериментов. В самом начале проекта при штабе ВВС США был учрежден комитет по использованию корабля «Шаттл». Было принято решение о строительстве стартовой площадки для челночного корабля на базе ВВС Ванденберг в Калифорнии, с которой осуществляются запуски космических аппаратов военного назначения. Военные заказчики планировали использовать «Шаттл» для выполнения широкой программы размещения в космосе разведывательных спутников, систем радиолокационного обнаружения и наведения на цель боевых ракет, для пилотируемых разведывательных полетов, создания космических командных постов, орбитальных платформ с лазерным оружием, для «инспекции» на орбите чужих космических объектов и доставки их на Землю. Корабль «Шаттл» также рассматривался как одно из ключевых звеньев общей программы создания космического лазерного оружия.

Так, уже в первом полете экипаж корабля «Колумбия» выполнял задание военного характера, связанное с проверкой надежности прицельного устройства для лазерного оружия. Размещенный на орбите лазер должен точно наводиться на ракеты, удаленные от него на сотни и тысячи километров.

С начала 1980-х годов ВВС США готовили ряд несекретных экспериментов на полярной орбите с целью разработки перспективной аппаратуры для слежения за объектами, движущимися в воздушном и безвоздушном пространстве.

Катастрофа «Челленджера» 28 января 1986 года внесла коррективы в дальнейшее развитие космических программ США. «Челленджер» ушел в свой последний полет, парализовав всю американскую космическую программу. Пока «Шаттлы» стояли на приколе, сотрудничество НАСА с министерством обороны оказалось под вопросом. ВВС фактически распустили свою группу астронавтов. Переменился и состав военно-научной миссии, получившей наименование СТС-39 и перенесенной на мыс Канаверал.

Сроки следующего полета неоднократно отодвигались. Программа возобновилась только в 1990 году. С той поры «Шаттлы» регулярно совершали космические полеты. Они участвовали в ремонте телескопа «Хаббл», полетах на станцию «Мир», строительстве МКС.

Ко времени возобновления полетов «Шаттлов» в СССР уже был готов корабль многоразового использования, во многом превзошедший американский. 15 ноября 1988 года новая ракета-носитель «Энергия» вывела на околоземную орбиту многоразовый корабль «Буран». Он, совершив два витка вокруг Земли, ведомый чудо-автоматами, красиво приземлился на бетонную посадочную полосу Байконура, будто рейсовый лайнер «Аэрофлота».

Ракета-носитель «Энергия» – базовая ракета целой системы ракет-носителей, образуемых сочетанием разного количества унифицированных модульных ступеней и способных выводить в космос аппараты массой от 10 до сотен тонн! Ее основу, стержень, составляет вторая ступень. Ее высота – 60 метров, диаметр – около 8 метров. На ней установлено четыре жидкостных ракетных двигателя, работающих на водороде (горючее) и кислороде (окислитель). Тяга каждого такого двигателя у поверхности Земли – 1480 кН. Вокруг второй ступени у ее основания пристыкованы попарно четыре блока, образующие первую ступень ракеты-носителя. На каждом блоке установлен самый мощный в мире четырехкамерный двигатель РД-170 тягой в 7400 кН у Земли.

«Пакет» блоков первой и второй ступеней и образует мощную, тяжелую ракету-носитель, имеющую стартовую массу до 2400 тонн, несущую полезную нагрузку 100 тонн. Общая тяга ее двигателей в начале полета достигает 36000 кН.

«Буран» имеет большое внешнее сходство с американским «Шаттлом». Корабль построен по схеме самолета типа «бесхвостка» с треугольным крылом переменной стреловидности, имеет аэродинамические органы управления, работающие при посадке после возвращения в плотные слои атмосферы – руль направления и элевоны. Он был способен совершать управляемый спуск в атмосфере с боковым маневром до 2000 километров.

Длина «Бурана» – 36,4 метра, размах крыла – около 24 метра, высота корабля на шасси – более 16 метров. Стартовая масса корабля – более 100 тонн, из которых 14 тонн приходится на топливо. В носовой отсек вставлена герметичная цельносварная кабина для экипажа и большей части аппаратуры для обеспечения полета в составе ракетно-космического комплекса, автономного полета на орбите, спуска и посадки. Объем кабины – более 70 кубических метров.

При возвращении в плотные слои атмосферы наиболее теплонапряженные участки поверхности корабля раскаляются до 1600 градусов, тепло же, доходящее непосредственно до металлической конструкции корабля, не должно превышать 150 градусов. Поэтому «Буран» отличала мощная тепловая защита, обеспечивающая нормальные температурные условия для конструкции корабля при прохождении плотных слоев атмосферы во время посадки.

Теплозащитное покрытие из более 38 тысяч плиток изготовлено из специальных материалов: кварцевое волокно, высокотемпературные органические волокна, частично материал на основе углерода. Керамическая броня обладает способностью аккумулировать тепло, не пропуская его к корпусу корабля. Общая масса этой брони составила около 9 тонн.

Длина грузового отсека «Бурана» – около 18 метров. В его обширном грузовом отсеке мог разместиться полезный груз массой до 30 тонн. Туда можно было поместить крупногабаритные космические аппараты – большие спутники, блоки орбитальных станций. Посадочная масса корабля – 82 тонны.

«Буран» оснастили всеми необходимыми системами и оборудованием как для автоматического, так и для пилотируемого полета. Это и средства навигации и управления, и радиотехнические и телевизионные системы, и автоматические устройства регулирования теплового режима, и система жизнеобеспечения экипажа, и многое-многое другое.

Основная двигательная установка, две группы двигателей для маневрирования расположены в конце хвостового отсека и в передней части корпуса.

«Буран» явился ответом американской военной космической программе. Потому после потепления отношений с США судьба корабля была предрешена.

 

Орбитальная станция «Мир»

Еще в начале XX века К.Э. Циолковский, мечтая об устройстве «эфирных поселений», наметил пути создания орбитальных станций.

Что же это такое? Как видно из названия, это тяжелый искусственный спутник, длительное время совершающий полет по околоземной, окололунной или околопланетной орбите. От обычных спутников орбитальную станцию отличают, прежде всего, ее размеры, оснащенность и универсальность: на ней можно проводить большой комплекс разнообразных исследований.

Как правило, она не имеет даже своей двигательной установки, поскольку коррекцию ее орбиты производят с помощью двигателей транспортного корабля. Зато на ней гораздо больше научного оборудования, она просторнее и уютнее, чем корабль. Космонавты прилетают сюда надолго – на несколько недель или даже месяцев. На это время станция становится их космическим домом, и для того чтобы сохранять в течение всего полета хорошую работоспособность, они должны чувствовать себя в ней комфортно и спокойно. В отличие от пилотируемых кораблей орбитальные станции не возвращаются на Землю.

Первой в истории орбитальной космической станцией стал советский «Салют», выведенный на орбиту 19 апреля 1971 года. 30 июня того же года к станции пристыковался корабль «Союз-11» с космонавтами Добровольским, Волковым и Пацаевым. Первая (и единственная) вахта продолжалась 24 дня. Затем некоторое время «Салют» находился в автоматическом беспилотном режиме, пока 11 ноября станция не закончила свое существование, сгорев в плотных слоях атмосферы.

За первым «Салютом» последовал второй, затем третий и так далее. В течение десяти лет в космосе отработало целое семейство орбитальных станций. Десятки экипажей провели на них множество научных экспериментов. Все «Салюты» представляли собой космические многоцелевые исследовательские лаборатории для продолжительных исследований со сменным экипажем. В отсутствие космонавтов все системы станции управлялись с Земли. Для этого использовались малогабаритные ЭВМ, в память которых были заложены стандартные программы управления операциями полета.

Самым крупным стал «Салют-6». Общая длина станции составляла 20 метров, а объем – 100 кубических метров. Масса «Салюта» без транспортного корабля – 18,9 тонны. На станции помещалось много разнообразной аппаратуры, в том числе крупногабаритные телескоп «Орион» и гамма-телескоп «Анна-111».

Вслед за СССР свою орбитальную станцию запустили в космос США. 14 мая 1973 года на орбиту была выведена их станция «Скайлэб» («Небесная лаборатория»). Основой для нее послужила третья ступень ракеты «Сатурн-5», которая использовалась в прежних лунных экспедициях для разгона корабля «Аполлон» до второй космической скорости. Большой водородный бак был переоборудован в бытовые помещения и лабораторию, а меньший по размерам кислородный бак превращен в контейнер для сбора отходов.

«Скайлэб» включала в себя собственно блок станции, шлюзовую камеру, причальную конструкцию с двумя стыковочными узлами, две солнечные батареи и отдельный комплект астрономических приборов (в его состав входило восемь различных аппаратов и цифровая вычислительная машина). Общая длина станции достигала 25 метров, масса – 83 тонны, внутренний свободный объем – 360 кубических метров. Для ее выведения на орбиту использовалась мощная ракета-носитель «Сатурн-5», способная поднимать на околоземную орбиту до 130 тонн полезного груза. Собственных двигателей для коррекции орбиты «Скайлэб» не имела. Ее осуществляли с помощью двигателей космического корабля «Аполлон». Ориентация станции изменялась с помощью трех силовых гироскопов и микродвигателей, работавших на сжатом газе. За время функционирования «Скайлэб» на ней побывали три экипажа.

По сравнению с «Салютом» «Скайлэб» был значительно вместительнее. Длина шлюзовой камеры составляла 5,2 метра, а ее диаметр – 3,2 метра. Здесь в баллонах высокого давления хранились бортовые запасы газов (кислорода и азота). Блок станции имел длину 14,6 метров при диаметре 6,6 метров.

Российская орбитальная станция «Мир» была выведена на орбиту 20 февраля 1986 года. Разрабатывал и изготавливал базовый блок и модуль станции Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева, а техническое задание готовила ракетно-космическая корпорация «Энергия».

Общая масса станции «Мир» – 140 тонн. Длина станции – 33 метра. Станция состояла из нескольких относительно самостоятельных блоков – модулей. По модульному принципу построены также отдельные ее части и бортовые системы. За годы эксплуатации в состав комплекса дополнительно базовому блоку были введены пять крупных модулей и специальный стыковочный отсек.

Базовый блок по размерам и внешнему виду подобен российским орбитальным станциям серии «Салют». Его основу составляет герметичный рабочий отсек. Здесь расположены центральный пост управления и средства связи. Позаботились конструкторы и о комфортных условиях для экипажа: на станции были две индивидуальные каюты и общая кают-компания с рабочим столом, устройствами для подогрева воды и пищи, беговая дорожка и велоэргометр. На наружной поверхности рабочего отсека размещались две поворотные панели солнечных батарей и неподвижная третья, смонтированная космонавтами в ходе полета.

