Космическая станция (или орбитальная станция ) — это космический корабль , который остается на орбите и принимает людей в течение длительного периода времени. Таким образом, это искусственный спутник с жилыми помещениями . Цель содержания космической станции варьируется в зависимости от программы. Чаще всего космические станции были исследовательскими станциями , но они также служили военным или коммерческим целям , таким как размещение космических туристов .
Космические станции были единственным местом постоянного присутствия людей в космосе . Первой космической станцией был Салют-1 (1971), принимавший первый экипаж злополучного Союза-11 . Последовательно космические станции эксплуатировались со времен Скайлэба (1973) и были заняты с 1987 года преемником Салюта Миром . Непрерывное пребывание людей поддерживалось с момента перехода от Мира к Международной космической станции (МКС), первое пребывание на которой состоялось в 2000 году.
В настоящее время существуют две полностью функционирующие космические станции — МКС и китайская космическая станция «Тяньгун» ( TSS), которые были заняты с октября 2000 года экспедицией 1 и с июня 2022 года « Шэньчжоу 14» . Наибольшее количество людей, одновременно находящихся на одной космической станции, было 13, впервые достигнуто во время одиннадцатидневной стыковки с МКС 127-й миссии «Спейс шаттл» в 2009 году. Рекорд по наибольшему количеству людей, одновременно находящихся на всех космических станциях, составил 17, впервые 30 мая 2023 года, когда на МКС было 11 человек, а на TSS — 6. [1]
Космические станции чаще всего модульные , с стыковочными портами , через которые они строятся и обслуживаются, что позволяет присоединять или перемещать модули и стыковать другие космические корабли для обмена людьми, припасами и инструментами. Хотя космические станции обычно не покидают свою орбиту, они оснащены двигателями для удержания на месте .
Первое упоминание о чем-либо, напоминающем космическую станцию, встречается в произведении Эдварда Эверетта Хейла « Кирпичная луна » 1868 года . [2] Первыми, кто серьезно, научно обоснованно рассмотрел идею космических станций, были Константин Циолковский и Герман Оберт с разницей в два десятилетия в начале 20-го века. [3]
В 1929 году была опубликована работа Германа Поточника « Проблема космических путешествий» , в которой впервые была представлена космическая станция с вращающимся колесом для создания искусственной гравитации . [2] Разработанная во время Второй мировой войны , « солнечная пушка » была теоретическим орбитальным оружием, вращающимся вокруг Земли на высоте 8200 километров (5100 миль). Дальнейшие исследования не проводились. [4] В 1951 году Вернер фон Браун опубликовал концепцию космической станции с вращающимся колесом в журнале Collier's Weekly , ссылаясь на идею Поточника. Однако разработка вращающейся станции так и не была начата в 20 веке. [3]
Первый человек полетел в космос и совершил первый облёт 12 апреля 1961 года на корабле «Восток-1» .
Программа Apollo в своем раннем планировании вместо высадки на Луну имела пилотируемый лунный орбитальный полет и орбитальную лабораторную станцию на орбите Земли, иногда называемую Project Olympus , как две различные возможные цели программы, пока администрация Кеннеди не ускорилась и не сосредоточила программу Apollo на том, что изначально планировалось после нее, на высадке на Луну. Космическая станция Project Olympus, или орбитальная лаборатория программы Apollo, была предложена как развернутая в космосе структура с командным и служебным модулем Apollo для стыковки. [5] Хотя это так и не было реализовано, командный и служебный модуль Apollo должен был выполнять стыковочные маневры и в конечном итоге стать лунным орбитальным модулем, который использовался для целей, подобных станции.
Но до этого программа Gemini проложила путь и осуществила первую космическую стыковку (без стыковки) с Gemini 6 и Gemini 7 в 1965 году. Впоследствии, в 1966 году, Нил Армстронг осуществил на Gemini 8 первую в истории космическую стыковку, а в 1967 году Kosmos 186 и Kosmos 188 стали первыми космическими аппаратами, которые состыковались автоматически.
В январе 1969 года корабли «Союз-4» и «Союз-5» осуществили первую стыковочную, но не внутреннюю пересадку экипажа, а в марте «Аполлон-9» осуществил первую в истории внутреннюю пересадку астронавтов между двумя состыкованными космическими кораблями.
