* ЗАКАЗАТЬ АВТОРСКИЙ РЕФЕРАТ, КУРСОВУЮ ИЛИ ДИПЛОМ*

тел. 728 - 3241

КАРМАН, ТЕОДОР ФОН (Karman, Theodore von) (1881–1963), американский инженер. Родился 11 мая 1881 в Будапеште. В 1902 окончил Королевский технический университет в Будапеште, занимался конструированием двигателей внутреннего сгорания. Продолжил образование в Гёттингенском университете, где в 1909 защитил диссертацию, получил степень доктора философии и до 1912 занимал должность доцента. В 1913–1930 был профессором и директором Аэродинамического института при университете Ахена, в 1915–1918 возглавлял исследовательский отдел военно-воздушных сил Австро-Венгрии, занимался вертолетостроением, а с 1922 по 1928 работал консультантом в фирмах «Юнкерс» и «Цеппелин». В 1920-е годы Карман по приглашению Д.Гуггенхейма, основателя фонда развития аэронавтики, читал лекции в научно-исследовательских центрах США, а в 1927 – в Японии, Китае и Индии. В 1930 возглавил Гуггенхеймовскую аэролабораторию при Калифорнийском технологическом институте. В 1945 был назначен председателем научно-технической коллегии ВВС США, позже преобразованной в главное научно-техническое управление, и возглавлял американские технические миссии в Германии по изучению достижений этой страны в области сверхзвуковой аэродинамики и управляемых ракет.
Среди наиболее известных работ Кармана – теоретические и экспериментальные исследования в области аэро-, гидро- и термодинамики, прочности авиационных конструкций и материалов, теории пластичности и упругости, сопротивления материалов. Карман занимался такими фундаментальными проблемами дозвуковой аэродинамики, как продольная устойчивость самолетов, турбулентность, пограничный слой, обтекание профиля, а также вопросами сверхзвуковой аэродинамики. Разработал ряд математических методов прочностных расчетов, решение даже чисто академических задач всегда сопровождал выводами и результатами, которые имели значение для инженерной практики. Карман был одним из основателей и первым президентом (1960–1961) Международной академии астронавтики, консультантом ряда крупных аэрокосмических фирм, членом многих иностранных академий и научных обществ. В 1948 была учреждена международная премия его имени, в его честь назван один из кратеров на Луне.
Умер Карман в Ахене 6 мая 1963.

КЕЙЛИ, ДЖОРДЖ (Cayley, George) (1773–1857), английский изобретатель. Родился 27 декабря 1773 в Скарборо (графство Йоркшир). Получив начальное образование в школах Йорка и Ноттингема, в 1792 отправился в Саут-Гейт изучать электричество и химию. С 1800 в течение многих лет Кейли заносил в записную книжку результаты наблюдений полета различных птиц и свои соображения по этому поводу. С 1804 начал проводить аэродинамические эксперименты и вскоре построил первую модель планера с наклоненной под углом 6° несущей плоскостью, которая соединялась рейкой с парой поворотных взаимноперпендикулярных малых пластин. Кейли пришел к убеждению, что создание летательного аппарата тяжелее воздуха возможно только после детального изучения воздействий воздушного потока на наклонную несущую плоскость и разработки подходящего двигателя; спустя почти 100 лет такие же выводы сделали братья Райт. В 1807 Кейли опубликовал свою первую статью о «двигателе с расширением воздуха» – герметичном устройстве, где воздух прокачивался насосом через нагреватель и поступал в рабочий цилиндр. Статьи Кейли с изложением принципов полета планера и самолета были опубликованы в «Журнале натуральной философии» («Journal of Natural Philosophy») в 1809 и 1810. В этих работах Кейли рассмотрел зависимость от скорости летательного аппарата таких характеристик, как подъемная сила, нагрузка на крыло, напряжения в конструкции, выигрыш в противодействии силам тяготения; обсудил принцип действия двигателя внутреннего сгорания; предложил обтекаемые формы конструкций. Около 1815 Кейли заинтересовался управляемыми воздушными шарами. В его трудах этого периода обсуждаются соотношения между габаритами и весом шара, оптимальная форма шара, необходимость расчалок. Он предлагает ввести секционные газовые баллоны и водонепроницаемую оболочку; сравнивает достоинства шаров, наполненных горячим воздухом и водородом; рассматривает способы предотвращения пожара. В 1837 Кейли запатентовал двигатель на горячем воздухе; в 1840 выдвинул идею создания вертолета с двумя несущими винтами на одном валу с паровым приводом; в 1853 предложил тяговый пропеллер и двигатель на водороде.
Умер Кейли в Бромптон-Холле близ Скарборо 15 декабря 1857.

КОРОЛЕВ, СЕРГЕЙ ПАВЛОВИЧ (1907–1966), советский ученый и конструктор в области ракетостроения и космонавтики, главный конструктор первых боевых и космических ракет, искусственных спутников Земли, пилотируемых космических кораблей, основоположник практической космонавтики, академик, дважды Герой Социалистического Труда.
Королев родился 12 января 1907 (30 декабря 1906 по старому стилю) в Житомире в семье учителя гимназии. В 1909 семья перебралась в Киев; вскоре после этого родители разошлись. В 1916 мать вновь вышла замуж и вместе с сыном и мужем переехала в Одессу. В 1917 Сережа поступил в гимназию, однако началась революция, гимназию закрыли, и он стал заниматься самостоятельно по гимназической программе с помощью матери и отчима. В 1921 в Одессе появился отряд гидросамолетов, и будущий конструктор увлекся воздухоплаванием, а в 1923 начал заниматься в планерном кружке. В 1922–1924 он учился в стройпрофтехшколе. В 1924 поступил на механический факультет Киевского политехнического института, но, поскольку там не было открыто аэромеханическое отделение, перешел в 1926 в Московское высшее техническое училище им. Баумана, аэромеханический факультет которого окончил в 1930. И в Киеве, и в Москве он занимался планеризмом: летал на планере, построил свой планер; одновременно учился летать на самолете, получил диплом летчика и построил небольшой самолет – авиетку. В 1927–1930 участвовал в планерных соревнованиях в Крыму под Коктебелем, где летал сам и представлял свои планеры, в том числе планер СК-3, специально сконструированный и построенный для исполнения фигур высшего пилотажа, на котором летчик В.А.Степанчонок впервые в мире на безмоторном летательном аппарате сделал петлю Нестерова. В эти же годы Королев пришел к мысли поставить на планер ракетный двигатель. В начале 1930-х годов он стал одним из инициаторов создания при ОСОАВИАХИМе Группы изучения реактивного движения (ГИРД), которая разработала и запустила 17 августа 1933 ракету «ГИРД-09» на гибридном топливе. В сентябре 1933 на базе Московской организации ГИРД и Ленинградской газодинамической лаборатории (ГДЛ) был создан Реактивный научно-исследовательский институт (РНИИ, впоследствии – НИИ-3, а затем НИИ-1) во главе с И.Т.Клейменовым, заместителем которого был назначен Королев (вскоре вместо него заместителем начальника института стал Г.Э.Лангемак). В РНИИ Королев занимался созданием крылатых ракет с гироскопическим автопилотом и с гирокомандной системой наведения, снабженных жидкостным ракетным двигателем конструкции В.П.Глушко. Кроме того, он работал над проектом ракетоплана. Ракетоплан РП-318-1, созданный на базе планера Королева и двигателя Глушко, совершил первый полет 28 февраля 1940. Однако до этого в РНИИ в 1937–1938 произошли трагические события: по ложным обвинениям во вредительстве были арестованы и расстреляны И.Т.Клейменов и Г.Э.Лангемак и арестованы еще пять сотрудников, в том числе Королев и Глушко. 27 сентября 1938 Королев был осужден на 10 лет заключения в исправительно-трудовых лагерях строгого режима и отправлен на Колыму.
В 1939 новое руководство НКВД решило организовать конструкторские бюро, в которых должны были трудиться заключенные специалисты. В одно из таких бюро, возглавляемое А.Н.Туполевым, тоже заключенным, и был направлен Королев. Этот коллектив занимался проектированием и созданием пикирующего бомбардировщика Ту-2. Вскоре после начала войны Особое техническое бюро Туполева эвакуировали в Омск. В Омске Королев узнал, что в Казани аналогичное бюро занимается ракетными ускорителями для бомбардировщика Пе-2 под руководством бывшего сотрудника НИИ-3 Глушко. Королев добился перевода в Казань, где стал заместителем Глушко. В эти же годы он начал самостоятельно разрабатывать проект нового аппарата – ракеты для полетов в стратосферу. 27 июля 1944 по указу Президиума Верховного Совета СССР Королев и ряд других сотрудников режимного КБ были досрочно освобождены со снятием судимости.
После окончания войны во второй половине 1945 Королев в числе других специалистов был командирован в Германию для изучения немецкой техники. Особый интерес для него представляла немецкая ракета V-2 (Фау-2), обладавшая дальностью полета ок. 300 км при стартовой массе ок. 13 т. Параллельно с изучением и испытаниями ракеты V-2 Королев, назначенный главным конструктором баллистических ракет, с группой сотрудников разработал ракету на жидком топливе Р-1; в мае 1949 состоялось несколько пусков геофизических ракет такого типа. В те же годы были разработаны ракеты Р-2, Р-5 и Р-11. Все они были приняты на вооружение и имели научные модификации. В середине 1950-х годов в КБ Королева была создана знаменитая Р-7 – двухступенчатая ракета, которая обеспечила достижение первой космической скорости и возможность вывода на околоземную орбиту летательных аппаратов массой в несколько тонн. Эта ракета (с ее помощью были выведены на орбиту первые три спутника) затем была модифицирована и превращена в трехступенчатую (для вывода «лунников» и полетов с человеком). Первый спутник был запущен 4 октября 1957, через месяц – второй, с собакой Лайкой на борту, а 15 мая 1958 – третий, с большим количеством научной аппаратуры. С 1959 Королев руководил программой исследований Луны. В рамках этой программы к Луне было направлено несколько космических аппаратов, в том числе аппаратов с мягкой посадкой, а 12 апреля 1961 осуществлен первый полет человека в космос. При жизни Королева на его космических кораблях в космосе побывало еще десять советских космонавтов, был осуществлен выход человека в открытый космос (А.А.Леонов 18 марта 1965 на КК «Восход-2»). Королевым и группой координируемых им организаций были созданы космические аппараты серий «Венера», «Марс», «Зонд», искусственные спутники Земли серий «Электрон», «Молния-1», «Космос», разработан космический корабль «Союз».
Сергей Павлович Королев скончался 14 января 1966. В том же году АН СССР учредила золотую медаль его имени «За выдающиеся работы в области ракетно-космической техники». Именем Королева названо крупнейшее образование на обратной стороне Луны.

ЛИТЕРАТУРА
Романов А.П. Королев. М., 1990
Голованов Я.К. Королев: Факты и мифы. М., 1994

КОСМИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ, обитаемый долговременный летательный аппарат, предназначенный для исследований на околоземной орбите или в открытом космосе. Космическая станция может служить как космический корабль, долговременное место пребывания космонавтов, лаборатория, телекоммуникационный центр, мастерская, космический порт, база для заправки топливом и строительная площадка. Следующие признаки отличают космическую станцию от других объектов космической техники: 1) способность поддерживать жизнеобеспечение присутствующих на ней людей в течение долгого периода времени; 2) длительное существование (до ее оставления или демонтажа) на орбите вокруг Земли или какого-либо тела Солнечной системы.

КОНЦЕПЦИИ ДОСПУТНИКОВОЙ ЭРЫ
Станция дозаправки топливом и проживание в космическом пространстве. В своей небольшой книге Ракета в космическом пространстве (Die Rakete zu den Planetenrumen) Г.Оберт высказал мысль, что, используя стандартную технику полярных экспедиций – поэтапного движения из базового лагеря и/или использования складов, исследователям космоса не нужно будет совершать весь путь от Земли до Луны или Марса в одной большой ракете. Он пришел к выводу, что полет к Луне или Марсу был бы возможен, если бы удалось разработать достаточно мощный ракетный двигатель для достижения заправочной станции, расположенной в некоторой промежуточной точке на низкой околоземной орбите, используя существующие топлива и материалы.
В 1920-х годах вместе с другими энтузиастами космических полетов, главным образом из Австрии и Германии, Оберт развил концепцию космической станции и предложил использовать такую станцию как орбитальный вокзал, который может использоваться для решения широкого круга военных и экономических задач, включая разведку, стратегические военные действия, связь, метеорологию, и иметь широкое научно-техническое применение. См. также ОБЕРТ, ГЕРМАН.
Облик, назначение, состав, стоимость. Потенциальная возможность многоцелевого использования космической станции привела к жарким теоретическим дебатам по ряду вопросов. Какой должна быть космическая станция и что на ней делать? Сколько станций необходимо иметь, когда и где? Единственного ответа на любой из этих вопросов не существует. При разработке космической станции, как и при разработке любого крупного технического проекта, всегда приходится делать выбор и идти на компромиссы. С 1929 до 1957 теоретики космических станций обсуждали четыре взаимосвязанных аспекта их проектирования: облик, назначение, состав и стоимость.
С вращением или без вращения. Самый старый и наиболее обсуждаемый вопрос проектирования космической станции состоит в следующем. Должны ли конструкторы пытаться создать внутри станции условия, похожие на земные, для удобства экипажа и других форм жизни, или же экипаж должен приспосабливаться к условиям космического пространства, чтобы лучше изучить новую среду обитания? В зависимости от ответа на этот вопрос были выдвинуты концепции вращающейся и невращающейся станции. На станции с вращением используется эффект центростремительного ускорения для создания искусственной силы тяжести, величина которой может быть в диапазоне от 0,1 до 1,0 g, где g – ускорение силы тяжести на поверхности Земли. На космической станции, не имеющей собственного вращения, существуют условия невесомости (точнее, микрогравитации, для которой характерны величины ускорений от 0,001 до 0,000001 g).
Г.Поточник (1892–1929), капитан австрийской армии, выступая под псевдонимом Герман Нордунг, впервые описал в популярной форме станцию с вращением в своей книге Проблема путешествия в мировое пространство (Das Problem der Befahrung des Weltraums, 1929). Его «жилое колесо» было очень похоже на камеру большой автомобильной шины.
Журнал «Кольерс» 22 марта 1952 опубликовал статью известного конструктора ракет Вернера фон Брауна, озаглавленную «Через последнюю границу», в которой описывалась огромная вращающаяся космическая станция и полный набор средств космической техники, включая космические многоразовые корабли, космические буксиры, астронавтов в скафандрах и зонды для исследования дальнего космоса. См. также БРАУН, ВЕРНЕР ФОН; РАКЕТА.
Концепция наращивания и добавления модулей. Два наиболее многообещающих подхода к проектированию космических станций, которые были выдвинуты еще в доспутниковую эру, – применение наращиваемых конструкций и добавление модулей.
Хотя фон Браун популяризировал огромные космические станции в форме колеса, он считал, что их создание на начальном этапе освоения космоса нецелесообразно. Он высказывался за разработку спутников-автоматов, затем одно-двухместных пилотируемых космических кораблей, а после – небольших космических станций с экипажем из четырех человек. Он полагал, что только после создания достаточно мощной космической индустрии, соответствующих технологий и знаний можно будет создать большие космические станции.
Г.Келле и Д.Ромик, работая независимо в Западной Европе и США, представили теоретическое обоснование концепции постепенного наращивания и добавления модулей. При таком подходе неотложные и долгосрочные операции сочетаются с практическими потребностями космического строительства, безопасности и развития долговременной станции.
Начиная с 1930-х годов аналогичные исследования велись в Советском Союзе энтузиастами ГИРД и ГДЛ, но результаты их исследований не публиковались.

КОСМИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ ВРЕМЕН ХОЛОДНОЙ ВОЙНЫ
В конце 1950-х годов специалисты как в Соединенных Штатах, так и в Советском Союзе не имели ясного представления о влиянии микрогравитации на человеческий организм и другие формы жизни. Аэрокосмические круги в обеих странах в какой-то момент пришли к выводу, что необходимо создать орбитальные лаборатории для исследования возможностей пребывания человека в условиях микрогравитации и работоспособности человека в таких условиях.
Пилотируемые орбитальные лаборатории. Хотя администрация президента Джонсона в 1965 поставила перед ВВС США задачу создания пилотируемой орбитальной лаборатории (MOL), действующая американская космическая станция так и не была создана. К концу 1960-х годов робототехника и микроэлектроника достигли такого уровня, что беспилотные спутники начали выполнять некоторые военные задачи, особенно разведывательные, которые раньше возлагались на космические станции. При этом, даже несмотря на все более широкое использование космических систем в военных операциях, необходимость присутствия человека в космосе для таких операций становилась все менее очевидной. См. также ВОЕННО-КОСМИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ.
В результате проект орбитальной станции превратился в выводимую на орбиту «больничную палату», предназначенную для получения медицинских данных о влиянии микрогравитации на двух космонавтов, которые должны были находиться на станции в течение двух недель. Эта программа постоянно испытывала недостаток финансирования и откладывалась. После оценки ее стоимости в 1,3 млрд. долл. и пятилетней подготовки космонавтов министерство обороны США отменило проект в 1969, когда рабочий прототип находился на стартовой позиции.
Станция «Скайлэб». Когда в середине 1960-х годов приобрела конкретные очертания программа «Аполлон», научные центры НАСА и их подрядчики провели обширные поисковые исследования возможности использования технологий, разработанных для ракеты-носителя «Сатурн» и космического корабля «Аполлон», применительно к космической станции. См. также КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЕТЫ ПИЛОТИРУЕМЫЕ.
К концу 1966 в Центре космических полетов им. Маршалла (Хантсвилл, шт. Алабама) был разработан проект т.н. «мокрой» орбитальной лаборатории. Бак жидкого водорода отработавшей второй ступени S-4B ракеты «Сатурн-1B», запущенной на околоземную орбиту, предполагалось продуть и загерметизировать, чтобы предоставить космонавтам достаточно большое пространство для экспериментов в условиях невесомости. Космонавты, после выведения на орбиту основного блока корабля «Аполлон» другой ракетой «Сатурн-1B» и стыковки с лабораторией, должны были войти внутрь через причальную конструкцию и шлюзовую камеру. Последующие экспедиции должны были доставить комплект астрономических приборов (ATM) – лунный модуль корабля «Аполлон», на котором вместо спускаемой ступени установлен комплект солнечных телескопов. Экипаж должен был использовать основной блок КК «Аполлон» в качестве жилого отсека и для проведения медико-биологических экспериментов.
Оборудование «мокрой» лаборатории потребовало бы значительного объема работ в открытом космосе. Однако опыт пилотируемых космических полетов, в частности в рамках программы «Джемини», показал специалистам НАСА, что работа в открытом космосе предъявляет к экипажу более высокие требования, чем ожидалось. В связи с этим, а также из-за недостатка финансирования и доступных технических средств НАСА в 1969 переключилось на «сухой» вариант космической станции «Скайлэб», полностью оборудуемой на Земле и запускаемой двухступенчатой ракетой «Сатурн-5». «Скайлэб» состоял из четырех основных модулей: орбитальной лаборатории (ступень S-4В ракеты «Сатурн-5») длиной 27 м и диаметром 7 м, шлюзовой камеры, причальной конструкции и комплекта астрономических приборов. На станции предполагалось развернуть панели солнечных батарей и телескопы, а через сутки доставить экипаж и приступить к работе. Цель программы состояла в исследовании возможности пребывания человека в условиях микрогравитации и его работоспособности в 30-, 60- и 90-суточном полетах.
Программа «Скайлэб» была успешной. Продолжительность трех экспедиций программы составила: первой – 28 сут (25 мая – 22 июня 1973), второй – 59 сут (28 июля – 25 сентября 1973) и третьей – 89 сут (16 ноября 1973 – 8 февраля 1974). Космонавты выполнили большой объем научных и технологических экспериментов, в том числе по поведению материалов в условиях микрогравитации, астрофизике, физике Солнца, исследованию земных ресурсов и космической технологии. Астрономические наблюдения, по мнению специалистов, позволили удвоить объем информации по физике Солнца и привели к открытию нескольких неизвестных физических процессов в солнечной короне. Данные по адаптации человека к условиям невесомости служили отправной точкой для космической медицины в течение более десяти последующих лет. Стоившая более 2,4 млрд. долл. (в ценах 1974) программа «Скайлэб» развеяла последние сомнения специалистов в США в том, что долговременная невращающаяся космическая станция со сменой экипажа каждые 90 сут вполне реальна. См. также ВНЕАТМОСФЕРНАЯ АСТРОНОМИЯ.
«Салют». Советский Союз в 1964 начал разработку военной космической станции «Алмаз», рассчитанной на пребывание на орбите двух или трех космонавтов в течение одно-двухлетнего периода. При проектировании возникли проблемы, и конструкторам пришлось заимствовать ряд систем (двигательную установку и солнечные батареи) с корабля «Союз», который первоначально разрабатывался для национальной программы высадки человека на Луну. После постепенного свертывания последней (1969–1972) «Алмаз» получил дополнительное финансирование и в конце концов превратился в многоплановую программу.
Целью этой программы являлось предоставление советским инженерам, ученым и медикам возможности исследования влияния микрогравитации на человеческий организм и другие формы жизни и выполнения программ экспериментов во время длительного пребывания в космосе. Первоначально станция состояла из трех основных элементов: 1) корабля «Союз» для доставки экипажа на станцию и обратно; 2) стыковочного устройства и 3) основного жилого модуля «Салют», который имел собственный источник электроэнергии – солнечные батареи. Применяя концепцию постепенного наращивания и добавления модулей при проектировании и строительстве станции, советские конструкторы использовали новые знания и опыт, полученные при эксплуатации каждой станции, для проектирования новой.
После предварительного полета двух космонавтов на корабле «Союз-9» (1–19 июня 1970), очевидно, с медицинскими целями для планирования долгосрочных операций на борту космической станции, 19 апреля 1971 (на два года раньше «Скайлэба») был запущен «Салют-1». Технические неполадки не позволили экипажу «Союза-10» (22–24 апреля 1971) попасть внутрь станции после стыковки, однако следующий экипаж корабля «Союз-11» (Г.Т.Добровольский, В.Н.Волков и В.И.Пацаев) осуществил успешную стыковку и проработал на станции 24 дня (6–29 июня 1971). Однако при возвращении на Землю во время спуска в атмосфере клапан выравнивания давления между орбитальным отсеком (который вместе с приборно-агрегатным отсеком отстреливался после включения тормозной установки) и спускаемым аппаратом полностью не закрылся. Из-за этой неисправности весь воздух из аппарата вышел наружу, и экипаж в течение нескольких секунд погиб от удушья.
Всего было запущено шесть станций типа «Алмаз»: одна не вышла на орбиту (1972); «Салют-2» (3–14 апреля 1973) и «Космос-557» (14–22 мая 1973) прекратили существование вскоре после выведения на орбиту; «Салют-3» (24 июня 1974 – 24 января 1975) и «Салют-5» (22 июня 1976 – 8 августа 1977) были военными станциями; на «Салюте-4» (26 декабря 1974 – 2 февраля 1977) выполнялись в основном научные исследования.
«Салют-6» (29 сентября 1977 – 29 июля 1982), в конструкцию которого был внесен ряд усовершенствований и учтен опыт предыдущих станций, стал станцией нового поколения и продемонстрировал возросший уровень советской космической программы. Станция имела больше солнечных батарей, объединенную двигательную установку, включающую два корректирующих ракетных двигателя с тягой по ~3 кН и исполнительные органы системы ориентации и стабилизации, а также более благоприятные условия для проведения научных экспериментов. На агрегатном отсеке был установлен второй стыковочный узел, который позволял стыковаться второму кораблю «Союз» или автоматическому грузовому кораблю «Прогресс» при одном пристыкованном корабле «Союз». Это изменение конструкции позволило варьировать доставку и замену экипажей и грузов и тем самым продлить время непрерывного пребывания космонавтов на станции. На «Салюте-6» побывало 16 экипажей в ходе пяти экспедиций, которые расширили время пребывания человека в космосе до 185 сут.
В конструкцию станции «Салют-7» (19 апреля 1982 – 7 февраля 1991) были, в частности, внесены некоторые изменения для повышения ее комфортабельности. Советские специалисты также стали более широко использовать модули серии «Космос» (некоторые из них по своим размерам были почти такими же, как сама станция) для доставки больших систем или для увеличения внутреннего рабочего пространства. На станции «Салют-7» побывало шесть экспедиций в период с 25 июня 1982 по 21 ноября 1985; продолжительность пребывания человека в космосе была доведена до 237 сут.
Станция «Мир». К концу программы «Салют» советские специалисты убедились, что пребывание в космосе более шести месяцев не приводит к сколько-нибудь серьезным отрицательным последствиям, хотя и становится довольно утомительным. Поэтому следующим этапом было проведение практически непрерывной работы в космосе на борту новой станции, названной «Мир», которая была запущена 19 февраля 1986. На ней побывало несколько экспедиций, наиболее длительная из которых продолжалась 423 сут. Станция «Мир» имела более совершенные солнечные батареи, а связь осуществлялась через ретрансляционный спутник. Самым значительным изменением конструкции было создание нового переходного отсека с пятью стыковочными узлами, расположенного в передней части станции. В 1997 масса комплекса более чем в шесть раз превышала первоначальную и составляла около 120 т без учета массы грузового корабля и корабля «Союз». В 1999 станция «Мир» продолжала функционировать, хотя один из ее блоков в результате аварии утратил герметичность и, таким образом, вышел из строя.
Группа космического планирования. 13 февраля 1969, незадолго до первой посадки космического корабля «Аполлон» на Луне, в США была создана группа космического планирования под руководством вице-президента С. Агню для планирования космических исследований после выполнения программы «Аполлон». Несмотря на успешный облет Луны кораблем «Аполлон-8» в декабре 1968 и высадку на Луне «Аполлона-11» в июле 1969, администрация Никсона из всех предложенных группой систем в конце концов одобрила (1972) многоразовый космический корабль. См. КОСМИЧЕСКИЙ КОРАБЛЬ «ШАТТЛ».
Станция «Фридом». К 1981 Советский Союз опередил Соединенные Штаты в области создания космических станций, как в свое время с запуском первого космонавта. Обладание орбитальными космическими станциями могло стать важным стратегическим преимуществом. Поэтому администрация Рейгана–Буша выдвинула новую доктрину. Суть ее состояла в выигрыше Соединенными Штатами холодной войны за счет более высоких затрат в гонке вооружений, что заставило бы Советский Союз сойти с дистанции. Предполагалось, что этот образ действий должен привести к банкротству Советского Союза, возникновению внутренних конфликтов и революции. Программа стратегической оборонной инициативы, объявленная в марте 1983, была ключевым моментом рейгановского плана. См. также ВОЙНЫ ЗВЕЗДНЫЕ.
Чтобы выполнить многообразные требования к долговременной космической станции, НАСА и его партнеры из космической промышленности разработали проект космической станции третьего поколения «Фридом», которая значительно превосходила все, что мог сделать Советский Союз в обозримом будущем. Первоначальная конструкция энергетической установки башенного типа базировалась на 140-метровой ферме, к которой крепился обычный набор функциональных модулей. Эта конструкция обеспечивала от 75 до 150 кВт электрической мощности и хорошие условия для различных научных экспериментов. В 1985 вместо этой конструкции была предложена двухкилевая для выполнения жестких требований по микрогравитации и динамической устойчивости. Большинство технологий, предложенных для строительства и функционирования такой конструкции, были не только не апробированы, но даже еще не разработаны. В результате стоимость создания космической станции стремительно выросла с первоначально планировавшихся 8 до 14 млрд. долл.
Катастрофа с многоразовым космическим кораблем «Челленджер» в 1986 губительно отразилась на всей программе космической станции, поскольку стало ясно, что разрабатываемая космическая транспортная система далеко не столь надежна для доставки людей и грузов, как предполагали многие официальные лица и специалисты. Руководство НАСА было вынуждено пойти на сокращение программы.

МЕЖДУНАРОДНАЯ КОСМИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ
В 1993 администрация Клинтона предложила коренным образом пересмотреть программу «Фридом», отчасти из-за того, что главная побудительная причина создания станции потеряла свою актуальность. С распадом Советского Союза стратегическая цель, с точки зрения администрации, состояла в поддержке капиталистической демократии в России. Одним из методов достижения экономической стабильности (и, возможно, военной безопасности США) была бы поддержка аэрокосмической промышленности России за счет приглашения ее к участию в программе создания международной космической станции. Возможными побочными следствиями были бы облегчение финансового бремени США и их партнеров, а также доступ к ценным российским космическим технологиям и опыту, включая использование ракет-носителей.
С учетом этих соображений концепция программы «Фридом» была радикально изменена и рассчитывалась теперь на совместные усилия ряда партнеров, включая Россию. Первый этап этой программы (1994–1997) предусматривал накопление опыта совместных полетов для повышения безопасности при сборке и работе станции, а также для как можно более раннего начала широких научных экспериментов. Он включал участие российских космонавтов в полетах на кораблях «Шаттл», посещение американцами станции «Мир» и стыковки «Шаттла» с «Миром» для смены экипажей и приборной модернизации станции.
На втором этапе (1998–1999) было создано ядро международной космической станции (МКС). После запуска российского сегмента, состоящего из функционально-грузового блока и служебного модуля, представляющего собой модификацию «Мира», к станции должен быть пристыкован научный модуль разработки США, после чего предполагается начать проведение научных экспериментов и исследований. Создание станции планируется завершить на третьем этапе (1999–2002) после присоединения канадского дистанционного манипулятора, японского экспериментального модуля, орбитального блока Европейского космического агентства, американского модуля аккомодации на центрифуге, двух российских научных модулей и последних солнечных батарей и элементов несущей фермы. Второй и третий этапы требуют 27 полетов кораблей «Шаттл» (21 для сборки и 6 для доставки снаряжения), 44 полета российских носителей (15 для сборки, 10 для доставки экипажей и 19 для доставки топлива на станцию с целью поддержания ее средней высоты 350 км) и один полет европейской ракеты «Ариан-5».
Общие расходы программы на разработку и строительство станции оцениваются в 27,5 млрд. долл. После окончания строительства станция будет иметь размеры 110 на 88 м (с учетом солнечных батарей), массу 462 т, объем герметичных отсеков 1 300 м3 и экипаж из шести человек.

ЛИТЕРАТУРА
Вопросы ракетной техники. М., 1965–1974
Глушко В.П. и др. Космонавтика: энциклопедия. М., 1985
Гэтланд К. и др. Космическая техника: иллюстрированная энциклопедия. М., 1985
Глушко В.П. Развитие ракетостроения и космонавтики в СССР. М., 1987
Раушенбах Б.В. Герман Оберт. М., 1994

КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЕТЫ ПИЛОТИРУЕМЫЕ. Пилотируемый космический полет – это передвижение людей в летательном аппарате за пределами земной атмосферы по орбите вокруг Земли или по траектории между Землей и другими небесными телами с целью исследования космического пространства или проведения экспериментов. В США космические путешественники называются астронавтами; в России их называют космонавтами.
В этой статье обсуждаются первые американские и советские пилотируемые полеты, включая программы высадки на Луну и экспериментальный полет «Аполлон» – «Союз». См. также КОСМИЧЕСКИЙ КОРАБЛЬ «ШАТТЛ»; КОСМИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ.

ПРИНЦИПИАЛЬНЫЕ ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИИ И ЭКСПЛУАТАЦИИ
Конструкция, запуск и эксплуатация пилотируемых космических летательных аппаратов, называемых космическими кораблями, намного сложнее, чем беспилотных. Кроме двигательной установки, систем наведения, энергоснабжения и других, имеющихся на автоматических КА, для пилотируемых необходимы дополнительные системы – жизнеобеспечения, ручного управления полетом, бытовые помещения для экипажа и специальное оборудование – для обеспечения возможности нахождения экипажа в космосе и выполнения им необходимой работы. С помощью системы жизнеобеспечения внутри корабля создаются условия, подобные земным: атмосфера, пресная вода для питья, пища, утилизация отходов и комфортный тепло-влажностный режим. Помещения для экипажа требуют специальной планировки и оборудования, поскольку на корабле сохраняются условия невесомости, в которых предметы не удерживаются на своих местах силой тяжести, как это происходит в земных условиях. Все предметы на космическом корабле притягиваются друг к другу, поэтому должны быть предусмотрены специальные устройства крепления и тщательно продуманы правила обращения с жидкостями, начиная от пищевой воды и кончая отходами жизнедеятельности.
Для обеспечения безопасности человека все системы КК должны обладать высокой надежностью. Обычно каждая система дублируется или выполняется в виде двух одинаковых подсистем, с тем чтобы выход из строя одной из них не угрожал жизни экипажа. Электронное оборудование корабля выполняется в виде двух или более комплектов или независимых наборов электронных блоков (модульное резервирование) для обеспечения безопасного возвращения экипажа в случае самых непредвиденных аварийных ситуаций.

ОСНОВНЫЕ СИСТЕМЫ ПИЛОТИРУЕМОГО КОСМИЧЕСКОГО ПОЛЕТА
Три основные системы необходимы для осуществления продолжительного полета космического корабля за пределами атмосферы и безопасного возвращения на Землю: 1) достаточно мощная ракета для выведения КК на орбиту вокруг Земли или траекторию полета к другим небесным телам; 2) тепловая защита корабля от аэродинамического нагрева во время возвращения на Землю; 3) система наведения и управления для обеспечения нужной траектории движения корабля.
При разработке оружия в ходе Второй мировой войны были созданы необходимые технологии, а гонка ядерных вооружений в 1950-х годах способствовала их дальнейшему совершенствованию. Появление космических ракет-носителей было связано с разработкой межконтинентальных баллистических ракет (МБР) с достаточно большой забрасываемой массой, которые позволили выводить аппараты массой 1–2 т на низкую околоземную орбиту. Создание системы теплозащиты стало возможным после разработки абляционных материалов, которые испаряются вследствие трения о воздух при прохождении с высокой скоростью через атмосферу. И наконец, высокоточные и компактные инерциальные системы наведения были разработаны для баллистических ракет с мобильным стартом. Точность попадания этих ракет в цель с расстояния в несколько тысяч километров составляет всего несколько сотен метров. См. также ИНЕРЦИАЛЬНАЯ НАВИГАЦИЯ; ВОЙНА ЯДЕРНАЯ.

ПЕРВЫЕ ПОЛЕТЫ

«Восток». После запуска первого спутника Советский Союз начал разрабатывать программу пилотируемых космических полетов. Советское правительство давало скупую информацию о планируемых полетах. Немногие на Западе воспринимали эти сообщения всерьез, пока 12 апреля 1961 не было объявлено о полете Юрия Гагарина вскоре после того, как он совершил один виток вокруг земного шара и возвратился на Землю.
Гагарин совершил свой полет на корабле «Восток-1» – сферической капсуле диаметром 2,3 м, которая устанавливалась на трехступенчатую ракету А-1 (созданную на базе МБР СС-6), подобную той, которая выводила на орбиту «Спутник-1». В качестве теплозащитного материала использовался асботекстолит. Гагарин летал в катапультируемом кресле, которое должно было выстреливаться в случае аварии ракеты-носителя.
Корабль «Восток-2» (Г.С.Титов, 6–7 августа 1961) совершил 17 витков вокруг Земли (25,3 ч); за ним последовало два полета спаренных кораблей. «Восток-3» (А.Г.Николаев, 11–15 августа 1962) и «Восток-4» (П.Р.Попович, 12–15 августа 1962) летали в 5,0 км друг от друга на почти параллельных орбитах. «Восток-5» (В.Ф.Быковский, 14–19 июня 1963) и «Восток-6» (В.В.Терешкова, первая женщина в космосе, 16–19 июня 1963) повторили предыдущий полет.
«Меркурий». В августе 1958 президент Д.Эйзенхауэр возложил ответственность за осуществление пилотируемого полета на только что образованное Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА), которое в качестве первой программы пилотируемого полета выбрало проект «Меркурий» – баллистическую капсулу. Были осуществлены два 15-минутных суборбитальных полета космонавтов в капсуле, выводимой баллистической ракетой средней дальности «Редстоун». А.Шепард и В.Гриссом совершили эти полеты 5 мая и 21 июля в капсулах типа «Меркурий», названных «Фридом-7» и «Либерти Белл-7». Оба полета прошли успешно, хотя неисправность привела к преждевременному отстрелу крышки люка на «Либерти Белл-7», из-за чего Гриссом едва не утонул.
Вслед за этими двумя успешными суборбитальными полетами «Меркурий» – «Редстоун» НАСА провело четыре орбитальных полета корабля «Меркурий», выведенных более мощной МБР «Атлас». Первые два трехвитковых полета (Дж.Гленн, «Френдшип-7», 20 февраля 1962; и М.Карпентер, «Аврора-7», 24 мая 1962) длились около 4,9 ч. Третий полет (У.Ширра, «Сигма-7», 3 октября 1962) продолжался 6 витков (9,2 ч), а четвертый (Купер, «Фейт-7», 15–16 мая 1963) – 34,3 ч (22,9 витков). В ходе этих полетов был получен большой объем ценной информации, в том числе вывод, что члены экипажа должны быть пилотами, а не просто пассажирами. Несколько небольших неисправностей, случившихся в ходе полетов, в отсутствие специалиста на борту могли вызвать преждевременное прекращение полета или выход корабля из строя.

РЕШЕНИЕ ЛЕТЕТЬ НА ЛУНУ
«Меркурий» еще только готовился к своему первому полету, а руководство и специалисты НАСА планировали будущие космические программы. В 1960 они объявили о своих планах создания трехместного космического корабля «Аполлон», который мог бы совершать пилотируемые полеты продолжительностью до двух недель на околоземной орбите, а в 1970-х годах совершить облет Луны.
Однако по политическим соображениям программу «Аполлон» пришлось радикально изменить еще до окончания этапа предварительного проектирования в 1961. Полет Гагарина произвел огромное впечатление во всем мире и дал Советскому Союзу преимущество в космической гонке. Президент Дж.Кеннеди поручил своим советникам определить такие области космической деятельности, в которых США смогут превзойти Советский Союз.
Было решено, что только один проект – высадка человека на Луну – будет иметь более грандиозное значение, чем полет Гагарина. Этот полет, очевидно, был за пределами имевшихся на то время возможностей обеих стран, однако американские специалисты и военные считали, что задача может быть решена, если направить всю промышленную мощь страны на достижение такой цели. Кроме того, советники Кеннеди убедили его, что США обладают некоторыми ключевыми технологиями, которые могут быть использованы для осуществления полета. К этим технологиям относились система наведения баллистических ракет «Поларис», криогенная ракетная технология и большой опыт реализации крупномасштабных проектов. В силу этих причин, несмотря на то, что США имели на этот момент всего 15 минут опыта пилотируемых космических полетов, Кеннеди 25 мая 1961 заявил в Конгрессе, что Соединенные Штаты поставили цель полета человека на Луну в течение ближайших десяти лет.
Из-за различия политических систем Советский Союз сначала не отнесся серьезно к этому заявлению Кеннеди. Советский премьер Н.С.Хрущев рассматривал космическую программу главным образом как важный пропагандистский ресурс, хотя квалификация и энтузиазм советских инженеров и ученых были не ниже, чем у их американских соперников. Лишь 3 августа 1964 ЦК КПСС утвердил план пилотируемого облета Луны. Отдельная программа посадки на Луну была одобрена 25 декабря 1964 – с отставанием более чем на три года от Соединенных Штатов.