Перед рабочим отсеком – герметичный переходный отсек, который мог служить шлюзом для выхода в открытый космос. Там пять стыковочных портов для соединения с транспортными кораблями и научными модулями. За рабочим отсеком располагался негерметичный агрегатный отсек с герметичной переходной камерой со стыковочным узлом, к которому впоследствии был подсоединен модуль «Квант». Снаружи агрегатного отсека на поворотной штанге установили остронаправленную антенну, обеспечивающую связь через спутник-ретранслятор, который находился на геостационарной орбите. Подобная орбита означает, что спутник висит над одной точкой земной поверхности.

В апреле 1987 года к базовому блоку был пристыкован модуль «Квант». Он представляет собой единый герметический отсек с двумя люками, один из которых служил рабочим портом для приема транспортных кораблей «Прогресс-М». Вокруг него располагался комплекс астрофизических приборов, предназначенных преимущественно для исследования недоступных наблюдениям с Земли рентгеновских звезд. На наружной поверхности космонавтами были смонтированы два узла крепления поворотных многоразовых солнечных батареи. Элементы конструкции международной станции – две крупногабаритные фермы «Рапана» и «Софора». На «Мире» они проходили многолетние испытания на прочность и долговечность в условиях космоса. На конце «Софоры» размещалась выносная двигательная установка крена.

«Квант-2» был пристыкован в декабре 1989 года. Другое название блока – модуль дооснащения, поскольку в нем было расположено оборудование, необходимое для работы систем жизнеобеспечения станции и создания дополнительного комфорта для ее обитателей. В частности, шлюзовой отсек использовался как хранилище скафандров и в качестве ангара для автономного средства перемещения космонавта.

В модуле «Кристалл» (был пристыкован в 1990 году) размещалось преимущественно научное и технологическое оборудование для исследования технологии получения новых материалов в условиях невесомости. К нему через переходной узел присоединялся стыковочный отсек.

Аппаратура модуля «Спектр» (1995) позволяла вести постоянные наблюдения за состоянием атмосферы, океана и земной поверхности, а также проводить медико-биологические исследования и т д. «Спектр» был оснащен четырьмя поворотными солнечными батареями, дающими электроэнергию для питания научной аппаратуры.

Стыковочный отсек (1995) – это сравнительно небольшой модуль, созданный специально для американского космического корабля «Атлантис». Он был доставлен на «Мир» американским многоразовым пилотируемым транспортным космическим кораблем «Спейс Шаттл».

В блоке «Природа» (1996) располагались высокоточные приборы для наблюдения за земной поверхностью. В состав модуля входило также около тонны американского оборудования для изучения поведения человека во время длительного космического полета.

25 июня 1997 года во время эксперимента по стыковке со станцией «Мир» с помощью дистанционного управления беспилотный грузовой корабль «Прогресс М-34» своими семью тоннами повредил солнечную батарею модуля «Спектр» и пробил его корпус. Воздух из станции стал вытекать. При таких авариях предусмотрено досрочное возвращение экипажа станции на Землю. Однако мужество и грамотные согласованные действия космонавтов Василия Циблиева, Александра Лазуткина и астронавта Майкла Фоула спасли для работы станцию «Мир». Автор книги «Стрекоза» Брайан Берроу воспроизводит обстановку на станции во время этой аварии. Вот отрывок из этой книги, частично опубликованной в журнале «ГЕО» (июль 1999 года):

«…Фоул выбирается из отсека "Союза", чтобы направиться к базовому блоку и выяснить, в чем дело. Вдруг появляется Лазуткин и начинает возиться с люком "Союза". Фоул понимает, что начинается эвакуация. "Что я должен делать, Саша?" – спрашивает он. Лазуткин не обращает внимания на вопрос – или не слышит его; в оглушительном вое сирены трудно расслышать даже собственный голос. Обхватив, как борец на арене, толстую вентиляционную трубу, Лазуткин разрывает ее пополам. Он размыкает одно за другим соединения проводов, чтобы освободить «Союз» для старта. Не произнося ни слова, один за другим выдергивает штекеры. Фоул молча смотрит на все это. Через минуту все соединения разомкнуты – кроме трубы, которая отводит конденсированную воду из «Союза» в центральную цистерну. Лазуткин показывает Фоулу, как отвинчивается эта труба. Фоул пробирается в «Союз» и начинает изо всех сил торопливо орудовать ключом.

Только убедившись, что Фоул все делает правильно, Лазуткин возвращается в "Спектр". Фоул по-прежнему считает, что утечка произошла в базовом блоке или в "Кванте". Но Лазуткину гадать ни к чему – он наблюдал, как все случилось, через иллюминатор и потому знает, где искать пробоину. Он ныряет головой вперед в люк «Спектра» и сразу же слышит свистящий звук – это воздух вытекает в космическое пространство. Невольно Лазуткина пронзает мысль: неужели все, конец?…

Чтобы спасти "Мир", нужно как-то закрыть люк модуля "Спектр". Все люки устроены одинаково: сквозь каждый проходит толстая вентиляционная труба, а также кабель из восемнадцати белых и серых проводов. Чтобы разрезать их, нужен нож. Лазуткин возвращается в основной модуль, где, как он помнит, были большие ножницы, – к Циблиеву, который как раз выходит на сеанс связи с Землей. И тут Лазуткин с ужасом видит, что ножниц нет. Находится только небольшой нож для зачистки проводов ("которым впору не кабель резать, а сливочное масло", – вспомнит он впоследствии), Фоул, справившись наконец с трубой, выходит из «Союза» и видит, что Лазуткин работает с люком "Спектра". "Я был абсолютно уверен, что он перепутал люк, – рассказывал потом Фоул. – И решил, что пока не буду вмешиваться. Но все время думал: не следует ли остановить его?". Однако лихорадочность, с которой работал Лазуткин, подействовала на Фоула. Он схватил свободные концы отрезанного кабеля и стал связывать их резиновым жгутом, который нашел в базовом блоке. "Зачем мы отсоединяем „Спектр“? – прокричал он Лазуткину в самое ухо, чтобы тот услышал его сквозь вой сирены. – Чтобы перекрыть утечку, нужно начать с „Кванта“!" "Майкл! Я сам видел – пробоина в „Спектре“". Лишь теперь Фоул понимает, почему Лазуткин так торопится: он хочет изолировать разгерметизированный "Спектр", чтобы успеть спасти станцию. Всего за три минуты ему удается разъединить пятнадцать из восемнадцати проводов. У трех оставшихся нет никаких разъемов. Лазуткин пускает в ход нож и обрезает кабели датчиков. Остался последний. Лазуткин принимается изо всех сил кромсать ножом провод – в стороны летят искры, а его бьет током: кабель оказался под напряжением.

Фоул видит ужас на лице у Лазуткина. "Давай, Саша! Режь!" Лазуткин, кажется, не реагирует. "Режь быстрее!" Но электрический кабель Лазуткин резать не хочет…

…В каком-то темном углу Лазуткин нащупывает соединительную часть электрокабеля – и, ориентируясь по ней, добирается до модуля "Спектр". Там он, наконец, находит разъем. Одним яростным рывком Лазуткин отсоединяет кабель.

Вместе с Фоулом они бросаются к внутреннему клапану "Спектра". Лазуткин хватается за него и хочет закрыть. Клапан не поддается. Причина ясна обоим: искусственная атмосфера станции, будто струя воды, с огромным напором вытекает сквозь люк и дальше, через пробоину, в космическое пространство… Конечно, Лазуткин мог бы перейти в «Спектр» и задраить клапан оттуда – но тогда он там навсегда останется и погибнет от удушья. Лазуткин не хочет героической смерти. Снова и снова вместе с Фоулом они пытаются закрыть люк «Спектра» со стороны станции. Но упрямый люк никак не поддается, не сдвигается ни на сантиметр…

…Клапан по-прежнему не поддается. У него гладкая поверхность и ни одной рукоятки. Если закрывать его, схватившись за край, можно потерять пальцы. "Крышку! – кричит Лазуткин. – Нужна крышка!" Фоул сразу понимает, что, раз внутренний клапан модуля не поддается, придется закрывать люк со стороны базового блока. Все модули снабжены двумя круглыми, похожими на крышку от мусорного бака заслонками – тяжелой и легкой. Поначалу Лазуткин хватается за тяжелую крышку, но она крепится множеством бандажей, и он понимает: времени все их перерезать уже нет. Он бросается к легкой крышке, держащейся лишь на двух бандажах, и перерезает их. Вместе с Фоулом они начинают прилаживать крышку к отверстию люка. Ее нужно закрепить скобами. И тут им везет – как только удается закрыть отверстие, перепад давления помогает им: воздушная струя намертво прижимает крышку к люку. Они спасены…»

Так жизнь еще раз подтвердила надежность российской станции, возможность восстановить его функции при разгерметизации одного из модулей.

На станции «Мир» космонавты жили подолгу. Здесь они проводили научные эксперименты и наблюдения в реальных условиях космического пространства, испытывали технические устройства.

На станции «Мир» было установлено множество мировых рекордов. Самые продолжительные полеты совершили Юрий Романенко (1987—326 суток), Владимир Титов и Муса Манаров (1988—366 суток), Валерий Поляков (1995—437 суток). Самое большое суммарное время на станции у Валерия Полякова (2 полета – 678 суток), Сергея Авдеева (3 полета – 747 суток). Рекорды среди женщин – у Елены Кондаковой (1995—169 суток), Шеннон Люсид (1996—188 суток).

На «Мире» побывали 104 человека. 5 раз совершал полеты сюда Анатолий Соловьев, 4 раза – Александр Викторенко, 3 раза – Сергей Авдеев, Виктор Афанасьев, Александр Калери и астронавт США Чарлз Прекорт.

На «Мире» работали 62 иностранца из 11 стран и Европейского космического агентства. Больше других из США – 44 и из Франции – 5.

На «Мире» осуществлено 78 выходов в открытый космос. Больше других выходил за пределы станции Анатолий Соловьев – 16 раз. Общее время, проведенное им в открытом космосе, составило 78 часов!

На станции проведено множество научных экспериментов. «Разговоры о том, что в последние годы на «Мире» не занимались наукой – обман, – говорит генеральный конструктор космической корпорации «Энергия» им. Королёва Юрий Семенов. – Поставлены блестящие эксперименты. "Плазменный кристалл" под руководством академика Фортова тянет на Нобелевскую премию. А также «Пелена» – обеспечение второго контура жизнеобеспечения. «Рефлектор» – новое качество телекоммуникаций. Выведение модуля в точку либрации для предотвращения магнитных бурь. Новый принцип холодильной установки в невесомости…»

«Мир» – уникальная орбитальная станция. Многие из космонавтов просто влюбились в нее. Говорит летчик-космонавт Анатолий Соловьев: «Пять раз летал в космос – и все пять раз на "Мир". Прибыв на станцию, ловил себя на мысли, что мои руки сами совершают привычные действия. Это подсознательная память тела, «Мир» вжился в подкорку. Отговаривала ли меня жена от полетов? Никогда. Сейчас могу признаться, что повод для ревности был: «Мир» забыть невозможно, как первую женщину. Стану стариком, но станцию не забуду».

