Радиотелескопы
Изучение астрономических объектов всегда занимало значительное место в научных исследованиях, проводимых с помощью космических аппаратов. Большую часть информации об объектах, находящихся за пределами Солнечной системы (звездах, пульсарах, галактиках, квазарах), мы получаем, изучая их электромагнитное излучение в широком диапазоне, поэтому основными приборами всех астрономических спутников являются разнообразные устройства для приема этого излучения.
Применение более крупных радио и оптических телескопов, естественно, позволяет вывести информативность подобных наблюдений на гораздо более высокий уровень.
Так, радиоастрономическим наблюдениям с очень высоким угловым разрешением способствует создание радиоинтерферометров со сверхдлинными базами, когда один или два элемента (радиотелескопа с большими зеркалами) находятся в космосе.
Радиотелескопы, выводимые на орбиты спутников Солнца, могут стать одним из наиболее эффективных средств исследования Вселенной. При размерах приемных антенн радиотелескопов – несколько сотен метров –можно будет принимать сигналы от объектов, находящихся на окраинах нашей Вселенной. Если вести наблюдение с помощью радиоинтерферометра, состоящего из нескольких радиотелескопов, разнесенных на расстояния порядка диаметра солнечной орбиты, можно получить совершенно фантастическую разрешающую способность. Речь идет о десятимиллионных долях угловой секунды.
Длинны приемных антенн для этого должны составлять несколько сотен метров. Принципиальной проблемой такого проекта окажется обеспечение точности поверхности антенны порядка долей длины волны, на которой будут проводиться измерения. Например, при ведении наблюдений на длине волны 20 см нужно будет обеспечить точность поверхности порядка сантиметров при размерах конструкции порядка километра! И при этом не допускать тепловых деформаций конструкции, больших, чем эти же величины. Проблему, по-видимому, придется решать за счет введения лазерной измерительной системы и активных регулирующих элементов.
Станция — облако
Идея станции-облака обязана своим появлением трудностям, связанным с созданием и функционированием таких больших сооружений, как, например, разрабатывающаяся в настоящее время американская орбитальная станция «Фридом». К этим трудностям можно отнести:
— громадные размеры ферменных конструкций, на которых размещены жилые помещения, заправочные станции, производственные помещения, телескопы, солнечные батареи и транспортные корабли, что приводит к громадным моментам инерции и к сложностям в ориентации таких сооружений;
— слишком большая запрограммированность конструкции таких станций, ограничивающая возможности их развития и совершенствования производственной и исследовательской программ;
— включение производственных помещений в единую конструкцию приводит к возрастанию уровня микрогравитации в этих помещениях, что, скорее всего, скажется на качестве получаемой продукции и потребует ограничений на процессы ориентации и управления движением и на деятельность экипажа станции;
— для работы телескопов высокого класса требуется ориентация с точностью порядка сотых долей угловой секунды, чего, скорее всего, окажется сложно достичь в общей конструкции, даже если будет предусматриваться свобода угловых перемещений телескопов относительно конструкции станции,
— размещение в общей конструкции станции заправочных емкостей, содержащих, как правило, самовоспламеняющиеся компоненты, сложной пневмогидросхемы приема топлива от кораблей-заправщиков и заправки абонентов в общей конструкции следует считать 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, в пределах 10—100 км) Для этого на каждой части нужно иметь систему измерения дальности и радиальной скорости относительно базового блока и двигательную установку с двигателями координатных перемещений.
Схема действий здесь достаточно простая. Скорость удаления или приближения уменьшается до минимума, определяющегося чувствительностью измерителей относительной скорости. Пусть это будет 1,5 см/с. Тогда расстояние от 10 до 50 км (с учетом особенностей движения спутника на орбите) увеличится примерно за 9— 10 суток. Когда расстояние подойдет к 50 км, на втором блоке выдается импульс, изменяющий знак относительной скорости, и блок начинает сближаться со станцией и доходит до своих 10 км еще через 9 суток и т.д.
Если относительную скорость измерять с точностью порядка сантиметра в секунду (что вполне реально для современной радиолокационной техники), то топлива на поддержание частей станции в заданном относительном положении потребуется существенно меньше, чем топлива, которое мы в любом случае обязаны тратить на компенсацию торможения станции атмосферой.
Таким образом, телескоп, например, можно держать на расстоянии 10—50 км сзади базового блока, производственный модуль на расстоянии 10—50 км впереди, а заправочный модуль еще дальше впереди на расстоянии, например, 60—100 км.
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, исследований природных ресурсов и т. п. Там же можно разместить средства для медицинских и биологических исследований.
На этом блоке должно быть несколько причалов для пилотируемых и грузовых кораблей и для орбитальных «автомобилей»— аппаратов, предназначенных для перелетов космонавтов между частями станции с целью их обслуживания.