12.   ОРБИТАЛЬНАЯ СТАНЦИЯ ЛАС-ВЕГАС

Задача создания ОС нового типа обусловлена тем, что в про­цессе эксплуатации современных ОС выявились неожиданные проблемы:

а)   неэффективность работы космонавтов на орбите; деятельность их в основном связана с рутиной обслуживания бортовой аппара­туры, ремонтом, выполнением достаточно простых операций управ­ления и контроля исследовательского оборудования, медицинских исследований;

б)   не выявлены те области деятельности, исследований и твор­чества космонавтов на ОС, в которых они могут быть настолько по­лезны, чтобы оправдывать расходы, связанные с их жизнью на ОС;

в)   недекларируемое, но тем не менее имеющее место, нежелание космонавтов длительно работать на ОС.

Возможно, не тех людей посылаем, а может быть, мала ста­тистика. Появляется мысль: нужно существенно расширить круг людей, работающих на орбите, причем обеспечить возможность большинству из них работать и жить по собственной программе, по собственному расписанию. Это можно осуществить только в одном случае - когда каждый из них будет оплачивать полет сам, как туристское путешествие.

Попробуем оценить такую возможность, и в первую очередь - стоимость полета на ОС.

При использовании системы «Шаттл» эксплуатационные рас­ходы на один полет составляют 300...400 млн. долл. Если в районе размещения ПГ установить герметичный пассажирский отсек, в ко­тором можно было бы выводить на ОС до 100 человек (при той же степени риска, что и на современном «Шаттле»), исходя из того, что при полете пассажиров необходимо доставлять массу около 200 кг на человека, которая включает в себя массу тела самого пасса­жира, его кресла, одежды, запасов средств обеспечения жизнедея­тельности на полет туда и обратно, оборудование, которое придется устанавливать в пассажирском отсеке. Следовательно, с помощью модифицированого корабля «Шаттл» можно было бы доставлять на ОС людей при стоимости транспортных расходов до 3,5 млн. долл. на человека.

При использовании оптимальной многоразовой PH и многора­зового транспортного корабля можно надеяться снизить стоимость доставки ПГ на ОС примерно до 300 долл. на килограмм и соответ­ственно стоимость доставки пассажиров на ОС примерно до 60 тыс. долл. на человека. Это - уже обнадеживающий результат.

Кроме транспортных расходов нужно учесть эксплуатационные расходы на ОС. Эти расходы при стремлении их минимизировать будут определяться главным образом грузовым потоком на орби­тальную станцию, необходимым для ее работы (топливо на поддер­жание орбиты, запасы средств обеспечения жизнедеятельности, расхо­дуемое оборудование, сменные приборы, фильтры и т.п.). Сейчас они составляют на станции «Мир» около 3000...5000 кг/(чел.-год). Можно представить, что при совершенствовании конструкции и оборудо­вания ОС транспортные расходы можно будет уменьшить до 2000 кг/чел.-год и соответственно общие расходы могут составить поряд­ка 1 млн. долл./чел.-год.

Только богатые люди могли бы себе позволить такую роскошь. Но все же полеты людей и их жизнь и работа на ОС за свой счет представляются возможными.

Можно ли создать на ОС Лас-Вегас (Л-В) условия, при которых жители ее не с нетерпением отсчитывали бы дни, оставшиеся до

срока окончания экспедиции, а жили и работали там с удовольст­вием и интересом. Впрочем, последнее зависит от самого человека, от совершенства используемого им оборудования, которое он при­везет с собой или позаимствует на ОС. Многое будет определяться также объемами станции, которые можно было бы выделить каж­дому жителю ОС. Могут быть три проблемы, связанные с размерами ОС: масса конструкции, метеорная опасность, радиационная защи­та.

Примем, что JI-B обеспечивает каждого из п жителей индиви-

о

дуальным двухкомнатным номером объемом 60 м и общими поме-

о

щениями объемом 40 м , т.е. в сумме на каждого жителя прихо­дится 100 м3 гермообъема JI-B.