 

Телескоп «Хаббл»

Приоритет изготовления телескопа оспаривается до сих пор. Согласно ряду документов, один из первых инструментов был сделан в Нидерландах Захарием Янсеном в 1604 году по итальянской модели 1590 года. Другие протоколы опросов свидетелей сообщают, что первые зрительные трубы были изобретены около 1605—1610 годов в Миддельбурге изготовителем очков Иоанном Лапреем. В любом случае уже в 1608 году телескопы делали многие мастера. В частности, Якоб Метциус.

В 1610 году Галилей создал телескоп с увеличением 32 раза! Астрономические исследования ученого принесли ему большую славу. Под впечатлением успехов Галилея Иоганн Кеплер вновь вернулся в 1610 году к прикладной оптике. Он предложил принципиально новую оптическую схему зрительной трубы. До этого в ней использовалась лишь одна комбинация линз – последовательное соединение рассеивающей (вогнутой) в качестве объектива и собирающей (выпуклой) в качестве окуляра.

Труба же Кеплера имела две выпуклые линзы, что помимо большего поля зрения впервые позволило получить прямое изображение наблюдаемого объекта. Такой телескоп мог служить визирным приспособлением, то есть из инструмента чисто наблюдательного становился еще и измерительным. А это значительно расширило область его применения.

Однако первые телескопы давали изображения заметно искаженные различными дефектами (аберрациями). Ученые – которые тогда и были главными телескопостроителями – пытались устранить их, увеличивая фокусное расстояние объектива.

Так было до 1668 года, когда Исаак Ньютон впервые построил инструмент совершенно нового типа – телескоп-рефлектор (зеркальный), лишенный хроматической аберрации, свойственной линзовым устройствам (рефракторам). Объективом в нем служило вогнутое металлическое зеркало. От качества изготовления последнего и зависело совершенство изображения.

Через двадцать один год после Ньютона английский астроном и оптик Вильям Гершель отшлифовал зеркало диаметром 122 сантиметра. В то время это был величайший в мире рефлектор.

Поняв, что увеличение размеров телескопов – прямой путь к новым открытиям, астрономы ведущих обсерваторий мира вступили в настоящее соревнование. В 1917 году американец Д. Ричи построил новый рефлектор для обсерватории Маунт-Вилсон, он много лет оставался самым большим в мире. Его 258-сантиметровое зеркало весило пять тонн при общей массе инструмента сто тонн.

В 1931 году немецкий оптик Б. Шмидт, а затем его советский коллега Д.Д. Максутов (1941) разработали два варианта конструкции комбинированных, зеркально-линзовых телескопов. Оба инструмента получили мировое признание и стали носить имена своих создателей.

В обычный зеркальный телескоп Максутов ввел корректирующую линзу, исправлявшую искажения, вносимые сферическим зеркалом. Уже первые подобные системы позволили получить уникальные по качеству фотографии звездного неба и выпустить фундаментальное астрономическое издание – атлас туманностей.

В истории телескопостроения рефракторы долго «боролись» с рефлекторами, пока, наконец, не победили последние. Самый большой из них, с шестиметровым главным зеркалом из стеклокристаллического материала – ситалла, был установлен в Специальной астрофизической обсерватории Российской АН на горе Семиродники возле станции Зеленчукской, на Северном Кавказе. Обработка семидесятитонного зеркала продолжалась до лета 1974-го, а регулярные наблюдения начались в феврале 1976 года – в общей сложности после шестнадцати лет подготовительных работ. Грандиозное 42-метровое сооружение в сборе весит 950 тонн. Этот телескоп «видит» небесные объекты до 26-й звездной величины, находящиеся на границе наблюдаемой Вселенной.

Еще в 1940-е годы астрономы осознали, что электромагнитное излучение космических объектов отнюдь не ограничивается видимым спектром, но распределяется практически по всем диапазонам – от радиоволн до гамма-лучей и что наблюдение в новых областях спектра может принести ценнейшую информацию, ранее совершенно недоступную.

Первыми в ряду «неоптических» приборов стали радиотелескопы, благодаря которым еще в те же 1940-е годы были открыты радиогалактики, невидимые даже для лучших тогдашних оптических инструментов. Исследователи сразу же оценили и то, что в отличие от последних новые приборы не зависят от капризов погоды. Что касается конструкции, то среди радиотелескопов, как и у оптических, царствуют рефлекторы. Зеркалом здесь служит металлический сетчатый параболоид, в фокусе которого установлена антенна. Наведенный в ней сигнал поступает на обработку в приемник, а из него – на регистрирующие приборы.

Крупнейший инфракрасный телескоп был построен на Мауна-Кеа (Гавайи, США) на высоте 4200 метров над уровнем моря с зеркалом диаметром 374 сантиметра. Он настолько совершенен, что может использоваться также и для визуальных наблюдений. Снабженный компьютерной системой управления, он может автоматически наводиться на заданный объект и отслеживать его. Слева – главное зеркало, справа – узел системы.

А в 1985 году в обсерватории Мауна-Кеа началась работа над десятиметровым составным рефлектором Кека, включающим 36 автономно управляемых шестиугольных зеркал поперечником 183 сантиметра каждое. Для более точной фиксации зеркал и общей фокусировки изображения разработано специальное разгрузочное устройство, ослабляющее напряжения в элементах конструкции.

Однако и возможности улучшения характеристик оптических телескопов не были исчерпаны. Стали использоваться электронные фотоумножители, позволяющие увеличить эффективность наблюдений почти на два порядка. Так, оснащенный ими 508-сантиметровый рефлектор Хейла в обсерватории Маунт-Паломар (Калифорния, США), построенный в 1948 году, обладает разрешающей способностью «простого» телескопа с зеркалом 25,4 метра. Сейчас это самый эффективный земной оптический инструмент.

За новой информацией телескопы отправились на околоземные орбиты. Так, космическая станция «Мир» была укомплектована модулем «Квант» с двумя специальными телескопами – ультрафиолетовым и инфракрасным. А приборы автоматической орбитальной обсерватории «Астрон» могли наблюдать космические объекты одновременно в рентгеновских и ультрафиолетовых лучах.

24 апреля 1990 года с запуском космического телескопа «Хаббл» начался поистине золотой век астрономии.

К разработке проекта космического телескопа НАСА совместно с Европейским космическим агентством приступило в конце 1970-х годов. Планировалось, что это будет космическая обсерватория, которую станут посещать каждые два-три года корабли с Земли для технического обслуживания и устранения поломок.

Свое имя телескоп получил в честь одного из выдающихся астрономов XX века Эдвина Хаббла, подлинного классика науки. Он оставил грандиозное наследие – эволюционирующий мир галактик, управляемый законом его имени. Хаббл сделал столь выдающиеся открытия, что они дают бесспорное право назвать Хаббла величайшим астрономом со времен Коперника.

Эдвин Хаббл родился 20 ноября 1889 года. Его детство прошло в крепкой дружной семье, где росли восемь детей. Астрономией Эдвин заинтересовался рано, вероятно, под влиянием своего деда по матери, построившего себе небольшой телескоп. В 1906 году Эдвин окончил школу, после чего поступил в Чикагский университет. Там работал астроном Ф.Р. Мультон, автор известной теории происхождения Солнечной системы. Он оказал большое влияние на дальнейший выбор Хаббла.

После окончания университета Хабблу удалось получить стипендию Родса и на три года уехать в Англию для продолжения образования. Однако вместо естественных наук ему пришлось изучать в Кембридже юриспруденцию.

Летом 1913 года Эдвин возвратился на родину, но юристом он не стал. Хаббл стремился к науке и вернулся в Чикагский университет, где в Йеркской обсерватории под руководством профессора Фроста подготовил диссертацию на степень доктора философии.

Весной 1917 года, когда он заканчивал свою диссертацию, США вступили в Первую мировую войну. Молодой ученый отклонил приглашение и записался добровольцем в армию. Летом 1919 года Хаббл демобилизовался и поспешил в Пасадену, чтобы работать в новой обсерватории Маунт-Вильсон. Хаббл работал здесь до своей смерти с четырехлетним перерывом во время Второй мировой войны.

В обсерватории он начал изучать туманности, сосредоточившись сначала на объектах, видимых в полосе Млечного Пути. Первое, что сделал Хаббл – это классифицировал их. Классификация эта продолжает служить науке, и все последующие модификации ее существа не затронули.

Уже одно установление истинной природы туманностей определило место Хаббла в истории астрономии. Но на его долю выпало и еще более выдающееся достижение – открытие закона красного смещения.

После войны в обсерватории, куда вернулся астроном, возобновилась разработка двухсотдюймового (508-сантиметрового) телескопа. Хаббл возглавил комитет по созданию перспективных планов исследований на новом инструменте, был членом комитета по управлению объединившихся обсерваторий Маунт-Вильсон и Маунт-Паломар. Главную задачу обсерватории Хаббл видел в решении космологической проблемы. «Можно с уверенностью предсказать, – убежденно говорил он, – что 200-дюймовик ответит нам, следует ли красное смещение считать свидетельством в пользу быстро расширяющейся Вселенной или оно обязано некоему новому принципу природы».

Хаббл умер от инсульта 28 сентября 1953 года. На Земле нет памятников Хабблу. Никому не известно даже, где он похоронен, такова была воля его жены. Его именем назван кратер на Луне, астероид № 2069 и космический телескоп – крупнейший в мире.

Телескоп весом в 11 тонн, при длине 13,1 метров и диаметре рефлектора 240 сантиметров, стоит 1,2 миллиардов долларов – больше ста миллионов долларов за тонну. По расчетам специалистов, «Хаббл» проработает на орбите до 2005 года.

На телескопе установлено несколько научных приборов. Широкоугольная камера предназначена для фотографирования поверхностей планет и их спутников. Камера для слабосветящихся объектов усиливает в сто тысяч раз попадающий на нее свет. Спектрограф для этого слабого света анализирует излучение и может выявить химический состав и температуру того, что его испустило. Так называемый спектрограф Годдарда определяет, как движется объект, испустивший свет.

«Хаббл» вывел на орбиту высотой 613 километров один из «Шаттлов» в апреле 1990 года. Началась работа телескопа с неудачи. Через два месяца после запуска стало ясно, что основное зеркало телескопа диаметром в два с половиной метра отклоняется у своих краев от расчетного размера на несколько микронов – пятидесятую часть толщины человеческого волоса. Но этого оказалось достаточным, чтобы практически перечеркнуть труд тысяч людей – изображение было неясным и расплывчатым.

