Системы ориентации в пространстве, стабилизации и навигации

Задача перечисленных систем – обеспечение четкого, стабильного и безошибочного перемещения космического корабля и надежная фиксация его в неподвижности в случае необходимости.

Главными компонентами системы являются различные гироскопические стабилизаторы, датчики горизонта, датчики Солнца, датчики звезд, датчики ускорения, а также различные инфракрасные датчики и радары.

С помощью гироскопических систем возможно с большой точностью определить ориентацию корабля относительно некоторого однажды заданного положения. Эффект базируется на сохранении неподвижности в пространстве вращающегося тела – гироскопа. Сигналы от гироскопических систем передаются на двигатели ориентации в пространстве, и космический корабль поддерживает заданную пространственную ориентацию.

Датчики горизонта позволяют определять положение корабля относительно земного шара, датчики Солнца определяют расположение корабля относительно Солнца, а датчики звезд позволяют определить пространственное положение корабля по расположению звездной сферы. Все перечисленные системы являются вспомогательными по отношению к главным гироскопическим приборам.

Еще одним видом вспомогательных навигационных устройств являются датчики ускорения.

Важнейшую роль в космической навигации имеют радарные установки кораблей. За счет использования различных радарных устройств определяется расстояние до Земли и других космических аппаратов. Важнейшую роль играют стыковочные радары при сложнейшей операции – стыковке.

Научные системы

Научные системы космических кораблей очень разнообразны и различны по форме, устройству и назначению.

В условиях земной орбиты возможно проведение микрогравиметрических опытов, а также астрономические наблюдения, точность которых тем выше, что они не затруднены атмосферными искажениями и не зависят от метеоусловий.

В опытах в условиях микрогравитации выделяют два основных направления: биотехнологическое и химико-металлургическое.

Основными направлениями биотехнологических исследований являются изучение влияния невесомости на земные организмы и синтез биологически активных и целебных веществ, производство которых невозможно на Земле.

Биотехнологический модуль «Природа» станции «Мир»

К биотехнологическим модулям космических кораблей высказываются особенно высокие требования по поддержанию на постоянном уровне температуры, влажности и давления, поскольку даже незначительное отклонение этих параметров от эталонных величин способно сорвать многодневные или даже многомесячные эксперименты.

Основными направлениями химико-металлургических исследований в космосе являются получение новых сплавов, получение которых возможно лишь в невесомости, и исследование новых методов напыления металла на разнообразные поверхности. Кроме того, проводятся и некоторые другие, более сложные химические опыты.

Научно-исследовательский модуль «Кристалл» станции «Мир»

Интереснейшие результаты дает производство в космосе различных полупроводников.

Материалы, полученные на орбитальных станциях, доставляются на Землю либо на многоразовых космических кораблях, советском «Буране» и его американском аналоге, так называемом «Челноке» (“Shuttle”), либо на спускаемых капсулах. В любом случае цена одного килограмма полезного груза достигает сотен тысяч, а иногда и миллионов долларов.

В настоящее время ведутся разработки автоматических беспилотных космических аппаратов, способных после выхода в космос за некоторое время совершить над находящимися в них материалами все необходимые технологические операции и вернуться на Землю уже с готовым продуктом. Разработка таких систем начата в нашей стране еще в восьмидесятые годы в конструкторском бюро «Салют», и к началу девяностых получены первые результаты, однако экономический кризис девяностых годов не позволил работам по этой теме перейти в практическую плоскость.

Другим важнейшим направлением научных исследований в космосе являются астрономические и геодезические наблюдения.

Исследование космоса с орбиты не затруднено атмосферой, что позволяет получать высококачественные и высокоточные снимки.

Астрономический модуль «Квант-2» станции «Мир»

Исследование космоса с орбиты Земли проходит не только в оптическом диапазоне, на космических кораблях установлены также радиотелескопы и датчики гамма-лучей. При помощи телескопического оборудования, выведенного в космос, уже было обнаружено несколько сотен неизвестных ранее звезд, звездных скоплений и галактик.

На многих космических кораблях устанавливаются спектрометры различных типов и видов. Получены интереснейшие спектроскопические снимки.

Проводятся исследования космической пыли и межзвездного газа.

В последнее время наметилась некоторая тенденция к созданию беспилотных космических кораблей с астрономическим оборудованием. Примером такого рода искусственных спутников может служить широко известный американский телескоп «Хаббл» (“Hubble”), снимки с которого доступны через всемирную компьютерную сеть Интернет.

Для наблюдения Земли из космоса используется сверхточное геодезическое оборудование.

Из космоса при изучении земной коры было открыто несколько месторождений полезных ископаемых, при помощи спутников наблюдения за облаками с высокой точностью предсказывается погода и заранее высылаются штормовые предупреждения в случае опасности возникновения шторма.

Благодаря орбитальным геодезическим системам на карте Земли не осталось «белых пятен», даже те места, куда ни разу не ступала нога человека, тщательно сфотографированы из космоса и нанесены на карты.

Спутники, наблюдающие за морем, передают рыболовам информацию о миграции косяков рыб, что увеличивает уловы. Эти же спутники координируют работу службы рыбнадзора по борьбе с браконьерами, помогают ликвидировать последствия для экологии от крушений нефтяных танкеров.

