Орбитальная станция + США

Многомодульная орбитальная станция проекта 1970 года, вариант компании McDonnell Douglas

2 сентября 1993 года по результатам встречи на высоком правительственном уровне в Вашингтоне было объявлено, что Соединённые Штаты и Российская Федерация пришли к согласию о начале работ над совместным проектом большой орбитальной станции. К тому времени было хорошо известно, что американцы конструируют собственный космический комплекс «Фридом». Зачем же понадобилось привлекать Россию, которая в тот период переживала не самые лучшие времена?

Космопорт для шаттлов
В конце 60-х годов, ещё до завершения программы полётов на Луну, известной как «Сатурн-Аполлон» (Saturn-Apollo), в Национальном управлении по аэронавтике и исследованию космического пространства (National Aeronautics and Space Administration, NASA) началось обсуждение путей дальнейшего развития космонавтики. Планы были довольно амбициозны: постоянная посещаемая база на лунной поверхности, пилотируемая экспедиция на Марс, строительство обитаемой станции на околоземной орбите.
В апреле 1969 года NASA заказало два проектно-конструкторских исследования по перспективам создания космической станции (Space Station). Первое взялась вести компания McDonnell Douglas под руководством Центра космических полётов имени Маршалла (Marshall Space Flight Center, MSFC), второе — корпорация North American Rockwell под контролем Центра пилотируемых космических полётов (Manned Spacecraft Center).

Исследовательские группы работали по общему техническому заданию и проектировали модули станции с учётом заранее сформулированных требований. Основной модуль станции с герметичным объёмом 930 куб. м должен был работать в условиях невесомости, иметь защиту от микрометеоритов, выдвижной радиатор системы охлаждения и стыковочные узлы. На орбиту его предполагалось выводить модифицированной ракетой «Сатурн-5» (Saturn V); затем, после прибытия на борт экипажа из двенадцати человек, специалисты собирались провести длительный эксперимент по созданию искусственной силы тяжести, раскрутив модуль до 4 об/мин с помощью противовеса — отработавшей ступени носителя S-II. Собранные данные об особенностях жизни внутри вращающегося модуля помогли бы конструкторам спроектировать станцию следующего поколения, рассчитанную на пятьдесят человек. Планировалось, что основной модуль прослужит десять лет, а экипажи будут меняться каждые три месяца, прилетая на многоразовых космических кораблях системы «Спейс Шаттл» (Space Shuttle). Согласно предварительным расчётам, для реализации программы эксплуатации станции требовалось два пуска ракет-носителей типа «Сатурн-5», сорок два полёта шаттлов с экипажами и девять без экипажей для доставки экспериментального оборудования.

Многомодульная орбитальная станция проекта 1970 года, вариант
корпорации North American Rockwell. NASA
astronautix.com

Из-за важности экспериментальных модулей для всей программы орбитальной станции NASA приложило значительные усилия в изучении аспектов их конструирования и эксплуатации. В частности, был заключён контракт с компанией General Dynamics Convair на проведение независимого исследования этой темы. Одной из главных задач было определить наилучшие способы проведения экспериментов с учётом численности экипажа, помех от движений астронавтов, необходимости биологической изоляции, эффектов, возникающих при сбросе жидкостей или газов, и т. п. В конечном итоге была разработана концепция стандартного модуля в корпусе, который можно увеличить по длине, с отсеком аппаратуры. Для обеспечения автономности его требовалось снабдить дополнительным оборудованием: солнечными батареями, собственными двигателями и системой связи.