В 1971 году Советский Союз разработал и запустил первую в мире космическую станцию «Салют-1» . [6] К сериям «Алмаз» и «Салют» в конечном итоге присоединились «Скайлэб» , «Мир» , «Тяньгун-1 » и «Тяньгун-2» . Аппаратные средства, разработанные в ходе первоначальных советских усилий, продолжают использоваться, а усовершенствованные варианты составляют значительную часть МКС, находящейся на орбите сегодня. Каждый член экипажа остается на борту станции в течение недель или месяцев, но редко больше года.
Ранние станции представляли собой монолитные конструкции, которые строились и запускались как единое целое, обычно содержащее все свои запасы и экспериментальное оборудование. Затем отправлялся экипаж, чтобы присоединиться к станции и провести исследования. После того, как запасы были израсходованы, станция была заброшена. [6]
Первой космической станцией был «Салют-1» , запущенный Советским Союзом 19 апреля 1971 года. Все первые советские станции назывались «Салют», но среди них было два различных типа: гражданские и военные. Военные станции « Салют-2» , «Салют-3 » и «Салют-5 » также были известны как станции «Алмаз» . [7]
Гражданские станции Салют-6 и Салют-7 были построены с двумя стыковочными узлами, что позволяло второму экипажу посещать их, привозя с собой новый космический корабль; паром «Союз» мог провести в космосе 90 дней, после чего его нужно было заменить новым космическим кораблем «Союз». [8] Это позволяло экипажу постоянно находиться на станции. Американская станция «Скайлэб» (1973–1979) также была оборудована двумя стыковочными узлами, как и станции второго поколения, но дополнительный порт никогда не использовался. Наличие второго порта на новых станциях позволяло стыковать со станцией транспортные средства «Прогресс» , что означало, что можно было доставлять свежие поставки для оказания помощи в длительных миссиях. Эта концепция была расширена на станции «Салют-7», которая «жестко состыковалась» с буксиром ТКС незадолго до того, как была заброшена; это послужило доказательством концепции использования модульных космических станций. Более поздние станции «Салют» можно обоснованно рассматривать как переход между двумя группами. [7]
В отличие от предыдущих станций, советская космическая станция «Мир» имела модульную конструкцию ; запускался основной блок, а дополнительные модули, как правило, с определенной ролью, добавлялись позже. Этот метод обеспечивает большую гибкость в эксплуатации, а также устраняет необходимость в единой чрезвычайно мощной ракете-носителе . Модульные станции также изначально проектируются так, чтобы их поставки обеспечивались логистическими вспомогательными судами, что обеспечивает более длительный срок службы за счет необходимости регулярных вспомогательных запусков. [9]
МКС разделена на две основные секции: Российский орбитальный сегмент (ROS) и Американский орбитальный сегмент (USOS). Первый модуль МКС, Заря , был запущен в 1998 году. [10]
Модули «второго поколения» российского орбитального сегмента смогли запуститься на «Протоне» , вылететь на нужную орбиту и состыковаться без вмешательства человека. [11] Подключения к электропитанию, данным, газам и топливу производятся автоматически. Российский автономный подход позволяет собирать космические станции до запуска экипажа.
Российские модули «второго поколения» могут быть переконфигурированы в соответствии с меняющимися потребностями. По состоянию на 2009 год РКК «Энергия» рассматривала возможность снятия и повторного использования некоторых модулей ROS на орбитальном пилотируемом сборочно-экспериментальном комплексе после завершения миссии МКС. [12] Однако в сентябре 2017 года глава Роскосмоса заявил, что техническая возможность отделения станции для формирования ОПСЕК была изучена, и в настоящее время нет никаких планов по отделению российского сегмента от МКС. [13]
Напротив, основные американские модули были запущены на космическом челноке и были прикреплены к МКС экипажами во время выхода в открытый космос . Соединения для электропитания, данных, движения и охлаждающих жидкостей также производятся в это время, в результате чего получается интегрированный блок модулей, который не предназначен для разборки и должен быть выведен с орбиты как единое целое. [14]
