4.1 ОБЗОР ОБЩЕРОДОВЫХ ПРОГРАММ 4 Глава ПРОГРАММЫ В табл. 3 показаны располагаемые возможно. > Краффт А. Эрике «Будущее космической индустрии»

Главная страница > Цитатник

Краффт А. Эрике «Будущее космической индустрии»

4.1 ОБЗОР ОБЩЕРОДОВЫХ ПРОГРАММ

4 Глава ПРОГРАММЫ

В табл. 3 показаны располагаемые возможности космической комплексной системы в пространстве Земля — Луна в части воздействия на самые важные области жизни на поверхности Земли. В левом столбце показаны наиболее подходящие орбиты или районы космоса для реализации каждой из (рассматриваемых возможностей.

В гл. 1 экзоиндустриальная шкала ценностей связывалась с характеристиками общародовых программ как реализация данных возможностей в плане объема ее собственной продукции, а также вкладов в развитие объема производства или качеств наземных производительных сил.

Н0 1000км Сенсорная информация Составление метеопрогнозов + + + + + + Контроль за поверхностью Земли + + + + + + Контроль за солнечной активностью + + + Контроль информации + Материальные продукты Производство биопродуктов + + + Производство неорганических материалов + + + + Знания В области биологии + + + В области климата + + + В области медицины + В области астрономии и геофизики + + + Примечание: 1 - Сельское хозяйство; 2 - Добыча пищи из моря; 3 - Энергоснабжение; 4 - Контроль загрязнения среды; 5 - Водораспределение, охрана воды; 6 - Производство материалов; 7 - Сохранение (экономия) сырья; 8 - Сохранение энергии; 9 - Экономия пестицидов; 10 - Снижение нагрузки на среду обитания; 11 - Контроль за солнечной активностью; 12 - Контроль за здоровьем (безопасность); 13 - Общее увеличение производительности.

Таблица 3 Области деятельности на Земле, на которые оказывает влияние деятельность в космосе Район космоса Работа в космосе Области деятельности на Земле область вид работы 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 Лунный космос Производство материалов Извлечение сырья + + + + Широкомасштабное производство + + + + ГСО Сенсорная информация Передача информации + + + Составление метеопрогнозов + + + + Контроль за поверхностью Земли + + + + + Телеоперации на Земле + Контроль Контроль за ретрансляцией энергии + + + Энергия — свет Генерация энергии + + + Солетта—экология + + + + + Орбиты на 6 и 12 ч Энергия — свет Ночное освещение (Лунетта) + + + + Орбиты на 4 и 8 ч Энергия — свет Увеличение продуктивности фотосинтеза + + ОЗО

В связи с этими производительными общеродовыми программами необходимо реализовать ряд обеспечивающих общеродовых программ. Наиболее важными из них являются: Транспортно-космические системы. Устройства для жизни в космосе (космические лаборатории типа «Спейслэб», орбитальные станции и большие по размерам объекты). Специальные орбитальные установки (системы стабилизации для собранных хранилищ, аккумуляторов и т.п.). Кибернетические системы (обработка данных и дисплеи, системы дистанционного контроля и телеуправления, роботы и т.п.). Рис 1 Схема космической индустрии и обеспечивающих ее систем

Исходя из этой таблицы, можно сформулировать следующие общеродовые программы. Сенсорная информация. Ориентированные на Землю телеоперации. Производство на околоземной орбите. Космическое освещение. Космические энергосистемы. Индустриализация Луны.