Чтобы исправить последствия аберрации, были созданы сложные корректирующие программы, и изображение стали подправлять уже на Земле при помощи компьютеров. Но даже в таком виде телескоп «Хаббл» позволял сделать открытия: обнаружить черные дыры в центрах галактик, новый шторм на Сатурне, расходящиеся кольца вокруг сверхновой звезды. Тем не менее было очевидно, что без ремонта не обойтись. Менять зеркало в космических условиях невозможно, поэтому было решено на каждый из приборов телескопа «надеть очки»: добавить небольшие устройства для коррекции. По два маленьких зеркальца исправляли недостаток большого.

Ранним утром 2 декабря 1993 года семеро астронавтов отправились на космическом корабле многоразового использования ремонтировать телескоп. Они вернулись через одиннадцать дней, сделав все, что было запланировано, и установив рекорд по выходам в космос – их было пять.

Еще через четыре дня в комнате обработки данных Института космического телескопа в Балтиморе, штат Мэриленд, собрались ученые, с нетерпением ждавшие первых картинок с исправленной обсерватории. Они появились на экране терминала в час ночи, и комната сразу наполнилась радостными воплями – теперь телескоп работал на все сто процентов. А его возможности таковы, что из любого города Америки он смог бы различить двух светлячков, порхающих на расстоянии вплоть до Токио, будь они не ближе трех метров друг от друга.

За годы своего полета за облаками космическая обсерватория совершила несколько десятков тысяч оборотов вокруг Земли, «накрутив» при этом миллиарды километров.

Телескоп «Хаббл» позволил наблюдать уже более восьми тысяч небесных объектов. Для сравнения – примерно столько же звезд видно с Земли невооруженным глазом. В его памяти хранятся «адреса» пятнадцати миллионов звезд, которые он может исследовать. Два с половиной триллиона байтов информации, набранной телескопом, хранится на 375 оптических дисках. Ученым около сорока стран он позволил опубликовать более тысячи научных работ.

Благодаря «Хабблу» были сделаны открытия, вошедшие в историю астрономии и даже в институтские учебники. Удалось выяснить, к примеру, что черные дыры действительно существуют и обычно расположены в центрах галактик. Или то, что первичная стадия зарождения планет одинакова для всех звезд, а темное пятно на Нептуне не стоит на месте: оно исчезает в одной полусфере и появляется в другой. Другой вывод – у спутника Юпитера, Европы, есть тонкая кислородная атмосфера. Еще открытие – пояс из сотен миллионов комет окружает Солнечную систему.

Телескоп помог найти новые спутники за внешним кольцом Сатурна, сделать первую карту поверхности астероида, пролетающего неподалеку от Земли, позволил обнаружить в межгалактическом пространстве гелий, оставшийся со времени Большого взрыва. «Хаббл» дал возможность заглянуть в самые удаленные уголки космоса, изменить наши воззрения на самые ранние стадии возникновения Вселенной.

«Хаббл» обнаружил новый класс гравитационных линз, которые будут использоваться в качестве «телескопов» для исследования Вселенной. С их помощью астрономы могут рассмотреть, как шел тогда процесс образования звезд в голубой галактике.

Телескоп помог ученым измерить скорость вращения газового диска эллиптической галактики М87 в созвездии Девы, удаленной от Земли на пятьдесят миллионов световых лет. Оказалось, что вращается он вокруг «чего-то» с массой в три миллиарда солнечных масс. «Если это не черная дыра, тогда я вообще не представляю, что это такое, – считает профессор Форд из Института космического телескопа. – Мы абсолютно не ожидали увидеть вращающуюся спиральную структуру в центре эллиптической галактики».

Черные дыры – очень массивные и невероятно плотные объекты. Последние десятилетия о них много говорили, спорили, их искали, но лишь телескоп «Хаббл» подтвердил их существование. Давно было известно, что из центра галактики М87 выходит мощное оптическое и радиоизлучение. Только теперь, после обнаружения вращающегося диска, стало понятно, что это черная дыра, всасывая вещество, создает эффект «торнадо» – крутящегося вихря размером в сотни световых лет. Эту струю хорошо видно на снимке.

Удалось также установить, что пылевой диск разогрет до десяти тысяч градусов и внешние края его крутятся со скоростью более пятисот километров в секунду. Гигантские черные дыры могут выбрасывать в струи частицы, разогнанные практически до скорости света.

Из изображений же планет, полученных телескопом, впору составить небольшую выставку. Так, телескоп первым сфотографировал поверхность Плутона с таким разрешением, что можно стало говорить о карте планеты. До недавнего времени девятая планета Солнечной системы была скрыта от пристального взора исследователей космического пространства. Это уникальное небесное тело: оно не вписывается ни в какие классификации. Вращается Плутон вокруг Солнца, но его не относят ни к газовым гигантам, ни к твердым планетам. Он ведет себя как комета, периодически теряя свою атмосферу, но кометой не является. Он может быть последним оставшимся из ледяных карликов, населявших Солнечную систему на заре ее образования. Лишь Тритон – спутник Нептуна – годится ему в родственники.

«Результаты просто фантастические, – считает американский астроном Марк Буэ из Техаса. – «Хаббл» сделал Плутон из неясного пятнышка миром со своими горами, впадинами и временами года. Подобное ощущение я испытывал, глядя на Марс в телескоп». Эксперты различают на снимках полярные шапки, яркие перемещающиеся пятна и загадочные линии. По их мнению, все это либо просто снег, либо грязный снег, поскольку сейчас Плутон находится в ближнем к Солнцу положении и там теплый сезон, снег тает.

С Земли Плутон еле-еле можно разглядеть, и ни о какой его поверхности речи никогда не шло. Теперь ученые делают вывод, что по разнообразию поверхностных особенностей Плутон занимает в Солнечной системе второе место после Земли. Плутон – единственная планета, к которой не был пока послан космический корабль, но после таких открытий телескопа «Хаббл» уже планируется туда запуск зонда.

Во время второго «техосмотра» в феврале 1997 года на телескопе заменили спектрограф высокого разрешения, спектрограф слабых объектов, устройство наводки на звезды, магнитофон для записи информации и электронику солнечных батарей.

Предела развитию телескопостроения в обозримом будущем не видно. Судя по всему, еще очень далеко то время, когда астрономам удастся «выкачивать» из доходящего до нас излучения звезд и галактик всю содержащуюся в нем информацию…

 

Космическая лаборатория «Марс патфайндер»

Еще древних астрологов и астрономов завораживала странная, казалось, зловеще красная планета, столь отличная от всех других планет Солнечной системы. Интерес многократно возрос, когда в 1877 году Д.В. Скиапарелли «обнаружил» на Марсе рукотворные «каналы».

Однако интерес ученых Марс вызвал совсем другой причиной. Они считают, что понимание закономерностей эволюции твердой оболочки и глубоких недр Марса, исследование состава и истории атмосферы и гидросферы – ключ к расшифровке законов развития и не только Земли, но и шаг к познанию истории всей Солнечной системы.

Первая автоматическая станция отправилась к Марсу осенью 1962 года. То был советский «Марс-1». Но достигнуть «красной» планеты ей не удалось. С 1965 по 1969 год американские станции «Маринер-4», «Маринер-6», «Маринер-7» передали более двухсот снимков «красной» планеты.

Дорога на поверхность Марса была проложена только в 1971 году. Зато это сделали сразу два аппарата. Сначала советская автоматическая станция «Марс-2» доставила на поверхность Марса капсулу, а спускаемый аппарат следующей советской станции – «Марс-3» – совершил первую мягкую посадку. Одновременно естественные спутники Марса – Фобос и Деймос обрели рукотворных собратьев: обе советские станции вместе с прибывшим к Марсу американским аппаратом «Маринер-9» стали его первыми искусственными спутниками. Они позволили людям впервые подробно рассмотреть Марс с близкого расстояния.

Следующие четыре советские автоматические станции, запущенные в 1973 году, уточнили полученные с орбит данные, а спускаемый аппарат одной из них – «Марса-6» – впервые прощупал атмосферу планеты изнутри. Так совместными усилиями двух стран – Советского Союза и США – был подготовлен очередной этап в исследовании Марса.

Вскоре на Марс опустились два американских аппарата «Викинг». Они передали на Землю цветные фотографии окружающей их местности и провели анализ марсианского грунта, определив его химический состав. Всего «Викинг-1» и «Викинг-2» отправили на Землю более пятидесяти тысяч снимков. Но главным в их программе были поиски жизни. Автоматические исследователи пытались найти на Марсе органические вещества. Тогда удалось проанализировать только пыль, покрывающую поверхность планеты, определить более или менее точно содержание в ней железа, магния, кальция, алюминия, калия, серы и хлора.

Несмотря на то что станции были удалены одна от другой на 6500 километров, результаты анализа совпали. Был сделан вывод, что эта пыль, покрывающая, вероятно, всю поверхность планеты, – продукт выветривания, разрушения и измельчения мафических (основных) пород Марса.

Чтобы добиться лучших результатов, надо было пробиться сквозь слой марсианской пыли и определить химический состав пород, скрытых под ней. Для этого ученые Института космических исследований РАН под руководством Р.З. Сагдеева, Института геохимии и аналитической химии РАН под руководством В.Л. Барсукова и многих других институтов и организаций создали пенетраторы (от английского слова «penetrate» – проникать). Это особые, не взрывающиеся снаряды, внутри которых располагаются приборы для химического анализа. В пенетраторы установили приборы для химического анализа марсианских пород.

Предполагалось доставить пенетраторы к цели автоматическими межпланетными станциями и сбрасывать с определенной высоты так, чтобы они проникли в глубину на несколько метров. Но, прежде чем сбрасывать пенетраторы на Марс, было решено применить их для исследования его спутника Фобоса. Однако в 1989 году советские «Фобос-1» и «Фобос-2» потерялись в космосе. В 1996 году российский «Марс-96» упал на Землю после запуска.

Между тем германским, российским и американским ученым и конструкторам во главе с Е. Ридером из немецкого Макс-Планк-Института химии к тому времени удалось создать настоящее чудо техники для химического анализа на расстоянии в десятки миллионов километров от Земли. Именно такие анализаторы стояли на погибшем корабле «Марс-96». В итоге анализатор установили на американскую межпланетную автоматическую станцию «Марс патфайндер», которая готовилась к запуску на Марс.

Этот полет открывал ранее недоступные возможности. Действительно, марсианские породы в экспедициях «Викинг» анализировались с помощью приборов, установленных на металлической штанге-руке. Можно было сделать анализ только в прямом смысле на расстоянии вытянутой руки. Пенетраторы хотя и могут проникнуть сквозь слой пыли в коренные породы, но способны сделать анализы только в отдельных ограниченных точках планеты.

