Космические станции из отработанных ракетных ступеней.

Введение

Космическая станция, созданная из отработанной ракетной ступени

"Мокрый цех" – это космическая станция, созданная из отработанной ракетной ступени жидкостного ракетного двигателя. Такая ступень содержит два больших герметичных топливных бака; было установлено, что больший бак можно переоборудовать в жилые помещения космической станции, а меньший – использовать для хранения отходов. Большая ракетная ступень выводилась на низкую околоземную орбиту и подвергалась последующей модификации. Это позволяло экономически эффективно повторно использовать оборудование, которое в противном случае не имело бы дальнейшего применения, однако модификация ракетной ступени в космосе могла оказаться сложной и дорогостоящей. На сегодняшний день ни одна космическая станция типа "мокрый цех" не была построена и не запускалась. "Мокрый цех" противопоставляется "сухому цеху", где пустая верхняя ступень оснащается внутренним оборудованием и жилым модулем на Земле перед запуском. Она не заправляется топливом; вместо этого ступень выводится на орбиту достаточно мощной ракетой. В рамках программы "Прикладные программы Аполлона" в 1960-х годах рассматривалась возможность использования второй ступени ракеты-носителя "Сатурн-V" – S-II, а позднее планировалось использовать вторую ступень "Сатурн-IB" – S-IVB в качестве "мокрого цеха", но отмена некоторых лунных миссий программы "Аполлон" позволила использовать двухступенчатую "Сатурн-V" для запуска станции "Skylab", реализованной в виде "сухого цеха" S-IVB.

Концепции, полученные от Аполлона

Вернер фон Браун предложил концепцию влажной мастерской для запуска на ракете-носителе Saturn V. Его конструкция предусматривала модификацию второй ступени S II ракеты Saturn V для использования в качестве жилого пространства после выхода на орбиту. Поскольку нижняя ступень S IC ракеты Saturn V не способна самостоятельно достичь орбиты, ступень S II должна была выполнить запуск, а затем сбросить оставшееся топливо после выхода на орбиту. Для этого полы станции должны были быть выполнены в виде открытой решетки, обеспечивающей свободный проход топлива к трубопроводам в нижней части баков. Такая конструкция также предоставляла удобные опоры для рук и ног. Поскольку для достижения орбиты требовалось все количество топлива, дополнительное оборудование для жизнеобеспечения не могло храниться внутри S II во время запуска. Проект фон Брауна предусматривал размещение всего вспомогательного оборудования в большом цилиндрическом контейнере, который устанавливался бы поверх ступени S II вместо ступени S IVB, обычно располагаемой там. После выхода на орбиту и сброса топлива открывался бы большой люк в верхней части водородного бака S II. Затем цилиндрический грузовой модуль гидравлически вставлялся бы в бак через это отверстие, герметизировался, после чего бак герметично закрывался бы для создания большого жилого пространства. Электропитание обеспечивалось бы солнечными батареями, расположенными на внешней поверхности S II. В 1960-х годах, по мере перехода миссии "Аполлон" от разработки к запуску, ряд групп в NASA изучали перспективы после завершения программы "Аполлон". Было предложено множество идей по дальнейшему использованию существующего оборудования Saturn, и некоторые из них были объединены под названием "Apollo X", которое впоследствии стало программой Apollo Applications Program (AAP). К моменту начала финансирования AAP планировалось прекратить производство ракет Saturn V после выпуска достаточного количества для лунных миссий. Однако в тот же период орбитальные испытания систем "Аполлон" проходили успешнее, чем ожидалось, и ряд запланированных проверочных миссий оказался ненужным. Это позволило использовать небольшое количество ракет-носителей Saturn IB. Ракета Saturn IB состояла из двух ступеней – разгонного блока и ступени S IVB, обе из которых должны были быть запущены для выхода на орбиту. Ступень S IVB могла быть модифицирована аналогично первоначальным предложениям фон Брауна, создав меньшую, но вполне пригодную для использования станцию. В этом случае оборудование размещалось бы поверх ступени S IVB на месте, обычно предназначенном для лунного модуля, однако отсутствие большого посадочного люка означало бы, что оно должно оставаться там, а не быть помещенным внутрь бака. По этому направлению была проведена значительная конструкторская работа. Когда были отменены последующие миссии "Аполлон" (18-20), в наличии оказалось несколько ракет Saturn V. К этому времени было проделано столько работы над системой на базе S IV, что было принято решение продолжить разработку именно по этому направлению. Ракета Saturn V обеспечивала достаточную тягу на первых двух ступенях для вывода на орбиту полностью собранной наземной станции, и этот проект был реализован в виде "сухой мастерской" Skylab. Другим проектом, связанным с влажной мастерской на базе "Аполлона", был предложенный пилотируемый облёт Венеры.