4.2 КРИТЕРИИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОГРАММ Качественные критерии для оценки перспективных космических -программ определяются, прежде всего, выбором тех трех альтернативных принципиальных решений, которые сформулированы в гл. Первое решение — основной упор на широкомасштабные исследования — должно оцениваться его научной эффективностью и значением для национального престижа на международной арене. Программа, преследующая цели экзоиндустриализации, должна оцениваться, по нашему мнению, в первую очередь, экологическими, социально-экономическими и производственными критериями, намеченными в начале гл. В смысле технологического прогресса любая из названных альтернатив может оказаться весьма эффективной — в зависимости от включаемых в нее частных программ. Однако вероятность того, что чисто исследовательская программа будет признана целесообразной на 10—20 лет вперед, не очень велика. В любом случае такая исследовательская программа не способна вызвать значительное технологическое продвижение на широком фронте. Таким образом, программа индустриализации космоса будет, очевидно, более эффективной. Переходя к следующему, более детальному уровню, необходимо прежде всего подразделить общеродовые программы (например, программу энергетических космических систем) на частные конкретные программы: искусственных спутников Земли — ретрансляторов энергии, солнечных и ядерных силовых станций на околоземных орбитах — генерирующих энергию для Земли, и т.п. Такие частные программы внутри общеродовых космических программ для краткости можно именовать субродовыми. Родовые программы представляются в значительной мере менее взаимоисключающими, чем субродовые. С другой стороны, решимость неуклонно идти вперед в реализации какой-либо из программ космической энергетики не может тормозить программу сенсорной информации. А ее вклад в направлении развития программы космического освещения, где нет реальных альтернатив Лунетте как первоначальной подпрограмме, зависит от принятия конкретных решений. Если (исходя из крайнего случая) будет выбран ИСЗ-ретранслятор энергии (энергогенернрующие устройства в этом случае остаются на поверхности Земли) или же ядерная энергогенерирующая силовая станция, то у энергетической программы окажется мало общего с Лунеттой (не будет подобных элементов, полезных для реализации Лунетты) и развитие будет вынужденно-параллельным, без концентрации усилий в одном направлении. В случае недостаточных фондов придется, быть может, сделать взаимоисключающий выбор. Для его обоснования, однако, потребуется выполнить комплексную оценку по множеству критериев эффективности. Существенно, что те же самые критерии применимы для оценки и выбора субродового уровня внутри рассматриваемых общеродовых программ (например: для выбора между силовой станцией, генерирующей энергию в космосе, и спутником-ретранслятором энергии; для выбора типа генератора энергии). На этом уровне решений значительно более вероятны взаимоисключающие варианты, поскольку здесь уже начинают доминировать технологические аспекты. Поэтому область критериев на субродовом уровне должна быть более узкой, а детализация — более глубокой, чем на родовом уровне. Тем не менее, должны рассматриваться и взаимопроникающие, взаимодействующие формы критериев для родового и субродового уровней. Ниже приведены формы критериев для обоих уровней. Они послужат основой в установлении систематических различий между альтернативными вариантами программы экзоиндустриализации. В табл. 4 сокращение Ор и Ср обозначает общеродозой (родовой) и субродовой уровни соответственно. Эти сокращения используются и далее. Таблица 4 Вопросы, решаемые на общеродовсм и субродовом уровнвх №№ Ор №№ Ср Решаемые вопросы На общеродовом уровне На субродовом уровне 1 Общая цель + - 1 Цель - + 2 Какой продукт доставляется на Землю + - 3 Какие задачи (часто отождествляется с субродовым уровнем) + - 4 2 Принципиальные вклады (что именно) + + 5 Уровень вкладов (какие значения) + - 6 Уникальность вкладов (и основные конкуренты) + - 7 Фактор времени (когда становится доступным) + - 8 Какие основные устройства потребны + - 9 3 Какие включены основные функциональные элементы + + 10 Какие включаются основные типы техники + - 4 Какие потребны обеспечивающие системы - + 11 Спектр влияний (как полезных, так и вредных): технических, экономических, экологических, социальных, научных и др. + 5 Основные технологические области - + 6 Характеристики системы - + 7 Ключевой график для выбора временного окна, составленный из общеродовых критериев - + 12 8 Затраты на НИОКР и строительство для первого коммерческого образца + + Примечание. Знак + означает, что вопрос решается на данном уровне: знак - означает, что вопрос на данном уровне не решается. Критерии 1Ор, 1Ср, 2Ор, 3Ор, 4Ор, 11Ор и 2Ср определяют оценку важности продукции с точки зрения самоокупаемости, производительности, уровня жизни или комбинации всех этих факторов; при этом учитываются преимущества и недостатки. Совокупность названных критериев, дополненная 5Ор, 6Ор и 6Ср, определяет, в чем состоят особые вклады — по качествам и объему, а также есть ли важные некосмические альтернативы или конкурирующие выборы, как в настоящее время, так и в обозримом будущем. Критерии 7Ор, 8Ор, 9Ор, 10Ор, ЗСр, 4Ср определяют уровень мастерства в используемых технологиях, уровень технологического риска и, насколько это возможно, уровень риска сбыта (допустимый риск пересекается с 6Ор). Критерии 7Ор, 12Ор, 6 и 7 и 8Ср позволяют предварительно оценить условия финансирования. 