На следующем этапе NASA собиралось построить огромную космическую базу (Space Base) массой 1000 т и объёмом 7000 куб. м, рассчитанную на экипаж из пятидесяти человек. Основной модуль предыдущей станции должен был послужить в качестве прототипа жилого блока. При этом предполагалось, что части базы будут работать в разных условиях: при невесомости или искусственной силе тяжести. Она должна была стать международным исследовательским центром, космопортом для шаттлов и платформой для осуществления широкого спектра околоземных операций, включая обслуживание и ремонт спутников.
Проектные группы представили схожие концепции базы: жилые модули сосредоточены во вращающейся части, а исследовательские лаборатории, обсерватории и отсеки прикладных экспериментов — в части с невесомостью. Различие состояло в том, что в варианте North American Rockwell предлагалось использовать одну вращающуюся секцию, а в варианте McDonnell Douglas — две с противовращением. В обеих концепциях были применены изотопные системы выработки энергии BIPS с двумя реакторами мощностью 50 кВт, установленными на вынесенной ферме невращающейся ступицы. Такая конфигурация сводила к минимуму воздействие радиации на экипаж и упрощала обслуживание.

Предполагалось, что сборка базы на низкой околоземной орбите начнётся не позднее 1980 года. При этом обитаемые станции меньших размеров будут выведены на геостационарную и селеноцентрическую орбиты. Одна из таких станций станет жилым блоком межпланетного корабля, который с экипажем из шести человек стартует к Марсу в период с 1982 по 1986 годы. Кроме того, всерьёз рассматривалась возможность строительства космического отеля (Space Hotel), способного вместить до четырёхсот туристов.
К сожалению, все эти проекты остались на бумаге. Они требовали увеличения финансирования NASA, но президент Ричард Никсон был настроен сократить бюджетные расходы на космическую программу. Поэтому американским конструкторам и астронавтам оставалось довольствоваться сравнительно простой станцией «Скайлэб» (Skylab), которую 14 мая 1973 года вывели на орбиту ракетой «Сатурн-5», ранее предназначенной для осуществления экспедиции «Аполлон-18» на Луну.

Путь к «Свободе»
Несмотря на то, что в течение 70-х годов основные силы направлялись на реализацию программы «Спейс Шаттл», которая оказалась намного дороже, чем предполагали её разработчики, руководство NASA продолжало обсуждение проектов больших орбитальных комплексов, чтобы расширить применимость новых многоразовых кораблей. Однако появилась проблема: отказ от сверхтяжёлых ракет «Сатурн-5» означал, что шаттлы придётся использовать не только для доставки экипажей на станцию, но и для её сборки, поэтому необходимо уменьшить размеры отдельных модулей и всей станции в целом.

Контракты проектных групп были продлены до января 1972 года, исходя из расчёта, что первые модули станции (Modular Station) отправятся на орбиту в грузовых отсеках шаттлов в 1978 году. Ограничения по размерам заставили конструкторов изменить планировку модулей: если в ранних проектах полы отсеков располагались перпендикулярно оси станции, то теперь их решили разместить вдоль. Но и в этом случае дальше эскизов дело не двинулось: Никсон определённо заявил, что его администрация не намерена финансировать два больших проекта одновременно.

В середине 70-х вошла в моду концепция орбитальных кластеров, состоящих из беспилотных модулей. Из них предполагали собирать космические заводы, лабораторные комплексы и солнечные электростанции для передачи энергии на наземные приёмные пункты. Разумеется, обслуживанием кластеров должны были заниматься шаттлы.

В 1979 году на основе этой концепции сотрудники MSFC выдвинули проект Космического операционного центра (Space Operations Center, SOC); за более детальное исследование по теме взялась компания Boeing. Согласно подготовленному плану, в 1990 году на орбиту собирались отправить силовой модуль, снабжённый солнечными батареями и теплообменными радиаторами, затем к нему пристыковались бы космический буксир, два герметичных модуля для экипажа и блок управления. В дальнейшем планировалось ввести в состав SOC лабораторные модули и платформу для сборки крупногабаритных спутников.

Изначально NASA оценивало стоимость SOC в 2,7 млрд долларов, в 1981 году та увеличилась до 4,7 млрд. От специалистов Boeing потребовали изучить более «гибкие» варианты, однако цена только выросла — до 9 млрд. При этом коммерческие пользователи (операторы спутников связи и мониторинга земной поверхности) не проявляли интереса к размещению своих систем на станции, что делало весь проект планово убыточным.

