РОССИЙСКИЕ РАЗРАБОТКИ И ПРОГРАММЫ

В России были созданы научные школы, занима­ющиеся теоретическими исследованиями косми­ческих тросовых систем. С конца 60-х гг. эти иссле­дования велись, главным образом, в Институте при­кладной математики (ИПМ) АН СССР такими крупными учеными, как В.В. Белецкий, В,А. Сарычев, Е.М. Левин (ныне ра­ботающие за рубежом).Исследования механики тросовых систем давно ведутся в Московском государственном авиацион­но-технологическом уни­верситете (МГАТУ, быв­ший МАТИ) под руковод­ством В.А. Иванова и Ю.С. Ситарского. В пос­ледние годы подобные исследования начаты в Московском авиационном институте, Московском государственном техни­ческом университете им. Н.Э. Баумана, Военной инженерной космической академии им. Н.А. Можай­ского. Изучением элект­родинамики и радиофизи­ки тросовых систем зани­маются в ЦНИИ машино­строения, Институте ра­диотехники и электрони­ки РАН, Московском фи­зико-техническом инсти­туте.

 В последние годы в НПО машиностроения со­вместно с Институтом земного магнетизма, ионо­сферы и распространения радиоволн разрабаты­вался проект эксперимента на станции "Алмаз", где предполагалось отве­сти на тросе платформу с аппаратурой для геофи­зических исследований. В НПО им. С.А. Лавочкина разрабатываются проек­ты марсианского тросово­го пенетратора на базе межпланетной станции "Фобос" и тросовой систе­мы для обслуживания ор­битальной станции на ба­зе спутника "Прогноз". Институтом космических исследований РАН предложен проект тросовой системы в форме тетра­эдра для исследования электрических и магнит­ных полей в околоземном пространстве. В Москов­ском техническом уни­верситете связи и информатики ведутся исследо­вания систем с "бегущи­ми" тросами.

В последнее время проводится работа по тросовым системам с уча­стием иностранных спе­циалистов. В Самарском авиационном институте и Центральном специаль­ном конструкторском бю­ро (ЦСКБ) совместно с не­мецкими фирмами ведет­ся разработка проекта эксперимента с привяз­ной капсулой "Rapunzel" на спутнике "Фотон". В ЦНИИМаш по гранту NASA разработан проект двойной электродинами­ческой тросовой системы ТЭДОС на корабле "Прогресс-М".

В РКК "Энергия" во взаимодействии с евро­пейскими специалистами разрабатывается проект возвращения баллисти­ческих капсул и грузовых кораблей с пилотируемой станции при помощи длинных тросов. В 1994 г. в сотрудничестве с не­мецкой фирмой "Kayser Threde" был создан про­ект совместного экспери­мента "Tpoc-Rapunzel", затем по заказу Европей­ского космического агентства (ESA) прораба­тывался эксперимент тросового спуска капсулы "Радуга".

 ПЕРСПЕКТИВЫ ТРОСОВЫХ СИСТЕМ

В РКК "Энергия" актив­ные работы по космическим тросовым системам возоб­новились в 1987 г. Они бы­ли направлены на освоение и применение таких систем в рамках пилотируемых ко­смических станций. Разра­ботанная концепция разви­тия отечественных работ в этой области предусматри­вает следующее. На первом этапе - проведение на ор­битальных станциях серии космических эксперимен­тов с тросовыми системами "Трос-1", "Трос-1 А", "Вул­кан" и 'Трос-2". В перспек­тиве - создание и опытная эксплуатация на новой ор­битальной станции тросо­вых систем транспортного, энергетического и исследо­вательского назначения. В отдаленном будущем пред­полагается создание орби­тального пилотируемого комплекса с многофункцио­нальным использованием технологий тросовых сис­тем.

 Космический экспери­мент "Трос-1" - оригиналь­ная отечественная разра­ботка, выполняемая в РКК "Энергия" с 1989 г. Экспери­мент предусматривает ис­следование механики раз­вертывания, полет и разде­ление тросовой си­стемы с отработкой безрасходного орбитального ма­невра. В программе "Трос-1" предполагалось создать на орбите тросовую систему, состоящую из станции "Мир" и корабля "Прогресс-М", соединённых 20-км тросом из синтетического волокна. В течение недели система совершит орбитальный по­лет, после чего будет осу­ществлено ее разделение. При этом корабль перейдет на более низкую орбиту, а станция увеличит высоту орбиты (такой маневр сэко­номит около 150 кг топли­ва).