ПОДГОТОВКА К ПОЛЕТУ НА ЛУНУ

Встреча на окололунной орбите. Чтобы достичь поставленной Кеннеди цели – полета человека на Луну и обратно, – руководству и специалистам НАСА необходимо было выбрать способ осуществления такого полета. Группа предварительного проектирования рассмотрела два варианта – прямой перелет с поверхности Земли на поверхность Луны и полет с промежуточной стыковкой на околоземной орбите. Прямой перелет потребовал бы разработки огромной ракеты, получившей предварительное название «Нова», для выведения лунного корабля на траекторию прямого перелета к Луне. Промежуточная стыковка на околоземной орбите потребовала бы запуска двух ракет меньшего масштаба («Сатурн-5») – одной для выведения космического корабля на околоземную орбиту и другой для дозаправки его топливом перед полетом с орбиты к Луне.
В обоих этих вариантах предусматривалась посадка 18-метрового космического корабля сразу на Луну. Поскольку руководство и специалисты НАСА считали эту задачу слишком рискованной, они в 1961–1962 разработали третий вариант – со встречей на окололунной орбите. При таком подходе ракета «Сатурн-5» выводила на орбиту два космических аппарата меньших размеров: основной блок, который должен был доставить трех космонавтов на окололунную орбиту и обратно, и двухступенчатую лунную кабину, которая должна была доставить двух из них с орбиты на поверхность Луны и обратно для встречи и стыковки с остающимся на окололунной орбите основным блоком. Этот вариант был выбран в конце 1962.
Проект «Джемини». НАСА опробовало различные способы встречи и стыковки, которые предполагалось использовать на окололунной орбите, в ходе осуществления программы «Джемини» («Близнецы») – серии полетов возрастающей сложности на двухместных космических кораблях, оборудованных для сближения с КА-мишенью (беспилотная верхняя ступень ракеты «Аджена») на околоземной орбите. КК «Джемини» состоял из трех конструктивных блоков: спускаемого модуля (отсека экипажа), рассчитанного на двух космонавтов и напоминающего капсулу «Меркурия», тормозной двигательной установки и агрегатного отсека, в котором располагались источники электроэнергии и топливные баки. Поскольку «Джемини» должен был запускаться ракетой «Титан-2», в которой использовалось менее взрывоопасное топливо, чем в ракете «Атлас», на корабле отсутствовала система аварийного спасения, имевшаяся на «Меркурии». В случае возникновения аварийной ситуации спасение экипажа обеспечивалось катапультируемыми креслами.
Корабль «Восход». Однако еще до начала полетов «Джемини» Советский Союз осуществил два довольно рискованных полета. Не желая уступать США приоритет запуска первого многоместного космического корабля, Хрущев распорядился срочно подготовить к полету трехместный корабль «Восход-1». Выполняя распоряжение Хрущева, советские конструкторы модифицировали «Восток», чтобы он мог нести трех космонавтов. Инженеры отказались от катапультируемых кресел, которые спасали экипаж в случае неудачного запуска, и расположили центральное кресло немного впереди двух других. Корабль «Восход-1» с экипажем в составе В.М.Комарова, К.П.Феоктистова и Б.Б.Егорова (первый врач в космосе) совершил 16-витковый полет 12–13 октября 1964.
Советский Союз осуществил и другой приоритетный полет на корабле «Восход-2» (18–19 марта 1965), в котором левое кресло было снято, чтобы освободить место для надувной шлюзовой камеры. В то время как П.И.Беляев оставался внутри корабля, А.А.Леонов вышел из корабля через этот шлюз на 20 мин и стал первым человеком, осуществившим выход в открытый космос.
Полеты по программе «Джемини». Проект «Джемини» можно разделить на три основных этапа: летно-конструкторские испытания, длительный полет и полет со сближением и стыковкой с кораблем-мишенью. Первый этап начался с беспилотных полетов «Джемини» 1 и 2 (8 апреля 1964 и 19 января 1965) и трехвиткового полета В.Гриссома и Дж.Янга на борту «Джемини» 3 (23 марта 1965). В полетах «Джемини» 4 (Дж.Макдивитт и Э.Уайт мл., 3–7 июня 1965), 5 (Л.Купер и Ч.Конрад-мл., 21–29 августа 1965) и 7 (Ф.Борман и Дж.Ловелл-мл., 4–18 декабря 1965) исследовалась возможность длительного пребывания человека в космосе путем постепенного увеличения продолжительности полета до двух недель – максимальной длительности полета к Луне по программе «Аполлон». Полеты «Джемини» 6 (У.Ширра и Т.Стаффорд, 15–16 декабря 1965), 8 (Н.Армстронг и Д.Скотт, 16 марта 1966), 9 (Т.Стаффорд и Ю.Сернан, 3–6 июня 1966), 10 (Дж.Янг и М.Коллинз, 18–21 июля 1966), 11 (Ч.Конрад и Р.Гордон-мл., 12–15 сентября 1966) и 12 (Дж.Ловелл и Э.Олдрин-мл., 11–15 ноября 1966) первоначально планировались для стыковки с кораблем-мишенью «Аджена».
Частная неудача вынудила НАСА осуществить один из наиболее драматических орбитальных экспериментов 1960-х годов. Когда ракета «Аджена», корабль-мишень для КК «Джемини» 6, взорвалась на старте 25 октября 1965, он остался без мишени. Тогда руководство НАСА решило вместо этого осуществить сближение в космосе двух кораблей «Джемини». По этому плану нужно было сначала запустить «Джемини» 7 (в его двухнедельный полет), а затем, быстро проведя ремонт стартового стола, запустить «Джемини» 6. В ходе совместного полета был снят красочный фильм, показывающий сближение кораблей вплоть до касания и их совместное маневрирование.
«Джемини» 8 осуществил стыковку с кораблем-мишенью «Аджена». Это была первая успешная стыковка двух кораблей на орбите, но полет был прерван менее чем через сутки, когда не выключился один из двигателей системы ориентации, в результате чего корабль получил такое быстрое вращение, что экипаж едва не потерял контроль над ситуацией. Однако, используя тормозной двигатель, Н.Армстронг и Д.Скотт восстановили контроль и осуществили экстренное приводнение в Тихом океане.
Когда его мишень «Аджена» не вышла на орбиту, корабль «Джемини» 9 попытался осуществить стыковку с дооборудованным стыковочным агрегатом мишени (стыковочной мишенью «Аджены», установленной на небольшом спутнике, запущенном ракетой «Атлас»). Однако, поскольку используемый при выведении обтекатель не раскрылся, его не удалось сбросить, что сделало стыковку невозможной. В последних трех полетах корабли «Джемини» успешно стыковались со своими мишенями.
Во время полета «Джемини» 4 Э.Уайт стал первым американцем, осуществившим выход в открытый космос. Следующие выходы в открытый космос (Ю.Сернан, М.Коллинз, Р.Гордон и Э.Олдрин, «Джемини» 9–12) показали, что космонавты должны тщательно продумывать и контролировать свои движения. Вследствие невесомости отсутствует сила трения, которая дает точку опоры; даже просто стоять становится трудной задачей. При осуществлении программы «Джемини» было проверено также новое оборудование (например, топливные элементы для получения электричества за счет химической реакции между водородом и кислородом), которое впоследствии сыграло важную роль при выполнении программы «Аполлон».
«Дайна-Сор» и MOL. В то время как НАСА реализовывало проекты «Меркурий» и «Джемини», ВВС США занимались проектами воздушно-космического самолета X-20 «Дайна-Сор» и пилотируемой орбитальной лаборатории MOL в рамках более обширной программы создания пилотируемого космического корабля. Эти проекты были в конце концов отменены (не по техническим причинам, а из-за изменения требований к космическим полетам).

ПОЛЕТ НА ЛУНУ

Основной блок КК «Аполлон». Как у кораблей «Меркурий» и «Джемини», отсек экипажа КК «Аполлон» имеет форму конуса с теплозащитным экраном из абляционного материала. Парашюты и оборудование для посадки располагаются в носовой части конуса. Три космонавта занимают места рядом друг с другом в специальных креслах, прикрепленных к основанию капсулы. Перед ними находится панель управления. В вершине конуса предусмотрен небольшой тоннель к выходному люку. На противоположной стороне имеется штырь стыковочного узла, который входит в стыковочное отверстие лунной кабины и плотно стягивает их так, чтобы захваты могли обеспечить герметичное соединение двух кораблей. На самом верху корабля установлена система аварийного спасения (более мощная, чем на ракете «Редстоун»), с помощью которой отсек экипажа может быть уведен на безопасное расстояние в случае аварии на старте.
27 января 1967 во время имитационного отсчета времени перед первым пилотируемым полетом случился пожар, в котором погибли три космонавта (В.Гриссом, Э.Уайт и Р.Чаффи).
Основные изменения в конструкции отсека экипажа после пожара заключались в следующем: 1) были введены ограничения на использование горючих материалов; 2) изменен состав атмосферы внутри отсека перед стартом на смесь 60% кислорода и 40% азота (в воздухе при нормальных условиях 20% кислорода и 80% азота), после запуска кабина продувалась, и атмосфера в ней заменялась на чисто кислородную при пониженном давлении (экипаж при этом, находясь в скафандрах, все время пользовался чистым кислородом); 3) добавлен быстро открывающийся аварийный люк, который позволял экипажу покинуть корабль менее чем за 30 с.
Отсек экипажа соединен с цилиндрическим двигательным отсеком, в котором находится маршевая двигательная установка (ДУ), двигатели системы ориентации (СО) и система электропитания (СЭП). ДУ состоит из маршевого ракетного двигателя, двух пар баков горючего и окислителя. Этот двигатель должен использоваться для торможения корабля при переходе на окололунную орбиту и разгона для возвращения на Землю; кроме того, он включается для промежуточных коррекций траектории полета. СО позволяет контролировать положение корабля и маневрировать при стыковке. СЭП обеспечивает корабль электроэнергией и водой (которая образуется при химической реакции между водородом и кислородом в топливных элементах).
Лунная кабина. В то время как основной блок корабля спроектирован с расчетом на вход в атмосферу, лунная кабина рассчитана только на полет в безвоздушном пространстве. Поскольку на Луне нет атмосферы и ускорение силы тяжести на ее поверхности в шесть раз меньше земного, посадка и взлет на Луне требуют значительно меньше энергетических затрат, чем на Земле.
Посадочная ступень лунной кабины имеет форму восьмигранника, внутри которого располагаются четыре бака с топливом и двигатель с регулируемой тягой. Четыре телескопические стойки посадочного шасси оканчиваются тарельчатыми опорами, чтобы кабина не провалилась в лунную пыль. Для амортизации удара при прилунении стойки посадочного шасси заполнены сминаемым сотовым заполнителем из алюминия. Экспериментальное оборудование размещается в специальных отсеках между стойками.
Взлетная ступень снабжена небольшим двигателем и двумя топливными баками. Из-за того что испытываемые космонавтами перегрузки сравнительно невелики (одно лунное g при работе двигателя и около пяти g при посадке), а ноги человека хорошо амортизируют умеренные ударные нагрузки, конструкторы лунной кабины не стали ставить кресла для космонавтов. Стоя в кабине, космонавты находятся близко к иллюминаторам и имеют хороший обзор; поэтому отпала необходимость в больших и тяжелых иллюминаторах. Иллюминаторы лунной кабины немногим больше размеров человеческого лица.
Ракета-носитель «Сатурн-5». КК «Аполлон» запускался ракетой «Сатурн-5», самой большой и мощной из успешно испытанных в полете. Она построена на основе проекта, разрабатанного группой В. фон Брауна в управлении баллистических ракет армии США в Хантсвилле (шт. Алабама). Были построены и летали три модификации ракеты – «Сатурн-1», «Сатурн-1В» и «Сатурн-5». Первые две ракеты были построены для проверки совместной работы нескольких двигателей в космосе и для экспериментальных запусков корабля «Аполлон» (одного беспилотного и одного пилотируемого) на околоземную орбиту.
Самая мощная из них – ракета-носитель «Сатурн-5» – имеет три ступени S-IC, S-II и S-IVB и приборный отсек, к которому крепится КК «Аполлон». На первой ступени S-IC установлено пять двигателей F-1, работающих на жидком кислороде и керосине. Каждый двигатель во время старта развивает тягу 6,67 МН. Вторая ступень S-II имеет пять кислородо-водородных двигателей J-2 тягой 1 МН каждый; на третьей ступени S-IVB установлен один такой двигатель. В приборном отсеке находится оборудование системы наведения, обеспечивающей навигацию и управление полетом вплоть до отделения корабля «Аполлон».
Общая схема полета. КК «Аполлон» запускался с космодрома им. Кеннеди, расположенного на о. Мерритт (шт. Флорида). Лунная кабина при этом располагалась внутри специального кожуха над третьей ступенью ракеты «Сатурн-5», а основной блок крепился к верхней части кожуха. Три ступени ракеты «Сатурн» выводили космический корабль на низкую околоземную орбиту, где экипаж в течение трех витков проверял все системы перед повторным включением двигателей третьей ступени для выведения корабля на траекторию полета к Луне. Вскоре после выключения двигателей третьей ступени экипаж отстыковывал основной блок, разворачивал его и пристыковывал к лунной кабине. После этого связка основного блока и лунной кабины отделялась от третьей ступени и корабль в течение следующих 60 ч совершал полет к Луне.
Вблизи Луны связка основной блок – лунная кабина описывала напоминающую восьмерку траекторию. Находясь над обратной стороной Луны, космонавты включали маршевый двигатель основного блока для торможения и перевода корабля на окололунную орбиту. На следующий день два космонавта переходили в лунную кабину и начинали пологий спуск к поверхности Луны. Сначала аппарат летит посадочными стойками вперед, а двигатель посадочной ступени тормозит его движение. При приближении к месту посадки кабина разворачивается вертикально (посадочными стойками вниз), чтобы космонавты могли видеть поверхность Луны и осуществлять ручное управление процессом посадки.
Для исследования Луны космонавты, находясь в скафандрах, должны были разгерметизировать кабину, открыть люк и спуститься на поверхность по лестнице, расположенной на передней стойке посадочного шасси. Их скафандры обеспечивали автономную жизнедеятельность и связь на поверхности продолжительностью до 8 ч.
После окончания исследований космонавты поднимались во взлетную ступень и, стартуя с посадочной ступени, возвращались на окололунную орбиту. Затем они должны были сблизиться и состыковаться с основным блоком, покинуть взлетную ступень и присоединиться к третьему космонавту, дожидавшемуся их в отсеке экипажа. Во время последнего витка, находясь с обратной стороны Луны, они включали маршевый двигатель, чтобы завершить восьмерку и вернуться на Землю. Обратное путешествие (также продолжительностью около 60 ч) заканчивалось огненным прохождением через земную атмосферу, плавным спуском на парашютах и приводнением в Тихом океане.
Подготовительные полеты. Чрезвычайная сложность высадки на Луну вынудила НАСА перед первой посадкой совершить серию из четырех предварительных полетов. Кроме того, НАСА решилось на два весьма рискованных мероприятия, которые сделали возможной высадку в 1969. Первым из них было решение провести два испытательных полета (9 ноября 1967 и 8 апреля 1968) ракеты «Сатурн-5» как общие приемо-сдаточные испытания. Вместо того чтобы проводить отдельные приемочные полеты каждой ступени, инженеры НАСА испытали сразу три ступени вместе с переделанным кораблем «Аполлон».
Другое рискованное мероприятие явилось результатом задержек в изготовлении лунной кабины. Первый пилотируемый полет основного блока КК «Аполлон» («Аполлон» 7, У.Ширра, Д.Эйзеле и У.Каннингем, 11–22 октября 1968), запущенного ракетой «Сатурн-1В» на околоземную орбиту, показал, что основной блок готов к полету к Луне. Далее следовало испытать основной блок с лунной кабиной на околоземной орбите. Однако в связи с задержкой изготовления лунной кабины и слухами, что Советский Союз может попытаться отправить человека в полет вокруг Луны и одержать победу в космической гонке, руководство НАСА решило, что «Аполлон» 8 (Ф.Борман, Дж.Ловелл и У.Андерс, 21–27 декабря 1968) совершит полет к Луне в основном блоке, проведет сутки на окололунной орбите и затем вернется на Землю. Полет прошел успешно; экипаж передавал на Землю захватывающие видеорепортажи с лунной орбиты в канун Рождества.
В полете «Аполлон» 9 (Дж.Макдивитт, Д.Скотт и Р.Швейкарт, 3–13 марта 1969) основной блок и лунная кабина испытывались на околоземной орбите. Полет «Аполлон» 10 (Т.Стаффорд, Дж.Янг и Ю.Сернан, 18–26 мая 1969) проходил почти по полной программе, за исключением посадки лунной кабины.
Советская программа пилотируемых полетов на Луну. Вслед за «Востоком» советские ученые и инженеры создали «Союз» – космический корабль, который занимает промежуточное место между «Джемини» и «Аполлоном» по своей сложности и возможностям. Спускаемый отсек располагается над агрегатным отсеком, а над ним находится бытовой отсек. Во время старта или спуска в спускаемом отсеке могут находится два или три космонавта. Двигательная установка, системы электроснабжения и связи находятся в агрегатном отсеке. «Союз» выводился на орбиту ракетой-носителем А-2, которая была разработана на смену носителю А-1, использовавшемуся для вывода кораблей «Восток».
Согласно первоначальному плану полета человека вокруг Луны, сначала должен был запускаться беспилотный разгонный блок «Союз-Б», а затем – четыре грузовых корабля «Союз-А» для заправки его топливом. После этого спускаемый отсек «Союза-А» с экипажем из трех человек стыковался с разгонным блоком и направлялся к Луне. Вместо этого довольно сложного плана в конце концов было решено использовать более мощную ракету «Протон» для запуска к Луне модифицированного «Союза», названного «Зонд». Состоялись два беспилотных полета к Луне («Зонд» 5 и 6, 15–21 сентября и 10–17 ноября 1968), которые включали возвращение аппаратов на Землю, однако запуск 8 января внепланового «Зонда» оказался неудачным (вторая ступень ракеты-носителя взорвалась).
Схема полета к Луне была примерно такой же, как в программе «Аполлон». Трехместный корабль «Союз» и одноместный спускаемый аппарат должны были выводиться на траекторию полета к Луне ракетой-носителем Н-1, имевшей несколько большие размеры и мощность, чем «Сатурн-5». Специальная двигательная установка должна была затормозить связку для перехода на окололунную орбиту и обеспечить торможение спускаемого аппарата. Заключительный этап посадки спускаемый аппарат должен был осуществлять самостоятельно. Слабым местом этого проекта было то, что лунный модуль имел один двигатель, который использовался и для спуска, и для взлета (баки с топливом для каждого этапа были раздельными), поэтому положение космонавтов становилось безвыходным в случае отказа двигателя на спуске. После кратковременного пребывания на поверхности Луны космонавты возвращались на окололунную орбиту и присоединялись к своему товарищу. Возвращение на Землю в корабле «Союз» происходило подобно тому, как было описано выше для КК «Аполлон».
Однако проблемы – как с кораблем «Союз», так и с носителем Н-1 – не позволили Советскому Союзу осуществить программу высадки человека на Луну. Первый полет корабля «Союз» (В.М.Комаров, 23–24 апреля 1967) закончился гибелью космонавта. При полете «Союза-1» появились проблемы с солнечными батареями и системой ориентации, поэтому полет было решено прервать. После первоначально нормального спуска капсула начала кувыркаться и запуталась в стропах тормозного парашюта, спускаемый аппарат с большой скоростью врезался в землю, и Комаров погиб.
После 18-месячного перерыва запуски по программе «Союз» возобновились полетами кораблей «Союз-2» (беспилотный, 25–28 октября 1968) и «Союз-3» (Г.Т.Береговой, 26–30 октября 1968). Береговой осуществлял маневры и сближался с кораблем «Союз-2» до расстояния 200 м. В полетах «Союза-4» (В.А.Шаталов, 14–17 января 1969) и «Союза-5» (Б.В.Волынов, Е.В.Хрунов и А.С.Елисеев, 15–18 января 1969) был достигнут дальнейший прогресс; Хрунов и Елисеев перешли в «Союз-4» через открытый космос после стыковки кораблей. (Стыковочный механизм советских кораблей не позволял переходить из корабля в корабль непосредственно.)
Кроме того, между различными конструкторскими бюро существовало острое соперничество, которое не позволяло многим талантливым ученым и инженерам не только работать над лунной программой, но даже использовать необходимое оборудование. В результате на первой ступени ракеты Н-1 было установлено 30 двигателей (24 по периметру и 6 в центре) средней мощности, а не пять больших двигателей, как на первой ступени ракеты «Сатурн-5» (такие двигатели в стране имелись), и ступени не проходили огневых испытаний перед полетом. Первая ракета Н-1, запущенная 20 февраля 1969, загорелась на 55-й секунде после старта и упала в 50 км от места запуска. Вторая ракета Н-1 взорвалась на стартовом столе 3 июля 1969.
Экспедиции на Луну. Успех подготовительных полетов по программе «Аполлон» («Аполлон» 7–10) позволил кораблю «Аполлон»11 (Н.Армстронг, Э.Олдрин и М.Коллинз, 16–24 июля 1969) совершить исторический первый полет с высадкой человека на Луне. Полет проходил исключительно успешно в почти поминутном соответствии с программой.
Однако три существенных события во время спуска Армстронга и Олдрина в лунной кабине «Игл» («Орел») 20 июля подтвердили важную роль присутствия человека и выдвинутого первыми американскими космонавтами требования, чтобы они имели возможность управлять кораблем. На высоте ок. 12 000 м компьютер «Игл» начал выдавать звуковой сигнал тревоги (как впоследствии выяснилось, в результате работы посадочного радара). Олдрин решил, что это результат перегрузки компьютера, и экипаж проигнорировал сигнал тревоги. Затем в последние минуты спуска, после того как «Игл» развернулся в вертикальное положение, Армстронг и Олдрин увидели, что кабина приземляется прямо в нагромождение каменных глыб – небольшие аномалии гравитационного поля Луны отклонили их от курса. Армстронг взял управление кабиной на себя и пролетел несколько дальше к более ровной площадке. В это же время бульканье топлива в баках показало, что топлива осталось мало. Центр управления полетом сообщил экипажу, что у них есть запас времени, однако Армстронг осуществил мягкую посадку на четыре опоры стоек шасси приблизительно в 6,4 км от намеченной точки, причем топлива оставалось еще лишь на 20 с полета.
Несколько часов спустя Армстронг вышел из кабины и спустился на лунную поверхность. В соответствии с планом полета, предусматривавшим максимальную осторожность, они вместе с Олдрином провели всего лишь 2 ч 31 мин вне кабины на поверхности Луны. На следующий день после 21 ч 36 мин пребывания на Луне они стартовали с ее поверхности и присоединились к Коллинзу, находившемуся в основном блоке «Колумбия», в котором и возвратились на Землю.
Следующие полеты по программе «Аполлон» значительно расширили знания человека о Луне. Во время полета КК «Аполлон» 12 (Ч.Конрад, А.Бин и Р.Гордон, 14–24 ноября 1969) Гордон и Бин посадили свою лунную кабину «Интрепид» («Отважный») в 180 м от автоматического космического зонда «Сервейор-3» и забрали его узлы для возвращения на Землю во время одного из двух своих выходов на поверхность, каждый из которых продолжался около четырех часов.
Запуск и переход на траекторию полета к Луне корабля «Аполлон» 13 (11–17 апреля 1970) прошли нормально. Однако приблизительно через 56 ч после старта центр управления полетом попросил экипаж (Дж.Ловелл, Ф.Хейзе-мл. и Дж.Швайгерт-мл.) включить все мешалки и нагреватели баков, после чего последовал громкий хлопок, полная потеря кислорода из одного бака и утечка из другого. (Как было позже выяснено аварийной комиссией НАСА, взрыв бака произошел в результате производственных дефектов и повреждений, полученных в предстартовых испытаниях.) Через несколько минут экипаж и центр управления полетом поняли, что основной блок «Одиссей» вскоре потеряет весь кислород и останется без электроэнергии и что лунную кабину «Аквариус» («Водолей») придется использовать как спасательную шлюпку при облете космического корабля вокруг Луны и на обратном пути к Земле. В течение почти пяти с половиной суток экипаж вынужден был находиться при температуре, близкой к нулевой, обходясь ограниченным запасом воды и отключив почти все служебные системы корабля для экономии электроэнергии. Космонавты трижды включали двигатели «Аквариуса» для коррекции траектории. Перед входом в атмосферу Земли экипаж включил системы корабля «Одиссей», используя предназначенные для посадки химические источники тока, и отделился от «Аквариуса». После нормального спуска в атмосфере «Одиссей» благополучно приводнился в Тихом океане.
После этой аварии специалисты НАСА установили дополнительные аварийные химические батареи и кислородный бак в отдельный отсек основного блока и изменили конструкцию кислородных баков. Пилотируемые лунные экспедиции возобновились с полетом КК «Аполлон» 14 (А.Шепард, Э.Митчелл и С.Руза, 31 января – 9 февраля 1971). Шепард и Митчелл пробыли на поверхности Луны 33 ч и совершили два выхода на поверхность. Последние три экспедиции КК «Аполлон» 15 (Д.Скотт, Дж.Ирвин и А.Уорден, 26 июля – 7 августа 1971), 16 (Дж.Янг, Ч.Дьюк-мл. и К.Маттингли II, 16–27 апреля 1972) и 17 (Ю.Сернан, Г.Шмитт и Р.Эванс, 1–19 декабря 1972) были наиболее плодотворными с научной точки зрения. Каждая лунная кабина имела в своем составе лунный вездеход (луноход) на электрических батареях, который позволял космонавтам удаляться на расстояние до 8 км от кабины в каждом из трех выходов на поверхность; кроме того, каждый основной блок имел телевизионные камеры и другие измерительные инструменты в одном из отсеков оборудования.
Доставленные экспедициями «Аполлон» образцы для научных исследований составили более 379,5 кг камней и грунта, которые изменили и расширили представление человека о происхождении Солнечной системы.
Последние полеты советской программы пилотируемых полетов к Луне. После успеха первых полетов по программе «Аполлон» Советский Союз произвел лишь несколько запусков кораблей «Союз», космических аппаратов «Зонд» и ракеты-носителя Н-1 в рамках программы пилотируемых полетов к Луне и высадки на Луну. Космический корабль «Союз» с 1971 использовался как транспортный корабль в рамках программы полетов космических станций «Салют» и «Мир».

