На орбите — «Небесная лаборатория»

14 мая 1973 года на орбите искусственного спутника Земли начала работу первая американская орбитальная научная станция «Скайлэб» («Небесная лаборатория»). В соответствии с разработанной НАСА программой эксперимента станция предназначена для расширения опыта эксплуатации обитаемых орбитальных объектов и проведения научных, технических и медицинских исследований. Решаемые программой «Скайлэб» задачи аналогичны или близки задачам, которые решались на первой в мире советской орбитальной научной станции «Салют» (апрель — октябрь 1971 года). Сюда в первую очередь относятся медико-биологические исследования: изучение процесса адаптации человека к условиям длительного космического полета, анализ работоспособности человека в условиях продолжительного пребывания в состоянии невесомости, определение необходимости создания искусственной силы тяжести на перспективных долговременных орбитальных станциях и пилотируемых межпланетных кораблях.} Предполагается также определить критерии для выбора наиболее целесообразного сочетания пилотируемых и автоматических средств при решении различных задач в области исследования и использования космического пространства. Запланированы астрономические исследования, изучение природных ресурсов Земли, технические и эксплуатационные эксперименты с целью отработки бортовых систем для перспективных долговременных орбитальных станций.

В программе «Скайлэб» применены узлы, агрегаты и системы программы «Аполлон». Она использует ракеты-носители «Сатурн V» и «Сатурн 1В», а также основной блок корабля «Аполлон», изготовленные по программе «Аполлон», но не нашедшие применения в рамках этой программы в связи с сокращением первоначально намечавшегося числа лунных экспедиций.

Станция «Скайлэб» создана на базе ракеты С-4В, которая служит второй ступенью ракеты-носителя «Сатурн IB» и третьей ступенью ракеты-носителя «Сатурн V». Станция состоит из следующих основных элементов:

1. Блок станции с бытовыми и лабораторными помещениями, а также емкостью для сбора отходов. Водородный бак последней ступени ракеты (объемом 280 м3) переоборудован для пребывания в нем людей и проведения экспериментов. Бак разделен на бытовой и лабораторный отсеки, сообщающиеся между собой лазом в форме шестиугольника со стороной 107 см.

Внутренний вид лабораторного отсека. Стоящий внизу космонавт проверяет приборы ранцевой двигательной установки — «космического скутера»

Бытовой отсек высотой около 2 м разделен вертикальными перегородками на четыре помещения: для сна, для личной гигиены, для проведения досуга, приготовления и приема пищи, а также для тренировок и проведения экспериментов.

Лабораторный отсек (высота — около 6 м) занимает более двух третей объема водородного бака. В отсеке имеются люк для перехода в шлюзовую камеру, упомянутый выше лаз для перехода в бытовой отсек и два противолежащих шлюза для выноса приборов в открытый космос. Шлюзы позволяют космонавтам не выходить в открытый космос для перезарядки пленки, облегчают управление приборами и их обслуживание. Помимо научного оборудования, в лабораторном отсеке хранятся запасы воды и пищевых продуктов.

С внешней стороны бытовой и часть лабораторного отсеков снабжены противометеоритным экраном цилиндрической формы, предназначенным для защиты станции от метеорных частиц малой энергии, а также для уменьшения потерь тепла.

Кислородный бак превращенной в станцию последней ступени ракеты (объемом около 80 м³) необитаем. Он предназначен только для сбора отходов. Удаление отходов из жилых помещений производится через специальный коллектор, смонтированный в центре пола бытового отсека и представляющий собой небольшую шлюзовую камеру.

2. Отсек оборудования ракеты-носителя «Сатурн V», которая выводит «Скайлэб» на орбиту. Этот отсек является элементом носителя, но конструктивно входит в состав станции. Отсек представляет собой негерметичную конструкцию, в которой размещаются приборы системы наведения и управления полетом, телеметрическая аппаратура, источники питания, оборудование системы охлаждения ракеты-носителя. По оси отсека проходит туннель-лаз из блока станции в шлюзовую камеру.

3. Шлюзовая камера, в которой размещена большая часть бортовых запасов расходуемых материалов, а также многие узлы и системы бортового служебного оборудования. Камера состоит из переходника, туннеля-лаза, гибкой секции и четырех раскосных ферм для крепления камеры к фиксированной секции головного обтекателя. Шлюзовая камера имеет люк для выхода космонавтов в открытый космос.

4. Причальный отсек с двумя (осевым и боковым) причалами для приема основного блока корабля «Аполлон». Осевой причал является основным, боковой — запасным (предусмотрен на случай неполадок в основном или для причаливания второго транспортного корабля). В причальном отсеке размещены некоторые системы станции, часть приборов для научных исследований, пульты управления комплектом астрономических приборов, некоторое оборудование системы ориентации, комплект приборов для исследования природных ресурсов и другая аппаратура.

