какие типы орбитальных станций использует мировая космонавтика

Орбитальная станция — это искусственный космический аппарат, предназначенный для долговременного пребывания и работы экипажа на околоземной орбите, выступающий как многоцелевой исследовательский комплекс, обсерватория, лаборатория или перевалочный пункт. В отличие от пилотируемых кораблей, станции не имеют штатных средств возвращения экипажа на Землю и рассчитаны на периодическую смену персонала с помощью транспортных кораблей.

Классификация по конструктивно-компоновочной схеме

В мировой космонавтике исторически сложились и используются два принципиальных типа орбитальных станций, различающихся способом построения и наращивания возможностей.

Одномодульные (монолитные) станции

Аппараты, в которых все основные системы жизнеобеспечения, энергопитания, двигательная установка, научная аппаратура и жилой объём сконцентрированы в единственном герметичном корпусе, выводимом на орбиту одной ракетой-носителем. Они не предусматривают достройки на орбите, хотя могут иметь один или несколько стыковочных узлов для смены экипажа и приёма грузовых кораблей. К этому типу принадлежат все станции первого поколения и переходные аппараты на этапе отработки технологий.

• Салют-1 (СССР, 1971) — первая в мире обитаемая орбитальная станция, положившая начало эре долговременных экспедиций.
• Салют-3, -4, -5 (СССР, 1973–1977) — станции как гражданского, так и военного назначения (программа «Алмаз»), оборудованные фотокамерами высокого разрешения и, в отдельных случаях, оборонительной авиационной пушкой.
• Скайлэб (Skylab) (США, 1973–1974) — единственная американская одномодульная станция, созданная на базе верхней ступени ракеты «Сатурн-1Б» и выведенная носителем «Сатурн-5»; отличалась огромным внутренним объёмом (около 360 м³) и провела три длительных экспедиции.
• Тяньгун-1 и Тяньгун-2 (КНР, 2011–2018, 2016–2019) — экспериментальные китайские лаборатории массой 8,5–8,6 т, послужившие для отработки сближения, стыковки и кратковременного пребывания экипажа перед созданием многомодульной станции.

Многомодульные (составные) станции

Системы, собираемые на орбите из нескольких конструктивно независимых блоков (модулей), каждый из которых выполняет специализированную функцию — жилой, лабораторный, энергетический, стыковочный, складской. Такая архитектура позволяет наращивать ресурсы, заменять выработавшие свой срок модули и адаптировать комплекс под новые задачи без прекращения пилотируемого режима. Именно многомодульная схема сегодня доминирует в мировой пилотируемой космонавтике, поскольку только она способна обеспечить десятилетиями функционирующие исследовательские платформы с международными экипажами.

• Мир (СССР/Россия, 1986–2001) — первый модульный комплекс третьего поколения, состоявший из базового блока и пяти крупных лабораторных модулей («Квант», «Квант-2», «Кристалл», «Спектр», «Природа»), а также стыковочного отсека для «Спейс Шаттла». На «Мире» отработаны все ключевые технологии длительной сборки на орбите, использовавшиеся при создании МКС.
• Международная космическая станция (МКС) (15 стран, с 1998) — крупнейшее инженерное сооружение в космосе, включающее российский сегмент (модули «Заря», «Звезда», «Наука», «Рассвет», «Поиск» и другие) и американский сегмент (узловой модуль «Юнити», лаборатория «Дестини», «Коламбус», «Кибо», «Транквилити», «Купола» и ферменные конструкции с солнечными батареями). Постоянно обитаема с ноября 2000 года.
• Китайская космическая станция «Тяньгун» (КНР, с 2021) — многомодульный национальный комплекс, состоящий из базового модуля «Тяньхэ» и двух лабораторных модулей «Вэньтянь» и «Мэнтянь». В перспективе планируется расширение за счёт дополнительных отсеков.

Классификация по назначению и специализации

Орбитальные станции изначально проектировались под конкретные государственные задачи, что определило их внутреннее оснащение и режим функционирования.