В экспедиции же «Патфайндер» должен был участвовать американский марсоход «Соджорнер». На шестиколесной машинке длиной чуть больше 50 сантиметров и высотой 30 сантиметров установили солнечную батарею, лабораторию для определения химического состава марсианских пород и три телевизионные камеры. Марсоход должен был разъезжать по марсианской поверхности и по команде останавливаться для нужных измерений. А значит, появилась возможность исследовать состав пород на большой площади, в специально выбранных районах.

Надо отметить относительную дешевизну проекта – 266 миллионов долларов – по сравнению, например, со стоимостью готовящегося полета американского аппарата на Сатурн – 1,48 миллиардов долларов.

4 июля 1997 года американская космическая лаборатория «Марс патфайндер» совершила посадку на поверхность Марса. Почти за семь месяцев полета «Патфайндер» преодолел 78,6 миллионов километров космического пространства. 4 июля 1997 года станция вошла в атмосферу планеты на высоте 130 километров непосредственно с траектории полета со скоростью 7,4 километров в секунду. От перегрева (из-за сопротивления марсианского воздуха) станцию предохранял теплоизолирующий щит. В девяти километрах от поверхности планеты раскрылся парашют, а щит был сброшен. За 10,1 секунды до посадки, на высоте 335 метров, вокруг посадочного модуля были надуты воздушные мешки – амортизаторы системы мягкой посадки. На высоте 100 метров сработали пороховые двигатели, которые притормозили падение и отвели парашюты в сторону от посадочного модуля. Через 4 секунды модуль со скоростью около 21 метра в секунду упал на грунт, подпрыгнул вверх на 15 метров и, совершив 16 скачков, замер. Воздушная оболочка была спущена и притянута к аппарату. Лаборатория раскрыла солнечные панели, подняла на высоту человеческого роста съемочную камеру и выпустила миниатюрный марсоход.

«Местом посадки станции была выбрана равнина, – пишет в газете «Коммерсант» Илья Виноградов, – носящая имя греческого бога войны Ареса. Она наиболее благоприятна для работы солнечных панелей, обеспечивающих работу станции. «Патфайндер» сразу установил несколько рекордов. Станция стала первым космическим аппаратом, который сел на планету без предварительного выхода на орбиту; выпустил парашют на сверхзвуковой скорости; использовал для уменьшения последствий удара при посадке воздушные мешки, похожие на те, что применяются в автомобилях, но большие по размеру.

Праздничная атмосфера, царившая в НАСА после удачной посадки "Патфайндер", была быстро испорчена возникшими в работе станции неполадками. Запутавшаяся на спусковой платформе ткань воздушного мешка мешала начать движение доставленному на Марс дистанционно управляемому роботу "Соджорнер", оборудованному приборами для спектрального анализа образцов марсианского грунта. Специалистам из НАСА удалось очистить путь, но потом оказалось, что неполадки в работе главного модема робота привели к потере возможности дистанционного управления аппаратом. Однако и на этот раз НАСА оказалось на высоте, марсоход был выведен на поверхность планеты и начал передачу изображений на Землю».

С нетерпением ждали на Земле результатов первого пробного анализа марсианского воздуха. И вот пришло радостное известие. «Соджорнер» показал почти стопроцентную концентрацию углекислого газа, как это и есть на самом деле в атмосфере этой планеты. Можно было приступить к исследованиям химического состава пород Марса.

Для определения состава марсианских пород было решено использовать проникающее рентгеновское излучение. Оборудование для этого ее создатели – немецкие, российские и американские ученые назвали APXS (альфа-протон-рентгеновский спектрометр).

«Сердце APX-спектрометра, – пишет в «Соросовском образовательном журнале» Ю.А. Шуколюков, – было создано группой российских исследователей под руководством В. Радченко в Институте атомных реакторов в Димитровграде под Ульяновском. Оно сделано из трансуранового искусственного химического элемента кюрия, точнее, из одного изотопа этого элемента – кюрия-244. Общее количество кюрия-244 в нем таково, что источник ежесекундно испускает почти 2 миллиарда альфа-частиц, каждая с энергией около 6 миллионов электрон-вольт.

Пролетая сквозь исследуемое вещество, многие из альфа-частиц легко выбивают электроны из внутренних K– или L-оболочек атомов. На освободившиеся места перескакивают электроны с более высоких энергетических уровней с других электронных оболочек. Высвобождается энергия в форме гамма-квантов характеристического рентгеновского излучения. Для каждого химического элемента со своими электронными оболочками характерен собственный спектр излучения – набор квантов специфической энергии. Для регистрации этих квантов служит детектор – 256-канальный энергетический анализатор. Каждый канал в нем подсчитывает только «свои» кванты определенной энергии. Набор подсчитанного числа квантов с разной энергией – это рентгеновский спектр марсианской породы. Его непросто расшифровать, потому что он представляет собой результат наложения спектров разных элементов, присутствующих в образце.

Для расшифровки готовят стандарты разного, заранее известного химического состава и сравнивают их рентгеновские спектры со спектром анализируемой породы. По составу того стандарта, спектр которого ближе всего спектру исследуемого образца, судят о содержании элементов в образце. Расчеты делают на компьютерах по специальным программам».

Рентгеновский анализатор записывал спектры. Он мог это делать только при температуре ниже минус 30 градусов Цельсия. При более высокой температуре анализатор уже неспособен хорошо различать кванты разной энергии. Конечно, можно было охлаждать детектор миниатюрным бортовым холодильником. Но в итоге поступили по-другому. Для экономии драгоценной на Марсе электрической энергии решили воспользоваться тем, что сама планета ночью становится огромным холодильником с температурой до минус 80 градусов.

В марсоход поместили также детектор протонов и еще один прибор, в котором используется резерфордовское рассеяние альфа-частиц.

Информация, полученная от трех детекторов, потом направляется в трехканальный электронный блок, способный ее запомнить и подготовить к передаче на Землю. Для этого блока потребовался контейнер размером 7x8x6,5 сантиметров. В то же время сам же APX-спектрометр имеет такие размеры, что легко умещается в чайной чашке. Целая лаборатория весом всего в 570 граммов.

Итак, перемещаясь от одной точки к другой, «Соджорнер» при помощи APX-спектрометр снова и снова анализировал лежавшую под колесами красновато-бурую пыль далекой планеты. Измерения были сделаны в шести местах, удаленных одно от другого. Но всюду химический состав был почти одинаковым.

Но исследователей ждал сюрприз. 6 июля 1997 года «Соджорнер» уперся своим чувствительным электронным носом – прибором для определения химического состава, укрепленным на шарнирном устройстве, в довольно большой камень. К большому удивлению исследователей Марса, у этого камня, получившего название Barnacle Bill, химический состав оказался совершенно не таким, как ожидали исходя из всех предшествовавших исследований Марса.

Впервые в истории науки анализы марсианских коренных пород дали сенсационный результат – на Марсе есть не только мафические породы. Предполагают, что куски пород в районе посадки «Патфайндера» могли быть принесены туда потоками воды когда-то бежавших по планете рек, с возвышенности, находящейся южнее, возможно, представляющей собой древнюю марсианскую кору. О ее древности говорит обилие на ней метеоритных кратеров.

Новые данные, полученные в экспедиции «Патфайндера», опрокинули прежние представления о Марсе. Оказалось, что кора «красной» планеты химически подобна коре Земли. Возможно, на Марсе шли процессы, во многом сходные с геологическими проявлениями на Земле. Химические и петрологические особенности марсианских метеоритов вполне соответствуют таким представлениям.

 

Международная космическая станция

Идея создания международной космической станции возникла в начале 1990-х годов. Проект стал международным, когда к США присоединились Канада, Япония и Европейское космическое агентство. В декабре 1993 года США совместно с другими странами, участвующими в создании космической станции «Альфа», предложили России стать партнером данного проекта. Российское правительство приняло предложение, после чего некоторые эксперты стали называть проект «Ральфа», то есть «Русская Альфа», – вспоминает представитель НАСА по связям с общественностью Эллен Клайн.

По прикидкам экспертов, строительство «Альфа-Р» может быть завершено к 2002 году и обойдется примерно в 17,5 миллиардов долларов. «Это очень дешево, – отметил руководитель НАСА Даниэл Голдин. – Если бы мы работали одни, затраты были бы большими. А так, благодаря сотрудничеству с русскими, мы получаем не только политические, но и материальные выгоды…»

Именно финансы, точнее их недостаток, и заставили НАСА искать партнеров. Первоначальный проект – он назывался «Свобода» – был весьма грандиозен. Предполагалось, что на станции можно будет ремонтировать спутники и целые космические корабли, изучать функционирование человеческого организма при длительном пребывании в невесомости, вести астрономические исследования и даже наладить производство.

Привлекли американцев и уникальные методики, на которые были положены миллионы рублей и годы работы советских ученых и инженеров. Поработав в одной «упряжке» с россиянами, они получили и достаточно полные представления о российских методиках, технологиях и т д., касающихся долговременных орбитальных станций. Трудно оценить, сколько миллиардов долларов они стоят.

Американцы изготовляют для станции научную лабораторию, жилой модуль, стыковочные блоки «Ноуд-1» и «Ноуд-2». Российская сторона разрабатывает и поставляет функционально-грузовой блок, универсальный стыковочный модуль, транспортные корабли снабжения, служебный модуль и ракету-носитель «Протон».

Большую часть работ выполняет Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева. Центральной частью станции станет функционально-грузовой блок, по размерам и основным элементам конструкции аналогичный модулям «Квант-2» и «Кристалл» станции «Мир». Его диаметр – 4 метра, длина – 13 метров, масса – более 19 тонн. Блок будет служить домом для космонавтов в начальный период сборки станции, а также для обеспечения ее электроэнергией от солнечных панелей и хранения запасов топлива для двигательных установок. Служебный модуль создан на основе центральной части разрабатывавшейся в 1980-е годы станции «Мир-2». В нем космонавты будут жить постоянно и проводить эксперименты.

Участники Европейского космического агентства разрабатывают лабораторию «Колумбус» и автоматический транспортный корабль под ракету-носитель «Ариан-5» Канада поставляет мобильную систему обслуживания, Япония – экспериментальный модуль.

Для сборки международной космической станции потребуется ориентировочно выполнить 28 полетов на американских космических кораблях типа «Спейс шаттл», 17 запусков российских ракет-носителей и один запуск «Ариана-5». Доставить экипажи и оборудование к станции должны 29 российских кораблей «Союз ТМ» и «Прогресс».

Общий внутренний объем станции после сборки ее на орбите составит 1217 квадратных метров, масса – 377 тонн, из которых 140 тонн – российские компоненты, 37 тонн – американские. Расчетное время работы международной станции – 15 лет.