Попробуем оценить размеры и массы оболочки для двух вари­антов объемной компоновки: в виде единой сферы и в виде относи­тельно плоского параллелепипеда, набранного из сфер диаметром, например, 4 м, «толщина» которого формируется из шести сфер. Для варианта единой сферы («идеальное» решение):

-    диаметр сферы, м:

-    суммарную толщину стенок герметичной оболочки и проти- вометеорного экрана можно определять исходя из прочности обо­лочки:

принимая

пол­учаем толщину, мм:

-    масса конструкции оболочки с экраном, т:

-    соответственно

Для варианта ОС JI-B, объем которой набран из сфер диаметром

4    м:

-    суммарную толщину оболочки и экрана из технологических соображений примем равной 2,1 мм 0Г 0 = 1,5 мм);

-    масса, т, оболочек и экранов примерно равна 0,855 п;

-    соответственно тоб+экр/п ~ 0,855 т/чел.

Результаты оценок массы оболочек и экранов для этих двух ва­риантов приведены в табл. 26.

По массе конструкции первый вариант существенно лучше вто­рого, но у первого есть и недостатки:

-    на долю каждого жителя на ОС с одной общей сферой прихо­дится меньше внешней поверхности, что уменьшает возможности внешних наблюдений;

-    общий объем ОС приводит к тому, что в нем везде постоянными будут шум, вибрации, взаимные помехи;

-    возрастает опасность общей разгерметизации ОС из-за единого гермообъема (в варианте ОС в виде набора четырехметровых сфер предполагается возможность термоизоляции отдельной сферы или жилого помещения).

Потенциальные возможности для внешних наблюдений непо­средственно из каждого жилого помещения характеризуются пло­щадью внешней поверхности, приходящейся на долю каждого жи­теля ОС, м2/чел.:

Из приведенных данных следует, что преимущество набора иа относительно небольших сфер для внешних наблюдений становится заметным с п = 1000.

Метеорная опасность обусловлена вероятностью разгерметиза­ции ОС. Ниже приведены оценки вероятности разгерметизации (Рразг) ОС с единым сферическим объемом за 20 лет пребывания на орбите в зависимости от размеров ОС:

Из этих оценок следует, что вероятность разгерметизации за счет пробоя экрана и гермостенки метеором достаточно велика и, следовательно, должна приниматься во внимание при конструиро­вании ОС.

Размер бедствия при пробое стенки метеором для сферической ОС различных размеров можно оценить по времени падения давле­ния в станции на 20 %:

Эти цифры указывают на возможное решение проблемы опас­ности пробоя стенки метеорами. Действительно, если иметь на ОС надежную систему определения места пробоя стенки и доступ к лю­бой точке поверхности гермостенки, то проблему можно решить пу­тем ремонта и герметизации места пробоя. Последнее практически означает, что все элементы внутренней конструкции и оборудования должны устанавливаться на некотором удалении от стенки. При создании объема ОС из набора относительно небольших сфер, объ­емы которых могут быть изолированы друг от друга, опасность раз герметизации из-за пробоя метеорами нужно оценивать уже для от­дельной сферы. Ниже приведены оценки вероятности разгермети­зации отдельных сфер различного размера за 20 лет, толщина сте­нок которых определялась либо технологическими соображениями (например, для сфер диаметром менее 13 м толщина принималась

равной 1,5 мм), либо необходимой прочностью, а также оценки вре­мени падения давления внутри отдельной сферы на 20 %:

Из приведенных данных можно сделать несколько заключений:

-    времени на обнаружение пробоя стенки данной сферы и на переход в соседнюю (а при необходимости и на надевание скафандра) вполне достаточно;

-    после покидания обитателями сферы с пробитой стенкой мож­но, не торопясь, уточнить место пробоя и отремонтировать стенку;

-    не обязательно объем ОС конструировать из сфер одного диа­метра: жилые и рабочие помещения можно, например, составлять из сфер диаметром около 4 м, а общие помещения типа конференц- залов, ресторанов и т.п. - из сфер больших размеров;

-    спальни в жилых помещениях лучше располагать не в наруж­ном слое сфер.