Орбитальный сегмент Axiom — это запланированный коммерческий сегмент, который будет добавлен к МКС в середине 2020-х годов. Axiom Space получила одобрение NASA на это предприятие в январе 2020 года. До трех модулей Axiom будут прикреплены к Международной космической станции. Первый модуль, Hab One, как ожидается, будет запущен в конце 2026 года [15] и будет пристыкован к передовому порту Harmony , что потребует перемещения PMA-2 . Axiom Space планирует прикрепить до двух дополнительных модулей к своему первому основному модулю и отправить частных астронавтов для заселения модулей. Модули позже будут отсоединяться от станции Axiom способом, аналогичным предложенному Россией OPSEK. [16]
Первая китайская космическая лаборатория «Тяньгун-1» была запущена в сентябре 2011 года. [17] Затем беспилотный «Шэньчжоу-8» успешно выполнил автоматическое сближение и стыковку в ноябре 2011 года. Затем в июне 2012 года с «Тяньгун-1» состыковался пилотируемый «Шэньчжоу-9» , а в 2013 году — пилотируемый «Шэньчжоу-10» . [ требуется ссылка ]
По данным Китайского управления пилотируемых космических разработок , «Тяньгун-1» вернулся в атмосферу над южной частью Тихого океана , к северо-западу от Таити , 2 апреля 2018 года в 00:15 UTC. [18] [19]
Вторая космическая лаборатория «Тяньгун-2» была запущена в сентябре 2016 года, в то время как план « Тяньгун-3» был объединен с «Тяньгун-2». [20] Станция совершила управляемый возврат в атмосферу 19 июля 2019 года и сгорела над южной частью Тихого океана. [21]
Космическая станция «Тяньгун» ( китайский :天宫; пиньинь : Tiāngōng ; букв. «Небесный дворец»), первый модуль которой был запущен 29 апреля 2021 года, [22] находится на низкой околоземной орбите, на высоте от 340 до 450 километров над Землей с наклонением орбиты от 42° до 43°. Ее запланированное строительство посредством 11 запусков в течение 2021–2022 годов было направлено на расширение основного модуля двумя лабораторными модулями, способными вместить до шести членов экипажа. [23] [24]
Эти космические станции были анонсированы их принимающей стороной и в настоящее время находятся в стадии планирования, разработки или производства. Указанная здесь дата запуска может измениться по мере поступления дополнительной информации.
Имя | Сущность | Программа | Размер экипажа | Дата запуска | Планируемый объем под давлением | Замечания |
---|---|---|---|---|---|---|
Лунные Врата | НАСА ЕКА КСА ДЖАКСА | Артемида | 4 | 2027 [25] | ≥125 м 3 (4400 куб. футов) | Планируется, что он будет служить научной платформой и плацдармом для высадки на Луну в рамках программы НАСА « Артемида» и последующей миссии человека на Марс . |
Станция Аксиома | Аксиома пространства | Программа Международной космической станции | Будет определено | Конец 2026 г. [26] | ~666,8 м 3 (~23 548 куб. футов) | В конце концов, в начале 2030-х годов он отделится от МКС и превратится в частную, свободно летающую космическую станцию для коммерческого туризма и научной деятельности. |
Российская орбитальная станция обслуживания | Роскосмос | Российская космическая станция следующего поколения. | Будет определено | 2027 [27] | Поскольку Россия выйдет из программы МКС где-то после 2024 года, Роскосмос в апреле 2021 года объявил о создании новой космической станции в качестве замены этой программе. | |
Старлаб | NanoRacks Вояджер Космос Аэробус МДА Пространство Корпорация Мицубиси | Частный | 4 | 2028 [28] | ~450 м 3 (~15892 куб. фута) | «Коммерческая платформа, поддерживающая бизнес, призванная обеспечить развитие науки, исследований и производства для клиентов по всему миру». Хотя изначально компания Lockheed Martin была включена в проект, по состоянию на 2024 год, похоже, что ее основную роль заняла компания Airbus , которая должна была обеспечить основную среду обитания для станции. [29] По состоянию на 2024 год они больше не указаны в качестве партнера на веб-сайте Starlab. [30] |
СтарМакс | Гравитика | Частный | Будет определено | 2026 [31] | 400 м 3 (14 126 куб. футов) | «Модуль StarMax обеспечивает до 400 кубических метров полезного обитаемого объема — почти половину объема Международной космической станции в одном модуле». |
Орбитальный Риф | Голубое происхождение Сьерра-Спейс | Частный | 10 | вторая половина 2020-х годов [32] | 830 м 3 (29 000 куб. футов) | «Коммерческая станция на низкой околоземной орбите для исследовательских, промышленных, международных и коммерческих клиентов». |
Станция Бхаратия-Антарикша [33] | ИСРО | Индийская программа пилотируемых космических полетов | 3 | ~2035 [33] [34] [35] [36] [37] | Председатель ISRO К. Сиван объявил в 2019 году, что Индия не присоединится к Международной космической станции , а вместо этого построит собственную космическую станцию. [38] Массой 52 тонны . [39] Ее планируется построить через 5–7 лет после завершения программы Gaganyaan . [40] | |