• Гражданские научно-исследовательские станции — основное направление сегодня. На таких комплексах ведутся биологические, медицинские, астрофизические, материаловедческие эксперименты, дистанционное зондирование Земли, отработка технологий. К ним относятся все модификации «Салютов» с чётными номерами, «Мир», МКС, «Тяньгун».
• Станции двойного и военного назначения — разведывательные платформы программы «Алмаз» («Салют-3» и «Салют-5»), оснащённые аппаратурой оптической разведки, радиотехнического наблюдения и даже оборонительным вооружением. Экипажи выполняли функции операторов разведывательного комплекса.
• Отработочные лабораторные модули — малые станции, используемые для проверки систем жизнеобеспечения, режимов ручной и автоматической стыковки, длительности автономного полёта («Тяньгун-1», «Тяньгун-2»).

Классификация по орбитальным параметрам и способу эксплуатации

Все эксплуатировавшиеся обитаемые станции выводились на низкую околоземную орбиту (высотой 330–450 км) с наклонением от 28,5° до 51,6°. Это позволяло минимизировать затраты на доставку экипажей и грузов, а также обеспечивало благоприятные уровни радиационного фона по сравнению с более высокими орбитами. Однако в рамках данного диапазона выделяется два важнейших класса, определявших всю логистику полёта:

• Станции, работающие в автоматическом режиме с эпизодическим посещением — характерно для монолитных аппаратов первых поколений («Салют-1» – «Салют-5», «Скайлэб», «Тяньгун-1/-2»). Экипаж доставлялся на ограниченное время, после чего станция переводилась в дежурный беспилотный режим.
• Постоянно обитаемые станции — непрерывное присутствие экипажа, сменяемого вахтовым методом без перерыва. Впервые такой режим был реализован на станции «Мир» с 7 сентября 1989 года, и с тех пор он является стандартом для всех актуальных пилотируемых комплексов — МКС и «Тяньгун». Непрерывное присутствие человека позволяет проводить длительные эксперименты, поддерживать системы в рабочем состоянии и реагировать на нештатные ситуации.

Этапы эволюции: смена поколений

Развитие типов орбитальных станций принято делить на три чётко выраженных поколения, отражающих смену конструктивных подходов:

1. Первое поколение (одномодульные, экспериментальные): «Салют-1» — «Салют-5», «Скайлэб». Один стыковочный узел, ограниченный запас топлива и ресурсов, невозможность дозаправки в полёте.
2. Второе поколение (монолитные с возможностью дозаправки и перестыковки): «Салют-6», «Салют-7». Два стыковочных узла, система дозаправки топливом от грузовых кораблей «Прогресс», что радикально продлило активное существование.
3. Третье поколение (многомодульные, постоянно обитаемые): «Мир», МКС, «Тяньгун». Сборка на орбите из специализированных блоков, разветвлённая система стыковочных портов, международная кооперация (за исключением китайского проекта), ремонтопригодность и возможность замены модулей.

Специфические конструктивные решения

Помимо общей классификации, в мировых программах нашли применение уникальные архитектурные подходы:

• Сухой лабораторный отсек на базе ступени: станция «Скайлэб» была построена на основе переоборудованной ракетной ступени S-IVB, где топливный бак стал жилым объёмом. Это дало рекордный диаметр корпуса и позволило создать просторный интерьер с зонами для свободного перемещения.
• Станции с независимыми национальными сегментами: МКС разделена на российский (РС МКС) и американский (USOS) сегменты с разными стандартами стыковочных агрегатов, энергосистем и жизнеобеспечения, что делает её уникальным образцом модульной архитектуры двойного базирования.
• Трансформируемые надувные модули: экспериментальный модуль BEAM (Bigelow Expandable Activity Module), пристыкованный к МКС в 2016 году, представляет собой прототип надувного герметичного отсека. Он относится к перспективному типу развертываемых конструкций, занимающих малый объём при старте и расширяемых до 16 м³ на орбите.
• Свободнолетающие автоматические платформы с посещаемым режимом: советские «Космос-1686» и специализированные модули на базе ТКС функционировали как автоматические лаборатории, к которым экипаж мог периодически пристыковываться, но они также являются частью модульной экосистемы.

Сравнение используемых типов по ключевым критериям

Таким образом, мировая космонавтика на практике освоила переход от простых моноблочных лабораторий к сложным модульным комплексам. Сегодня действующими пилотируемыми станциями являются исключительно многомодульные системы постоянного обитания — МКС и «Тяньгун», а все запущенные ранее одномодульные аппараты сведены с орбиты. Параллельно ведутся лётные испытания надувных конструкций, что может привести к появлению нового типа станционных модулей в ближайшие годы.