Схема станции «Скайлэб» (заштрихованы обитаемые отсеки комплекса «Аполлон» — «Скайлэб»):
1 — обслуживающий модуль корабля «Аполлон»; 2— командный модуль корабля «Аполлон»; 3— панели с солнечными элементами комплекта астрономических приборов; 4— комплект астрономических приборов; 5— откидывающаяся часть фермы для крепления комплекта 4; 6— фиксированная часть фермы для крепления комплекта 4; 7— фиксированная секция головного обтекателя; 8— отсек оборудования ракеты-носителя; 9— блок станции (водородный бак); 10— лабораторный отсек станции; 11— бытовой отсек станции; 12— противометеоритный экран; 13— коллектор для удаления отходов; 14— блок станции (кислородный бак); 15 — панель с солнечными элементами блока станции; 16 — пол бытового отсека; 17— пол лабораторного отсека; 18 — люк-лаз между лабораторным и бытовым отсеками; 19 —узел крепления панели с солнечными элементами блока станции; 20 — гибкая секция шлюзовой камеры; 21 — шлюзовая камера; 22 — переходник; 23 — причальный отсек; 24—боковой стыковочный узел; 25 — осевой стыковочный узел

5. Комплект астрономических приборов, закрепленный на наружной ферме. Ферма делится на фиксированную и откидывающуюся части. Это позволяет разместить комплект при запуске по оси станции, а после выхода на орбиту — развернуть его на 90°, освободив тем самым основной стыковочный узел. На ферменной конструкции, имеющей форму восьмигранной призмы, смонтирован цилиндрический контейнер с астрономическими приборами.

Прием пищи

Вес блока станции — около 35 тонн, максимальный диаметр — 6,6 м и длина — 14,6 м. Герметизированный объем блока — 360 м³. Вес всего орбитального комплекса (вместе с пристыкованным транспортным кораблем) — около 80 тонн при общей длине 36 м. Общий герметизированный объём комплекса — более 400 м³.

Интересно отметить, что станция «Скайлэб» — первый американский пилотируемый аппарат, на котором используется не чисто кислородная, а кислородно-азотная атмосфера (74% кислорода и 26% азота) с давлением 0,35 атмосферы. Считается, что длительное дыхание чистым кислородом может оказаться вредным для организма космонавтов.

Упражнения на велоэргометре

В соответствии с программой эксперимента 14 мая 1973 года станция «Скайлэб» была выведена на круговую околоземную орбиту высотой 435 км с наклонением 50 град. Выбор необычно высокого для американских пилотируемых объектов наклонения орбиты обусловлен экспериментами по изучению природных ресурсов на территории США.

Проверка станции после выхода на орбиту показала, что из-за срыва противометеоритного экрана на этапе выведения и заклинивания основных панелей солнечных батарей температура в отсеках станции стала возрастать до угрожающих величин (на отдельных этапах она достигала 50° С), а энергетические возможности станции снизились вдвое. Высокая температура в герметичных отсеках станции могла явиться причиной загазованности жилых отсеков продуктами разложения некоторых синтетических материалов. Все это исключало возможность высадки на станцию людей, и поэтому намеченный на 15 мая запуск первого экипажа был отложен на 10 суток. За это время на Земле было отработано несколько вариантов ремонта сорванного экрана и солнечных батарей, а также восстановления поврежденных перегревом пищевых запасов и приборов.

25 мая в 16 часов был произведен старт ракеты-носителя «Сатурн IB» с космическим кораблем «Аполлон», на борту которого находились три космонавта — первый экипаж «Скайлэба». Командир корабля Чарльз Конрад — 42-летний капитан I ранга ВМС — отправился в свое четвертое космическое путешествие. Два раза он летал на спутниках «Джемини» и один — на космическом корабле «Аполлон-12» с высадкой на Луну. Врач-космонавт Джозеф Кервин — 40-летний капитан III ранга ВМС — опыта космических полетов не имел. Летчик-космонавт Поль Вейц — 41 год, капитан III ранга ВМС — также отправился в первый полет.

Проведя несколько коррекций орбиты, космонавты сблизились со станцией до расстояния 1,5 м. Осмотр станции показал, что противометеоритный экран и одна из панелей солнечных батарей сорваны полностью, вторая панель заклинена обрывком экрана. Первоначальная попытка раскрыть оставшуюся панель с солнечными элементами закончилась неудачей. Кроме того, при стыковке корабля со станцией возникли неполадки в стыковочном устройстве. Все это выбило космонавтов из запланированного графика работы и поставило на повестку дня вопрос о сокращении срока пребывания первого экипажа на борту станции.