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЙ ПОЛЕТ «АПОЛЛОН» – «СОЮЗ»
То, что началось как соперничество, закончилось совместной программой экспериментального полета «Аполлон»–«Союз» (ЭПАС). В этом полете участвовали Д.Слейтон, Т.Стаффорд и В.Брандт в основном блоке корабля «Аполлон» (15–24 июля 1975) и А.А.Леонов и В.Н.Кубасов на корабле «Союз-19» (15–21 июля 1975). Программа возникла из желания двух государств разработать совместные спасательные процедуры и технические средства на тот случай, если какой-либо космический экипаж окажется на орбите в безвыходном положении. Поскольку атмосфера кораблей была совершенно различна, НАСА создало специальный стыковочный отсек, который использовался как декомпрессионная камера. Несколько маневров сближения и стыковочных операций были успешно выполнены, после чего корабли разделились и летали автономно вплоть до возвращения на Землю.

ЛИТЕРАТУРА
Глушко В.П. Космонавтика: энциклопедия. М., 1985
Гэтланд К. и др. Космическая техника: иллюстрированная энциклопедия. М., 1986
Келли К. и др. Наш дом – Земля. М., 1988

КОСМИЧЕСКИЙ ЗОНД, автоматический космический аппарат для прямого изучения объектов Солнечной системы и пространства между ними. Космические зонды проводят исследования планет, пролетая мимо них, двигаясь вокруг них по орбите, влетая в их атмосферу или достигая их поверхности. Прямые исследования далеких объектов с помощью приборов, установленных на космических зондах, дополняются наблюдениями с поверхности Земли и ее искусственных спутников. См. также АСТРОНОМИЯ И АСТРОФИЗИКА; РАДИОЛОКАЦИОННАЯ АСТРОНОМИЯ; РАДИОАСТРОНОМИЯ; ВНЕАТМОСФЕРНАЯ АСТРОНОМИЯ.
Космические зонды могут сделать то, что недоступно приборам на Земле или на околоземной орбите: они могут получить изображения далеких объектов с близкого расстояния, измерить электромагнитные поля вокруг них, проделать прямой физический и химический анализ их атмосферы и поверхности, провести сейсмические исследования. В этой статье рассказано о развитии техники космического зондирования, а научные результаты описаны в статьях: СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА; АСТЕРОИД; КОМЕТА.

ПРЕДЫСТОРИЯ КОСМИЧЕСКИХ ПОЛЕТОВ
Начиная с Луциана Самосатского (ок. 120–180) (Икаро-Мениппус и Правдивая история) люди мечтали добраться до Луны и узнать ее тайну. Что же касается планет, то сама мысль об экспедиции к ним могла возникнуть лишь после того, как стало ясно, что это не божества и не просто движущиеся огоньки на ночном небе, а тела, подобно Земле обращающиеся вокруг Солнца. Окончательно это выяснилось в эпоху И.Ньютона (1643–1727), объяснившего характер движения планет в Солнечной системе и указавшего принципиальную возможность путешествия от одной планеты к другой. Однако до середины 20 в. не было технической возможности овладеть гигантской энергией, необходимой для преодоления земного тяготения.
После произведений И.Кеплера Сон, или Посмертное сочинение об астрономии Луны (1634), Ф.Годвина Человек на Луне (1638) и С. де Бержерака Иной свет, или Государства и империи Луны (1657), экспедиции к Луне и планетам стали популярной литературной темой. К середине 20 в. тема космических путешествий прочно заняла место в беллетристике, на радио и в кино, вызывая у публики большой интерес.
Однако вплоть до этого времени все фантазии о космических путешествиях имели одну общую деталь – во всех экспедициях присутствовал человек. Сама идея об автоматических механизмах, способных исследовать Луну и планеты, просто не приходила никому в голову. Толчок воображению мог дать только соответствующий уровень техники, который в те годы еще не позволял мечтать о беспилотных космических аппаратах.
К концу Второй мировой войны многие ученые и инженеры поняли, что эра космических полетов приближается. Разработка мощных ракетных двигателей, легких и прочных материалов и конструкций, миниатюрных приборов и особенно развитие электроники сделали возможным практическое осуществление полетов вокруг Земли, к Луне и планетам.

СОЗДАНИЕ КОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ
Удивительно, но для запуска полезной нагрузки на бесконечное расстояние от Земли (т.е. для ее разгона до второй космической скорости) нужно сообщить ей всего лишь вдвое большую энергию, чем для ее вывода на низкую околоземную орбиту. Поэтому первые космические зонды были запущены вскоре после первых искусственных спутников Земли. См. также ОРБИТА.
Все же необходимая для запуска зонда дополнительная энергия требует более мощной ракеты-носителя при той же полезной нагрузке либо меньшей нагрузки при той же ракете. Ограничение веса полезной нагрузки всегда довлеет над разработчиками космических зондов. Обычно для достижения необходимой зонду скорости ракету снабжают дополнительной ступенью. Разработка мощных и надежных многоступенчатых ракет – это долгое и дорогое дело. Носители для космических зондов должны быть особенно надежными, поскольку для запуска обычно отводится небольшое временное окно, когда взаимное положение Земли и намеченной цели таково, что перелет требует минимальных затрат энергии. В другое время затраты энергии возрастают настолько, что экспедиция становится практически невозможной. При полетах на Луну оптимальная ситуация возникает раз в месяц, но при полетах к далеким планетам ее нужно ждать многие месяцы и даже годы.
Другой важный фактор – время перелета. Экспедиции к планетам длятся месяцы и годы. Поэтому все приборы зонда должны быть очень надежными, чтобы вблизи цели выполнить сложный комплекс исследований. Это создает нелегкие технические проблемы. Длительный перелет означает, что для питания бортовых систем электричеством нельзя использовать аккумуляторные батареи – необходим генератор, работающий без ограничений по времени. С этой целью при полетах к Луне и внутренним планетам – Меркурию, Венере и Марсу – применяют солнечные элементы. Но за орбитой Марса, вдали от Солнца, его свет слаб. Поэтому при полетах к Юпитеру и дальше используют изотопный генератор, вырабатывающий ток с помощью термоэлектрического преобразователя из тепла, выделяющегося при распаде радиоактивных изотопов, например плутония-238.
Слежение за космическими зондами и управление ими значительно сложнее, чем спутниками. Для определения точного положения аппарата и передачи на борт команд управления, а также для приема с его борта данных необходимы мощные передатчики и большие антенны на Земле и на самом зонде. Для этих целей были созданы глобальные системы космического радиосопровождения. Например, Сеть дальней космической связи Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) США, разработанная в Лаборатории реактивного движения (Пасадена, шт. Калифорния), служит для управления космическими зондами и объединяет станции в Голдстоуне (Калифорния), Тидбинбелла (вблизи Канберры, Австралия) и Робледо де Чевела (вблизи Мадрида, Испания). Для связи с космическими зондами используют также станции в Дармштадте (Германия), Усюде (Япония) и Евпатории (Украина).
Ограниченность скорости света приводит к временной задержке при обмене сигналами между центрами управления на Земле и космическими зондами, достигающей нескольких часов при полетах во внешние области Солнечной системы и делающей невозможным управление зондом в реальном времени. Поэтому команды передаются заранее, и при возникновении неожиданной ситуации уже бывает поздно что-либо изменить. На этот случай зонд должен быть снабжен мощным бортовым компьютером, сравнивающим реальную ситуацию с ожидаемой и вносящим коррективы в команды.
В то же время в процессе перелета зонды находятся в более мягких условиях, чем спутники Земли, которые регулярно переходят с освещенной Солнцем на теневую сторону орбиты, испытывая при этом сильные колебания температуры и тепловые деформации, снижающие надежность работы аппаратуры.

ПОЛЕТЫ К ЛУНЕ

«Пионер». Разработка первых пяти космических зондов США для пролета мимо Луны и для выхода на окололунную орбиту велась в Управлении перспективных исследований Министерства обороны, а затем была передана в только что образованное НАСА. Скромные возможности носителей того времени (баллистические ракеты среднего радиуса действия «Тор» и «Юпитер») ограничивали полезный груз для полетов к Луне массой от 6 до 40 кг. Постоянная ориентация продольной оси зондов в пространстве относительно звезд поддерживалась их вращением вокруг этой оси.
Первая попытка («Пионер-0», запущен 17 августа 1958) закончилась взрывом носителя на 77-й секунде полета. Первым зондом США, достигшим второй космической скорости, был «Пионер-4», запущенный 3 марта 1959 и прошедший мимо Луны на расстоянии 60 тыс. км – слишком далеко для получения хороших фотографий. Однако он помог уточнить протяженность открытых незадолго до этого радиационных поясов Ван Аллена, окружающих Землю.
«Луна». Советский Союз тоже стремился направить зонд к Луне. После четырех неудачных попыток в 1958 2 января 1959 состоялся запуск «Луны-1», впервые достигшей второй космической скорости и прошедшей мимо Луны всего в 6000 км. 13 сентября 1959 «Луна-2» попала в Луну, ознаменовав первый прямой контакт человечества с иным небесным телом. Запущенный 4 октября 1959 зонд «Луна-3» передал по радио первые фотографии обратной стороны Луны, которая никогда не видна с Земли. В процессе фотографирования «Луна-3» очень точно сориентировалась по звездам.
Как и «Пионеры», первые зонды «Луна» питались электричеством от аккумуляторных батарей, что ограничивало срок их активной жизни. Но одним качеством они существенно отличались от «Пионеров». Мощные советские носители, выводящие на орбиту значительно больший вес, позволили советским инженерам разместить приборы зонда в герметичной оболочке, заполненной нормальным атмосферным воздухом. При этом, правда, небольшая утечка воздуха могла стать гибельной для аппарата. Оборудование на борту «Пионеров» функционировало в условиях вакуума. Чтобы добиться этого, пришлось решить сложные инженерные проблемы, но зато был сэкономлен вес и созданы приборы для работы в открытом космосе.
«Рейнджер». Американские исследования Луны автоматическими станциями активизировались, когда президент Дж.Кеннеди объявил, что высадка человека на Луну состоится до 1970. Для изучения поверхности, на которую должен был опуститься корабль «Аполлон», НАСА предприняло трехэтапную программу.
Первыми представителями нового поколения американских лунных зондов стали аппараты «Рейнджер». Два первых «Рейнджера» были выведены для испытания на высокую околоземную орбиту. Следующие три зонда предназначались для доставки на лунную поверхность сейсмографов; при этом с помощью твердотопливных тормозных двигателей скорость сближения зонда с поверхностью должна была уменьшиться до нескольких сотен км/ч. Последние зонды предназначались для получения детальных изображений поверхности перед тем, как они врежутся в нее на большой скорости. Таким образом, зонды «Рейнджер» имели различную конструкцию, но все они питались от солнечных батарей, были стабилизированы по трем осям и способны осуществлять тонкую коррекцию ориентации и траектории полета.
Способность зонда выполнять необходимые операции, кроме прочего, зависит от возможности поддерживать заданную ориентацию. У спутников на околоземной орбите для этого датчики могут фиксировать земной горизонт и определять по нему вертикальное и горизонтальное направления. Но зонд в открытом космосе для ориентации может использовать только небесные светила, как минимум – два, причем желательно, чтобы угол на небе между ними был ок. 90°. Для «Рейнджеров» и многих последующих американских зондов основным светилом для ориентации было выбрано Солнце, а вторым – Канопус, звезда южного неба, невидимая на наших северных широтах. Ее избрали потому, что это вторая по яркости звезда небосвода, и к тому же расположенная вблизи полюса эклиптики. Для поддержания или изменения ориентации использовались маленькие сопла, выбрасывающие строго контролируемое количество газообразного азота и действующие как миниатюрные ракетные двигатели. Во время маневра, когда датчики Солнца и Канопуса теряли свои светила из виду, специальные гироскопы сохраняли нужную ориентацию и указывали необходимую коррекцию, что значительно упрощало затем поиск двух опорных светил.
Поскольку «Рейнджеры» могли сохранять ориентацию, они имели остронаправленную антенну, позволявшую эффективно передавать данные на Землю. Такая способность особенно важна для зондов, исследующих далекие области Солнечной системы. Первые шесть «Рейнджеров» постигла неудача из-за отказов носителя или самого аппарата. Но седьмой, восьмой и девятый сработали нормально, попав в Луну 31 июля 1964, 20 февраля 1965 и 24 марта 1965 и передав на Землю изображения лунной поверхности, в тысячи раз превосходящие то, что прежде было получено с помощью наземных телескопов. На них не обнаружилось ничего такого, что сделало бы невозможным прилунение человека.
«Сервейор». Следующим шагом НАСА по изучению Луны стала программа «Сервейор», первоначально включавшая два типа экспериментов: мягкую посадку зонда на поверхность Луны и ее детальное фотографирование с окололунной орбиты.
Для управляемого спуска аппарат «Сервейор», приближаясь к Луне, переходил от ориентации по Солнцу и Канопусу к ориентации по лунной поверхности. Бортовой радар непрерывно измерял высоту и скорость спуска, чтобы перед самым касанием включить мощный твердотопливный двигатель, который почти полностью гасил скорость. В заключение небольшие регулируемые жидкостные двигатели обеспечивали мягкую посадку на грунт.
«Сервейор-1» мягко опустился в Океане Бурь 2 июня 1966 и передал фотографии и результаты измерений на Землю. Четыре (3-й, 5-й, 6-й и 7-й) из шести следующих «Сервейоров» также успешно опустились (20 апреля, 11 сентября, 10 ноября 1967 и 10 января 1968) и окончательно доказали, что для посадок на Луну экспедиций «Аполлонов» путь открыт.
«Лунар орбитер». Для выбора мест посадки кораблей «Аполлон» НАСА срочно нуждалось в качественных изображениях больших областей лунной поверхности. Когда орбитальная программа «Сервейор» по разным причинам остановилась, НАСА начало программу с прозаическим названием «Лунар орбитер», зонды которой должны были фотографировать поверхность Луны на пленку и проявляли ее на борту. Затем негативы сканировались лучом света, и по радио изображение передавалось на Землю. Все пять аппаратов «Лунар орбитер» (запущены 10 августа и 6 ноября 1966, 5 февраля, 4 мая и 1 августа 1967) сработали нормально, дав первое детальное изображение почти всей поверхности Луны.
Другие полеты к Луне. После нескольких неудачных попыток Советский Союз посадил на Луну 3 февраля 1966 «Луну-9» и передал (за четыре месяца до «Сервейора-1») несколько панорам ее поверхности. Однако «Луна-9» представляла собой жестко садящийся аппарат с малым ресурсом и меньшими возможностями, чем «Сервейор». «Луна-10» 3 апреля 1966 стала первым спутником Луны. Затем еще множество посадочных и орбитальных аппаратов было направлено к Луне в период с 1966 по 1976.
Для подготовки пилотируемых полетов на Луну Советский Союз запустил серию беспилотных кораблей («Зонд-5, -6, -7 и -8», запущены 14 сентября и 10 ноября 1968, 8 августа 1969 и 20 октября 1970), облетевших Луну и благополучно вернувшихся на Землю. Затем были доставлены на Луну автоматические движущиеся аппараты («Луноход-1 и -2», сели 17 ноября 1970 и 15 января 1973) и станции («Луна-16, -20 и -24», сели 20 сентября 1970, 21 февраля 1972 и 18 августа 1976) для доставки образцов лунного грунта на Землю. Однако эти достижения померкли перед пилотируемыми полетами на Луну «Аполлонов» (1969–1972). См. также КОСМИЧЕСКИЕ ПОЛЕТЫ ПИЛОТИРУЕМЫЕ.
«Клементина». В совместном проекте «Клементина» НАСА и Организация стратегической оборонной инициативы (СОИ) использовали оставшуюся со времен холодной войны ракету «Титан» и не находившее применения оборудование. Запущенный 25 января 1994 аппарат несколько месяцев работал на орбите вокруг Луны, получая с помощью четырех фотокамер изображения ее поверхности в различных диапазонах спектра, от ультрафиолетового до инфракрасного.
«Лунар проспектор». Для исследования состава поверхности Луны, а также ее магнитного и гравитационного полей 7 января 1998 США вывели на окололунную орбиту легкий спутник «Лунар проспектор», который в середине 1999 упал на Луну.