По причине финансовых неурядиц, преследовавших Российское аэрокосмическое агентство, сооружение МКС выбилось из графика на целых два года. Но наконец 20 июля 1998 году с космодрома Байконур ракета-носитель «Протон» вывела на орбиту функциональный блок «Заря» – первый элемент международной космической станции. А 26 июля 2000 года с МКС соединилась наша «Звезда».

Этот день войдет в историю ее создания как один из важнейших. В Центре пилотируемых космических полетов имени Джонсона в Хьюстоне и в российском ЦУПе в городе Королёв стрелки на часах показывают разное время, но овации в них грянули одновременно.

До того времени МКС представляла собой набор безжизненных строительных блоков, «Звезда» вдохнула в нее «душу»: на орбите появилась пригодная для жизни и длительной плодотворной работы научная лаборатория. Это принципиально новый этап грандиозного международного эксперимента, в котором участвуют 16 стран.

«Теперь открыты ворота для продолжения строительства Международной космической станции», – с удовлетворением заявил представитель НАСА Кайл Херринг. На данный момент МКС состоит из трех элементов – служебного модуля «Звезда» и функционального грузового блока «Заря», созданных Россией, а также стыковочного узла «Юнити», построенного США. С пристыковкой нового модуля станция не только заметно подросла, но и потяжелела, насколько это возможно в условиях невесомости, набрав в сумме около 60 тонн.

После этого на околоземной орбите оказался собран своего рода стержень, на который можно «нанизывать» все новые и новые элементы конструкции. «Звезда» – это краеугольный камень всего будущего космического сооружения, сопоставимого по размерам с городским кварталом. Ученые утверждают, что полностью смонтированная станция по яркости окажется в звездном небе третьим объектом – после Луны и Венеры. Ее можно будет наблюдать даже невооруженным взглядом.

Российский блок, обошедшийся в 340 миллионов долларов, представляет собой тот ключевой элемент, который обеспечивает переход количества в качество. «Звезда» – это «мозг» МКС. Российский модуль не только место проживания первых экипажей станции. «Звезда» несет в себе мощный центральный бортовой компьютер и аппаратуру для поддержания связи, систему жизнеобеспечения и двигательную установку, которая обеспечит ориентацию МКС и высоту орбиты. Впредь все прилетающие на «Шаттлах» экипажи во время работ на борту станции будут полагаться уже не на системы американского космического корабля, а на жизнеобеспечение самой МКС. И гарантирует это «Звезда».

«Стыковка российского модуля и станции происходила примерно на высоте 370 километров над поверхностью планеты, – пишет в журнале «Эхо планеты» Владимир Рогачев. – В этот момент космические аппараты мчались со скоростью около 27 тысяч километров в час. Проведенная операция заслужила наивысшие оценки экспертов, в очередной раз подтвердив надежность российской техники и высочайший профессионализм ее создателей. Как подчеркнул в беседе со мной по телефону находящийся в Хьюстоне представитель «Росавиакосмоса» Сергей Кулик, и американские, и российские специалисты прекрасно понимали, что являются свидетелями исторического события. Мой собеседник отметил также, что важный вклад в обеспечение стыковки внесли и специалисты Европейского космического агентства, создавшие центральный бортовой компьютер "Звезды".

Потом трубку взял Сергей Крикалев, которому в составе стартующего с Байконура в конце октября первого экипажа длительного пребывания предстоит обживать МКС. Сергей отметил, что все находившиеся в Хьюстоне ожидали момента касания космических аппаратов с огромным напряжением. Тем более что после того, как включился автоматический режим стыковки, сделать "со стороны" можно было очень немногое. Свершившееся событие, пояснил космонавт, открывает перспективу для разворачивания работ на МКС и продолжения программы пилотируемых полетов. В сущности, это продолжение программы «Союз» – "Аполлон", 25-летие завершения которой отмечается в эти дни. Русские уже летали на "Шаттле", американцы – на "Мире", теперь наступает новый этап».

Мария Ивацевич, представляющая Научно-производственный космический центр имени М.В. Хруничева, особо отметила, что выполненная без каких-либо сбоев и замечаний стыковка «стала серьезнейшим, узловым этапом программы».

Итог подвел командир первой запланированной долговременной экспедиции на МКС американец Уильям Шеппард. «Очевидно, что факел соревнования теперь перешел от России к США и остальным партнерам международного проекта, – сказал он. – Мы готовы принять эту нагрузку, понимая, что от нас зависит поддержание графика строительства станции».

В марте 2001 года МКС едва не пострадала от удара в нее космического мусора. Примечательно, что ее могла протаранить деталь с самой же станции, которая была утеряна во время выхода в открытый космос астронавтов Джеймса Восса и Сьюзен Хелмс. В результате маневра МКС удалось уклониться от столкновения.

Для МКС это была уже не первая угроза, исходившая от летающего в космическом пространстве мусора. В июне 1999 года, когда станция была еще необитаемой, возникла угроза ее столкновения с обломком верхней ступени космической ракеты. Тогда специалисты российского Центра управления полетами в городе Королёве успели дать команду на маневр. В результате обломок пролетел мимо на расстоянии 6,5 километров, что по космическим меркам мизер.

Теперь свое умение действовать в критической ситуации продемонстрировал американский Центр управления полетами в Хьюстоне. После получения информации из Центра слежения за космическим пространством о движении по орбите в непосредственной близости от МКС космического мусора хьюстонские специалисты сразу же дали команду на включение двигателей пристыкованного к МКС корабля «Дискавери». В результате орбита станции была поднята на четыре километра.

Если бы маневр произвести не удалось, то летевшая деталь могла в случае столкновения повредить прежде всего солнечные батареи станции. Корпус МКС такой осколок пробить не может: каждый из ее модулей надежно прикрыт противометеоритной защитой.

 

Космодромы

Ракета-носитель с очередным спутником Земли или космическим кораблем стартует с космодрома. Космодром – очень сложное, многоплановое сооружение, с большим количеством сложных технических устройств.

Стартовые площадки для запуска ракет должны непременно находиться в безлюдной местности, где опасность для населения при несчастном случае минимальна. Есть и научно обоснованные причины для выбора места вблизи экватора: скорость вращения Земли вокруг своей оси здесь наиболее высока. Ракета, стартовавшая возле экватора в направлении вращения Земли (на восток), начинает свой полет с дополнительной скоростью вращения Земли в этой точке. Это преимущество используется при расчете мощности ракет.

Обычно космодромы занимают довольно большую территорию. Место для строительства космодрома выбирается с учетом многих, часто противоречивых, условий. Космодром должен быть достаточно удален от крупных населенных пунктов – ведь отработанные ракетные ступени вскоре после старта падают на землю. Трассы ракет не должны препятствовать воздушным сообщениям, и в то же время нужно проложить их так, чтобы они проходили над всеми наземными пунктами радиосвязи. Учитывается при выборе места и климат. Сильные ветры, высокая влажность, резкие перепады температур могут значительно усложнить работу космодрома.

Каждая страна решает эти вопросы в соответствии со своими природными и другими условиями. Так, советский космодром Байконур расположен в полупустыне Казахстана, первый французский космодром был построен в Сахаре, американский – на полуострове Флорида, а итальянцы создали у берегов Кении плавучий космодром.

Первым космодромом стал знаменитый Капустин Яр в Астраханской области. Созданный в 1946—1947 годах, он первоначально был испытательным полигоном советской ракетно-космической техники. С него была запущена первая советская экспериментальная баллистическая ракета дальнего действия. В 1948—1956 годах в Капустином Яру испытывались многие советские геофизические и баллистические ракеты. Этими работами руководил С.П. Королёв. Опыт создания и эксплуатации полигона в Капустином Яру был использован при строительстве космодрома Плесецк и главной советской космической гавани – Байконура.

На космодроме Капустин Яр имеются стартовые комплексы для запуска вертикально стартующих геофизических и научно-исследовательских ракет и искусственных спутников Земли. Здесь развернуты технические позиции, измерительные пункты, оснащенные радиотехническими системами слежения за полетом ракет-носителей на активном участке траектории.

С 1964 года отсюда уходили в небо многие спутники серии «Космос». А в октябре 1969 года Капустин Яр стал международным космодромом – был запущен первый спутник «Интеркосмос». Отсюда же ушли для работы на околоземных орбитах индийские спутники «Ариабхата» и «Бхаскара», французский искусственный спутник Земли «Снег-3» и другие космические аппараты.

В монтажно-испытательных корпусах космодрома готовят к старту ракеты-носители и космические аппараты. Из монтажно-испытательных корпусов ракеты с установленными на них аппаратами перевозятся на одну из стартовых позиций. Медленно движется железнодорожный транспортер-установщик. Ракета лежит на подъемной стреле, шарнирно закрепленной на платформе транспортера. Поезд приближается к массивной железобетонной громаде – стартовой позиции космодрома. Здесь ракета с космическим аппаратом мощными гидравлическими подъемниками устанавливается в вертикальное положение на стартовой площадке, где она попадает в прочные «объятия» опорных ферм в ожидании пуска. На старте в Капустином Яру технология другая. Здесь на стартовый стол вначале устанавливали первую ступень, а затем на нее устанавливали вторую ступень с пристыкованным искусственным спутником.

В начале 1955 года было принято решение о строительстве космодрома Байконур. Его начали строить в Казахстане, к востоку от Аральского моря, в пустынном малолюдном краю. С огромным энтузиазмом, преодолевая колоссальные трудности, работали тысячи людей.

В пустыне в кратчайшие сроки появились железная и автомобильная дороги, первый стартовый комплекс, первый монтажно-испытательный корпус. Было смонтировано стартовое, заправочное, транспортно-установочное, вспомогательное оборудование.

Сейчас космодром раскинулся на многие десятки километров. Он включает в себя несколько больших стартовых комплексов и многочисленные технические позиции. С одних, более старых, с которых уходили в небо еще корабли «Восток», регулярно стартуют космические корабли типа «Союз» и грузовые «Прогрессы». Другие предназначались для мощных ракет-носителей «Протон» с космическими орбитальными станциями. Самые последние грандиозные стартовые комплексы – для могучей ракеты «Энергия». С Байконура стартовали и спутники серии «Космос», и межпланетные автоматические аппараты «Луна», «Венера», «Марс», и связные спутники «Молния», и спутники службы погоды, и многие другие.

Чтобы лучше представить себе устройство космодрома, рассмотрим наземный комплекс «Союза». Ракета-носитель и космический корабль доставляются на космодром в виде отдельных блоков. Их сборка проходит на технической позиции в монтажно-испытательном корпусе. Это здание длиной более ста и шириной пятьдесят метров, высотой с семиэтажный дом. Ракета собирается в горизонтальном положении, там же к ней пристыковываются космический корабль, обтекатель, система аварийного спасения. В корпусе одновременно можно производить сборку нескольких ракет-носителей и космических аппаратов.