Wernher von Braun proposed a wet workshop concept for launch on the Saturn V. His design modified the S II second stage of the Saturn V stack to allow it to be used as living space once reaching orbit. Since the S IC lower stage of the Saturn V cannot reach orbit on its own, the S II would have to fire, and then vent out any remaining propellant once it reached orbit. To allow this, the floors of the station would be made of an open grid which allowed the propellant to pass through easily to the piping at the bottom of the tanks. The structure also presented convenient hand and footholds. Since the entire propellant load would be needed to reach orbit, additional life support equipment could not be stored inside the S II during launch. von Braun's design placed all of this ancillary equipment in a large cylindrical carrier, which would be carried on top of the S II stage in place of the S IVB normally placed there. After reaching orbit and venting, a large access hatch in the top of the S II's hydrogen tank would be opened. The cylindrical cargo module would then be inserted hydraulically into the tank through this opening, sealed, and then the tank would be repressurized to form a large living space. Power would be provided by solar cells lining the outside of the S II. During the 1960s, as the Apollo mission transitioned from development to launch, a number of groups inside NASA were studying the post Apollo era. Many ideas for continuing use of the existing Saturn hardware were proposed, and some of these were collected under the name "Apollo X", which became the Apollo Applications Program (AAP). By the time AAP started to receive funding, the Saturn V lines were planned to shut down after producing just enough Saturn Vs for the Moon missions alone. However, during the same period of time, on orbit testing of the Apollo systems was proceeding much better than expected, and a number of proposed shake down missions were no longer required. This left a small number of Saturn IB launchers available for use. The Saturn IB stack consisted of two stages, the booster and an S IVB stage on top, both of which needed to be fired in order to reach orbit. An S IVB stage could be modified in a fashion similar to von Braun's original proposals, making a smaller but perfectly usable station. In this case, the equipment would be carried on top of the S IVB in the location normally reserved for the Lunar Module, but the lack of a large access port meant it would have to remain there instead of being inserted into the tank. Considerable design work along these lines was carried out. When the later Apollo missions were canceled (18 through 20), a supply of Saturn Vs became available. By this time, so much work had been done on the S IV derived system that they decided to continue along those lines instead. The Saturn V delivered enough impulse in its first two stages to place the complete, ground built station in orbit, and the design was flown as the Skylab "dry workshop". Another project involving the Apollo derived wet workshop was the proposed Manned Venus Flyby.

Концепции, полученные из шаттлов

Было также изучено несколько аналогичных модификаций внешнего бака космического челнока (ET). Во время запуска ET разгонялся примерно до 98% орбитальной скорости, прежде чем его сбрасывали и намеренно раскручивали для увеличения сопротивления. Ряд предложений предусматривал сохранение ET прикрепленным к шаттлу на протяжении всего выхода на орбиту, с использованием оставшегося топлива через главные двигатели космического челнока, которые оставались бы "включенными". Один из таких тестов был запланирован, но был отменен после катастрофы космического шаттла "Челленджер" в 1986 году, что кардинально изменило правила безопасности. ET обеспечил бы огромное рабочее пространство, и одна из основных проблем при разработке различных мокрых мастерских заключалась в том, что делать со всем этим объемом. Кислородный бак, меньший из двух баков внутри ET, сам по себе был значительно больше, чем вся космическая станция "Свобода". Кроме того, доступ к внутреннему пространству был возможен через "люки", использовавшиеся для осмотра во время строительства, но не было ясно, можно ли было доставить в бак реалистичное количество строительных материалов после выхода на орбиту. Тем не менее, эта проблема неоднократно изучалась. Аналогичная концепция, "Aft Cargo Carrier" (хвостовой грузовой контейнер), была изучена компанией Martin Marietta в 1984 году. Она представляла собой большой цилиндрический грузовой контейнер, прикрепленный к нижней части ET, который предлагал такой же объем, как грузовой отсек орбитального шаттла, но мог перевозить более широкие и громоздкие грузы. Та же базовая компоновка также была использована в качестве основы для проекта станции короткого пребывания. Хотя это и не мокрая мастерская в традиционном понимании, станция крепится к топливному баку и, следовательно, в определенной степени с ней связана.

Концепции, полученные из системы космических запусков

Подрядчик NASA Брэнд Гриффин предложил Управлению передовых концепций Космического центра имени Маршалла построить станцию из отрабовшего водородного бака ракеты-носителя Space Launch System, разместить её в точке Лагранжа L2 системы Земля-Луна и назвать Skylab II в честь первой станции Skylab.

Применение в коммерческих космических станциях

NanoRacks, завершив контракт с NASA и получив награду NextSTEPs Phase II, сейчас разрабатывает свою концепцию Independence 1 (ранее известную как Ixion), которая позволит превратить отработанные ракетные баки в обитаемое пространство.