МЕРКУРИЙ
Единственным зондом, исследовавшим ближайшую к Солнцу планету Меркурий, был «Маринер-10», совершивший три полета (29 марта 1974, 21 сентября 1974 и 16 марта 1975) к этой планете. Вначале зонд прошел мимо Венеры, впервые совершив гравитационный маневр, т.е. использовал ее притяжение, чтобы изменить свою орбиту и достичь Меркурия.
Меркурий оказался безвоздушным, покрытым кратерами телом, очень похожим на Луну. Исследование ближайшей к Солнцу планеты было технически сложным: тепловой поток там в 6 раз больше, чем у Земли, поэтому температура на Меркурии достаточна для плавления олова, свинца и цинка. Зонд был прикрыт от Солнца экраном, а панели солнечных батарей были наклонены под косым углом к солнечным лучам.
Меркурий делает три оборота вокруг оси в течение двух орбитальных периодов, а каждый его оборот вокруг Солнца длится 88 сут. Поэтому одни солнечные сутки на нем продолжаются два меркурианских года, или 176 земных суток. К сожалению, «Маринер-10» совершал подлеты к Меркурию точно через такие же интервалы времени и каждый раз мог фотографировать лишь одно и то же освещенное Солнцем полушарие планеты. Недавние исследования поверхности Меркурия с помощью наземных радаров показали, что в его полярных областях на дне глубоких кратеров, куда никогда не попадает солнечный свет, могут быть залежи льда, точь-в-точь как на Луне. Это еще одна причина, требующая новых экспедиций к Меркурию.

ВЕНЕРА
Венера, ближайшая от Земли планета по направлению к Солнцу, была очевидной целью для первых космических зондов. Привлекали сравнительно небольшое расстояние и время перелета всего в несколько месяцев. К тому же покрытая облаками планета хранила от астрономов множество секретов.
Пролеты. Из-за трудностей с разработкой последней ступени носителя первые планетные зонды НАСА были простыми и легкими, основанными на лунном зонде «Рейнджер»; их выводила ракета «Атлас-Аджена». Зонд «Маринер-2» 14 декабря 1962 впервые прошел мимо Венеры и с помощью бортовой радиоаппаратуры подтвердил высокую температуру поверхности планеты, на что ранее указывали наземные радионаблюдения. «Маринер-5» прошел мимо Венеры 19 октября 1967, а «Маринер-10» – 5 февраля 1974.
Вход в атмосферу и посадка. Мягкая посадка на Венеру проходит в несколько этапов. Обычно влетающий в атмосферу планеты аппарат защищен тепловым экраном. Когда от торможения в атмосфере его скорость снижается до нескольких сотен километров в час, экран сбрасывается как лишний груз и раскрывается парашют. Вблизи поверхности парашют также сбрасывается, поскольку в очень плотных нижних слоях атмосферы для торможения уже достаточно небольшого аэродинамического щитка. Сохранить работоспособность аппарата на поверхности Венеры даже в течение одного часа не так-то просто, поскольку температура там ок. 500° С, а давление почти в 100 раз выше, чем у поверхности Земли. Поэтому приборы должны быть защищены прочной теплоизоляционной оболочкой.
Советский зонд «Венера-3», осуществив первый в мире перелет на другую планету, попал на Венеру 1 марта 1966, но радиоконтакт с ним был потерян незадолго до встречи с планетой. «Венера-4» достигла планеты 18 октября 1967 и была раздавлена ее атмосферой еще до касания поверхности, подтвердив измерениями высокие температуру и давление у поверхности. «Венера-7» достигла поверхности Венеры 15 декабря 1970 и еще 23 мин посылала данные на Землю, пока не наступил перегрев. Зонды «Венера-9 и -10» состояли из посадочного и орбитального аппаратов. Их посадочные аппараты опустились на поверхность 22 и 25 октября 1975 и передали изображения пустынного и каменистого окружающего ландшафта. Следующие «Венеры» также передавали панорамы мест посадки, а «Венера-13 и -14» впервые произвели анализ образцов грунта.
Американский зонд «Пионер – Венера-2» достиг планеты 9 декабря 1978, опустив в разных ее местах 4 посадочных аппарата, один из которых передавал данные с поверхности более часа. Затем были советские зонды «Вега-1 и -2», в первую очередь предназначенные для исследования кометы Галлея, приблизиться к которой они смогли после гравитационного маневра в окрестности Венеры. При прохождении мимо планеты (11 и 15 июня 1985) они сбросили на Венеру спускаемые аппараты, севшие на поверхность и проанализировавшие пробы грунта. К тому же каждый из аппаратов выпустил в атмосферу Венеры французский аэростатный зонд с баллоном, наполненным гелием; плавая в воздушных течениях Венеры несколько дней, они передавали на Землю данные об облаках, скорости ветра и параметрах атмосферы.
Радиолокационные исследования с орбиты. Поскольку Венера полностью закрыта облаками, наблюдения в оптический телескоп не дают возможности изучать ее поверхность. Однако с начала 1960-х годов наземные радарные исследования указывали, что поверхность Венеры весьма разнообразна. Поскольку спускаемые аппараты передают изображение лишь небольшого участка вокруг места посадки, возникла идея радиолокационного исследовании всей планеты с низкой орбиты. Их начал американский зонд «Пионер – Венера-1», вышедший на орбиту вокруг Венеры 4 декабря 1978 и с помощью бортового радара получивший карту части поверхности с разрешением (размер мельчайших деталей) ок. 80 км. Затем советские орбитальные зонды «Венера-15 и -16» начали 10 и 14 октября 1983 радарное изучение больших областей Венеры; на полученных ими с разрешением 1,5 км картах видны сложные структуры поверхности, многие из которых не известны на Земле. Зонд США «Магеллан», выйдя на орбиту вокруг Венеры 10 августа 1990, получил радарные карты почти всей ее поверхности с разрешением, доходящим до 100 м.

МАРС
Полет к Марсу более сложен, чем к Венере: перелет длится дольше, большее расстояние усложняет связь, а удаленность от Солнца требует большей площади солнечных батарей.
Пролеты. Как и в случае с Венерой, из-за трудностей с созданием носителей НАСА вынуждено было начать изучение Марса легкими зондами. «Маринер-4» впервые пролетел вблизи Марса 15 июля 1965, передав изображения, на которых покрытая кратерами поверхность Марса больше напоминала Луну, чем Землю. Похожие изображения передали «Маринер-6 и -7», пролетевшие вблизи Марса 31 июля и 5 августа 1969.
Исследования с орбиты и посадки. «Маринер-9», имевший мощную видеосистему, прибыл к Марсу 14 ноября 1971 и впервые стал спутником другой планеты. Почти за год наблюдений он кардинально изменил наши знания о Марсе, обнаружив на нем гигантские каньоны, огромные потухшие вулканы и следы эрозии от водяных потоков, существовавших там в далеком прошлом.
Еще до открытий «Маринера-9» НАСА взялось за подготовку более сложных зондов «Викинг», способных не только выйти на орбиту вокруг Марса, но и доставить на его поверхность приборы для поиска жизни. Поскольку атмосфера Марса весьма разрежена, мягкая посадка на поверхность требует иных решений, чем на Луне или Венере. Тепловой экран и парашют использовать можно, но этого недостаточно, чтобы полностью погасить скорость. Необходим еще реактивный двигатель, управляемый компьютером, который получает от радара данные о расстоянии до поверхности и о скорости спуска. Этот последний этап посадки напоминает работу «Сервейора», однако из-за большой временной задержки все операции должны быть закончены, пока сигналы достигнут Земли.
Два «Викинга» прибыли к Марсу в июле и августе 1976. Орбитальные блоки с помощью научных приборов обследовали возможные места посадки, а после отделения спускаемых аппаратов ретранслировали их сигналы на Землю. Спускаемые аппараты, снабженные радиоизотопными термоэлектрическими установками, имели по три сложных прибора для поиска жизни, но, увы, не обнаружили ее признаков.
Советский Союз также в 1960-х и начале 1970-х годов предпринял исследование Марса с помощью пролетных, орбитальных и посадочных зондов. Однако многие полеты оказались не вполне удачными, вероятно, из-за трудностей в создании легких и надежных компонентов и систем, рассчитанных на длительную автономную работу.
Неудачные полеты. После экспедиций «Викингов» интерес к Марсу резко снизился. В СССР 12 и 17 июля 1988 запустили «Фобос-1 и -2» для изучения спутника Марса, но радиоконтакт с зондами был потерян перед их подлетом к Фобосу. В США 25 сентября 1992 запустили «Марс обсервер», но его радиосигналы пропали перед самым подлетом к Марсу.
В результате неудачного старта 16 ноября 1996 не вышел на орбиту и погиб российский зонд «Марс-96», оснащенный аппаратурой нескольких стран для исследований Марса с орбиты и на поверхности.
Исследования Марса продолжаются. Запущенный 7 ноября 1996 зонд «Марс глобал сервейор» (США) вышел 12 сентября 1997 на околомарсианскую орбиту и передает подробные изображения поверхности планеты. После серии неудач с космическими зондами НАСА перешло к программе по созданию недорогих аппаратов для выполнения конкретных задач. Первым стал зонд NEAR стоимостью 150 млн. долл., предназначенный для исследования астероидов (см. ниже). Вторым был запущенный 4 декабря 1996 зонд «Марс пасфайндер», совершивший 4 июля 1997 мягкую посадку на Марс и доставивший первый автоматический самоходный аппарат «Соджорнер», который несколько месяцев исследовал состав поверхности планеты. Для исследования атмосферы и водных ресурсов Марса 11 декабря 1998 к нему отправлен небольшой аппарат «Марс клаймит орбитер» (США – ЕКА – Россия), который должен выйти на околомарсианскую орбиту в сентябре 1999. В конце 1999 планировалась посадка в район южного полюса Марса аппарата «Марс полдар лэндер» (США), запущенного 3 января 1999.

ВНЕШНИЕ ОБЛАСТИ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ
За орбитой Марса масштабы расстояний в Солнечной системе значительно возрастают, поэтому посылка зонда к внешним планетам представляет трудную задачу, требующую мощных носителей и надежных приборов, способных работать годы и даже десятилетия. Планирование подобных полетов затруднено тем, что зонд неизбежно должен пройти сквозь пояс астероидов между орбитами Марса и Юпитера. Возможность столкновения зонда с известными астероидами не очень беспокоит, ибо крупных астероидов размером более километра всего несколько десятков тысяч, а рассеяны они по такому гигантскому объему пространства, что вероятность столкновения с ними ничтожно мала. Однако быстро летящему зонду может причинить вред даже столкновение с песчинкой, которых в поясе астероидов должно быть бесчисленное множество. Пролететь же над или под поясом астероидов (который, подобно планетам, располагается вблизи плоскости эклиптики) невозможно, т.к. для этого требуются огромные затраты энергии.
«Пионер-10 и -11». Единственный способ узнать, можно ли преодолеть пояс астероидов, заключался в том, чтобы попробовать это сделать. Первыми зондами НАСА к внешним планетам стали два стабилизированных вращением «Пионера» с радиоизотопными генераторами. «Пионер-10» был выведен 3 марта 1972 со скоростью 51 670 км/ч, став самым быстрым объектом, созданным руками человека, и через 11 ч после запуска пересек орбиту Луны. Он пересек пояс астероидов без повреждений и 3 декабря 1973 прошел в 130 тыс. км над облачным слоем Юпитера, передав множество данных, включая посредственные изображения, которые все же оказались значительно более детальными, чем до этого получали с Земли. Разведывательный полет «Пионера-10» продемонстрировал также, что зонд может безопасно преодолеть радиационные пояса Юпитера, которые намного интенсивнее земных. Пройдя мимо Юпитера, «Пионер-10» был выброшен его притяжением на траекторию, уводящую за пределы Солнечной системы; он стал первым рукотворным объектом, вырвавшимся из притяжения Солнца. Связь с «Пионером-10» поддерживалась до марта 1997.
Теперь путь был свободен для «Пионера-11», запущенного 6 апреля 1973 и имевшего более сложную программу. Его траекторию выбрали так, чтобы после пролета 2 декабря 1974 в 43 тыс. км над облаками Юпитера он развернулся для встречи с Сатурном. Пролетев 1 сентября 1979 в 21 тыс. км над облаками Сатурна, «Пионер-11», как и его предшественник, отправился «к звездам».
«Вояджер». Следующий этап исследования внешних планет начался, когда выяснилось, что в конце 1970-х и начале 1980-х годов взаимное положение планет-гигантов Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна будет таким, что один зонд с помощью гравитационных маневров сможет посетить их все по очереди. Чтобы использовать эту редкую возможность, которая случается только раз в 179 лет, НАСА предложило грандиозную программу «Большого тура» к внешним планетам. Для этого предполагалось создать очень сложный зонд, способный работать не менее 12 лет, необходимых для полного облета планет. Но проект оказался непомерно дорогим. Тогда инженеры НАСА обратились к идее модернизированной версии «Маринера», ограничив задачу пролетом мимо Юпитера и Сатурна, но не оставляя надежду на визит к более далеким планетам.
В отличие от «Пионера-10 и -11», новые зонды «Вояджер-1 и -2» были стабилизированы по всем трем осям, что позволяло приборам и особенно видеосистеме ориентироваться в любом заданном направлении. Как и предшествующие аппараты, они питались от радиоизотопных источников и для связи имели большую радиоантенну, направленную на Землю.
Аппараты «Вояджер-1 и -2» были запущены 20 августа и 5 сентября 1977. Двигаясь по более быстрой траектории, «Вояджер-1» должен был преодолеть магнитосферу Юпитера, пролететь как можно ближе к планете, чтобы получить качественные изображения атмосферы и особенно Большого Красного Пятна, пройти на небольшом расстоянии от четырех крупнейших (галилеевых) спутников Юпитера, пролететь за кольцами Сатурна и вблизи нескольких его спутников, включая крупнейший, покрытый облаками Титан, с которым он сблизился на 4000 км. Выполнив эту изумительную программу и встретившись с Юпитером 5 марта 1979 и с Сатурном 12 ноября 1980, зонд отправился в межзвездное пространство. После этого «Вояджеру-2» можно было ставить более сложную задачу. Пролетев Юпитер 9 июля 1979 и Сатурн 25 августа 1981, он встретился затем с Ураном 24 января 1986 и Нептуном 24 августа 1989, также отправившись затем к звездам.
«Вояджеры» получили прекрасные изображения планет-гигантов и сделали множество открытий в отношении самих планет, их колец и спутников. Они продемонстрировали высокую надежность зондов и безупречное искусство наземного персонала управления.
«Галилео». Мысль послать к Юпитеру зонд «Галилео» появилась в НАСА в 1970-х годах. Его задачей была доставка спускаемого аппарата в атмосферу Юпитера и выход зонда на орбиту вокруг планеты для детального исследования ее магнитосферы, облачного покрова и спутников. Полагали, что «Галилео» станет первым планетным зондом, который будет выведен на орбиту космической транспортной системой «Шаттл», но запуск пришлось отложить более чем на 7 лет из-за задержки с разработкой разгонной ступени, а потом из-за ее аварии. После запуска «Галилео» 18 октября 1989 «зонтик» его остронаправленной антенны не смог полностью раскрыться, поэтому связь с Землей он поддерживал с помощью всенаправленной антенны, что существенно замедляет передачу изображений. «Галилео» сначала прошел мимо Венеры и два раза мимо Земли, увеличивая с помощью гравитационного маневра свою скорость, затем 29 октября 1991 встретился с астероидом Гаспра, а 28 августа 1993 – с астероидом Ида, 13 июля 1995 отделил от себя атмосферный зонд, и оба они 7 декабря 1995 прибыли к Юпитеру. Зонд вошел в атмосферу планеты, исследовал ее при спуске на парашюте и погиб, а орбитальный аппарат занялся внешним изучением планеты и ее спутников. В 1999 он еще активно действовал.
Кроме попутных встреч с астероидами планируются и специальные полеты к ним. NASA 17 февраля 1996 вывело на орбиту аппарат NEAR (Near Earth Asteroid Rendezvous – Рандеву с околоземным астероидом), который 27 июня 1997 с пролетной траектории исследовал астероид Матильда, а 9 января 1999 сблизился с малой планетой Эрос и вышел на орбиту вокруг нее с минимальной высотой 24 км над поверхностью.

КОМЕТЫ
В марте 1986, когда комета Галлея приблизилась к Солнцу, с ней встретилась международная флотилия космических аппаратов: 7 января и 18 августа 1985 японский Институт космических исследований запустил зонды «Сакигаке» и «Суйсей», пролетевшие довольно далеко от ядра кометы и не подвергавшиеся серьезному риску; Советский Союз запустил 15 и 21 декабря 1984 зонды «Вега-1 и -2», а Европейское космическое агентство (ЕКА) запустило 2 июля 1985 зонд «Джотто» – наиболее совершенный из всех, приблизившийся к ядру на 605 км и передавший изображения этой темной, фонтанирующей газопылевой глыбы.
Полет международной флотилии выразительно продемонстрировал конец монополии США и СССР в запуске космических зондов, поскольку Япония и Западная Европа создали свои мощные носители.
Тем не менее США стали первыми, кто послал зонд к комете. Запущенный в 1978 зонд ISEE-3 изучал взаимодействие солнечного ветра с Землей на орбите, удаленной на 1,5 млн. км от Земли, а затем с помощью гравитационного маневра и оставшегося на борту запаса ракетного топлива изменил орбиту и прошел через хвост кометы Джакобини – Циннера 11 сентября 1985.

СОЛНЕЧНЫЕ ЗОНДЫ
Полет зонда к Солнцу требует решения многих инженерных проблем, связанных с поддержанием в нем температуры, при которой могут работать электронные приборы.
«Гелиос». Два западногерманских зонда «Гелиос» были запущены американскими ракетами «Титан-Центавр» 10 декабря 1974 и 15 января 1976 на орбиту вокруг Солнца для его изучения с относительно близкого расстояния. Это был совместный проект НАСА и ЕКА; каждое из них установило на зондах по 11 приборов для всестороннего изучения Солнца.
«Улисс». Особым солнечным зондом стал «Улисс», также совместно созданный НАСА и ЕКА. Этот аппарат, запущенный 6 октября 1990, предназначен для изучения Солнца и межпланетной среды над и под солнечными полюсами. Для этого его орбита должна существенно выходить из плоскости эклиптики, что требует гораздо больших затрат энергии. Эта дополнительная энергия была получена путем гравитационного маневра при сближении с Юпитером в феврале 1992. При первом облете Солнца «Улисс» прошел в 80,2° к югу и к северу от солнечного экватора, соответственно 13 сентября 1994 и 31 июля 1995, и получил уникальную информацию, поскольку с Земли невозможно исследовать эти области.
SOHO (Solar and Heliospheric Observatory). Запущенный 2 декабря 1995 совместно НАСА и ЕКА на околосолнечную орбиту в точку Лагранжа L1 системы Земля – Солнце, этот зонд получает великолепные изображения Солнца в различных диапазонах спектра, а также изучает солнечную корону, используя внезатменный коронограф (с помощью которого уже было открыто несколько комет, влетевших в атмосферу Солнца).

В МЕЖПЛАНЕТНОМ ПРОСТРАНСТВЕ
Пространство между большими планетами Солнечной системы почти пусто, но и оно может немало рассказать о метеороидах, солнечном магнитном поле и заряженных частицах – электронах и протонах. Первым зондом для исследования этих областей был американский «Пионер-5», запущенный 11 марта 1960. Он двигался по орбите между Землей и Венерой, передавая данные об условиях в межпланетном пространстве, пока не удалился от Земли на рекордное для тех лет расстояние в 36,2 млн. км.
В начале 1960-х годов в НАСА разработали простые и легкие (63 кг), стабилизированные вращением зонды для исследования межпланетного пространства, которые выводились относительно дешевой ракетой «Дельта». На орбиту вокруг Солнца вывели четыре аппарата: «Пионер-6», «Пионер-7», «Пионер-8» и «Пионер-9» (запущены 16 декабря 1965, 17 августа 1966, 13 декабря 1967 и 8 ноября 1968), причем два между орбитами Венеры и Земли и два между Землей и Марсом. Связь с ними была прекращена лишь в марте 1997. Кроме научных исследований, эти зонды решали важную практическую задачу, предупреждая о мощных солнечных вспышках, которые могли быть опасны для астронавтов «Аполлона».