Лунная Орбитальная Станция [41] | Роскосмос | Будет определено | после 2030 года [42] | |||
Убежище-1 | Огромный | Частный | 4 | 2025 [43] | «Haven-1, который должен стать первой в мире коммерческой космической станцией, и последующие миссии с участием человека в космосе ускорят доступ к исследованию космоса» [44] | |
Убежище-2 | Огромный | Частный | 2028 | Планируемый преемник Haven-1. Генеральный директор Vast Макс Хоат выразил надежду, что первый модуль Haven-2 будет запущен в 2028 году, если станция будет одобрена в ходе второго этапа программы NASA Commercial LEO Destinations . [45] | ||
ЖИЗНЬ Следопыт | Сьерра-Спейс | Частный | Будет определено | 2026 | «Однако, прежде чем предлагать LIFE для Orbital Reef, компания предлагает запустить автономную «первопроходческую» версию LIFE уже к концу 2026 года». [46] | |
Модуль японской космической станции (Mitsui) | ДЖАКСА | Mitsui & Co. | Будет объявлено дополнительно | Будет определено | Будет определено | Японское космическое агентство JAXA объявило в июле 2024 года, что заключило контракт с Mitsui & Co. на разработку концепции нового модуля космической станции для возможного полета и стыковки с американской частной космической станцией, которая еще не была определена на момент первоначального объявления. [47] [48] [49] |
Были запущены два типа космических станций: монолитные и модульные. Монолитные станции состоят из одного транспортного средства и запускаются одной ракетой. Модульные станции состоят из двух или более отдельных транспортных средств, которые запускаются независимо и стыкуются на орбите. Модульные станции в настоящее время предпочтительны из-за более низкой стоимости и большей гибкости. [50] [51]
Космическая станция — это сложный аппарат, который должен включать в себя множество взаимосвязанных подсистем, включая структуру, электропитание, терморегулирование, определение и управление положением , орбитальную навигацию и движение, автоматизацию и робототехнику, вычисления и связь, охрану окружающей среды и жизнеобеспечение, помещения для экипажа, а также транспортировку экипажа и грузов. Станции должны выполнять полезную роль, которая определяет требуемые возможности. [ необходима цитата ]
Космические станции сделаны из прочных материалов, которые должны выдерживать космическую радиацию , внутреннее давление, микрометеориты , тепловые эффекты солнца и низкие температуры в течение длительных периодов времени. Они обычно сделаны из нержавеющей стали , титана и высококачественных алюминиевых сплавов , со слоями изоляции, такими как кевлар, в качестве баллистической щитовой защиты. [52]
Международная космическая станция (МКС) имеет один надувной модуль, Bigelow Expandable Activity Module , который был установлен в апреле 2016 года после доставки на МКС в ходе миссии по снабжению SpaceX CRS-8 . [53] [54] Этот модуль, основанный на исследованиях НАСА в 1990-х годах, весит 1400 килограммов (3100 фунтов) и транспортировался в сжатом виде, прежде чем был прикреплен к МКС с помощью манипулятора космической станции и надут для обеспечения объема 16 кубических метров (21 кубический ярд). Хотя изначально он был рассчитан на 2 года службы, он все еще был прикреплен и использовался для хранения в августе 2022 года. [55] [56]
Окружающая среда космической станции представляет собой целый ряд проблем для человеческой жизнедеятельности, включая краткосрочные проблемы, такие как ограниченные запасы воздуха, воды и пищи, а также необходимость управления отходящим теплом , и долгосрочные, такие как невесомость и относительно высокий уровень ионизирующего излучения . Эти условия могут создавать долгосрочные проблемы со здоровьем для жителей космической станции, включая атрофию мышц , разрушение костей , нарушения равновесия , нарушения зрения и повышенный риск рака . [57]
Будущие космические жилища могут попытаться решить эти проблемы и могут быть спроектированы для проживания за пределами недель или месяцев, которые обычно длятся текущие миссии. Возможные решения включают создание искусственной гравитации вращающейся структурой , включение радиационной защиты и развитие местных сельскохозяйственных экосистем. Некоторые проекты могут даже вмещать большое количество людей, становясь по сути «городами в космосе», где люди будут проживать полупостоянно. [58]
