Космическая станция - Space station

Международная космическая станция была собрана в геоцентрической орбите , и является самым крупным искусственным объектом в пространстве

Космическая станция , также известная как орбитальная станция или орбитальная космической станция , является космическим аппаратом способен поддерживать человеческий экипаж на орбите в течение длительного периода времени, и, следовательно , тип пространства обитания . У него нет основных силовых установок или систем посадки . Станции должны иметь стыковочные порты, чтобы другие космические корабли могли стыковаться для переброски экипажа и припасов.

Цель содержания орбитальной заставы зависит от программы. Космические станции чаще всего запускались в научных целях, но имели место и запуски военного назначения. По состоянию на 2021 год на низкой околоземной орбите будет находиться одна полностью работающая и постоянно обитаемая космическая станция : Международная космическая станция (МКС), которая используется для изучения воздействия космического полета на человеческий организм, а также для определения места для проведения большее количество и более длительные научные исследования, чем это возможно на других космических аппаратах. Китай «s Тяньгун космическая станция находится в стадии строительства. И Индия, и Россия предложили построить станции в ближайшие десятилетия.

История

Ранний проект космической станции Германа Поточника , первый спроектированный как вращающееся колесо (1929 г.)

Первое упоминание о чем-либо, напоминающем космическую станцию, произошло в 1869 году Эдварда Эверетта Хейла « Кирпичная луна ». Первыми, кто серьезно и научно обоснованно рассмотрел космические станции, были Константин Циолковский и Герман Оберт с разницей в два десятилетия в начале 20 века. В 1929 году была опубликована книга Германа Поточника « Проблема космических путешествий », первая из которых представила космическую станцию ​​с «вращающимся колесом» для создания искусственной гравитации. « Солнечная пушка », задуманная во время Второй мировой войны , представляла собой теоретическое орбитальное оружие, вращающееся вокруг Земли на высоте 8 200 километров (5100 миль). Никаких дальнейших исследований не проводилось. 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 в ХХ веке так и не началась.

Первая космическая станция "Салют-1". Вид с вылетающего корабля "Союз-11"

В 1971 году Советский Союз разработал и запустил первую в мире космическую станцию Салют-1 . К сериям « Алмаз» и « Салют» в конечном итоге присоединились Скайлаб , Мир , а также Тяньгун-1 и Тяньгун-2 . Аппаратное обеспечение, разработанное во время первоначальных советских усилий, продолжает 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 более года. Начиная с злополучного полета экипажа корабля "Союз-11" на " Салют-1" , все недавние рекорды продолжительности полетов человека в космос были установлены на борту космических станций. Рекорд продолжительности для одного космического полета составляет 437.75 дней, установленный Валерия Полякова на борте Мира с 1994 по 1995 г. По состоянию на 2021 г. , четыре Космонавтов завершили одиночные миссии в течение года, все на борту Mir . Последней космической станцией военного назначения была советская " Салют-5" , запущенная по программе " Алмаз" и находившаяся на орбите в период с 1976 по 1977 год.

Ранние монолитные станции (1971–1986)

Американская станция Skylab 1970-х годов

Ранние станции представляли собой монолитные конструкции, которые строились и запускались как одно целое, как правило, со всеми принадлежностями и экспериментальным оборудованием. Затем будет запущена команда, которая присоединится к станции и проведет исследования. После того, как припасы были израсходованы, станция была заброшена.

Первой космической станцией была « Салют-1» , запущенная Советским Союзом 19 апреля 1971 года. Все ранние советские станции назывались «Салют», но среди них было два различных типа: гражданские и военные. Военные станции « Салют-2» , « Салют-3» и « Салют-5» также назывались станциями « Алмаз ».