КОСМИЧЕСКИЙ КОРАБЛЬ «ШАТТЛ», пилотируемый, частично многоразовый космический корабль Space Shuttle, предназначенный для доставки людей и грузов на низкие околоземные орбиты и обратно. Американский флот «Шаттлов» был создан и эксплуатируется Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) и ее основными и вспомогательными подрядчиками. «Шаттл» является частью более общей космической транспортной системы (КТС), состоящей из экспериментальных установок и разгонных блоков для вывода спутников на более высокие орбиты и использующей стартовые и посадочные комплексы в Космическом центре им. Кеннеди на о.Мерритт (шт. Флорида) и Центр управления и космической подготовки им. Джонсона в Хьюстоне (шт. Техас).
Корабль «Шаттл» всегда летает с экипажем, в составе которого обычно командир, пилот, и от двух до пяти специалистов (научных сотрудников – специалистов по операциям) и два или три специалиста по полезному грузу (научные сотрудники – специалисты по конкретным исследованиям).

КОНСТРУКЦИЯ
КК «Шаттл» состоит из трех основных элементов: воздушно-космического самолета «Орбитер», многоразовых ракетных ускорителей и сбрасываемого топливного блока.
«Орбитер». Этот воздушно-космический самолет имеет три основных двигателя для вывода на орбиту, служебные системы и систему управления и наведения, а также теплозащиту, необходимую для возвращения на Землю. В «Орбитере» находятся экипаж и полезный груз. Этот летательный аппарат вместе с крыльями и шасси для посадки имеет длину 34,2 м, высоту 17,3 м и размах крыльев 23,8 м. Основной конструкционный материал – алюминий; используются также титан, композиционные и другие специальные легкие и прочные материалы. Сухая масса корабля варьируется в диапазоне от 80 977 до 82 166 кг. «Орбитер» состоит из трех основных частей: 1) носовой части, которая включает отсек экипажа, основное электронное оборудование и передние двигатели системы ориентации; 2) центральной части фюзеляжа с двумя крыльями, содержащей грузовой отсек и систему электропитания; 3) кормовой части, в которой находятся основные двигатели и вспомогательная система электропитания, а также вертикальное оперение (киль) и задние двигатели системы ориентации.
Отсек экипажа. Отсек экипажа имеет три уровня. Самый верхний уровень – летная палуба, с которой происходит управление полетом. Во время взлета и приземления на ней находятся командир, пилот и два специалиста по операциям. Летная палуба имеет десять иллюминаторов: шесть передних (по три на командира и пилота), два верхних (для наблюдений) и два задних (для обзора грузового отсека).
На средней палубе находятся шкафы, кухня, система переработки отходов, спальное помещение (спальные места или спальные мешки) и основание шлюзовой камеры, через которую космонавты выходят из корабля при проведении работ в открытом космосе. Во время взлета и спуска на средней палубе могут находиться до пяти человек. Боковой люк средней палубы служит для входа и выхода экипажа, когда корабль находится на Земле. Под средней палубой размещаются часть агрегатов системы жизнеобеспечения и кладовая.
Грузовой отсек. Отличительной особенностью «Орбитера» является отсек полезного груза, в котором могут располагаться космический аппарат или лабораторные модули до 5 м в диаметре и 18 м длиной. Вес полезной нагрузки зависит от высоты и наклонения выбранной орбиты полета корабля. Корабли могут выводить на околоземную орбиту до 25 000 кг; до 15 000 кг может быть возвращено на Землю.
Для перемещения громоздких предметов космонавты могут использовать дистанционный манипулятор – 15-метровую механическую руку (разработанную Канадским космическим агентством), которая в сложенном состоянии располагается вдоль стойки дверного проема грузового отсека. Спроектированный как некое подобие человеческой руки, манипулятор имеет плечо, плечевое сочленение, локтевой сустав, предплечье, кистевой сустав и концевые захваты. Каждое сочленение приводится в действие одним-тремя электромоторами в ответ на команды космонавта, управляющего манипулятором с задней части летной палубы. Плечо и предплечье выполнены из легких углепластиковых трубок. На земле «рука» не может поднять даже собственный вес, однако в космосе она доказала свою высокую эффективность при операциях выгрузки и погрузки спутников и доставки космонавтов для технического обслуживания спутников.
Основные и вспомогательные двигатели. Три основных двигателя, расположенных в хвостовой части фюзеляжа, обеспечивают выведение корабля на орбиту. Вместе с внешним топливным блоком и магистралями подачи компонентов топлива они представляют собой основную двигательную установку. Тяга каждого из них составляет 1760 кН при 104% от номинальной мощности на взлете. Каждый двигатель имеет два низконапорных и два высоконапорных турбонасосных агрегата (ТНА), камеру сгорания с профилированным соплом и электронную систему управления.
Горючее (водород) и окислитель (кислород) из топливного блока поступают в низконапорный ТНА, который поднимает давление компонентов топлива перед поступлением в основной ТНА, после которого они поступают в камеру сгорания. Основные ТНА приводятся в действие за счет неполного сгорания основного расхода водорода с частью кислорода; при этом образуется обогащенная водородом паровая смесь. Этот пар вращает турбины, а потом поступает в камеру сгорания, куда подается и остаток кислорода. Предварительно жидкий водород проходит через охлаждающий тракт двигателя, где испаряется и после этого вместе с кислородом используется для приведения в действие низконапорных насосов. В таком поэтапном цикле газификации и сгорания почти вся химическая энергия топлива превращается в тягу, и коэффициент полезного действия двигателя достигает 98%. Дублированная электронная система управления контролирует работу клапанов и регулирует уровень тяги, задаваемый бортовыми компьютерами. Блоки управления также контролируют температуру и число оборотов турбины и могут отключить двигатель при угрозе аварии. См. также РАКЕТА.
Три блока вспомогательных ракетных двигателей, работающих на гидразине и азотном тетроксиде, обеспечивают управление кораблем и его ориентацию. Система ориентации имеет 38 основных двигателей (14 в носовом блоке и по 12 в каждом из двух хвостовых блоков) тягой до 3,82 кН. Кроме того, 6 верньерных двигателей ориентации тягой до 0,1 кН используются для точной регулировки положения корабля. Двигатели системы ориентации позволяют управлять положением корабля путем поворота его относительно трех осей (тангажа, крена и рысканья) и линейного перемещения вдоль этих осей. Включение двигателей осуществляется по командам бортовых компьютеров, которые реагируют на действия экипажа по управлению кораблем. Двигатели системы ориентации позволяют разворачивать корабль относительно Солнца, Земли или открытого космоса с целью регулирования температуры или наведения на цель, а также совершать маневры при приближении к другому космическому аппарату. Эти двигатели используются также при спуске, дросселируются и, наконец, выключаются при снижении скорости спуска до скорости звука; однако они недостаточно мощны, чтобы регулировать скорость при посадке.
Два двигателя системы орбитального маневрирования (ОМС) тягой 34,3 кН, которые расположены в гондолах в хвостовой части корабля, обеспечивают окончательное выведение на орбиту, маневры изменения орбиты и схода с нее при завершении полета.
Система электропитания. Электроснабжение корабля обеспечивается тремя топливными элементами, которые питаются от восьми баков с жидкими водородом и кислородом. Все топливные элементы и баки расположены в трюме под грузовым отсеком. В топливном элементе происходит реакция между водородом и кислородом в присутствии электролита для получения электричества. Основной продукт реакции – вода – используется для питья. Кислород для дыхания экипажа поступает из тех же баков. Энергии топливных элементов хватает на 10–14 сут в зависимости от энергопотребления корабля или на три недели при установке модуля с дополнительными баками. Три вспомогательных блока электропитания обеспечивают работу приводов для поворота двигателей во время спуска и аэродинамических органов управления при входе в атмосферу, а также торможение колес после приземления.
Система жизнеобеспечения. Корабль оборудован системой кондиционирования и обеспечения жизнедеятельности открытого типа, поскольку продолжительность полетов «Шаттла» слишком мала, чтобы оправдать применение более сложных и тяжелых систем замкнутого цикла с регенерацией отходов. В кабине экипажа поддерживается атмосферное давление на уровне моря и состав атмосферы 20% кислорода и 80% азота при 22° С. Кислород поступает из баков системы топливных элементов. Углекислый газ, выдыхаемый экипажем, извлекается из атмосферы в емкостях с гидроксидом лития; при этом образуются карбонат лития и водяной пар, который удаляется специальными поглотителями влаги. В длительных полетах могут также использоваться молекулярные фильтры для улавливания и последующего выбрасывания диоксида углерода; этот метод оказывается более выгодным по массе, чем применение большого числа емкостей с гидроксидом лития. Отходы жизнедеятельности собираются в устройстве для переработки отходов, в котором они обезвоживаются для удаления после полета, а пары воды выбрасываются в космос.
Температура в отсеке экипажа поддерживается системой терморегулирования, которая поглощает метаболическое тепло, выделяемое экипажем (за счет обдува отсека воздухом), и тепло, выделяемое электронным оборудованием (снимается водой, циркулирующей в термоплатах, на которых оно устанавливается), и переносит его на панели радиатора, расположенные на внутренней стороне створок грузового отсека. Отражательная способность панелей такова, что они остаются холодными, даже когда на них светит Солнце.
Бортовые компьютеры. Для нормального полета «Шаттла» необходим один компьютер. Чтобы обезопасить себя от возможных неисправностей, учитывая возможность ошибок программирования, пять одинаковых компьютеров выполняют две разные программы. Две пары компьютеров, работающие с программным обеспечением основного электронного оборудования, проверяют расчеты друг друга 440 раз в секунду и отбрасывают те результаты, которые наиболее сильно отличаются от трех других. Пятый компьютер, который выполняет резервную программу полета, может взять управление на себя при определенных условиях; это же может быть сделано экипажем. На наиболее ответственных этапах полета – выведении на орбиту и спуске – работают все пять компьютеров. Для рутинных операций на орбите достаточно одного или двух компьютеров, а остальные находятся в горячем резерве или выключены.
Система теплозащиты. Орбитальный корабль имеет теплозащитное покрытие, состоящее из 24 192 плиток и 3254 гибких матов изоляции, которое защищает его от аэродинамического нагрева при выведении на орбиту и спуске. Плитки поглощают тепло и затем постепенно излучают его. Теплозащитное покрытие состоит из нескольких различных материалов, каждый из которых рассчитан на свою тепловую нагрузку (максимально до 1650° С), которую должны выдерживать различные части корабля во время выведения и спуска. Наиболее теплостойкий материал плиток – серый композиционный углерод-графитовый материал – применен на носовой части и передней кромке крыльев. Черные плитки из стекловолокна использованы на тех участках поверхности (днище, передняя часть фюзеляжа и передняя кромка вертикального стабилизатора), где температуры составляют от 650 до 1260° С. Белые плитки из стекловолокна защищают участки (хвостовая часть, задняя часть носового отсека и боковые поверхности киля), где температура не превышает 650° С. Маты из кварцевого волокна и войлочные маты устанавливаются на тех поверхностях, которые подвергаются значительному аэродинамическому нагреву при выведении на орбиту.
Твердотопливные ускорители. Два твердотопливных ускорителя обеспечивают импульс тяги, необходимый для прохождения «Шаттла» через плотные нижние слои земной атмосферы. Каждый ускоритель имеет длину 45,7 м и диаметр 3,7 м (в районе топливных сегментов двигателя), стартовую массу 750 000 кг; масса выработанного ускорителя 87 000 кг. Ускоритель состоит из трех основных частей: юбки (хвостового отсека), двигателя и передней сборки.
Юбка служит опорой всей системе при старте. Стартовый вес корабля с ускорителями передается через юбки и восемь мощных пироболтов (по четыре на каждую юбку), которыми «Шаттл» крепится к стартовому столу. Эти болты устанавливаются во время сборки и освобождают систему в момент запуска ускорителя путем подрыва пиропатронов, срезающих гайки, которые держат болты. Два гидропривода, расположенные в юбке, управляют вектором тяги путем поворота сопла РДТТ в первые две минуты полета.
Корпус двигателя состоит из четырех последовательно расположенных сегментов, которые содержат смесевой твердотопливный заряд из алюминиевого порошка, перхлората аммония, полимерного связующего и катализатора скорости горения (окись железа) с поверхностным ингибитором горения. Размер сегментов определяется максимальным размером груза, который может быть перевезен в железнодорожном вагоне. При сборке сегменты соединяются соединительными скобами, через которые проходят стальные шпильки; по окружности нижнего торца сегмента сделана круговая канавка, в которую вставляется верхняя часть следующего сегмента. Три мощных резиновых кольца и специальный герметик обеспечивают герметичное уплотнение и предохраняют соединение от воздействия горячих газообразных продуктов сгорания.
Два центральных сегмента двигателя практически одинаковы. В переднем сегменте поверхность горения заряда имеет звездообразную форму, что позволяет увеличить тягу при отрыве от стартового стола; эта часть заряда выгорает непосредственно перед достижением максимума динамического давления на участке выведения. На верхнем днище корпуса двигателя (переднего сегмента) крепится устройство зажигания. Задний сегмент сужается до образования горловины сопла. К ней через гибкий переходник крепится расширяющаяся часть сопла.
В передней сборке находится система спасения ускорителя. Вытяжной (тормозной) парашют стабилизирует ускоритель во время спуска, а затем вытягивает три основных парашюта, на которых ускоритель опускается в океан. Для спуска достаточно двух основных парашютов, третий используется как запасной. Поскольку в полете ускорители несколько отклоняются от своего первоначального положения, небольшая собственная система наведения, расположенная в передней сборке, выдает компьютерам корабля скорректированные данные.
Топливный блок. Во внешнем топливном блоке находится топливо, необходимое для работы трех основных ЖРД «Шаттла». Его длина 46,9 м, диаметр 8,3 м, сухая масса 30 000 кг, масса топлива до 700 000 кг. За исключением нескольких специальных деталей, топливный блок сделан из панелей алюминиевого сплава, отштампованных и сваренных между собой.
Топливный блок содержит два бака: один – в форме яйца – с жидким кислородом, а другой – цилиндрический – с жидким водородом. Поскольку плотность жидкого кислорода много больше, более тяжелый кислородный бак помещен выше, чтобы облегчить центровку «Шаттла».
Бочкообразный межбаковый отсек представляет собой массивную оребренную конструкцию, приваренную к верхнему днищу водородного бака и нижнему днищу кислородного бака. Мощный коробчатый шпангоут межбакового отсека несет передние узлы крепления двух твердотопливных ускорителей. По двум магистралям питания диаметром 43 см, которые проходят через нижний узел крепления РДТТ, водород и кислород подаются в основные ЖРД корабля.
Топливный блок также обеспечивает конструктивную прочность всей системы. «Орбитер», как и ускорители, крепится к топливному блоку в двух точках. Каждый ускоритель дополнительно крепится шаровым шарнирным соединением вблизи своей вершины на уровне межбакового отсека и тремя распорками около основания топливного блока. Верхнее соединение воспринимает тяговое усилие от ускорителей, а нижнее фиксирует ускоритель на месте. «Орбитер» удерживается нижним узлом крепления и передним креплением типа сошки. Нижнее крепление представляет собой коробчатую балку, удерживаемую на топливном блоке двумя двойными распорками с двумя мощными пироболтами, которыми крепится днище корабля в районе хвостовой части фюзеляжа. Тяговое усилие основных двигателей корабля воспринимается нижним узлом крепления. Верхний узел крепления удерживает нос корабля в правильном положении при нахождении на стартовом столе и во время подъема.

СХЕМА ПОЛЕТА

Подготовка. Подготовка «Шаттла» к полету начинается с ремонта ускорителей и «Орбитера», использовавшихся в предыдущем полете. После спуска на парашютах в Атлантический океан ускорители подбираются двумя спасательными судами и буксируются на мыс Канаверал (шт. Флорида), где осматриваются, подвергаются чистке и разборке. Передняя сборка и юбка перевозятся в космический центр им. Кеннеди (КЦК) и подготавливаются для следующего полета. Корпуса твердотопливных ускорителей возвращают производителю (корпорация «Тиокол» в шт. Юта) для контроля и заливки топлива, а затем перевозят в КЦК.
Если приземление «Орбитера» произошло на военно-воздушной базе Эдвардс или в другом месте из-за плохой погоды или аварийной ситуации, корабль грузится на специально оборудованный самолет «Боинг-747» для доставки его в КЦК. После прибытия в КЦК «Орбитер» помещается в монтажно-испытательный комплекс – специальное здание, где инженеры и техники проверяют все его системы; снимают, ремонтируют и вновь устанавливают двигатели; вынимают старый полезный груз и устанавливают новый.
Полностью вся система собирается в корпусе вертикальной сборки. Сначала устанавливаются ускорители на подвижной пусковой платформе, а затем между ними монтируется топливный блок. После этого «Орбитер» вывозится из монтажно-испытательного комплекса, устанавливается в специальный стапель, поднимается вертикально, аккуратно устанавливается в нужное положение и крепится болтами к топливному блоку. После проведения завершающих проверок вся сборка на пусковой платформе транспортируется на стартовую позицию.
Отсчет времени. Отсчет времени перед стартом начинается приблизительно за трое суток до пуска, когда руководитель полета выпускает «извещение всем постам», предписывающее обслуживающему персоналу занять свои рабочие места. Члены экипажа корабля прибывают в КЦК за двое суток до старта и изучают особенности программы полета и действий в аварийных ситуациях. Стартовая команда начинает заправку топливного блока компонентами в ночь перед стартом. Экипаж просыпается за пять часов до старта (Т -5 ч) и занимает места в корабле в момент Т -2. Фактически до старта у них остается больше трех часов, поскольку предстартовый отсчет имеет несколько запланированных перерывов на устранение наземными службами возможных мелких непредвиденных неполадок. Последние десятиминутные остановки запланированы на моменты Т –20 и Т –9 мин.
Когда в момент Т –9 мин начинается последний этап предстартового отсчета, все системы корабля активизируются и выводятся на полную мощность. В момент Т –5 мин наземная система электропитания отключается, и происходит переход на питание от бортовых систем. В момент Т –31 с бортовые компьютеры принимают на себя отсчет времени. В момент Т –9 с топливо начинает поступать в основные двигатели, а в момент Т –6,7 с начинается процесс воспламенения. При достижении 90% расчетной тяги двигатели прижимают «Шаттл» к топливному блоку и толкают его вперед. «Шаттл» изгибается, как огромная плоская пружина; верхушка топливного блока отклоняется почти на метр, а затем возвращается обратно.
Подъем. В момент Т – 0, когда верхушка бака возвращается в первоначальное положение, поступает команда на включение твердотопливных ускорителей и отстрел нижних крепежных болтов, что позволяет «Шаттлу» оторваться от стартового стола. В момент Т +7 с отходит пусковая башня, и ЦУП в космическом центре им. Джонсона берет на себя управление полетом. «Шаттл» поворачивается на небольшой угол, чтобы вектор тяги проходил через центр тяжести системы. В момент Т +60 с топливо в передних сегментах ускорителей выгорает, а тяга основных ЖРД «Шаттла» снижается, чтобы уменьшить нагрузки на конструкцию в период максимального динамического давления. В момент Т +90 с, когда плотность атмосферы и аэродинамическое сопротивление уменьшаются, мощность двигателей снова увеличивается; увеличивается также и тяга ускорителей вследствие увеличения поверхности горения заряда топлива. В момент Т +120 с заряд ускорителей полностью выгорает, они отделяются, на парашютах спускаются в океан, а затем подбираются для повторного использования. Связка «Орбитер» – топливный блок продолжает совместный полет до момента Т +520 с, когда вырабатывается топливо и выключаются основные двигатели.
Через несколько секунд после этого пустой топливный блок отделяется, а «Орбитер» выходит на эллиптическую околоземную орбиту с апогеем 298 км и перигеем 93 км. Из точки перигея возможен сход с орбиты после половины витка, а в точке апогея включаются два двигателя системы орбитального маневрирования на две минуты для выхода на круговую орбиту. После этого космонавты открывают створки грузового отсека, чтобы можно было сбрасывать избыточное тепло из корабля (которое до этого момента отводилось путем испарения воды из водяных баков), и развертывают оборудование, которое будет использоваться в полете.
Возвращение с орбиты. В конце полета после выполнения программы исследований экипаж упаковывает оборудование и закрывает створки грузового отсека. Время возвращения определяется моментом, когда земной след (т.е. проекция траектории на поверхность Земли) «Орбитера» оказывается на расстоянии 800 км от запланированного места приземления. Экипаж (точнее, командир и пилот) начинают возвращение с разворачивания корабля так, чтобы он летел хвостом вперед; при этом вектор тяги двигателей ОМС направлен против направления полета. Находясь примерно над противоположной от места приземления точкой земного шара, экипаж включает двигатели приблизительно на пять минут, тормозя корабль и уменьшая высоту орбиты. Затем экипаж разворачивает корабль носом вперед с большим углом атаки. Таким образом осуществляется торможение корабля при спуске в атмосфере. В плотных слоях атмосферы на несколько минут теряется радиосвязь из-за образования вокруг корабля плазмы, которая отражает радиоволны.
Когда становятся эффективными аэродинамические органы управления (т.е. когда скорость достаточно снизится, а плотность атмосферы возрастет), экипаж опускает нос корабля и выключает двигатели системы ориентации. Приблизительно за 1600 км от места посадки экипаж может совершить несколько S-образных разворотов, чтобы компенсировать отклонение от расчетной скорости. «Шаттл» не летит прямо на посадочную полосу, а пролетает ее и делает крутой спиральный разворот. Обычно только при входе в этот разворот корабль переходит на дозвуковую скорость.
Окончательный заход на посадочную полосу происходит по крутой глиссаде с наклоном 22°. Перед началом посадочной полосы корабль выпускает трехколесное посадочное шасси (носовое и два основных колеса). При этом он увеличивает угол атаки (для улучшения управления), основные колеса касаются посадочной полосы, затем мягко опускается носовое колесо шасси и выпускается хвостовой парашют для торможения корабля. В это время наземная команда со специальным оборудованием проверяет наличие в воздухе паров топлива и токсических веществ. Специальный автомобиль, подъехав к остановившемуся «Орбитеру», забирает летный экипаж, а наземная команда проводит дезактивацию корабля.
Посадочная полоса КЦК является предпочтительным местом посадки, поскольку в этом случае доставка корабля в монтажно-испытательный комплекс осуществляется быстрее и дешевле. Посадочная полоса на высохшем озере Роджерс военно-воздушной базы Эдвардс в пустыне Мохаве (шт. Калифорния) (где проходили почти все летные испытания и посадки во время первых экспериментальных полетов, поскольку там больше места в случае ошибок при посадке) остается в резерве и используется, когда плохая погода не позволяет совершить посадку в КЦК. (Спускаемый аппарат может совершать полеты и во время дождя, однако при высоких скоростях водяные капли вызывают повреждение теплозащитных плиток.) Специально оборудованные аэродромы в Сенегале, Испании, на Гавайях, Окинаве и в других местах могут принять «Орбитер» в случае аварийной ситуации. В экстремальных ситуациях он может приземлиться в любом аэропорту, имеющем посадочную полосу, пригодную для больших реактивных самолетов.

ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ

Проектирование. Проектирование транспортной космической системы «Шаттл» началось в конце 1960-х годов, когда программа «Аполлон» доставки человека на Луну была близка к завершению, и руководство НАСА начало планировать свою деятельность на следующее десятилетие. Оно было озабочено дороговизной космических полетов и стремилось снизить стоимость наиболее дорогого первого шага – выведения аппарата на низкую околоземную орбиту. Оригинальный проект, из которого впоследствии возник «Шаттл», представлял собой полностью многоразовый двухступенчатый летательный аппарат; каждая ступень его была похожа на гигантский реактивный самолет. Первая ступень – ускоритель – должна была с экипажем из двух космонавтов возвращаться на место старта после выведения на большую высоту второй ступени – орбитального корабля, собственные двигатели которого далее выводят его на конечную орбиту. Орбитальный корабль после выполнения программы входит в атмосферу и возвращается для посадки вблизи места старта. Считая, что орбитальный корабль может быть снова готов к повторному полету через две недели, специалисты НАСА предусматривали эксплуатацию «Шаттлов» в самолетном режиме с запусками каждую неделю, стоимостью менее 10 млн. долл. за каждый запуск. Однако при этом требовались очень большие затраты на разработку (по оценкам, от 10 до 12 млрд. долл.).
Администрация Никсона поручила НАСА изучить альтернативные проекты, в которых затраты на разработку были бы меньше, даже ценой увеличения расходов на предполетную подготовку и снижения функциональных возможностей. Основным экспертом выступало министерство обороны. Группа его специалистов сформулировала следующие требования к запускаемой полезной нагрузке: диаметр – 5 м, длина – 18 м, масса – 29 000 кг.
После одобрения проекта в январе 1972 министерство финансов выделило НАСА на него 5,15 млрд. долл. К этому времени НАСА снизило стоимость «Шаттла» за счет отказа от пилотируемого ускорителя в пользу беспилотных и уменьшения размеров пилотируемого орбитального корабля за счет размещения топлива для основных двигателей в сбрасываемом топливном блоке. В середине 1972 инженеры НАСА выбрали конструктивную схему, в которой ускорители и основные двигатели при подъеме работают вместе. Были выбраны твердотопливные ускорители из-за меньшего риска при проектировании и более легкой их модификации на поздних этапах в случае невозможности достичь нужных параметров основного двигателя.
Разработка и испытания. Вскоре после начала разработки инженеры НАСА и подрядных фирм столкнулись с трудностями. Разработка основных ЖРД орбитального корабля оказалась более сложной, чем предполагалось, потому что они должны были работать при значительно более высоких (на порядок) давлениях и в три раза более высоких скоростях вращения турбины, чем двигатели J-2, использовавшиеся на ракете «Сатурн-5» в программе «Аполлон». Взрывы, вызванные прогарами и отказами подшипников, повредили или разрушили несколько двигателей.
Особенно большие проблемы возникли с тепловой защитой. Теплозащитные плитки оказались более хрупкими, чем ожидалось, и их часто неправильно приклеивали их к алюминиевому фюзеляжу орбитального корабля. Кроме того, расчетные нагрузки постоянно менялись. Эти и другие проблемы задержали первый полет «Шаттла», который планировался на 1977, а состоялся лишь в 1981.
НАСА сначала планировало построить пять летных орбитальных кораблей: два опытно-конструкторских и три штатных. Из-за бюджетных ограничений строительство пятого корабля было отменено. Руководство НАСА также решило, что переделка корабля «Энтерпрайз» для космических полетов после изменений, внесенных в конструкцию корабля «Колумбия», обойдется слишком дорого. Оно также решило переделать образец для прочностных испытаний в «Челленджер». Два штатных корабля были названы «Дискавери» и «Атлантис».
В серии из пяти летных испытаний (1977) две команды космонавтов стартовали на корабле «Энтерпрайз» с борта реактивного транспортного самолета «Боинг-747», а затем совершали планирующий полет и посадку, имитируя возвращение из космоса. В ходе наземных динамических испытаний в 1978 «Энтерпрайз» дооборудовали, а затем провели вибрационные и статические испытания. Программа всесторонних испытаний корабля, его блоков и агрегатов завершилась 20 февраля 1981 20-секундным пробным включением на стартовом столе в КЦК основных двигателей первого экземпляра «Шаттла» (корабль «Колумбия», твердотопливные ускорители и топливный блок), подготовленного для космического полета.
Орбитальные летные испытания. Было проведено четыре орбитальных летных испытания (12–14 апреля и 12–14 ноября 1981, и 22–30 марта и 27 июня – 4 июля 1982), во время которых экипаж из двух человек проверял «Колумбию» во всех режимах программы штатного полета.
Полезным грузом в первом полете было измерительное оборудование, которое использовалось для сбора данных о поведении корабля в полете. Наиболее существенной неполадкой в этом полете была потеря нескольких теплозащитных плиток на гондолах двух двигателей в хвостовой части корабля. Повреждение плиток было вызвано ударными волнами, образующимися при полете со сверхзвуковой скоростью на участке выведения. При возвращении на Землю ни одна плитка не была потеряна. Послеполетный анализ показал, что динамические нагрузки при включении ускорителей были больше расчетных, что привело к некоторой деформации корпуса «Колумбии». Чтобы избежать этого в дальнейшем, было принято решение покрыть поверхность газоходов стартового стола слоем льда, который поглощал бы энергию ударной волны.
Полезный груз второго запуска (приборы для наблюдения Земли, которые включали радар, предназначенный для получения детального изображения поверхности, датчики загрязнения воздуха и другие приборы) был выбран заранее, потому что цель полета состояла в проверке «Колумбии» в условиях, когда полезный груз длительное время ориентирован на Землю. Во время полета один топливный элемент засорился и вышел из строя. Чтобы избежать риска выхода из строя второго элемента и спуска с одним исправным, руководители полета сократили продолжительность полета с пяти до двух суток. Однако большинство задач было выполнено, включая первое испытание манипулятора.
Во время третьего полета космонавты работали с комплектом приборов наблюдения Солнца и измерения параметров космической среды, а специалисты на Земле проводили измерения температуры «Колумбии» в условиях интенсивных утечек тепла.
Во время четвертого полета «Колумбия» впервые несла секретный полезный груз министерства обороны – инфракрасный телескоп для изучения верхней атмосферы применительно к проектам разработки противоракетной обороны. Хотя не удалось открыть защитную крышку телескопа, в остальном полет прошел нормально. После приземления «Колумбии» (в первый раз на бетонную посадочную полосу авиабазы Эдвардс) космическая транспортная система «Шаттл» была объявлена принятой в эксплуатацию.
Эксплуатация «Челленджера» – второго летного образца «Шаттла» – началась полетом 18–24 июня 1983, затем последовали «Дискавери» (30 августа – 5 сентября 1984) и «Атлантис» (3–7 октября 1985).
Верхние ступени. В середине 1970-х годов ВВС США планировали создание двухступенчатого орбитального блока (впоследствии названного инерциальной верхней ступенью, IUS) для выведения спутников массой до 2300 кг с орбиты «Шаттла» на геостационарную орбиту высотой 35 900 км и его трехступенчатой модификации для выведения космических зондов НАСА с «Шаттла» на межпланетные траектории. Проблемы с разработкой IUS вынудили НАСА в начале 1980-х годов рассмотреть возможность использования вместо него модифицированной верхней ступени «Центавр». Поскольку конструкция IUS оказалась слишком громоздкой и дорогостоящей для большинства выводимых на геостационарную орбиту спутников, фирма «Макдоннелл – Дуглас» разработала специальный модуль, который представлял собой раму с поворотным столом для раскрутки и последующего выбрасывания спутников. После этого небольшой ракетный двигатель и собственные двигатели спутника могли бы выводить его на геостационарную орбиту.
Катастрофа «Челленджера» и ее последствия. Уже было осуществлено 24 успешных полета кораблей «Шаттл», когда 28 января 1986 произошла трагедия: корабль «Челленджер» разрушился во время 25-го запуска. Все семь членов экипажа – Ф.Скоби, М.Смит, Ю.Резник, Р.Макнейр, Э.Онизука, Г.Джарвис и К.Маколиф – погибли. Как установила президентская комиссия под председательством государственного секретаря У.Роджерса, катастрофа произошла из-за недостаточно надежной конструкции соединения сегментов в твердотопливном ракетном ускорителе и стиля руководства в центре космических полетов им. Маршалла (Хантсвилл, шт. Алабама), который отвечает за двигательные установки.
Конструкции всех космических летательных аппаратов обладают определенной гибкостью, поскольку абсолютно жесткая конструкция при таких нагрузках обязательно сломается. Как отмечалось выше, «Шаттл» (включая ускорители) изгибается при запуске двигателей. Специалисты отмечали, что при изгибе газообразные продукты сгорания в твердотопливном ускорителе прорываются через соединение заднего и центрального заднего сегментов. В большинстве полетов это соединение с двумя уплотняющими кольцами самоуплотнялось. Хотя ситуация с прорывом газов повторялась, казалось, что проблема не угрожает безопасности полетов. В то же время стиль руководства центра им. Маршалла не поощрял персонал сообщать о возникающих проблемах, поэтому специалисты описывали их уклончиво или осторожно, затушевывая потенциальную опасность.
В ночь перед запуском «Челленджера» над космодромом разразилась ледяная буря, в результате чего соединения и уплотнительные кольца на ускорителях переохладились и обледенели. Когда ускорители «Челленджера» изогнулись при запуске, уплотняющие кольца оказались недостаточно эластичными, и образовалась постоянная щель, через которую прорвались продукты сгорания. Язык пламени достиг одной из распорок, фиксирующих ускоритель. В момент Т +79 с, вскоре после того как «Челленджер» прошел точку максимального динамического давления, распорка прогорела, ускоритель повернулся, прорвал днище водородного бака топливного блока и повредил кислородный бак. Огромный топливный блок мгновенно взорвался, «Челленджер» разгерметизировался, и его экипаж погиб от удушья за несколько секунд, в течение которых запас воздуха вышел из корабля. По иронии судьбы, твердотопливные ускорители, которые стали причиной катастрофы, имея собственную систему наведения, продолжали полет до тех пор, пока им не была дана с Земли команда на самоуничтожение.
При расследовании катастрофы инженеры НАСА обнаружили еще несколько проблем, которые в конце концов могли привести к неприятностям, поэтому остальные «Шаттлы» были доработаны. Наиболее важным изменением была разработка нового соединения сегментов ускорителя с тремя уплотняющими кольцами и более эффективным креплением. Кроме того, были введены новые методы извещений, которые поощряли служащих обращаться к высшему руководству, если они считали, что существует угроза безопасности полета.
Первым полетом после катастрофы «Челленджера» был запуск «Дискавери» (29 сентября – 3 октября 1988), однако в программу полетов были внесены некоторые изменения. Руководство НАСА признало космические полеты слишком рискованными для обычных граждан. Оно также решило, что выведение большого топливного блока с жидкими водородом и кислородом слишком рискованно, и отменило создание совместимой с «Шаттлом» ракеты «Центавр».
К 1995 было выполнено в два раза больше полетов после трагедии с «Шаттлом», чем до нее. Доработки конструкции, проведенные в середине 1990-х годов, включали создание нового более безопасного высоконапорного ТНА окислителя для основных двигателей и использование таких же, как у современных авиалайнеров, компьютерных дисплеев на летной палубе. Вместо «Челленджера» был построен новый корабль «Эндевор», при строительстве которого использовались заранее приготовленные на случай аварии запасные модули. Эксплуатация нового корабля началась полетом 7–16 мая 1992.
НАСА так и не достигло своей первоначальной цели – быстрой оборачиваемости кораблей и уменьшения стоимости выведения с помощью системы «Шаттл». Критики заявляют, что каждый полет «Шаттла» обходится в 1 млрд. долл., если учитывать стоимость наземного обеспечения полетов, и что автоматические системы могут выполнить большинство ее задач. Сторонники заявляют, что только присутствие человека привлекает общественное внимание к космической деятельности, позволяет проводить широкую программу научных экспериментов и ремонт спутников и что полученный опыт является бесценным для проведения экспериментов и другой деятельности, которая будет проводиться на международной космической станции (МКС).
Большинство американских элементов МКС, а также американские экипажи будут выводиться кораблями «Шаттл». Замена «Шаттлов» ожидается в период от 2005 до 2010, когда будет готов разрабатываемый одноступенчатый носитель. См. также КОСМИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ.

ЭКСПЕРИМЕНТЫ И ИССЛЕДОВАНИЯ НА ОКОЛОЗЕМНОЙ ОРБИТЕ

«Спейслэб». Когда надежды на возможность строительства после «Скайлэба» новой космической станции окончательно растаяли в начале 1970-х годов, НАСА стало рассматривать варианты использования «Шаттла» в качестве космической лаборатории на орбите. Первые разработки были направлены на создание научно-технологического модуля, который должен был представлять собой герметичную лабораторию внутри грузового отсека. В 1973 Европейское космическое агентство приступило к разработке лабораторного комплекса, который теперь известен как «Спейслэб», – объединение герметичного модуля, открытой платформы и другого оборудования для проведения экспериментов в материаловедении, медико-биологических исследованиях, астрономии, физике атмосферы и других научных дисциплинах.
В полетах могли использоваться модуль, платформа или их комбинация. Каждая секция модуля имеет 4 м в диаметре и 3 м в высоту. Внутри модуля с каждой стороны наверху располагаются стойки для приборов и шкафы для хранения материалов, а внизу – отсеки для оборудования. Переходный тоннель со шлюзовой камерой соединяет модуль и кабину экипажа корабля.
Платформа представляет собой открытую U-образную конструкцию также диаметром 4 м и высотой 3 м. На ней располагаются телескопы и другие инструменты, направленные в открытый космос. Кроме того, имеется система наведения приборов на звезды или Солнце.
Другие экспериментальные возможности. Менее дорогостоящие средства проведения научных исследований на борту «Шаттла» могут быть размещены на средней палубе внутри одного или нескольких ящиков, размером не больше «дипломата», который помещается под самолетным креслом. Ряд фундаментальных экспериментов в области материаловедения (в частности, изучение роста кристаллов протеина) был проведен на аппаратуре, размещенной в столь малом объеме. Небольшие по размерам приборы для проведения экспериментов, общей массой до 90 кг, устанавливаются в контейнерах по периметру грузового отсека.
Ремонт спутников. Одним из основных обоснований необходимости создания космической транспортной системы «Шаттл» была возможность проведения ремонта и обслуживания спутников, которые до этого прекращали функционировать из-за отказа какой-нибудь простейшей детали. Два удобных случая продемонстрировать возможности «Шаттла» в отношении ремонта представились в связи с научным спутником для изучения солнечной активности (Solar Max) и космическим телескопом им. Хаббла (запущенных в 1980 и 1990 соответственно), которые были спроектированы в блочном исполнении, т.е. наиболее важные системы были объединены в легко заменяемые модули. Полет для ремонта спутника Solar Max («Челленджер», 6–13 апреля 1984) предусматривал захват спутника манипулятором, помещение его в грузовой отсек, замену вышедшей из строя системы ориентации и неисправных элементов электронного оборудования в модуле телескопа и возвращение спутника на орбиту для дальнейшей эксплуатации.
В полете для ремонта телескопа («Эндевор», 2–13 декабря 1993) возникла необходимость, когда ученые вскоре после запуска обнаружили, что при шлифовке главного зеркала телескопа ему была придана неправильная форма. Задачами полета были: 1) замена высокоскоростного фотометра; 2) замена широкоугольной и планетной фотокамеры улучшенной запасной моделью, имеющей собственные корректирующие зеркала; 3) замена солнечных батарей, компьютера и некоторых других элементов. При проведении ремонтных работ четыре космонавта, работая попарно, провели в открытом космосе около пяти суток. Объем этих работ стал испытанием для разрабатываемой космической станции, которая, по расчетам специалистов НАСА, потребует многих часов работы в открытом космосе для сборки и обслуживания. Большой объем тренировок в гидробассейне позволил космонавтам хорошо подготовиться к проведению ремонта телескопа в космосе, и ремонт прошел в полном соответствии с планом.

РАЗРАБОТКА МНОГОРАЗОВЫХ КОРАБЛЕЙ В ДРУГИХ СТРАНАХ
Некоторые другие страны, кроме США, разрабатывали собственные многоразовые корабли, однако только Советский Союз был близок к цели.
Советский многоразовый корабль, который начал разрабатываться в середине 1970-х годов, имел некоторые принципиальные отличия от американского. Вместо двух твердотопливных ускорителей на нем использовались четыре мощных ЖРД. Конструкторы расположили основные двигатели в спасаемой гондоле в донной части внешнего топливного блока; на орбитальном корабле располагались только двигатели системы маневрирования. Во всех других отношениях советский многоразовый корабль, который получил название «Буран», практически не отличался от американского «Шаттла». «Буран» совершил только один беспилотный полет 15 ноября 1988. Он сделал три витка и приземлился недалеко от стартовой площадки на космодроме Байконур в Казахской ССР. Других полетов не было из-за серьезных проблем в разработке надежной компьютерной системы управления (единственная причина, по которой первый полет проводился без экипажа). Программа была прекращена из-за недостатка финансирования.
Европейское космическое агентство в середине 1980-х годов начало работу над проектом многоразового корабля «Гермес», который должен был выводить четырех космонавтов и небольшой полезный груз на околоземную орбиту и возвращать обратно. По мере разработки корабля стоимость проекта быстро увеличивалась, и его размеры были уменьшены до размеров транспортного корабля типа «Аполлон»; тем не менее в 1994 проект был закрыт. Национальное Агентство космических исследований Японии в 1980-х годах начало работу по проекту экспериментального орбитального самолета HOPE, который должен был разгоняться ракетой H-2. HOPE на первом этапе должен был эксплуатироваться как беспилотный грузовой корабль, а затем трансформироваться в пилотируемый вариант. В 1980-х годах Великобритания разрабатывала аппарат горизонтального взлета и посадки (HOTOL), который мог эксплуатироваться в пилотируемом и беспилотном вариантах. Этот проект, как и «Гермес», был закрыт на начальных этапах разработки из-за ожидаемых чрезмерно больших затрат.