7Ор и 12Ор показывают природные и временные константы расходов. 7Ср при достаточно глубоком анализе может показать, какие шаги следует предпринять, чтобы достичь промежуточного равновесия при меньших потребностях в капиталах и достаточных прибылях. Критерии 3Ср и 6Ср обеспечивают предварительное определение жизненного цикла и эксплуатационных затрат. Результирующая оценка затрат жизненного цикла вместе с оценкой начальной стоимости, содержащейся в 12Ор (как часть денег, затраченных на создание системы, из чего могут быть выведены последующие текущие производственные расходы), позволяет определять экономическую жизнеспособность системы. Соотношение между достигаемыми преимуществами в результате реализации той ли иной программы и риском, связанным с ее выполнением, а также с воздействием на окружающую среду, представляет собой весьма важный вопрос. Экзоиндустриализация, как правило, чаще снимает риск, чем вводит его. Однако затраты на реализацию космической программы очевидны, в то время как выгоды, получаемые при ее реализации, не так легко прослеживаются. Для этого подчас требуется тонкий и сложный анализ на профессиональном уровне. Тем важнее заранее проводить оценку каждой программы по параметрам, учитывающим соотношение степени риска и достигаемых преимуществ. Риск пли потенциальный риск—важная часть спектра влияний (11Ор). Отдельные экзоиндустриальные операции или продукты могут быть связаны с некоторым риском, например, микроволновая радиация, перенос в космос ядерных материалов, экологические вопросы, связанные с ночным освещением (хотя их, Видимо, и нельзя классифицировать как риск). Должны быть исследованы все необходимые факторы, пока не будет достигнуто приемлемое согласие среди экспертов относительно определения терминов «отсутствие риска», «малый риск», «пороговые условия риска». Влияние этих требований на затраты, время, технологию и экономику должно быть осознано до производства главных капиталовложений. Особенно это относится к микроволновому силовому лучу: необходимы широкие исследования, чтобы обосновать его безопасность для наземной среды обитания. Ниже описаны самые большие общеродовые программы (космический свет, космическая энергетика, индустриализация Луны) и ряд субродовых программ. 4.3 СЕНСОРНАЯ ИНФОРМАЦИЯ Относительно данной родовой программы достаточно ограничиться следующими краткими замечаниями. Это совокупность развивающихся частных программ. Прикладные ИСЗ стали необходимой частью космической деятельности. С приходом МТКС «Спейс Шаттл» становится экономически целесообразным развертывание на геостационарной орбите больших автоматизированных платформ, которые послужат базой для разнообразных взаимодействующих друг с другом, перспективных ИСЗ — информационных, для наблюдения за поверхностью Земли и т.п. 4.4 ОРБИТАЛЬНАЯ СТАНЦИЯ КАК ЭКЗОИНДУСТРИАЛЬНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ Важная сенсорная информация может доставляться не только спутниковыми системами, но и обитаемой космической станцией на околоземной орбите. Путем наблюдения и эвристического эксперимента экипаж орбитальной станции может обеспечить получение важных новых знаний. Поэтому орбитальная станция должна рассматриваться как необходимый элемент общеродовой информационной программы. Кроме того, орбитальная станция — это испытательное предприятие, хорошо приспособленное для оценки новых технологических процессов и оборудования — как обеспечивающего, так и целевого (предназначаемого для установки на борт различных специальных космических объектов). Космическая станция в буквальном смысле представляет собой интегральный компонент второй и третьей общеродовой программы. В этом плане многообещающим началом является орбитальная лаборатория («Спейслэб»), из которой может вырасти свободнолетающая малая космическая станция. Она будет состоять из центрального (стержневого) модуля, жилого модуля и набора специализированных модулей, каждый из которых рассчитан на решение определенных конкретных задач (научных и технологических экспериментов). Максимальные размеры такой мини-станции могут составить: длина до 15 м, диаметр 4,5—5 м (рис. 14).

