Системы жизнеобеспечения для стратегий освоения космоса

Из выполненных нами оценок (опубликованных в указанном выше отчете) видно, что реальными претендентами на использование в КС являются чисто биологические СЖО на высших растениях и гибридные биолого-физико-химические СЖО.

Расчеты оптимальной структуры СЖО велись на основе программы, ранее разработанной нами по заказу фирмы «Боинг». Оказывается, что для СЖО околопланетных баз, начиная со сроком эксплуатации около двух лет, желательно использование в системе значительного количества высших растений. При меньших сроках может быть оправдано выращивание в ограниченных количествах салата и овощей. Начиная со сроков в два года в оптимальную СЖО включается масличная культура, испытанная на замкнутых биосферах в Красноярске, — чуфа; это лучше всего дополняет газовый баланс, создаваемый физико-химическими компонентами СЖО. При сроке миссии свыше 3,6 года включается пшеница. При любых сроках выгодно иметь в структуре СЖО физико-химические компоненты — электролизер и рессор Боша. При малых сроках это обусловлено их меньшим весом. При больших сроках роль этих элементов падает из-за того, что высшие растения обеспечивают более высокую замкнутость (что есть независимость от начальных запасов и дальнейших поставок). Впрочем, при расчетах считалось, что животные белки, содержащие незаменимые аминокислоты и животные жиры, в системе вырабатываться не могут и берутся из запасов. При их окислении образуется метаболическая вода (вода, происходящая от обмена веществ), которую выгодно утилизировать с помощью электролиза, и углекислый газ, утилизируемый реактором Боша; это и обусловливает применение физико-химических компонент в оптимальной структуры СЖО, рассчитанных на большие сроки автономной эксплуатации.

При расчетах СЖО корабля приходится учитывать, что наличие энергоемкой СЖО требует использования дополнительных солнечных батарей либо прямого использования солнечного света для выращивания растений. В обоих случаях вес системы увеличивается по сравнению с СЖО орбитальной базы. В итоге для кораблей широкое использование высших растений целесообразно лишь при больших сроках миссий, а при сроках полета до четырех лет в СЖО корабля должны доминировать физико-химические компоненты.

Во всех случаях при выборе расчетного срока эксплуатации СЖО Космических Странников следует по соображениям безопасности прибавлять к плановому сроку автономной эксплуатации срок аварийной задержки. Нам представляется, что этот срок должен быть, по крайней мере, сравним с плановым сроком. Тогда пороговое время оптимального введения тех или иных структур СЖО может уменьшиться вдвое. Конкретный выбор полного срока автономной эксплуатации будет делаться в рамках детальных сценариев космических миссий.

При длительном пребывании человека в космосе желательно создание искусственной гравитации.

Поскольку для большинства технических систем корабля гравитация«напротив, нежелательна, кажется предпочтительным вариант когда вращающийся цилиндр, обеспечивающий искусственную гравитацию, располагается внутри невращающегося корабля. При этом солнечные батареи не вращаются и испытывают лишь слабое ускорение из-за работы электрических двигателей ракеты и некоторые вибрационные нагрузки.

Для смешанной (и, вероятно, самой оптимальной) стратегии будут использоваться КС, самоходные космические станции и быстроходные космические яхты на электрических (вероятнее всего, плазменных) двигателях и солнечных батареях. При этом потребуются все типы СЖО — физико-химические (для яхт), гибридные (для КС) и чисто биологические на высших растениях для космических станций. Важно отметить, что нет необходимости развивать культивирование высших растений в условиях невесомости, поскольку для кратковременных полетов биологические СЖО вообще невыгодны, а в случае длительных полетов по известным уже медицинским причинам придется создавать искусственную гравитацию, так что интенсивная культура высших растений не вызовет трудностей.

Недавняя авария на станции «Мир» наводит на мысль, что количество полетов транспортных кораблей к орбитальным станциям должно быть минимальным, а это возможно лишь с помощью высокозамкнутой СЖО на высших растениях. Оценки параметров СЖО, частоты смены экипажей и полетов транспортных кораблей, оптимизирующих надежность космических миссий, указывают на необходимость более высокого уровня замкнутости даже для ближайших космических станций.

КС-стратегия и международная космическая станция

Международная космическая станция (МКС), помимо выполнения запланированных научных задач, может использоваться как полигон для испытания узлов «Космического странника». В частности, будет очень важна доводка и обкатка электрических двигателей и солнечных батарей, которые могут быть использованы для коррекции орбиты станции и даже для перевода ее на другую орбиту. В блоке «Биомодуль» МКС может испытываться другая важная компонента КС — СЖО повышенного уровня замкнутости. При этом использование интенсивной культуры высших растений внесет разнообразие в рацион космонавтов. После отработки технологий культивирования можно будет провести эксперименты на замыкание, практически моделирующие полет КС.

О комплексной программе КС-стратегии и программе научных исследований

Как мы полагаем, можно сформулировать многоплановую программу, ориентированную на рассмотрение различных аспектов освоения человеком «среднего космоса» — межпланетного пространства от орбиты Меркурия до границы пояса астероидов. В рамках этой комплексной программы можно выделить следующие подпрограммы:

— Разработка транспортных средств и энергосистем. В основе этой подпрограммы могут лежать ракеты на электрических ионных двигателях и солнечная энергетика, поскольку разработанные до сих пор ядерные источники электроэнергии либо маломощны, либо проигрывают солнечным батареям в зоне от орбиты Меркурия до пояса астероидов, из-за большого веса систем охлаждения реакторов.

— Разработка систем жизнеобеспечения человека для автономного пребывания в космосе до четырех — шести лет. Для этой подпрограммы ключевые моменты — создание искусственной гравитации, защита от галактической компоненты космического излучения, использование высших растений в системах жизнеобеспечения.

— Научная программа исследований — прежде всего фундаментальных поисковых, — для которых благоприятно освоение зоны среднего космоса. Если средний космос будет освоен, то в распоряжении науки окажутся большие масштабы расстояний, до нескольких десятков световых минут, и можно будет проводить многоплановые синхронные наблюдения с такой базой, то есть одновременные наблюдения одних и тех же объектов с далеко отстоящих пунктов. Такие наблюдения могут заполнить множество пробелов в нашей системе исследования Вселенной — в самом деле, ведь мы даже не имеем возможности одновременно наблюдать Солнце с разных сторон. Такие наблюдения могут уточнить, подтвердить или опровергнуть некоторые элементы нашей нынешней картины мира.

— Многоплановая программа исследования и освоения планет и астероидов зоны среднего космоса, с присутствием человека, обеспечит подробную и высококачественную информацию о небесных телах этой зоны, подготовку и страховку высадки человека на некоторые крупные небесные тела среднего космоса, а в будущем возможность активного воздействия на астероиды и использования их материала.

Благодарности. Авторы благодарны академику РАН И. И. Гительзону за активное обсуждение и поддержку нашей тематики, а также члену-корреспонденту РАН Г. А. Попову за полезные замечания и консультации по современному состоянию разработки электрических ракет.

Рис. 2. Космический странник на солнечных батареях (~104 квадратных метров солнечных батарей, диаметр кабины около 10 м).

Страница 3 из 3 Все страницы