Хотя вариант ОС из отдельных сфер будет большей массы, чем ОС из единой сферы, он все же представляется более предпочти­тельным. В пользу этого варианта говорят и изолированность от­дельных номеров, и возможность получения приемлемых форм (на­пример для гравитационной ориентации ОС), и возможность созда­ния общих помещений разного размера.

Из изложенного следует, что защита ОС большого объема от опасности пробоя стенок метеорами вполне возможна.

Радиационная безопасность связана с высотой орбиты ОС. До­пустимое время пребывания человека на ОС определяется главным образом расстоянием от орбиты до нижней границы радиационного пояса в районе бразильской аномалии (от высоты орбиты до этой границы) и наклонением орбиты.

Оценка доз, получаемых экипажами космических кораблей и ОС, в зависимости от времени полета, высоты и наклонения кру­говой орбиты позволяет выяснить зависимость допустимого време­ни пребывания экипажа на орбите от высоты орбиты:

Ясно, что с уменьшением высоты орбиты будет быстро возра­стать количество топлива, необходимого для поддержания орбиты. Поэтому и в случае с ОС Лас-Вегас нужно стремиться к максималь­ной высоте. Оценки - достаточно приближенные, и поэтому высота орбиты должна уточняться по реальным измерениям радиационной обстановки. Эту работу можно бы начинать с высоты орбиты при­мерно 400...420 км.

. Наклонение орбиты ОС Л-В представляется целесообразным вы­брать с учетом следующих требований:

-    трасса полета ОС не должна проходить постоянно над одними и теми же районами (т.е. не должна использоваться экваториальная орбита, хотя именно на экваториальной орбите меньше радиацион­ная опасность);

-    условия освещения поверхности Земли на трассе полета дол­жны изменяться от дня ко дню для обеспечения разнообразия в ус­ловиях наблюдения поверхности Земли (т.е. не должна использо- ватся гелиосинхронная орбита с наклонением около 97°);

-    должна обеспечиваться возможность достаточно частых на­блюдений полярных сияний (что, по-видимому, может быть выпол­нено при наклонениях орбиты 60...70°);

-    радиационная опасность должна быть минимальной (что со­ответствует двум группам наклонений - около 0 и более 60°);

-    трасса полета должна проходить практически над всеми рай­онами Земли, чтобы можно было видеть (в соответствующее время) любую точку ее поверхности (требуется наклонение > 65°).

Практически мы приходим к выводу, что наклонение должно быть около 65...75°.

Большие размеры и масса ОС Л-В практически однозначно ука­зывают на необходимость использования гравитационной ориента­ции, при которой ОС ориентируется таким образом, чтобы аэроди­намическое сопротивление было минимальным.

Для СЭП целесообразнее всего использовать СБ, ориентируемые параллельно вектору скорости, так как следует ожидать, что их площадь будет достаточно велика. Например, для ОС с населением всего 100 человек можно ожидать, что потребуется площадь СБ по­рядка 10000 м2.

Представляется целесообразным на ОС иметь общие СОЖ и СТР, а также автономные аварийные системы в каждом отдельном объ­еме ОС, который временно может быть изолирован от остальных объемов, что осуществляется только при необходимости.

Самое главное при создании ОС Л-В - определиться в том, что можно и что стоит делать на ОС. Что можно было бы предложить приезжим на космический Лас-Вегас?