Земля опутана сетью наблюдающих за ее поверхностью спутников, которые предоставляют человечеству подробнейшую информацию о жизни его планеты.

Прочее оборудование

Для космических станций очень важную роль играет своевременное и правильное размещение и перемещение модулей, выполнение необходимых технологических операций за пределами корабля, причем далеко не все из них можно выполнить силами космонавтов.

Для выполнения подобной работы на современные космические станции и некоторые корабли устанавливают манипуляторы, представляющие собой гибкое подобие руки, устанавливаемое на внешней обшивке корабля и завершающееся захватом. При помощи манипулятора и производится большинство операций за пределами корабля, а силы космонавтов применяются лишь в тех местах, которые манипулятору недоступны. Именно при помощи манипуляторов осуществляется переформирование космических станций, сопровождающееся перестановкой модулей. Очевидно, такая работа космонавтам не под силу.

На современных станциях, как правило, ставится не один манипулятор.

Не менее важной частью космического корабля, чем манипулятор, являются воздушные шлюзы.

На современных станциях воздушные шлюзы высоконадежны и оборудованы автоматическими системами, блокирующими открывание шлюза, если разница давлений между внутренним пространством шлюза и стороной, в которую производится открывание, превышает некоторое безопасное значение.

Манипулятор космической станции «МКС» (“ISS”)

Таким образом станции защищены от полной разгерметизации, тем более, что при опасном падении давления внутри станции внутренние шлюзы герметизируются автоматически. При повреждении обшивки станции разгерметизированный отсек автоматически отрезается от остальной части корабля, и станция сохраняет работоспособность.

Боевые системы

Имеются прецеденты установки на космические корабли и станции военных, боевых систем и систем двойного назначения.

В первую очередь к таким системам относятся широко известные системы наблюдения за земной поверхностью с автоматических или управляемых с Земли космических аппаратов (так называемые «спутники-шпионы»). При помощи аппаратуры, установленной на этих спутниках, еще в семидесятые годы можно было различить количество звездочек на погонах офицеров потенциального противника. Известно уголовное дело, где доказательства обвинения строились как раз на снимках со спутника. Там, правда, обвиняемый был уличен во лжи, поскольку его машина находилась в момент преступления не там, где он утверждал.

Известно, что существовали планы размещения на орбитальных платформах ядерного оружия и лазерных установок. Однако размещение ядерных боезарядов на орбитальных платформах оказалось нецелесообразно – подлетное время сокращалось не очень значительно, но при этом возникали огромные затраты на вывод боезарядов на орбиту и обслуживание их. Кроме того, возрастала уязвимость системы, так как пропорционально сокращению подлетного времени сокращалось и время подлета вражеских боевых средств к платформе-носителю заряда.

Использование лазерных систем в космосе было однозначно более перспективным. При конструировании подобных систем было принято решение использовать лазеры с ядерной накачкой, так как они имели минимальный вес при максимальной скорости реагирования. Но с выбором подобной системы перед конструкторами встали новые проблемы – даже самые совершенные системы стабилизации орбитальных платформ все равно давали миллиметровые дрожания при накачке лазера. В этом случае, если учитывать расстояние до Земли и рассеяние луча в атмосфере получалось бы километровое пятно излучения, дрожащее и перемещающееся от этого дрожания на десятки километров. В результате применения такого оружия температура в зоне поражения повысилась бы на 1-2 градуса Цельсия. Этого было явно недостаточно. Конструкторы западного блока спасовали перед этой трудностью, не сумев создать сколько-нибудь применимого лазерного оружия орбитального базирования. А вот конструкторы СССР сумели справиться с проблемой. Для этого вида оружия были разработаны специальные стабилизаторы. В их разработке, среди прочих, принимали участие и несколько выпускников МАИ. При помощи этих стабилизаторов стало возможно направление лазерного луча в ограниченную область, и температура в зоне поражения должна была возрастать на 200-400 градусов Цельсия. Воплощению в жизнь нового вида оружия помешало подписание соглашений ОСВ-1 и ОСВ-2.

Кроме того, были попытки размещения на орбитальных платформах систем противоракетной обороны, например, на станции «Мир» планировались испытания противоракетной системы «Октава», входившей в набор оборудования модуля «Спектр». Испытания, впрочем, не были проведены из-за недостатка финансирования.

Модуль «Спектр» станции «Мир»

Известен недавний американский проект создания системы противоракетной системы космического базирования, работающей за счет использования лазера, что является прямым нарушением ранее достигнутых договоренностей.

Впрочем, очевидно, попытки создания внятной системы противоракетной системы обречены на провал, пока не будет создано оборудование, способное выделять истинные цели (межконтинентальные баллистические ракеты) среди множества ложных, создаваемых для защиты ракет от противоракетной системы. Кроме того, подобная система должна обладать высокой скоростью реагирования и четкостью работы, чтобы уничтожить ракеты противника достаточно быстро.

Однако даже если подобная система и будет когда-либо создана, цели ее я не вижу. Для полного уничтожения противника вместе с остальным человечеством запускать МБР вовсе не обязательно. Их достаточно подорвать в шахтах.