Эксперимент 'Трос-1 А" по своему замыслу анало­гичен Трос-1 " и отличается от него увеличением длины троса до 50 км. Примене­ние троса такой длины поз­волит без затрат топлива осуществить спуск грузово­го корабля с орбиты и его затопление в заданном районе Тихого океана. При этом орбитальная станция повысит высоту орбиты почти на 10 км, а экономия топлива составит до 400 кг.

В следующем экспери­менте "Вулкан" предпола­гается развернуть на орби­те модельный аналог элек­тродинамической тросовой системы: из грузового ко­рабля будет выдвигаться 100-м штанга с приборным контейнером на конце. Размещенная на корабле и в контейнере электронная аппаратура с плазменными контакторами сможет вы­полнить исследования электродинамических ха­рактеристик системы и различных явлений в маг­нитном поле Земли и ионо­сферной плазме. Кроме то­го, на борту орбитальной станции и на специально развертываемых наземных пунктах планируется при­нимать и анализировать из­лучаемые сверхнизкочас­тотные радиосигналы. В хо­де 20-суточного полета пройдет отработка функци­онирования в генераторном, двигательном, элект-ропередающем и излуча-тельном режимах, а также управления ориентацией на орбите.

Заключительный экспе­римент "Трос-2" задуман как комплекс всесторонних исследований механики, электродинамики и радио­физики орбитальной тросо­вой системы, состоящей из орбитальной станции и гру­зового корабля, соединен­ных 20-км кабелем, по ко­торому движется лифтовая тележка. Размещенная на станции, корабле и тележ­ке аппаратура позволит осуществить опытную экс­плуатацию системы в раз­личных режимах и провес­ти уточненные исследова­ния ее динамических и электромагнитных свойств. Орбитальный полет тросо­вой системы продлится не менее месяца, после че­го, как в экспериментах "Трос-1" и "Tpoc-1 A", будет проведено ее разделение.

Успешное проведение экспериментов "Трос-1" и "Трос-1 А" то это позво­лит приступить к созданию и последующей эксплуата­ции на орбитальной стан­ции транспортной тросовой системы многократного ис­пользования для спуска с орбиты возвращаемых кап­сул, отработавших кораб­лей и модулей, ферм и па­нелей. Эта же система при­менима и для периодиче­ского подъема высоты ор­биты станции без затрат топлива. По предваритель­ным проработкам, основой системы станет включае­мый в состав станции спе­циальный модуль. В его со­став войдет лебедка для развертывания 60-км тро­са, механизм выдвижения и втягивания 100-м фермы и устройство захвата и сбро­са грузов.

После выполнения экс­периментов "Вулкан" и "Трос-2" предполагается начать разработку штатно эксплуатируемой на стан­ции тросовой системы. На конце длинного кабеля прикрепят солнечную или ядерную энергоустановку. Вырабатываемую электро­энергию от установки пред­полагается передавать по кабелю на станцию и ис­пользовать для энерго­обеспечения ее служебных систем и других размещен­ных на борту приборов. Кроме того, при двига­тельном режиме работы системы электрический ток в кабеле, взаимодей­ствуя с магнитным полем Земли, позволит электро­динамически поддержи­вать или медленно повы­шать высоту орбиты станции. Работа в генератор­ном режиме за счет час­тичного снижения орбиты системы даст возмож­ность получать на стан­ция за короткое время электроэнергию большой мощности.

В будущем как в экспе­риментах, так и при эксплу­атации штатных систем можно будет проводить различные научные иссле­дования с использованием возможностей, создаваемых развернутыми тросо­выми системами. Большой интерес представляет изучение проблемы самочув­ствия и работоспособности экипажа орбитальной стан­ции, а также поведения жи­вотных, роста растений, свойств твердых тел и жид­костей в условиях микро­гравитации. Другой важный аспект - процесс естест­венного удаления собственной внешней атмосфе­ры станции при разверты­вании тросовой системы. Это позволит получить осо­бо чистый вакуум для вы­полнения некоторых иссле­дований в области косми­ческой технологии. В поле­те тросовых систем можно измерять геофизические поля при помощи разнесен­ных датчиков, изучать свойства ионосферы, воздействуя на нее электромагнитным излучением тросовой антенны, выпол­нять и другие интересные исследования.

При успешном развитии работ по космическим тро­совым системам, вероятно, в середине XXI в. может быть создана долговремен­ная пилотируемая орби­тальная станция нового по­коления. Согласно предва­рительным проработкам, такая станция должна представлять собой сложную тросовую сис­тему, состоящую из двух многоблочных станций, соединенных нескольки­ми тросами, лифта (дви­жущегося по тросам меж­ду станциями) и отводи­мых на тросах привязных модулей. Конечно, загля­дывать в столь далекое будущее всегда риско­ванно, однако корпора­цией "Энергия" уже полу­чен патент на орбиталь­ную станцию подобного типа.