Специфические развлечения:

-    визуальные наблюдения (через иллюминаторы и с выходом на внешние галлереи) поверхности Земли, полярных сияний, вос­ходов и заходов Солнца, слоев яркости в атмосфере (серебристые облака, аэрозоли и т.п.);

-    бег, плавание, борьба, танцы в условиях невесомости;

-    придумывание и опробование физических игр;

-    рестораны;

-    прямая радио- и ТВ-связь в зонах радиовидимости. Исследования:

1)   медико-биологические:

-    организм человека и невесомость;

-    творческие возможности и невесомость;

-    возможности лечения или облегчения участи больных или инвалидов в условиях невесомости;

-    допустимая длительность пребывания человека в условиях невесомости с последующим безопасным возвращением на Зем­лю;

-    влияние невесомости на развитие и организм животных, насекомых, растений;

-    использование невесомости в интересах создания эффек­тивных медицинских препаратов;

-    возможности использования биологических систем в зам­кнутых циклах жизнедеятельности человека на борту ОС, кос­мических кораблей и планетных баз;

-    возможности промышленного производства продуктов пи­тания в ограниченном объеме;

2)   геофизические:

-    атмосфера и Солнце;

-    магнитное поле Земли и Солнце;

-    слои яркости;

-    озоновый слой, его динамика;

-    экологический контроль поверхности Земли, атмосферы и водных поверхностей, связи экологических нарушений с де­ятельностью людей;

-    возможности эффективного использования КА в интересах сельского хозяйства;

-    природные ресурсы Земли, геология, гидрология, планк­тон;

-    деятельность вулканов;

-    метеорология;

-    картография;

-    метеорная обстановка на высотах ОС;

-    радиационная обстановка на высотах ОС;

3)   астрофизические:

-    исследования Солнца с помощью солнечных телескопов, спектрографов и т.п., плавающих неподалеку от ОС (хотя оста­ется неясным, почему не управлять их работой с Земли, а об­служивание, наладку, юстировку АФ инструментов оставить за жителями ОС);

-    изучение объектов на небесной сфере (центр нашей Галак­тики, Шаровые скопления, двойные системы, взрывные процес­сы, Луна и планеты Солнечной системы и т.п.) с помощью АФ телескопов, спектрометров, плавающих в окрестностях ОС;

-    обнаружение и изучение эффектов, не укладывающихся в сложившиеся представления о нашем мире;

-    обслуживание астрофизических инструментов;

4)   технологические исследования в целях использования неве­сомости и вакуума для производства на орбите:

-    сверхчистых полупроводников;

-    пленочных СБ;

-    световодов;

-    сверхпрочных материалов;

5)   использование ОС в качестве орбитального полигона для про­ведения экспериментальных работ в интересах создания СОЭС, больших радиотелескопов, КА:

-    отработка роботов;

-    отработка элементов СОЭС, сборки СОЭС и т.п.;

-    отработка средств наблюдения и контроля поверхности Земли, акваторий и атмосферы;

-    отработка элементов больших радиотелескопов, их сборки

и юстировки;

-    отработка многоразовых буксиров и межорбитальных ПК;

-    исследования горения в условиях невесомости;

-    отработка средств перемещения и т.п.

Такой перечень не может быть полным - его расширение и есть главная задача ОС JI-B.

ОС Л-В должна предоставлять более широкие возможности для исследовательской, поисковой и творческой деятельности. Помимо общего и целевого оборудования в каждом номере должны быть:

-    персональные компьютеры с возможностью обращения к на­земным банкам данных и межмашинного обмена между персональ­ными компьютерами абонента на ОС и персональными компьюте­рами на Земле;

-    средства регистрации и обработки наблюдений и исследова­ний;

-    ТВ-стереосредства для внешних наблюдений, для контроля ра­бот на экспериментальных платформах и т.п.;

-    средства связи;

-    скафандры;

-    справочные материалы, литература на лазерных дисках;

-    видеоаппаратура;

-    иллюминаторы для внешних визуальных наблюдений.

Каждый жилой номер должен иметь некоторый минимум

удобств (душ, туалет, кухню и т.п.).

Возможной клиентурой ОС типа «Лас-Вегас» могли бы быть ис­следователи, наблюдатели, экспериментаторы, медики, биологи, исследователи-теоретики, художники, литераторы, журналисты.