Игорь Бубнов - Обитаемые космические станции

Как видим, в качестве основных рабочих компонентов для топливного элемента (а также для рассмотренных ранее химических источников энергии) применяются водород и кислород. Транспортировать эти газы в жидком состоянии на орбиту и хранить их на борту ОКС — весьма сложная задача. Но в этом и нет необходимости. Существует целый ряд способов получения газообразных водорода и кислорода непосредственно на орбите из различных «полуфабрикатов», транспортировка и хранение которых не представляют трудностей и не требуют очень больших емкостей. Водород, например, можно получать из воды разложением ее с помощью гидрида кальция или гидрида лития, а также разложением аммиака или углеводородов с помощью катализаторов. Очень выгодно получать сразу оба компонента — и кислород, и водород. Как известно, если воду подвергать фотоэлектролизу, то она будет разлагаться, выделяя газообразный водород и кислород. Этот способ очень удобен для применения на ОКС, так как солнечных лучей, ультрафиолетовая часть спектра которых служит отличным средством электролиза, на орбите вполне достаточно. При этом запасы воды на борту ОКС практически не расходуются, так как в результате реакции в топливном элементе снова образуется вода. Чувствительность исходного продукта — воды — к ультрафиолетовым лучам Солнца может быть повышена более чем в 10 раз специальными светочувствительными добавками — сенсибилизаторами.

Мы рассмотрели несколько способов получения электроэнергии, которые могут найти применение для космической станции. В табл. 4[31, 32] приведены некоторые параметры различных источников тока. Разумеется, приведенные цифры нельзя считать окончательными, так как известно еще слишком мало успешно работающих конструкций космических электростанций.

Табл. 4 свидетельствует о преимуществах ядерных и солнечных тепловых установок перед остальными, особенно в отношении максимальной мощности и ресурса, что прежде всего важно для применения на ОКС.

Если недостатками ядерных систем являются потребность в защите и эксплуатационные трудности, то недостатками солнечных систем являются необходимость развертывания в космосе огромных солнечных рефлекторов, сложность их постоянной ориентации на Солнце с высокой точностью, а также неэффективность работы в неосвещенной части орбиты. Кроме того, длительное воздействие потока микрометеоров на зеркальное покрытие рефлектора приведет со временем к ухудшению свойств отражающей поверхности.

Такой показатель, как удельный вес, сам по себе еще не определяет пригодности системы для данного летательного аппарата. Зато очень важны такие показатели, как надежность и стабильность работы.

С точки зрения надежности несомненные преимущества имеют немашинные генераторы электроэнергии — у них нет вращающихся в тяжелых температурных условиях узлов, каким является турбина. Они хороши для небольших энергоустановок длительного действия. Из немашинных способов наиболее перспективен с точки зрения весовой отдачи термоэлектронный источник, но он требует более высоких температур и сложен в конструктивном отношении.

Для малых мощностей очень перспективны радиоактивные изотопы и топливные элементы.

Применение электролиза воды под действием солнечных лучей может выдвинуть топливные элементы в ряд самых перспективных источников тока для небольших ОКС.

В 1903 г. К.Э.Циолковский предложил начать непосредственное освоение космоса с создания «эфирного поселения», т. е. околоземной обитаемой станции, на орбите высотой 1000–2000 км. По существу это была первая попытка проектирования орбитального корабля.

Циолковский поставил и решил целый ряд технических задач по созданию ОКС. Большинство идей Циолковского отличается оригинальностью и смелостью решения и, несмотря на низкий уровень техники того времени, сохраняет свое значение до сих пор. Например, для регулирования температуры в помещении космического аппарата Циолковский предложил систему, состоящую из специальных жалюзи, имеющих с одной стороны хорошо отражающую блестящую поверхность, а с другой — темную, хорошо поглощающую солнечные лучи. Изменением излучающей способности теневой стенки и отражающих (поглощающих) свойств стенки, обращенной к Солнцу, можно регулировать температуру внутри герметической кабины. Циолковский предложил замкнутую систему обмена веществ, которую предполагал осуществить с помощью специальных растений, выращиваемых на космическом корабле и дающих плоды для питания. Эти растения должны поглощать углекислый газ и производить кислород. Для создания небольшой искусственной тяжести — Циолковский считал, что полная, земная, она и не нужна в космосе, — станция будет вращаться с определенной угловой скоростью. Для работы вне станции им были предусмотрены специальные скафандры с запасом сжатого кислорода. Источником энергии на орбитальном корабле, по мнению Циолковского, должно быть Солнце.

С 20-х годов идеи Циолковского получили широкое распространение на Западе, особенно в Германии.

Проекты обитаемых космических станций стали появляться один за другим. Однако все они несли на себе печать фантастики, ибо никто из конструкторов не знал еще, когда и с помощью каких ракет эти станции будут доставлены на орбиту.

Герман Оберт (Германия) вслед за Циолковским, которого он считал своим вдохновителем и учителем, в своих трудах широко рассмотрел возможность создания ОКС и ее задачи. По его мнению, в основном это геофизические наблюдения, астрономия и военная разведка. В качестве средства связи с Землей Оберт предложил применить пучок солнечного света, образованный системой зеркал. Одновременно Оберт предложил создать гигантское, диаметром 100 км, космическое зеркало, надеясь с его помощью использовать тепло Солнца для смягчения климата Земли. Он же выдвинул идею использования космического орбитального корабля как межпланетной станции для дозаправки на ней космической ракеты топливом. На рис. 38 показана схема космической станции по проекту Оберта (1923 г.).

Проект Оберта предусматривал создание искусственной силы тяжести с помощью вращающейся конструкции. Как видно из рисунка, жилые помещения расположены на концах гигантских труб, связанных с осью натяжными тросами. Вдоль труб расположены лифты, предназначенные для перемещения членов экипажа станции из жилых помещений в рабочий отсек и обратно.