В монтажно-испытательном корпусе много оборудования для их сборки, испытаний, транспортировки и хранения. На технической позиции находятся также заправочная станция космических аппаратов, зарядно-аккумуляторная станция, компрессорная станция и много других устройств и сооружений.

Именно в монтажно-испытательном корпусе ракета-носитель приобретает хорошо знакомый нам по экранам телевизоров и фотографиям вид. К центральному блоку ракеты – ее второй ступени – на сборочном стапеле присоединяются 4 боковых конусообразных блока, образующих первую ступень ракеты-носителя «Союз» А параллельно тщательно испытанный и проверенный с использованием барокамер и имитаторов космического пространства корабль заправляют компонентами топлива и сжатыми газами, стыкуют с третьей ступенью ракеты-носителя и закрывают обтекателем.

На транспортно-установочном агрегате соединяют в одно целое оба собранных блока: блок первой и второй ступеней и блок третьей ступени – с космическим аппаратом.

По железнодорожной ветке ракета-носитель с кораблем доставляется на стартовую позицию. Здесь она устанавливается на прочное железобетонное сооружение. Непосредственно под ракетой – большой проем, окно, переходящее в просторный газоход, по нему отводится мощный поток газов от двигателей ракеты после их включения. Ракета до старта, по существу, висит над этим просветом – она удерживается четырьмя опорными фермами. Когда они сведены, она опирается на силовое кольцо, образуемое сегментами на опорных фермах, масса ракеты давит вниз, держит силовое кольцо в замкнутом состоянии Когда двигатели, набрав тягу, начинают поднимать ракету, она перестает давить на кольцо, и фермы под влиянием своих противовесов раскрываются, подобно бутону цветка, пропуская ракету ввысь. Кроме опорных ферм, при подготовке к старту к ракете-носителю примыкают две фермы с несколькими полукольцевыми площадками-балконами на разной высоте. Фермы имеют грузовые и пассажирские лифты, с них ведутся подготовка, обслуживание и контроль различных систем перед пуском.

К ракете примыкают еще и кабель-мачты, через которые подведены различные коммуникации, необходимые для предстартовой подготовки. Конечно, есть еще очень много и других сооружений и устройств – стационарные системы заправки компонентами топлива для ракеты, снабжения сжатым газом, противопожарные системы, системы дистанционного управления, системы связи, наблюдения и т д. После установки доставленной из монтажно-испытательного корпуса ракеты-носителя вертикально на стартовой площадке проводятся предстартовые комплексные испытания ракеты-носителя и космического аппарата, производится заправка топливом. С помощью системы телеметрического контроля проверяются все параметры комплекса. По команде «Пуск» продуваются азотом коммуникации подачи топлива в двигатели ракеты, закрываются дренажные клапаны баков, запускаются турбонасосные агрегаты подачи топлива и включаются бортовые системы управления. Отводятся кабель-мачты. Горючее и окислитель поступают в камеры сгорания двигателей ракеты-носителя, и топливо воспламеняется пиротехническими устройствами. В проем и газоход устремляется водопад огня, и могучий грохот разносится по степи. Когда двигатели набирают нужную тягу, раздвигаются «объятия» опорных ферм и ракета-носитель, опираясь на огненный столб, устремляется в небо. А на острие ракеты, над морем огня, в тесной кабине космического корабля находятся космонавты… Зрелище старта никого не оставляет равнодушным.

В первые десятки секунд после старта полет контролируется средствами командно-измерительного комплекса космодрома. После выхода космического корабля на орбиту эти функции передаются Центру управления полетом.

Самый известный зарубежный космодром находится в США на мысе Канаверал во Флориде. Отсюда взял старт на Луну американский космический корабль «Аполлон-11». Космический центр, или космодром, носит имя президента – Джона Кеннеди, принявшего решение о полете американцев на Луну. На мысе Канаверал находится база военно-воздушных сил США, в мае 1949 года она стала испытательной площадкой для военных ракет. Это болотистая и пустынная местность невдалеке от моря. В 1962 году, когда программа исследования Луны оказалась на повестке дня, Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства заняло участок земли в 55600 гектаров на острове Меррит. Именно тут был заложен космодром Кеннеди. Осуществление программы «Аполлон» длилось одиннадцать лет, с октября 1961 года по октябрь 1972 года, и все ракеты стартовали с острова Меррит. За это время космонавты шесть раз успешно высаживались на Луне. А позже внимание всего мира к этому месту привлекла разработка программы «Шаттл».

Космодром Кеннеди открыт для туристов. Правда, большая часть экскурсий проводится из автобуса, но все равно удивительно, что сюда вообще можно попасть. Особый интерес представляет музей, где можно увидеть ракеты, которые облетели тысячи километров вокруг Земли и вернулись на нее вновь. История космических исследований замечательно представлена здесь в документах и иллюстрациях, к тому же посетители могут посмотреть на сами стартовые площадки. Среди них и та, что была сооружена специально для космических кораблей «Шаттл». Интересно также здание сборочного комплекса, где шла подготовка к полетам «Аполлона». Комплекс функционирует и до сих пор, его здание занимает площадь почти в три гектара при высоте 160 метров.

Когда корабли отправляются в космос, космодром, конечно, закрывается. Но атмосферу, напряжение всех сил перед стартом передают документальные кадры. На них запечатлены и тренировки космонавтов, и старт ракеты, причем проекция дается на огромном экране, чтобы у зрителей создалось адекватное впечатление об этих минутах.

 

Морской старт

Главная причина, приведшая к созданию плавучего плацдарма – это безусловная выгода при выводе космических объектов на так называемую геостационарную орбиту. На ней, расположенной в плоскости экватора на расстоянии около 36000 километров от поверхности Земли, размещают обычно спутники связи.

Запуск с экватора позволяет не только обойтись без сверхэнергоемких маневров для поворота плоскости орбиты спутника, но и использовать при пуске ракеты-носителя дополнительный прирост скорости за счет вращения Земли. Таким образом, при той же мощности можно вывести гораздо больший полезный груз.

Но нет ни одной страны, расположенной на экваторе, где можно было бы обеспечить столь необходимую для космических запусков стабильность – сейсмическую, климатическую и политическую. Отсюда возникла идея создания плавающего, то есть передвижного, космодрома.

Интересно, что проект морского старта дважды обсуждался еще в СССР. Что неудивительно – Байконур слишком далеко от экватора, в результате чего тот же «Протон» выводит на геостационарную орбиту только 1800 килограммов, тогда как на траекторию к Марсу – около пяти тонн! Однако в итоге проект отвергли как фантастический.

Снова РКК «Энергия» заинтересовалась им, когда ученые начали обдумывать способ выброса в дальний космос радиоактивных отходов. Для этого стала прорабатываться концепция переделки супертанкера в стартовую площадку. В итоге концепция превратилась в одно из самых дерзких инженерных свершений конца XX столетия.

Для осуществления замысла «Морского старта» был создан международный консорциум в составе США, России, Норвегии и Украины. Координация работ была возложена на американскую аэрокосмическую компанию «Боинг». Она же оборудовала всем необходимым порт основного базирования плавучего космодрома в Лонг-Биче. Кроме того, она произвела обтекатели для запускаемых аппаратов. Также «Боинг» обеспечил их сопряжение в единую космическую головную часть, которая, в свою очередь, затем была состыкована с ракетой-носителем.

Главный представитель России в проекте «Морской старт» – ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С.П. Королёва. На нее возложили задачу производства верхней (в данном случае – третьей) ступени носителя, непосредственно выводящую спутник на требуемую орбиту. Этот разгонный блок хорошо себя зарекомендовал в качестве четвертой ступени ракеты «Протон» для запуска межпланетных станций и тех же спутников связи. Для «Морского старта» его, конечно, пришлось доработать. Впрочем, доработке подверглись и прочие составляющие этого международного комплекса.

Корпорация «Энергия» также разработала автоматизированные системы управления подготовкой, пуском и полетом ракеты и измерительный комплекс. Корпорация же координирует создание и монтаж ракетного оборудования в целом.

Кроме «Энергии» в проекте «Морской старт» участвуют КБ транспортного машиностроения, НПО автоматики и приборостроения, НПО «Криогенмаш», КБ транспортно-химического машиностроения, завод «Атоммаш», завод «Арсенал» и другие.

Всем, что связано непосредственно с морской частью проекта, занимается крупнейшая в мире норвежская морская корпорация «Квернер». На принадлежащей ей в шотландском городе Глазго верфи «Квернер-Говен» построено СКС – сборочно-командное судно «Си Лонч Коммандер». Его длина – 203 метра, ширина – 33 метра, водоизмещение – около 30000 тонн. На СКС расположен цех-ангар для сборки ракеты, комплекс автоматизированных систем управления подготовкой и пуском, командный пункт управления полетом и другими системами.

От Украины участие в проекте приняли известное конструкторское бюро «Южное» и днепропетровский завод «Южмаш». Там еще в начале 1980-х годов была создана ступенчатая ракета-носитель «Зенит». Главные ее достоинства помимо хороших энергетических характеристик – это высокая экологичность. А экологии уделяется большое внимание в этом проекте. В случае загрязнения океана само осуществление его ставилось под сомнение. В «Зените» используют экологически безвредные компоненты топлива: керосин и жидкий кислород.

Платформу – плавучую стартовую площадку – из Глазго по морю транспортировали в Выборг. Здесь на местном судостроительном заводе смонтировали стартовое оборудование. Для этого использовали гигантский катамаран «Одиссей», построенный несколько лет назад для разработки нефтяных месторождений в море. Водоизмещение этой платформы на ходу – 27,5 тысяч тонн, а в полузатопленном состоянии (перед стартом) – 46 тысяч тонн.

«На сборочно-командном судне нам надо было смонтировать и испытать свыше 1000 тонн механического, заправочного, электротехнического и другого оборудования, необходимого для сборки ракет "Зенит", их автоматизированной подготовки к старту и управления полетом, – вспоминает заместитель генерального конструктора РКК «Энергия» и руководитель ее научно-технического центра Валерий Алиев. – На саму же платформу предстояло смонтировать три тысячи тонн сложного стартового оборудования. Порой приходилось работать по 14-15 часов в сутки, корабелы сумели очень многое сделать уже у достроечной стенки. Пришлось кое-что даже доделывать в пути.

На верхней палубе платформы расположен ангар для размещения ракеты, ниже находится оборудование для заправки керосином и жидким кислородом. При старте ракеты огненная струя из сопел двигателей попадает прямо в воду, для чего стартовый стол вывешен за кормой.