Гражданские станции « Салют-6» и « Салют-7» были построены с двумя стыковочными портами, что позволило посетить второй экипаж с новым космическим кораблем; паром Союз мог провести 90 дней в космосе, в какой момент его необходимо заменить новым космическим кораблем Союз. Это позволяло экипажу постоянно обслуживать станцию. American Skylab (1973–1979) также был оборудован двумя стыковочными портами, как станции второго поколения, но дополнительный порт никогда не использовался. Наличие второго порта на новых станциях позволило пристыковать транспортные средства « Прогресса» к станции, а это означало, что можно было доставлять свежие припасы для помощи в долгосрочных миссиях. Эта концепция была расширена на «Салют-7», который незадолго до того, как был заброшен , «жестко стыковался» с буксиром ТКС ; это послужило доказательством концепции использования модульных космических станций. Более поздних «Салютов» можно с полным основанием рассматривать как переходное звено между двумя группами.

Мир (1986–2001)

Земля и станция Мир

В отличие от предыдущих станций, советская космическая станция « Мир» имела модульную конструкцию ; был запущен основной модуль, а позже к нему были добавлены дополнительные модули, обычно с определенной ролью. Этот метод обеспечивает большую гибкость в эксплуатации, а также устраняет необходимость в одной чрезвычайно мощной ракете-носителе . Модульные станции также изначально проектируются так, чтобы их запасы обеспечивались судами материально-технической поддержки, что обеспечивает более длительный срок службы за счет необходимости регулярных вспомогательных запусков.

Модули все еще разрабатываются на основе конструкции и возможностей « Мира» .

Тяньгун 1 и Тяньгун 2 (2011–2019 гг.)

Первая китайская космическая лаборатория, Tiangong-1, была запущена в сентябре 2011 года. Затем в ноябре 2011 года беспилотный Shenzhou 8 успешно произвел автоматическое сближение и стыковку. Затем в июне 2012 года Shenzhou 9 с экипажем состыковался с Tiangong-1, за ним последовал Shenzhou 10 с экипажем. в 2013 году. Вторая космическая лаборатория Tiangong-2 была запущена в сентябре 2016 года, а план Tiangong-3 был объединен с Tiangong-2.

В мае 2017 года, Китай проинформировал Управление Организации Объединенных Наций по вопросам космического пространства , что высота Тяньгунов-1 была разлагающееся и что она будет скоро введите снова атмосферу и распадается. Возвращение в атмосферу планировалось произвести в конце марта или начале апреля 2018 года. По данным Китайского управления пилотируемой космической техники, Tiangong-1 повторно вошел в атмосферу над южной частью Тихого океана , к северо-западу от Таити , 2 апреля 2018 года в 00:15 UTC.

В июле 2019 года Китайское управление пилотируемой космической техники объявило, что планирует спустить с орбиты Tiangong-2 в ближайшем будущем, но конкретная дата не была названа. Впоследствии 19 июля станция совершила контролируемый вход и сгорела над южной частью Тихого океана.

Текущий

МКС (1998 – настоящее время)

Строящаяся Международная космическая станция
International Space Station Tiangong Space Station Mir Skylab Tiangong-2 Salyut 1 Salyut 2 Salyut 4 Salyut 6 Salyut 7
Изображение выше содержит интерактивные ссылки.
Сравнение размеров нынешних и прошлых космических станций в том виде, в котором они появились совсем недавно. Солнечные панели синего цвета, радиаторы отопления красного цвета. Обратите внимание, что станции имеют разную глубину, не показанную силуэтами.

МКС разделена на две основные секции: российский орбитальный сегмент (ROS) и орбитальный сегмент США (USOS). Первый модуль Международной космической станции " Заря" был запущен в 1998 году.

Модули "второго поколения" российского орбитального сегмента могли запускаться на " Протоне" , лететь на правильную орбиту и стыковаться без вмешательства человека. Подключения производятся автоматически для питания, данных, газов и топлива. Российский автономный подход позволяет собирать космические станции перед запуском экипажа.

