Включение в состав такой единой конструкции заправочной станции (для заправки орбитальных и межпланетных аппаратов и кораблей, обслуживаемых орбитальной станцией), размещение заправочных емкостей, содержащих, как правило, самовоспламеняющиеся компоненты, сложные пневмо- и гидравлические схемы приема топлива от кораблей-заправщиков и заправки абонентов в общей конструкции станции представляются небезопасным и нежелательным. С другой стороны, все это естественно разместить рядом, чтобы можно было производить настройку, ремонт, испытания и обслуживание всех этих телескопов, технологических лабораторий, заводов, заправочных станций.
Эти трудности и противоречия можно устранить за счет использования схемы «станции-облака». Представим себе станцию, состоящую из нескольких автономных частей, например, базового жилого блока, астрофизической обсерватории, производственно-лабораторного модуля и заправочного модуля. Все части летают по одной орбите, не слишком удаляясь друг от друга, с тем чтобы расстояние от базового блока до каждого из них всегда находилось в выбранных пределах, например, составляло 10–50 километров. Для этого на каждой части нужно иметь систему измерения дальности и радиальной скорости относительно базового блока и двигательную установку с двигателями координатных перемещений.
Идея схемы совместного полета «облака» отдельных модулей достаточно простая. Скорость удаления или приближения уменьшается до минимума, определяющегося чувствительностью измерителей относительной скорости. Пусть это будет 1,5 сантиметра в секунду. Тогда расстояние от 10 до 50 километров (с учетом особенностей движения спутника на орбите) будет изменяться примерно за десять суток.
Когда расстояние от одного модуля до другого увеличится до 50 километров, на втором модуле выдается импульс, изменяющий знак относительной скорости, и модуль начинает сближаться с первым, доходит до своих 10 километров еще через десять суток и так далее. Если относительную скорость измерять с точностью порядка сантиметра в секунду (что вполне в возможностях современной радиолокационной техники при работе по активному приемнику-ответчику), то расход топлива на поддержание «облака» модулей станции в заданном относительном положении оказывается существенно меньшим, чем топливо, которое мы в любом случае обязаны тратить на компенсацию торможения станции атмосферой. Таким образом, телескоп, например, можно держать на расстоянии 10–50 километров сзади базового блока, производственный модуль на расстоянии 10–50 километров впереди, а заправочный модуль еще дальше впереди, на расстоянии, например, 60–100 километров.
Состав такой «станции-облака» может расширяться и меняться. Естественно было бы использовать базовый блок станции, где размещается дежурная смена космонавтов, и как геофизический модуль с аппаратурой экологического контроля, контроля состояния озонового слоя атмосферы, исследований природных ресурсов. Там же можно было бы разместить средства медицинских и биологических исследований.
На этом блоке должны быть несколько причалов для пилотируемых и грузовых кораблей и для орбитальных «автомобилей» — аппаратов, предназначенных для перелетов космонавтов между модулями станции для их обслуживания.
Эта идея была предложена мной в восьмидесятые годы, излагал я ее в курсе лекций для студентов в девяностые годы и долго считал, что будущее орбитальных станций именно за схемой «станция-облако». Сейчас у меня уже нет такой убежденности. Сегодня представляется целесообразным создавать специализированные станции как единые, включающие в себя механически связанные модули, а универсальные — в виде «станции-облака».
Например, специализированную астрофизическую станцию, включающую в себя ряд больших телескопов (допустим, с размерами телескопа «Хаббл»), можно все же попытаться создать в виде ряда механически соединенных карданных подвесов, в которых устанавливаются отдельные работающие по независимым программам телескопы, нацеливаемые на различные участки неба. Технические трудности, связанные с наличием в этой же конструкции жилого блока для бригады обслуживания из космонавтов, будут, по-видимому, немалые, но, возможно, их удастся преодолеть, а космонавтам на такой станции работать будет существенно проще, и топлива на перелеты между отдельными телескопами не потребуется. А универсальную станцию, включающую в себя и телескопы, и модули для технологических работ и исследований, и заправочную станцию, и строительную базу, строить с использованием схемы «станции-облака».
Я говорил об орбитальных станциях, размещаемых на относительно низких орбитах, с высотой порядка 400 километров. Но в принципе может оказаться целесообразным создание орбитальных станций на очень высоких орбитах, например, на геостационарной. Геостационарная орбита отличается тем, что она лежит в плоскости экватора, а период обращения спутника на этой орбите равен периоду вращения Земли вокруг собственной оси. То есть спутник на геостационарной орбите остается неподвижным относительно поверхности Земли.
База-станция на геостационарной орбите (ГСО) может оказаться необходимой для обслуживания автоматических геостационарных платформ, спутников связи, ретрансляторов телевидения и метеорологических спутников, размещаемых на ГСО, для размещения аппаратуры связи и ретрансляции телевидения, наблюдения поверхности Земли в интересах экологического контроля и исследования природных ресурсов, метеорологических наблюдений, астрофизических исследований в радиои в некоторых других диапазонах. Она окажется необходимой в случае принятия решения о строительстве на ГСО солнечных орбитальных электростанций.
Создание базы на ГСО не выглядит сегодня насущной задачей, но развитие технических средств связи и ретрансляторов телевидения, появление многоцелевых платформ на геостационарной орбите может привести в будущем к выводу о необходимости создания базы на ГСО. Остальные цели (связь, телевидение, радиотелескопы) — попутные; если база будет создана, то логично использовать ее и для других задач, естественных для ГСО.
Можно отметить некоторые особенности базы на ГСО, отличающие ее от обычных низкоорбитальных станций.
Затраты энергии на доставку аппаратов на ГСО примерно такие же, как и при доставке на поверхность Луны. Поэтому доставка экипажа и грузов на базу будет обходиться очень дорого: в несколько раз дороже, чем при доставке грузов на низкоорбитальную станцию.
Отсутствие зонтика магнитного поля Земли, защищающего низкоорбитальные станции от опасных потоков солнечного космического излучения, возникающих при больших солнечных вспышках (такие вспышки на Солнце возникают до четырех раз в год).
Для возвращения экипажа на Землю нужно будет иметь спускаемый аппарат, предназначенный для движений в атмосфере при входе в нее примерно со второй космической скоростью.
В состав базы можно было бы включить: орбитальный блок, строительную платформу, заправочную станцию, орбитальный транспортный аппарат для перелетов космонавтов и доставки грузов к обслуживаем аппаратам и платформам.
Кроме того, в состав средств обеспечения работы базы должны входить транспортный пилотируемый корабль — для доставки экипажей на базу и для их возвращения, и грузовые транспортные корабли — для доставки грузов с низкой орбиты на базу.
При использовании современных одноразовых средств выведения на орбиту (исходя из стоимости выведения на низкую орбиту порядка 5000 долларов за килограмм) стоимость полета на базу корабля массой около семи тонн, с учетом массы двигательной установки с топливом, необходимой для возвращения на Землю, составит порядка нескольких миллионов долларов в зависимости от использованного носителя, плоскости орбиты выведения на промежуточную орбиту и компонентов, используемых в ракетной ступени для выведения корабля с промежуточной орбиты на ГСО. Это очень много. Поэтому нужно стремиться к минимальному составу экипажа на станции и к достаточно большому сроку вахты. Представляется логичным иметь в составе экипажа базы трех космонавтов со сроком работы каждой смены один год.