После того как сборочно-командное судно и стартовая платформа были полностью оснащены и прошли предварительные испытания на Балтике, их отправили своим ходом в Тихий океан – к западному побережью США. Руководство консорциума отказалось от первоначального плана вести ее вокруг мыса Горн или мыса Доброй Надежды. «Одиссей» отправился через Гибралтар, Суэцкий канал, Сингапур. На борт СКС в Петербурге погрузили два комплекта ракет «Зенит» и два разгонных блока РКК "Энергия", необходимых для вывода спутников на геостационарную орбиту.

Лоцманы были непреклонны: только полное безветрие и штиль. В любую другую погоду они не гарантировали, что гигантский стальной остров, а его высота – 58, длина – 133, ширина – 67 метров, впишется в узкие габариты канала, проходящего по шхерам Выборгского залива.

В итоге платформа благополучно прибыла в калифорнийский город Лонг-Бич, где неподалеку расположены фирмы-производители спутников. Здесь разместилась основная база "Морского старта". Там плавсредства должны заправляться топливом, туда же станут прибывать в разобранном виде ракеты-носители. В дальнейшем их собирают на борту командного судна, а затем перегружают в ангар платформы. В нем, при постоянном контроле условий хранения, ракета находиться в рейсе до места старта.

Для пусков выбрали место примерно на 152-м градусе западной долготы, к югу от Гавайских островов. Согласно статистическим данным, за полтора века этот участок Тихого океана считается специалистами наиболее спокойным.

По прибытии к месту старта платформу при помощи балласта заглубили на 21 метр, чтобы придать дополнительную устойчивость. Теперь на нее не действуют никакие мыслимые волны. Точность положения комплекса поддерживается системой динамического позиционирования. После стабилизации платформы из ее ангара вывозится и устанавливается вертикально ракета-носитель с укрепленным на ней спутником. Выполняет эту операцию автоматизированный транспортер-подъемник, управление которым, как и всеми последующими действиями, ведется с командного судна. Туда же заранее переходит и экипаж платформы, дополнив собою его собственную команду из 230 человек».

«Эта гигантская платформа на больших понтонах на волны совершенно не реагирует, – рассказал руководитель ракетно-космической корпорации «Энергия» имени С.П. Королёва Юрий Семенов. – Кроме того, возможность дистанционной подготовки к пуску повышает его безопасность. А старт из пустынной части океана позволяет не беспокоиться, что кому-нибудь на дом упадут отработавшие свое первые ступени ракеты-носителя… Получилось так, что один из самых сложных космических проектов конца XX века – чисто коммерческий, он не использует государственных средств. Финансирование осуществляется из средств самих партнеров, а также за счет кредитов банков.

Экваториальное расположение "Морского старта" позволяет «Зениту» выводить спутники значительно более тяжелые, нежели при старте с Байконура, что существенно удешевляет запуски. Поэтому "Си Лонч" продекларировала цены за запуск на 30-40 миллионов долларов ниже по сравнению с использованием европейской ракеты "Ариан-4", что сразу привлекло внимание заказчиков. Довольно быстро у фирмы "Боинг", которая в "Морском старте" занимается маркетингом, сформировался портфель заказов на тридцать запусков. Это ускорит окупаемость проекта.

Россия уже получила реальную выгоду. Ведь четыре года около тридцати тысяч человек работали для "Морского старта", причем зарплату получали сотрудники предприятий самых бедствующих наших отраслей. Рабочие места даст и продолжение поставок ракет. РКК «Энергия» подготовила четыреста человек для обслуживания "Морского старта" – двойной экипаж с запасом.

В марте 1999 года состоялся первый испытательный пуск ракетно-космической системы "Морской старт". Запуском демонстрационного макета была доказана практическая возможность вывода коммерческих спутников с экватора».

У президента РКК «Энергия» Юрия Семенова есть мечта – создать сугубо российский «Морской старт». Все наши судостроительные верфи наперебой предлагают свои услуги и готовы заменить норвежцев. И технически такой проект вполне выполним в России. Вот только бы деньги нашлись…

 

Электромагнитный двигатель

На состоявшейся 16 января 2001 года пресс-конференции в Доме журналиста группа российских конструкторов заявила, что у них есть чертежи и готовые модели уникального электромагнитного двигателя, которому не нужно топливо, поскольку движущую силу он черпает из взаимодействия с магнитным полем Земли. Если станцию «Мир» переведут не на низкую, как задумано, а на более высокую орбиту, то за появляющийся в результате этого маневра полугодовой запас времени конструкторы смогут «за сотню миллионов рублей сделать столько двигателей, сколько нужно для вечного удержания станции на орбите».

Околоземные аппараты, которые летают на самом деле не в открытом космосе, а в верхних слоях атмосферы, из-за сопротивления разреженного воздуха теряют свою скорость и падают на Землю. Чтобы поддерживать их орбиту, нужно постоянно доставлять туда топливо. Для станции «Мир» это означает запуск раз в два месяца транспортного корабля. Проводить такое количество запусков страна давно уже не в состоянии. С другой стороны, Россия связана государственными обязательствами по совместному с США строительству Международной космической станции.

Благодаря электромагнитному двигателю появилась реальная техническая возможность не топить орбитальную космическую станцию «Мир». Реальная скорость деградации материалов «Мира» оказалась значительно меньше расчетной. Специалисты из РКК «Энергия» смело могли продлить ресурс станции еще на 3-4 года. Можно было заменить и электронику. Однако все эти доводы упирались в главное – в стране нет денег на регулярные «грузовики» с топливом.

Однако еще летом 2000 года в РКК «Энергия» был подан проект электромагнитного двигателя от конструктора Алексея Ланюка. Согласно его расчетам, движок способен создать силу тяги, которая компенсировала бы торможение станции из-за сопротивления атмосферы. Вскоре на рассмотрение пришел аналогичный проект от конструктора из НИИ электромеханики Рудольфа Бихмана и тоже затерялся где-то в столах чиновников от космонавтики.

Ланюк и Бихман предлагали двигатель, который создает тягу за счет преобразования электротока, получаемого с солнечных батарей космического корабля, в направленное магнитное поле. Такого двигателя еще не было ни в космосе, ни на земле, ни у нас, ни у американцев.

Для ведущего научного сотрудника НИИ электромеханики Рудольфа Бихмана управление космическими аппаратами является его основной специальностью. Ведь НИИ электромеханики – участник программы создания метеорологических спутников серии «Метеор».

Как пишет в газете «Коммерсант» Иван Шварц: «Схема работы двигателя станет понятна каждому, кто способен вспомнить школьный курс физики. Вокруг Земли существует постоянное магнитное поле. В полном соответствии с теорией на изолированный разомкнутый проводник с током в магнитном поле действует сила (сила Ампера, направление которой определяется правилом левой руки). Но изолированных разомкнутых проводников в природе не существует. Существуют только замкнутые проводники (контуры), на половинки которых действуют взаимно уравновешивающие силы. Поэтому считается, что замкнутый проводник в магнитном поле не может создать линейной силы (тяги). Однако ситуация может измениться, если внести в эту схему некоторые важные изменения. Во всяком случае, так считает изобретатель Бихман.

Основная идея изобретения состоит в следующем: чтобы создать нужную тягу, необходимо изолировать одну половинку замкнутого проводника (контура) от магнитного поля. В этом случае на одну часть проводника (неизолированную от магнитного поля Земли) будет действовать сила Ампера, а в изолированной от магнитного поля половине никакой силы не возникнет. Таким образом, одна из двух сил останется неуравновешенной – она-то и создаст тягу. Для создания тяги на спутнике достаточно разместить замкнутый проводник, одна половинка которого будет изолирована от магнитного поля Земли. Пропуская через проводник электрический ток, можно создать такую же силу (тягу), какую создают обычные ракетные двигатели. Только если время работы обычного ракетного двигателя ограничено запасом топлива, то новый электрический двигатель может работать сколь угодно долго, была бы только электроэнергия и внешнее магнитное поле. Запас электроэнергии можно всегда пополнить от солнечных батарей, ну а уж бесплатного магнитного поля Земли на наш век хватит.

Тяга у такого двигателя небольшая, но в космосе большего и не требуется. Для изменения орбиты спутника достаточно очень маленькой тяги, лишь бы двигатель мог ее создавать в течение длительного времени – порядка часов и суток».

Еще в 1999 году Рудольфу Бихману удалось официально зарегистрировать свое изобретение. Революционная идея нового космического двигателя не вызвала большого энтузиазма у коллег. Напротив, вызвала большие сомнения, поскольку в учебниках написано, что замкнутый контур в магнитном поле силу создать не может. А раз так, то о каком двигателе можно говорить. Кроме того, смущает простота: моток проволоки, половина которого упрятана в непрозрачную для магнитного поля трубку. Почему, если все так просто, его не изобрели гораздо раньше, говорят скептики.

Недоверие коллег, однако, совсем не смущает Бихмана. «Когда я первым сделал систему ориентации для спутников «Метеор» с использованием замкнутых контуров с током, – говорит он, – то все специалисты тоже говорили – ничего не выйдет. А сейчас это серийные двигатели, и они летают в космосе уже тридцать лет».

Для убеждения неверующих Рудольф Бихман соорудил демонстрационную установку. Эксперимент доказал его правоту. «Действующую модель двигателя экспериментаторы подвесили на проволоке как маятник и замеряли амплитуду колебаний, – пишет Шварц. – Если амплитуда увеличивается, значит, двигатель создал тягу вдоль вектора скорости. Если же амплитуда колебаний уменьшается, значит, двигатель создает тягу против скорости. Эксперимент показал наличие тяги, которая к тому же изменялась при изменении направления тока. О чем и был составлен протокол.

В этом опыте двигатель с потребляемой мощностью 90 ватт и массой 10 килограммов создавал силу около 5 граммов. Для сравнения: существующие отечественные электроракетные двигатели с тягой 15 граммов имеют массу 40 килограммов, потребляют мощность 450 ватт и, главное, расходуют невосполнимый запас рабочего тела в темпе 70 миллиграммов в секунду. Время непрерывной работы такого традиционного двигателя – всего несколько месяцев».

Коллеги Бихмана, присутствовавшие при опыте, старший научный сотрудник Алла Куриленко и ведущий научный сотрудник Павел Олейник подтвердили, что «принимали участие в испытаниях макетного образца двигателя, и с удивлением констатировали наличие развиваемой двигателем линейной силы за счет взаимодействия с магнитным полем Земли».

Тем не менее осторожное отношение начальства к изобретению Рудольфа Бихмана не изменилось. Его можно понять – не каждый день делаются «изобретения века», да еще совершенно индивидуально и в инициативном порядке. Скорее всего так и будет, пока работоспособность двигателя не подтвердится многократно и он не пройдет испытания уже в реальном полете.

«Мир» все же утопили. Но, в конце концов, предложенный двигатель может оказаться суперполезным для других космических аппаратов.