Однако тщательный анализ состояния бортовых систем, наземная отработка дублирующими экипажами необходимых манипуляций и, конечно же, мужество экипажа станции сделали свое дело. 27 мая космонавты, используя шлюзовую камеру, вынесли в космос и установили в требуемом положении теплозащитный экран типа «зонт». Это позволило снизить температуру в жилых отсеках станции хотя и не до расчетной, но все же до вполне приемлемых для работы величин. 7 мая космонавты Конрад и Кервин, выйдя в открытый космос и соорудив вдоль корпуса станции временные поручни, полностью раскрыли все три секции оставшейся панели солнечных батарей. Это позволило увеличить потребляемую станцией мощность сразу на 3 киловатта. Нормальное функционирование станции было восстановлено.

Первый экипаж станции пробыл на ее борту все запланированные программой 28 суток. За это время были выполнены почти все (из предусмотренных 87) эксперименты.

Чтобы оценить приспосабливаемость организма к условиям длительного космического полета, космонавты выполняли различные упражнения с одновременной регистрацией медицинской информации. Проверялась реакция вестибулярного аппарата в состоянии невесомости. Исследовалась микрофлора на борту станции (на поручнях, стенах, столе) и коже космонавтов для сравнения с данными анализов на Земле: Раз в неделю брались пробы крови, которые затем в замороженном состоянии были доставлены на Землю.

С помощью комплекта астрономической аппаратуры (коронограф, рентгеновский спектрограф, спектрогелиометр, рентгеновский телескоп, бесщелевой и щелевой ультрафиолетовые спектрографы) проводились регулярные наблюдения Солнца, и было получено несколько тысяч его фотографий. Было зарегистрировано несколько активных областей, причем в одном случае наблюдалось развитие солнечной вспышки почти с момента ее зарождения.

С помощью комплекта приборов для изучения природных ресурсов Земли (шесть кадровых телевизионных камер, работающих в инфракрасной и видимой областях спектра, инфракрасный спектрометр, многодиапазонная сканирующая телевизионная камера, радиометр, микроволновый зонд) проводились съемки земных объектов: геологических формаций, облачного и снежного покровов, лесных массивов, водоемов, горных разработок. Изучались источники загрязнений прибрежных вод, исследовались течения в Атлантическом океане. Были проведены эксперименты по наблюдению земных объектов совместно со спутниками, самолетами и наземными средствами (см. статью «Космический патруль», «Наука и жизнь» № 5, 1973 г.), а также по наблюдению Солнца одновременно с высотными ракетами.

На борту станции в состоянии невесомости и вакуума проводились технические эксперименты по сварке металлов с использованием электроннолучевой пушки. Сваривались полосы из нержавеющей стали, алюминиевого и никелевого сплавов. Делались попытки изготовления сферических отливок (шариков диаметром 6 мм) из никелевого сплава.

Эксперимент с вакуумной камерой, создающей отрицательное давление на нижнюю половину тела.
Эти исследования позволят определить, как невесомость сказывается на состоянии сердечно-сосудистой системы

22 июня 1973 года программа полета первого экипажа была завершена, и в 16 часов 50 минут командный модуль корабля «Аполлон» приводнился недалеко от ожидавшего его авианосца «Тикондерога». Те, кто видел возвращение первого экипажа «Скайлэба» по телевидению, мог бы заключить, что космонавты неплохо, по крайней мере внешне, перенесли самый в то время продолжительный космический полет. Ч. Конрад, Д. Кервин и П. Вейц оказались в состоянии двигаться самостоятельно, как сообщили космонавты, при этом у них не возникало головокружения и других неприятных симптомов. Естественно, окончательное заключение об их состоянии будет сделано после детального медицинского обследования.

Запуск второго экипажа по программе «Скайлэб» произведен 28 июля. В него входят Алан Бин (возраст — 41 год) — командир, Оуэн Герриот (42 года) — научный работник-космонавт и Джек Лусма (38 лет) — летчик-космонавт. Им предстоит пробыть на орбите вдвое дольше —59 суток. В октябре этого года запланирована высадка третьего экипажа, который, видимо, пробудет на станции еще дольше. После возвращения третьего экипажа на Землю работы по программе «Скайлэб» с участием космонавтов завершаются. Таким образом, общая продолжительность эксперимента, включая и интервалы между пребыванием на станции экипажей, составит примерно восемь месяцев.

Успешная работа первых орбитальных станций, объем получаемой с их помощью информации свидетельствуют о значительной перспективности этого вида пилотируемых средств в деле освоения человеком космического пространства и использования достижений космической техники для практических нужд человека.

Инженер Н.Новиков,
Наука и жизнь, 1973, № 10

Компьютерная обработка AVV