ЛИТЕРАТУРА
Глушко В.П. и др. Космонавтика: энциклопедия. М., 1985
Гэтланд К. и др. Космическая техника: иллюстрированная энциклопедия. М., 1985
Глушко В.П. Развитие ракетостроения и космонавтики в СССР. М., 1987

КОСМОСА ИССЛЕДОВАНИЕ И ИСПОЛЬЗОВАНИЕ, экспериментальное исследование и практическое использование пространства за пределами земной атмосферы при помощи пилотируемых космических кораблей (КК), искусственных спутников Земли (ИСЗ) и автоматических межпланетных станций (АМС). В понятие космических исследований входит исследование околоземного пространства, других тел Солнечной системы и межпланетного пространства, звезд и других явлений за пределами Солнечной системы, а также поиски внеземных форм жизни. Исследования могут проводиться либо прямым методом – с использованием автоматических или пилотируемых космических летательных аппаратов, посылаемых в исследуемые области, либо путем дистанционных наблюдений с использованием орбитальных телескопов и других приборов. Поскольку такие исследования требуют огромных затрат, они финансируются в конечном счете государством. См. также ВНЕАТМОСФЕРНАЯ АСТРОНОМИЯ.
Использование космоса финансируется более широко – не только правительствами, но и частными компаниями, которым космос дает для определенных видов деятельности особые преимущества, отсутствующие на Земле. Главным из таких преимуществ является прямая видимость спутников связи, выведенных на геостационарную орбиту, с обширных пространств на поверхности Земли. Прямая видимость поверхности Земли необходима также для метеорологических и природоресурсных спутников.И наконец, весьма перспективным представляется проведение материаловедческих исследований в условиях невесомости на орбите, поскольку это может привести к разработке новых материалов с заданными свойствами. В финансировании таких исследований главную роль играют правительственные организации, хотя заключаются контракты и с частными промышленными предприятиями. См. также СПУТНИК СВЯЗИ; МЕТЕОРОЛОГИЯ И КЛИМАТОЛОГИЯ; ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ.
Военные и разведывательные ведомства крупных стран используют спутники-разведчики, спутники раннего предупреждения и спутники радиоразведки для наблюдения за военными приготовлениями и запусками ракет других стран и для перехвата радиосообщений. Вооруженные силы обслуживаются также метеорологическими спутниками и спутниками связи. См. также ВОЕННО-КОСМИЧЕСКАЯ ДЕЯТЕЛЬНОСТЬ.
В США интерес к космическим исследованиям возник в начале 1950-х годов, в значительной мере под влиянием научно-популярных изданий В. фон Брауна, А.Кларка, У.Ли и др., а также живописи Ч.Боунстелла. БРАУН, ВЕРНЕР ФОН.
Космическую эру открыл Международный геофизический год (июль 1957 – декабрь 1958), по программе которого сотни ученых всего мира проводили координированные исследования верхних слоев атмосферы. США и СССР объявили, что их программы МГГ предусматривают запуск искусственных спутников Земли для исследования околоземного космического пространства.
Уведомлению, сделанному Советским Союзом, на Западе не придавали особого значения, пока 4 октября 1957 на орбиту не был выведен «Спутник-1». Через два месяца американский спутник «Вэнгард-1» вместе с ракетой-носителем («Викинг – Аэроби-Хай») взорвался на стартовой площадке. Однако дублирующий проект Редстоунского арсенала и Лаборатории реактивного движения был наготове, и 31 января 1958 ракета «Юпитер-С» вывела на орбиту спутник «Эксплорер-1».

СОЕДИНЕННЫЕ ШТАТЫ

НАСА. «Спутник-1» нанес чувствительный психологический удар Соединенным Штатам. В конце 1957 – начале 1958 были проведены слушания Конгресса для выяснения причин, по которым СССР оказался первой страной, запустившей ИСЗ. В связи с этими слушаниями президент Эйзенхауэр предложил изъять из компетенции вооруженных сил США космические программы невоенного характера и создать на основе национального консультативного комитета аэронавтики (образованного в 1918) новую организацию – Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА). Деятельность НАСА официально началась 1 октября 1958.
Первый космический полет человека, осуществленный СССР 12 апреля 1961, поставил президента Дж.Кеннеди перед необходимостью ответа на этот вызов. В своем выступлении перед Конгрессом 25 мая 1961 он выдвинул предложение об экспедиции на Луну «до конца этого десятилетия» в рамках программы «Аполлон».
Середина 1960-х годов, когда достигла апогея «лунная гонка» и были спроектированы и построены КК «Аполлон» и ракета-носитель «Сатурн-5» для доставки космонавтов на Луну, явилась периодом наибольшего роста НАСА и его фирм-подрядчиков. В 1960-е годы НАСА приступило к исследованиям Луны, а также планет Венеры и Марса с помощью АМС, к разработке ИСЗ для проведения исследований Солнца и звезд в ультрафиолетовой и рентгеновской областях спектра (что возможно лишь за пределами земной атмосферы) и к запускам экспериментальных метеорологических и связных ИСЗ.
Занятость в НАСА и его фирмах-подрядчиках пошла на убыль в конце 1960-х – начале 1970-х годов, когда были завершены развертывание программы «Аполлон» и полеты по этой программе (в том числе первый полет с высадкой на Луне в 1969). В связи с тем что начали преобладать национальные экономические интересы, амбициозные планы НАСА по дальнейшему исследованию космоса (в которых предусматривались, в частности, создание большой космической станции и экспедиция с высадкой на Марсе) были урезаны до многоразового воздушно-космического транспортного корабля «Шаттл», совершившего первый полет в 1981, и серии АМС для исследования планет (в частности «Викингов», запущенных в 1975 и имевших целью обнаружить признаки жизни на Марсе, и «Вояджеров», запущенных в 1977 и предназначенных для исследования внешних планет Солнечной системы, их спутников и колец). На протяжении многих лет НАСА добивалось принятия решения о разработке проекта долговременной орбитальной станции, и, наконец, в 1984 президент Р.Рейган одобрил проект космической станции «Фридом», который в 1993 был преобразован в проект международной космической станции. См. также КОСМИЧЕСКИЙ КОРАБЛЬ «ШАТТЛ»; КОСМИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ.
Еще одно крупное сокращение постигло НАСА в мае 1995. Невоенные программы этого управления были урезаны до уровня 1961, когда еще не начиналось развертывание программы «Аполлон». Многие подрядчики НАСА были вынуждены изыскивать побочные заказы. Самым значительным изменением явилась приватизация воздушно-космической транспортной системы «Шаттл» и его эксплуатации.
Главное управление НАСА находится в Вашингтоне. НАСА унаследовало от организации, на основе которой оно было создано, три научно-исследовательских центра: им. Лэнгли в Хамптоне (шт. Виргиния) (занимающийся в основном авиационной техникой); им. Льюиса в Кливленде (шт. Огайо) (новейшие реактивные двигатели и источники энергии для космоса); им. Эймса в Моффет-Филде (шт. Калифорния) (биологические исследования, возвращение в атмосферу и физика атмосферы).
Позднее к ним добавились, в частности, Центр космических полетов им. Годдарда в Гринбелте (шт. Миннесота) (управление разработкой научно-исследовательских ИСЗ, сеть слежения за спутниками НАСА и сбора соответствующих данных); Лаборатория реактивного движения (JPL) в Пасадене (шт. Калифорния) (разработка АМС и робототехники и управление системой наземных станций слежения и поддержания связи с АМС и высокоорбитальными ИСЗ); Центр космических полетов им. Дж.Маршалла в Хантсвилле (шт. Алабама) (ракетные двигатели, ракеты-носители, большие КЛА и материаловедение в условиях невесомости); Космический центр им. Дж.Кеннеди на о. Мерритт (шт. Флорида) (запуски кораблей «Шаттл» и управление запусками НАСА со стартовых площадок на полигонах ВВС); Космический центр им. Джонсона в Хьюстоне (шт. Техас) (планирование космических программ, обучение экипажей и контроль за полетами кораблей «Шаттл»; разработка, планирование запусков и обслуживание космических станций); испытательно-пусковой комплекс на о. Уоллопс (шт. Виргиния) (запуск метеорологических ракет), и Летно-испытательный центр им. Драйдена близ базы ВВС им.Эдвардса (шт. Калифорния) (летные испытания самолетов).
Военно-космическая деятельность. С начала 1960-х годов ЦРУ и ВВС США разработали и запустили большое количество спутников-разведчиков, спутников раннего предупреждения о баллистических ракетах, обнаружения ядерных взрывов и радиоразведки. Фотоснимки, сделанные со спутников-разведчиков, сыграли решающую роль в определении позиции США в кризисе 1962, связанном с советскими ракетами на Кубе, а позднее – как средство проверки выполнения договоров об ограничении стратегических вооружений. Сообщения электронной связи и данные телеметрии, перехвачиваемые спутниками радиоразведки, расшифровываются и анализируются Национальным управлением безопасности.
Другие виды космической деятельности (навигационное, метеорологическое обслуживание и служба дальней связи) министерства обороны аналогичны соответствующим видам деятельности гражданских федеральных управлений и частных компаний, но четко ориентированы на национальную безопасность, в связи с чем назначение ИСЗ и графики их запуска часто носят секретный характер.
Через ВВС США министерство обороны распоряжается двумя крупными космодромами: базой ВВС на мысе Канаверал в штате Флорида (для запуска ИСЗ с околоэкваториальными орбитами и под углом до 60° к экватору, а также АМС) и базой ВВС им.Ванденберга близ Ломпока (шт. Калифорния) (для запуска ИСЗ с полярными орбитами). Этими космодромами могут пользоваться НАСА и частные компании.
Другие инстанции. В компетенцию министерства транспорта США входит регламентирование и лицензирование коммерческих запусков КЛА. Министерство торговли США через национальный комитет по океану и атмосфере контролирует деятельность в США, связанную со спутниковой разведкой природных ресурсов, и несет ответственность за гражданские метеорологические ИСЗ на полярных и геостационарных орбитах.

СОВЕТСКИЙ СОЮЗ/РОССИЯ

Советский Союз. История советских космических программ на протяжении многих лет была окутана покровом секретности, поскольку советское руководство практически всю информацию о ракетах и космических аппаратах рассматривало как государственную тайну и распространяло ее лишь тогда, когда желало продемонстрировать западным странам свои возможности и намерения. Так, запуск «Спутника-1» с помощью межконтинентальной баллистической ракеты Р-7 был в первую очередь демонстрацией того, что СССР способен доставить ядерную боеголовку в любую точку Земли.
В то время как советские конструкторы ракетной техники и ученые, занимавшиеся проблемами космоса, старались осуществить серьезную космическую программу, глава советского государства Н.С.Хрущев использовал деятельность, связанную с космосом, как орудие пропаганды против США и стран Запада. Первый ИСЗ и первый пилотируемый космический корабль, запущенные СССР, были серьезными успехами, но другие космические «первые» достижения раннего периода – такие, как первая женщина в космосе (1963) и многочисленные полеты с участием космонавтов из стран социалистического лагеря, – осуществлялись по прихоти Хрущева и Брежнева и имели в основном пропагандистский характер.
После ряда неудачных попыток, связанных с программой пилотируемых полетов к Луне, СССР в начале 1970-х годов переориентировал свою космическую программу на разработку и эксплуатацию околоземных станций «Салют». СССР провел также обширную программу беспилотных космических полетов, запустив многочисленные АМС к Луне, Венере, Марсу, комете Галлея, а также множество спутников – связных, метеорологических, военных.
Основными космическими центрами СССР являлись Центр по подготовке космонавтов им. Ю.Гагарина в «Звездном городке» под Москвой, Центр управления полетами в подмосковном Калининграде (ныне Королев), Центр связи с дальним космосом под Евпаторией на Украине, а также космодромы в Плесецке, расположенном в 900 км к северу от Москвы (запуск на полярную орбиту), Байконур близ Тюратама в Казахстане (запуск пилотируемых и других крупных КЛА) и в Капустином Яру на Волге ниже Волгограда (первый по времени полигон для испытаний ракет). По всей стране и на морских судах были размещены наземные средства слежения и связи с КЛА.
Разработка советских ракет и КЛА осуществлялась в конструкторских бюро (КБ) и опытно-конструкторских бюро (ОКБ), централизованно подчиненных Министерству общего машиностроения. Централизация обеспечивала советскому руководству более жесткий контроль и исключала дублирование усилий, но одновременно подавляла конкуренцию и приводила к бюрократическим проволочкам. Чтобы устранить трудности, советское правительство в 1970-х годах предприняло некоторые реформы и начало преобразовывать конструкторские бюро в научно-производственные объединения (НПО), но успеха эти преобразования не имели.
Россия. В феврале 1992 после распада СССР российское правительство образовало Российское космическое агентство (РКА) в ранге федерального министерства, аналогичное НАСА. РКА унаследовало старые космические центры и космодромы, расположенные в России, но правительству пришлось вести переговоры о возможности использования других, которые теперь оказались на территориях независимых республик. В начале 1990-х годов правительство приступило к преобразованию различных НПО в частные компании, предоставляющие платные услуги РКА и международным заказчикам. Как наследник большого опыта эксплуатации космических станций «Салют» и «Мир» РКА было в 1993 приглашено принять участие в качестве одного из главных партнеров в разработке новой международной орбитальной космической станции. См. также КОСМИЧЕСКАЯ СТАНЦИЯ.

ЗАПАДНАЯ ЕВРОПА
Хотя западноевропейские страны и заинтересованы в том, чтобы США и Россия приняли участие в их космических программах, они уже давно продемонстрировали стремление к независимости в данном вопросе. В 1962 была создана Организация по разработке европейской ракеты-носителя, а в 1965 – Европейская организация по космическим исследованиям, ориентированная в основном на американские носители. В 1975 обе названные организации слились в Европейское космическое агентство (EKA).
На основе французской ракеты ЕКА создала носитель «Ариан». Широко рекламируемая и активно эксплуатируемая коммерческим концерном «Арианэспас» (Париж), «Ариан» вывела на орбиту целый ряд коммерческих и научных ИСЗ. В 1990-х годах ЕКА продолжало совершенствовать «Ариан», поставив конечной целью создание ракеты «Ариан-5», которая была бы способна транспортировать в космос людей и большие грузы.
Европейская организация по космическим исследованиям, а затем ЕКА разработали космическую лабораторию «Спейслэб» для использования на борту американского МВКК «Шаттл». К началу 1990-х годов ЕКА проводило космические научные исследования наравне с НАСА и РКА. В частности, оно спроектировало и построило космические зонды «Джотто» и «Улисс», первый из которых исследовал комету Галлея, а второй – полярные области Солнца, а также космические солнечные батареи и слабообъектную фотокамеру для космического телескопа «Хаббл».
Вначале в ЕКА входило десять стран: Бельгия, Дания, Франция, Италия, Нидерланды, Испания, Швеция, Швейцария, Великобритания и ФРГ. Позднее в него вошли Австрия, Ирландия, Норвегия и, в качестве ассоциированного члена, Канада. Финансирование ЕКА складывается из обязательных программ, которые образуют основу деятельности агентства, и факультативных, которые финансируются странами пропорционально их участию в соответствующих работах. Во главе ЕКА стоит генеральный директор, назначаемый советом управляющих. Этот совет, в котором представлены все государства-участники, планирует деятельность ЕКА и разрабатывает программы, консультируясь с министерствами (космических или научных исследований) правительств отдельных стран.
Управление ЕКА находится в Париже. В его распоряжении имеются пять основных космических центров и полигонов. Европейский центр космических полетов (Дармштадт, ФРГ) заведует запусками ИСЗ и проведением финансируемых ЕКА экспериментов со станцией «Спейслэб» на борту МВКК. Европейский центр космических исследований и технологий (Нордвейк, Нидерланды) разрабатывает экспериментальное оборудование и технологии для использования в космосе. Европейский информационный космический центр (Фраскати, Италия) архивирует данные научных и технических исследований в космосе. ЕКА запускает суборбитальные метеорологические ракеты с полигона в Кируне (Швеция), а Французский национальный центр космических исследований организует работу космодрома в Куру (Гвиана), немного севернее экватора в Южной Америке, при запуске ракет «Ариан» для ЕКА и фирмы «Арианэспас».

ЯПОНИЯ
Участие Японии в космических исследованиях ограничено ее конституцией, запрещающей стратегические виды оружия. Тем не менее эта страна имеет солидную космическую программу, реализуемую двумя независимыми организациями, которые в 1990-х годах совместно работали над созданием японского экспериментального блока для международной космической станции.
В 1981 был создан подчиненный министерству образования Институт космоса и астронавтики (ISAS) для проведения научных исследований в космосе. Теперь это независимая организация, главное управление которой находится в Сагамихаре, к западу от Токио. Хотя ракеты серии «Мю» этого института способны выводить на орбиту лишь малые ИСЗ, ISAS построил ряд значительных АМС, которые внесли важный вклад в исследования физики Солнца, межпланетной физики и использовались для исследования кометы Галлея. Институт имеет в своем распоряжении четыре полигона: космодром в Кагосиме (о. Кюсю), центр испытаний КЛА в Носиро (о.Хонсю), центр управления полетами в Усуде (о.Хонсю) и шар-зондовый полигон в Санрикю.
В 1969 было создано подчиненное министерству торговли и промышленности Национальное управление разработок для космоса (NASDA), призванное разрабатывать космические технологии и системы. Управление NASDA создало серию экспериментальных и рабочих ИСЗ для дальней связи, спутниковой разведки природных ресурсов и метеорологических наблюдений. Оно разработало также ракету-носитель H-2 по образцу американских ракет-носителей «Тор» и «Дельта», которые оно приобрело, скопировало и усовершенствовало в период после 1970. Управление NASDA, главный офис которого находится в Токио, располагает четырьмя крупными полигонами: космодромом на о.Танегасима к югу от Кюсю, центром управления и слежения в Цукубе (о. Хонсю), центром разработки двигателей в Какуде (о. Хонсю) и центром наземных наблюдений в 30 км к северу от Токио.

КИТАЙСКАЯ НАРОДНАЯ РЕСПУБЛИКА
Космическая программа КНР поначалу была засекречена и ориентирована, казалось бы, лишь на использование космоса в военных целях. Но в 1970-х годах эта страна создала свои коммерческие ракеты-носители «Великий поход-3», которые в 1984 начали конкурировать с западными и советскими ракетами. Кроме того, КНР предлагает всем желающим услуги по запуску возвращаемых спутников.
Общая ответственность за космическую деятельность возложена на министерство космонавтики КНР. Промышленная корпорация «Великая стена» занимается маркетингом и проведением коммерческих запусков. Организация «Китайское спутниковое слежение, телеметрия и управление» осуществляет запуски на трех разных космодромах, расположение которых обеспечивает разный наклон орбиты ИСЗ. Технические услуги предоставляются также Китайской академией космической техники, Шанхайским бюро космонавтики и Шанхайским институтом проектирования спутников.

ДРУГИЕ СТРАНЫ
В использовании космоса заинтересованы не только самые крупные и развитые страны. Хотя другие государства и не располагают ресурсами для реализации космических программ в рассмотренных выше масштабах, средние по масштабам страны Запада и многие страны третьего мира смотрят на космос как на способ исследования своих природных ресурсов и основу технического прогресса. В таких странах имеются специальные космические агентства или министерства, которые занимаются вопросами исследования космоса и регламентирования космической деятельности.
В Канаде такими вопросами занимался Национальный научно-исследовательский совет, но в 1989 было создано Канадское космическое агентство (CSA). Наиболее известный вклад Канады в космическую технику – дистанционно-управляемая манипуляторная система (механическая рука) для американского МВКК «Шаттл». Агентство участвует в разработке международной космической станции.
С начала 1960-х годов Австралия обеспечивает работу многочисленных станций слежения на своей территории для НАСА. Австралийское космическое управление добилось решения о строительстве космодрома на северо-восточном берегу штата Квинсленд. Благодаря близкому расположению к экватору (самому близкому в странах со стабильной демократией западного типа) это место идеально подходит для запуска геостационарных ИСЗ.
Среди других стран, принимающих участие в космической деятельности, следует назвать Индию, Израиль, Бразилию и Индонезию.

ЛИТЕРАТУРА
Глушко В.П. Космонавтика.Энциклопедия. М., 1985
Гэтланд К. и др. Космическая техника: иллюстрированная энциклопедия. М., 1985
Келли К. и др. Наш дом – Земля. СССР – США, 1988

* ЗАКАЗАТЬ АВТОРСКИЙ РЕФЕРАТ, КУРСОВУЮ ИЛИ ДИПЛОМ*

тел. 728 - 3241

ЗАКАЗАТЬ РЕФЕРАТ

ЗАКАЗАТЬ КУРСОВУЮ

ЗАКАЗАТЬ ДИПЛОМ

Новости образования

Все о ЕГЭ

Учебная литература on-line

Статьи о рефератах

Образовательный софт