Параллельно специалисты MSFC вели исследование Научно-практической пилотируемой космической платформы (Science and Applications Manned Space Platform, SAMSP), которая при стоимости 500 млн долларов могла бы выполнять различные операции по обслуживанию космических аппаратов: например, служить базой для профилактических ремонтов телескопа «Хаббл» (Hubble Space Telescope, HST) или сборки крупногабаритных спутников. В 1980 году MSFC заключил контракты с корпорациями McDonnell Douglas и TRW (Thompson Ramo Wooldridge) на создание платформы, состоявшей из трёх негерметичных блоков. В перспективе к ней собирались пристыковать герметичный модуль «Спейслэб» (Spacelab), проектируемый для шаттлов, превратив SAMSP в обитаемую станцию.

После того как в апреле 1981 года на орбиту успешно стартовал шаттл «Колумбия» (Columbia), NASA опять ввело в свой план дальнейшего развития космонавтики строительство многомодульной обитаемой базы. В мае 1982 года была сформирована Целевая группа по космической станции (Space Station Task Force), в августе были заключены восемь контрактов на соответствующие исследования с ведущими аэрокосмическими компаниями; отчёты по ним были представлены в марте 83-го.

Руководству NASA удалось заинтересовать проектом президента Рональда Рейгана, который публично одобрил его в январе 1984 года, призвав «друзей и союзников Америки» принять участие в реализации. Однако нашлись и ярые противники создания станции: среди них были советник по науке Джордж Кейворт II и министр обороны Каспар (Кэп) Уайнбергер. NASA пришлось пообещать Рейгану, что первые два года работы будут посвящены недорогим исследованиям по определению архитектуры станции, а общий бюджет её строительства не превысит 8 млрд долларов. В июне, чтобы привлечь к проекту внимание мира, президент продемонстрировал модель станции, получившей позднее название «Фридом» (Freedom, то есть «Свобода»), лидерам «Большой семёрки» (Group of Seven, G7) на экономическом саммите в Лондоне.

Начало сборки станции на орбите было запланировано на 1991 год. Ожидалось, что международные партнёры внесут ещё 2-3 млрд долларов сверх американских инвестиций. В течение десяти лет после начала её эксплуатации NASA собиралось привлечь дополнительно 16 млрд, которые пошли бы не только на развитие станции «Фридом», но и на создание космического корабля-буксира для полётов на геостационарную орбиту и к Луне. Экипаж станции предполагалось со временем увеличить с 6-8 человек до 12-18.

По мере реализации проект станции неоднократно подвергали пересмотру и переоценке. Например, в феврале 1987 года её начальную стоимость определили в 14,5 млрд долларов, что вызвало жаркие дебаты в Конгрессе. В марте руководство NASA предложило Рейгану усечённый вариант (Phase One), который обошёлся бы бюджету в 12,2 млрд. Он состоял из четырёх модулей, узловых соединительных элементов и большой фермы с источниками электроэнергии. На следующем этапе (Phase Two) планировалось добавить верхние и нижние фермы, развернуть сервисный пункт для обслуживания спутников и дополнительные узлы для научных модулей. При этом удалось сократить количество «сборочных» полётов шаттлов, перенеся начало строительства на март 1994 года. Конгрессменам не понравилась задержка, и они потребовали ускорить график работ.

Программа «Фридом» продвигалась медленно и сопровождалась острыми конфликтами. NASA и Европейское космическое агентство (European Space Agency, ESA) долго не могли прийти к соглашению о роли иностранцев в проекте. В апреле 1987 года Министерство обороны США потребовало предоставить полный доступ к станции для проведения военных исследований, несмотря на возражения со стороны международных партнёров.
В сентябре проект был всё же одобрен Национальным исследовательским советом (National Research Council), что наконец-то дало возможность NASA заключить контракты общей стоимостью 5 млрд долларов. Межправительственное соглашение по станции было окончательно подписано через год с условием, что экипажи из шести американцев и двух иностранных астронавтов будут постоянно находиться на ней, сменяясь раз в 90-120 дней.