Российские модули «второго поколения» можно реконфигурировать в соответствии с меняющимися потребностями. По состоянию на 2009 год РКК «Энергия» рассматривала возможность удаления и повторного использования некоторых модулей ROS на орбитальном пилотируемом сборочно-экспериментальном комплексе после завершения миссии на МКС. Однако в сентябре 2017 года глава Роскосмоса заявил, что техническая возможность выделения станции для формирования ОПСЭК изучена, и теперь планов по отделению российского сегмента от МКС нет.

Напротив, основные американские модули были запущены на космическом корабле "Шаттл" и прикреплены к МКС экипажами во время выхода в открытый космос . В это время также выполняются соединения для подачи электроэнергии, данных, движителей и охлаждающих жидкостей, в результате чего получается интегрированный блок модулей, который не предназначен для разборки и должен быть выведен с орбиты как одна масса.

Сегмент Axiom Orbital является плановым коммерческий сегмент будет добавлен к МКС , начиная с середины 2020 - х годов. Axiom Space получила одобрение НАСА на это предприятие в январе 2020 года. До трех модулей Axiom будут подключены к Международной космической станции. Первый модуль может быть запущен не позднее 2024 года и будет пристыкован к переднему порту Harmony , что потребует перемещения PMA-2 . Axiom Space планирует присоединить до двух дополнительных модулей к своему первому базовому модулю и отправить частных астронавтов для заселения модулей. В один прекрасный день модули можно будет отсоединить от станции «Аксиома» аналогично предложенному Россией ОПСЕК.

Космическая станция Тяньгун (с 2021 г. по настоящее время)

Космическая станция Тяньгуна ( китайский :天宫; пиньинь : Тяньгун , лит «Небесный дворец»), первый модуль , который был запущен 29 апреля 2021 года , находится на низкой околоземной орбите, 340 до 450 км над поверхностью Земли на наклонении орбиты от 42 ° до 43 °. Его запланированное строительство с помощью 11 запусков в 2021-22 годах направлено на расширение основного модуля двумя лабораторными модулями, способными принять до шести экипажей.

Визуализация космической станции Тяньгун в октябре 2021 года
Визуализация космической станции Тяньгун в октябре 2021 года

Планируемые проекты

Эти космические станции были объявлены принимающей стороной и в настоящее время находятся в стадии планирования, разработки или производства. Указанная здесь дата запуска может измениться по мере появления дополнительной информации.

Имя Сущность Программа Размер экипажа Дата запуска Замечания
Лунные врата Соединенные Штаты НАСА ЕКА CSA JAXA
Логотип ESA simple.svg
Канада
Япония
Артемида
4
Ноябрь 2024 г. Предназначен для использования в качестве научной платформы и плацдарма для высадки на Луну программы НАСА « Артемида» и последующей миссии человека на Марс .
Российская орбитальная станция обслуживания
(РОСС)
Россия Роскосмос
TBD
2025 г.
TBD Индия ISRO Индийская программа полета человека в космос
3
~ 2030 г. В 2019 году председатель ISRO К. Сиван объявил, что Индия не присоединится к Международной космической станции, а вместо этого построит 20-тонную космическую станцию ​​самостоятельно. Его планируется построить в ближайшие 5–7 лет.
Лунная орбитальная станция
(LOS)
Россия Роскосмос
TBD
после 2030 г.
Стасиун Луар Ангкаса Республика Индонезия (SLARI) Индонезия ЛАПАН
TBD
2030–2035 гг.

Отмененные проекты

Большинство этих станций было закрыто из-за финансовых трудностей. Однако Мир-2 был объединен с Freedom и лег в основу Международной космической станции .