Плесень, которая развивается на борту космических станций, может производить кислоты, которые разрушают металл, стекло и резину. Несмотря на расширяющийся спектр молекулярных подходов для обнаружения микроорганизмов, быстрые и надежные средства оценки дифференциальной жизнеспособности микробных клеток как функции филогенетической линии остаются неуловимыми. [59]
Подобно беспилотным космическим кораблям, находящимся близко к Солнцу, космические станции во внутренней Солнечной системе обычно используют солнечные батареи для получения энергии. [60]
Воздух и вода космической станции доставляются на космическом корабле с Земли, а затем перерабатываются. Дополнительный кислород может поставляться твердотопливным кислородным генератором . [61]
Последней космической станцией военного назначения был советский «Салют-5» , который был запущен в рамках программы «Алмаз» и находился на орбите с 1976 по 1977 год. [62] [63] [64]
Космические станции до сих пор имели единственное длительное прямое присутствие человека в космосе. После первой станции, Салют-1 (1971), и ее трагического экипажа Союз-11 , космические станции эксплуатировались последовательно со времен Скайлэба (1973–1974), что позволило осуществить прогрессию длительного прямого присутствия человека в космосе. К долгосрочным постоянным экипажам присоединились посещающие экипажи с 1977 года ( Салют-6 ), а станции занимались последовательными экипажами с 1987 года с преемником Салюта Мир . Непрерывное пребывание на станциях было достигнуто с момента оперативного перехода от Мира к МКС , с его первым пребыванием в 2000 году. МКС принимала наибольшее количество людей на орбите одновременно, достигнув 13 впервые во время одиннадцатидневной стыковки STS-127 в 2009 году. [65]
Рекорд продолжительности одного космического полета составляет 437,75 суток, он был установлен Валерием Поляковым на борту станции «Мир» с 1994 по 1995 год . [66] По состоянию на 2021 год [обновлять]четыре космонавта совершили одиночные миссии продолжительностью более года, все на борту станции «Мир» .
Многие космические корабли используются для стыковки с космическими станциями. Полет «Союза» Т-15 с марта по июль 1986 года был первым и по состоянию на 2016 год единственным космическим кораблем, посетившим две разные космические станции, Мир и Салют-7 . [67]
Международная космическая станция обслуживается множеством различных космических аппаратов.
Космическая станция «Тяньгун» обслуживается следующими космическими аппаратами:
Программа «Тяньгун» предполагала использование следующих космических аппаратов.
Орбитальная станция «Мир» находилась на орбите с 1986 по 2001 год и обслуживалась и посещалась следующими космическими аппаратами:
Исследования, проведенные на станции «Мир», включали первый долгосрочный космический исследовательский проект Европейского космического агентства EUROMIR 95, который длился 179 дней и включал 35 научных экспериментов. [106]
За первые 20 лет работы Международной космической станции было проведено около 3000 научных экспериментов в области биологии и биотехнологий, разработки технологий, образовательной деятельности, исследований человека, физических наук, а также наук о Земле и космосе. [107] [108]
Космические станции предоставляют полезную платформу для проверки производительности, стабильности и живучести материалов в космосе. Это исследование является продолжением предыдущих экспериментов, таких как Long Duration Exposure Facility , свободно летающая экспериментальная платформа, которая летала с апреля 1984 года по январь 1990 года. [109] [110]
На Международной космической станции гости иногда платят 50 миллионов долларов, чтобы провести неделю, живя как астронавт . Позже, как ожидается, космический туризм расширится, как только стоимость запуска будет достаточно снижена. К концу 2020-х годов космические отели могут стать относительно обычным явлением. [ необходима цитата ]
Поскольку в настоящее время запуск чего-либо на орбиту обходится в среднем в 10 000–25 000 долларов за килограмм, космические станции остаются исключительной вотчиной государственных космических агентств, которые в основном финансируются за счет налогов . В случае с Международной космической станцией космический туризм составляет небольшую часть денег для ее содержания.
Ондлер сказал на брифинге, что первый из этих модулей теперь планируется запустить на МКС в конце 2026 года, примерно на год позже, чем ранее объявляла компания.
Ондлер сказал на брифинге, что первый из этих модулей теперь планируется запустить на МКС в конце 2026 года, примерно на год позже, чем ранее объявляла компания.