Впрочем, необходимого финансирования программа так и не получила, поэтому когда дело дошло до изготовления оборудования, в 1989 году инженерам опять пришлось перекомпоновывать станцию в сторону упрощения её служебных модулей. Начало строительства перенесли на март 1995 года, что вызвало недовольство партнёров, с которыми NASA не удосужилось проконсультироваться по этому поводу.

Ещё через год проект «Фридом» был приостановлен, когда выяснилось, что стоимость обновлённой конструкции на 23% превышает бюджет и слишком сложна для сборки: строительство по плану потребует от 2282 до 3276 часов работ в открытом космосе против 500 часов, предусмотренных специалистами. Конгресс потребовал ещё одного пересмотра компоновки станции, после чего в марте 1991 года NASA представило «урезанный» вариант, который критики издевательски прозвали «космической станцией Фред» (Space Station Fred). Общее недофинансирование программы составило 6 млрд за пять лет.

Вариант «Альфа»
Участникам проектов пришлось потрудиться, чтобы «Фридом» соответствовала новым бюджетным требованиям (11,2 млрд долларов в ценах 1984 года). Последовательность сборки была значительно упрощена за счёт перехода на более короткие ферменные сегменты, которые не требовали монтажа в космосе; теперь для наружного обслуживания станции нужно было 250-300 часов в год.

Габариты герметичных модулей была уменьшены, что позволяло полностью оснастить и протестировать их в наземных условиях; при этом общий обитаемый объём составил всего-то 878 куб. м. Из состава станции были удалены два узловых модуля и один комплект солнечных батарей, в результате чего генерируемая мощность снизилась с 75 кВт до 56 кВт. Экипаж сократили до четырех человек. Система жизнеобеспечения была заменена на более дешёвый вариант, требующий постоянного восполнения ресурсов шаттлами. Систему связи также упростили, снизив скорости передачи данных до 50 Мбит/с против 300 Мбит/с в проекте 1987 года.

Хотя модернизация открывала возможность приступить к постройке станции, проект «Фридом» оставался непопулярным среди политиков и учёных. В мае 1991 года Подкомитет по ассигнованиям Палаты представителей проголосовал за его замораживание, и на отмену этого решения ушёл месяц тяжёлой закулисной борьбы. Чтобы спасти станцию, NASA отказалось от ряда других перспективных программ. Однако в августе следующего года ситуация повторилась.
В марте 1993 года администрация президента Билла Клинтона потребовала вновь изучить проект и предложить три варианта станции с бюджетом не более 9 млрд. На этом этапе важнее всего было выполнить международные обязательства и сохранить существующий задел, сосредоточившись на решении исключительно научных задач. В мае был представлен отчёт. Вариант «B» почти точно копировал программу «Фридом», поэтому его сразу отвергли. В варианте «C», прозванном в шутку «консервной банкой», предполагалось объединить американские модули в цилиндрический блок с прикреплёнными к нему солнечными батареями, фактически построив второй «Скайлэб». Комитет, возглавляемый Чарльзом Вестом, посчитал наиболее удачным вариант модульного развития «A» или «Альфа» (Alpha).

Однако над проектом снова сгустились тучи: летом в Конгрессе состоялось голосование по предложению о прекращении дальнейшего финансирования станции, и не хватило лишь одного голоса для его принятия. У NASA осталась последняя возможность спасти «Фридом» — обратиться за помощью к России.
В тот период российская ракетно-космическая отрасль находилась на грани краха. Проблемы начались ещё в 1991 году, а развал СССР значительно усугубил их. Сложилась реальная угроза ликвидации отрасли и остановки всей космической деятельности, включая работы на орбитальном комплексе «Мир».