Имя Сущность Размер экипажа Замечания
Пилотируемая орбитальная лаборатория 1–7 Соединенные Штаты НАСА 2 Отменен из-за чрезмерных затрат в 1969 г.
Скайлаб Б Соединенные Штаты НАСА 3 Построен, но запуск отменен из-за отсутствия финансирования. Теперь музейный экспонат.
ОПС-4 Советский Союз СССР Построен, но не запущен из-за отмены программы « Алмаз ».
Свобода Соединенные Штаты НАСА 14–16 Объединены и составляют основу Международной космической станции.
Мир-2 Советский Союз Роскосмос СССР
Россия
2
Колумбус MTFF Логотип ESA simple.svg ЕКА 3 (посещение от Гермеса )
Галактика Соединенные Штаты Bigelow Aerospace Роботизированный Отменено из-за роста затрат и возможности наземного тестирования ключевых подсистем Galaxy
Алмаз коммерческий Объединенное Королевство Экскалибур Алмаз 4 и более Отсутствие средств.
ОПСЕК Россия Роскосмос Более 2 Отменен в 2017 году. Вместо этого компоненты ОПСЕК останутся присоединенными к МКС.

Архитектура

Астронавты выглядывают из лаборатории судьбы, 2001 год.
Астронавт принимает горячую ванну в отсеке экипажа орбитальной мастерской (OWS) скопления космических станций Skylab на околоземной орбите . В развертывании душа объекта занавеска подтягивается от пола и крепится к потолку. Вода поступает через кнопочную насадку для душа, прикрепленную к гибкому шлангу. Вода откачивается с помощью вакуумной системы.

Были запущены два типа космических станций: монолитные и модульные. Монолитные станции состоят из одной машины и запускаются одной ракетой. Модульные станции состоят из двух или более отдельных аппаратов, которые запускаются независимо и состыковываются на орбите. Модульные станции в настоящее время предпочтительны из-за более низкой стоимости и большей гибкости. Оба типа могут заправляться грузовыми судами, такими как " Прогресс" .

Космическая станция - это сложный аппарат, который должен включать в себя множество взаимосвязанных подсистем, включая структуру, электроэнергию, терморегулирование, определение и контроль ориентации , орбитальную навигацию и движение, автоматизацию и робототехнику, вычисления и связь, экологическое и жизнеобеспечение, средства экипажа и экипаж и грузоперевозки. Станции должны выполнять полезную роль, которая определяет требуемые возможности.

Материалы

Космические станции часто изготавливаются из прочных материалов, которые должны выдерживать космическое излучение , внутреннее давление, микрометеороиды , тепловое воздействие солнца и низких температур в течение очень длительных периодов времени. Обычно они изготавливаются из нержавеющей стали , титана и высококачественных алюминиевых сплавов со слоями изоляции, такими как кевлар, в качестве баллистической защиты.

Пригодность

Видео о деятельности на Международной космической станции и вокруг нее

Окружающая среда космической станции создает множество проблем для обитаемости человека, включая краткосрочные проблемы, такие как ограниченные запасы воздуха, воды и пищи и необходимость управления отходящим теплом , и долгосрочные проблемы , такие как невесомость и относительно высокие уровни тепла. ионизирующее излучение . Эти условия могут создать долгосрочные проблемы со здоровьем для жителей космической станции, в том числе мышечной атрофии , ухудшения кости , расстройства равновесия , расстройств со зрением и повышенным риском рака .

В будущих космических средах обитания можно будет попытаться решить эти проблемы, и они могут быть спроектированы так, чтобы они могли занять больше недель или месяцев, которые обычно длятся в текущих миссиях. Возможные решения включают создание искусственной гравитации с помощью вращающейся конструкции , включение радиационной защиты и развитие сельскохозяйственных экосистем на территории. Некоторые проекты могут даже вместить большое количество людей, становясь по сути «городами в космосе», где люди будут проживать полупостоянно.

Экологическая микробиология

Плесень, которая образуется на космических станциях, может производить кислоты, разрушающие металл, стекло и резину. Несмотря на расширяющийся набор молекулярных подходов к обнаружению микроорганизмов, быстрые и надежные средства оценки дифференциальной жизнеспособности микробных клеток в зависимости от филогенетического происхождения остаются труднодостижимыми.

Смотрите также

использованная литература

Библиография

внешние ссылки