В этих условиях Юрий Павлович Семёнов, генеральный конструктор Научно-производственного объединения (НПО) «Энергия», провёл переговоры с представителями компании Boeing, предложив им сконструировать на основе советского космического корабля «Союз ТМ» спасательную «шлюпку» для станции «Фридом». Американская сторона довольно быстро осознала потенциальные выгоды, которые может принести сотрудничество с нищающей Россией. 25 февраля 1992 года сенатор Барбара Микульски обратилась к президенту США с предложением «организовать техническую инженерную группу в рамках администрации, включая инженеров из NASA, для проведения оценки гражданской космической материальной части бывшего Советского Союза, которая может быть использована в совместной деятельности».

В марте группа специалистов NASA прибыла в Москву, чтобы подготовить техническое задание для НПО «Энергия». В мае был заключен первый контракт между NASA и «Энергией», предусматривавший анализ систем российских космических кораблей и ракет-носителей с целью их применения в проекте «Фридом». 17 июня между странами было заключено «Соглашение о сотрудничестве в исследовании и использовании космического пространства в мирных целях». В марте 1993 года руководители «Энергии» и Boeing впервые рассмотрели принципиальную возможность создания Международной космической станции (МКС) с использованием элементов «Фридом» и комплекса «Мир-2», после чего было составлено обращение в адрес администратора NASA Дэниэла Голдина с предложением о совместных работах над МКС. В августе был разработан долгосрочный план российско-американского сотрудничества.

Тогда же прошла согласование конфигурация МКС, которую пока ещё называли «Альфой». В состав российской части вошли основные элементы станции «Мир-2»: базовый блок, три узловых стыковочных модуля, научно-энергетическая платформа, стыковочный отсек-шлюз, служебный модуль с системами жизнеобеспечения, корабли «Прогресс М» и «Союз ТМ». Американская часть включала: лабораторный и жилой модули, два узловых модуля, ферму для установки солнечных батарей и сами батареи, радиаторы теплообменников, выносные двигательные установки, модули снабжения, японский лабораторный модуль JEM (Japanese Experiment Module), европейский лабораторный модуль «Колумб» (Columbus) и канадский манипулятор Canadarm2.

2 сентября 1993 года глава российского правительства Виктор Степанович Черномырдин и вице-президент США Альберт Гор подписали «Совместное Заявление о сотрудничестве в области космоса», предусматривающее строительство МКС и серию длительных полётов американских астронавтов на комплексе «Мир». Среди прочего в этом документе говорилось:

«Предполагается, что США обеспечат компенсацию услуг России, которые будут предоставлены в ходе первого этапа, в количестве 100 млн. $ в 1994 финансовом году. На период до 1997 года включено будет обеспечено дополнительное финансирование в размере 300 млн долларов для компенсации работ по первому этапу и, по взаимному согласованию, для работ второго этапа. Подтверждение решения о выделении этих финансовых средств и подписание соответствующих соглашений будет осуществлено до 1 ноября 1993 года. По мере необходимости будут рассмотрены другие формы взаимного сотрудничества и компенсаций».

Конечно, эти суммы выглядят смешными на фоне затрат на «Фридом». Кроме того, почти сразу выяснилось, что руководство NASA желает получить от российских партнёров «услуги», стоимость которых заметно превышает заявленную: от 650 до 800 млн долларов против 400 млн. С другой стороны, американские политики, несмотря на заверения Черномырдина в том, что программа по строительству МКС будет реализована согласно плану, сомневались в стабильности «дружественного режима» и его сохранении после выборов 1996 года, поэтому не желали выбрасывать деньги в «чёрную дыру» российской экономики.
Сегодня мы видим, что все проблемы удалось преодолеть, а Международная космическая станция работает и развивается. Конечно, Соединённые Штаты привлекли Россию к проекту «Фридом» из желания сэкономить, но следует помнить, что без него её ракетно-космическая отрасль, вероятнее всего, не дожила бы до XXI века.

Источник
Автор: Антон Первушин