Схема «Сеть космической индустрии» (рис. 12) связывает основные обеспечивающие системы (исключая кибернетические) с производительными общеродовыми программами. Космическая станция — это необходимая установка в составе устройств, создаваемых в ходе реализации любой из общеродовых программ. Другая сторона медали — с акцентом на анализ транспортных (альтернатив — представлена на схеме обеспечивающих систем (рис. 13). Рис 1 Схема расположения обеспечивающих систем космической индустрии: 1—МТКК типа «Спейс Шаттл» (полезная нагрузка 25-35 т) или ТТК (полезная нагрузка 150—200 т); 2—связка СЭС; 3—космический буксир; 4—увеличенная СЭС или ЯЭС с ТТК; 5—блочный комплекс (рой) ка ГСО; 6—космическая станция на ГСО: 7—блочный комплекс на ОЗО; 5—космическая станция на ОЗО; 9—буксир (4-я ступень); 10—буксир (3-я ступень); 11—АКФ (на ОЗО) (полезная нагрузка до 1000 т; см. рис. а)

Рис. 1 Схема Аидроселла: 1—зона жилых отсеков, 2—биосистемы; 3—зона с практически нулевой гравитацией; 4— зона малой гравитации Как и в случае Астрополиса, такая конструкция выбрана с целью максимизировать продуктивное использование различных гравитационных уровней путем размещения на каждом из них наиболее подходящих именно для данной величины «ускорения тяжести» устройств и систем, включая выбор наиболее благоприятного местоположения жилых помещений, индустриальных и экзопонных установок . На рис. 17 во избежание загромождения показан только один «экологический ряд», включающий, как и на Астрополисе, экзопонные установки на различных гравитационных уровнях. На самом же деле в Андроселле будет множество экологических линий, симметрично размещенных относительно оси вращения. Индустриальные производственные установки могут размещаться где-нибудь между максимальным и нулевым гравитационными уровнями. Для жилых помещений можно выбрать местоположение соответственно вкусам и удобству их обитателей. В конце концов, иммигранты на Андроселл могут быть уроженцами Марса или Луны , а не только Земли. Низкая и нулевая гравитация могут также использоваться для организации отдыха и развлечений, а может быть, и лечебных учреждений. Андроселл по сути своей не будет нуждаться в каких-либо материальных связях с системой Земля—Луна и поэтому может обращаться вокруг нашего Солнца по независимым орбитам. Он будет включать гигантские фактории и производящие пишу фабрики, создаст свой собственный флот транспортных и пассажирских космических кораблей, организует свои сырьевые (горнорудные и др.) центры на других небесных телах. Поскольку Андроселл сможет маневрировать, хотя и медленно, различие между космической станцией и космическим кораблем для него начнет терять смысл. Еще во второй половине 60-х гг. автор «перешел в стан» ученых—сторонников использования космоса для освоения его человечеством. И сегодня автор все еще верен этим убеждениям. Но систематическое углубленное изучение концепции «Внеземного императива» в те же самые годы привело автора к установлению трех четких фаз в развитии этой концепции: исследование космоса, индустриализация космоса и — в перспективе — колонизация космоса. В те времена человечество, а вместе с ним и многие специалисты как бы танцевали на вул.кане приближающегося критического момента, чье значение можно счесть важнейшим за всю историю Человека; оно сопоставимо разве что с первым великим по воротным моментом в развитии жизни, когда древние жизненные формы добились огромного технологического прорыва — к фотосинтезу, что было исполинским скачком — от планетогенной к астрогенной биологической сообщности, путем переключения на внеземной источник энергии . Размеры этого нового перелома сегодня становятся более определенными, хотя он и не может все еще считаться четко сфокусированным. Во всяком случае, важность для развития производительных сил человечества дополнительной внеземной среды обитания очевидна. Важно подчеркнуть, что правильное развитие идеи космического императива заключается в опережении индустриализации космоса по сравнению с его массовой колонизацией (т. е. с созданием в космосе крупных поселений, население которых переселяется туда в основном не ради участия в создании и функционировании экзоиндустриальных предприятий). Дело в том, что само по себе переселение части человечества в космос неспособно радикально решить все те проблемы, перед которыми человечество окажется в будущем (и о которых мы подробно рассказали ранее). Для решения этих проблем нужно в первую очередь обеспечить дальнейшее развитие производительных сил — при непременном условии всемерного сохранения естественных природных условий на Земле. А такая задача по плечу только экзоиндустрии. Само переселение в космос вряд ли возможно без достаточного развития экзоиндустрии, которая должна будет создавать необходимые материальные условия для организации в космосе крупных поселений. И поскольку эти поселения физически не могут быть иждивенцами Земли, они будут вынуждены развивать собственные производительные силы, т.е. экзоиндустрию. В этом и состоит диалектика освоения космоса человечеством.

Рис 1 Орбитальная станция: 1—аккумуляторы кислорода и водорода; 2—двигательный блок системы стабилизации; 3— переходной воздушный шлюз; 4— специальная аппаратура; 5—энергогенератор и преобразователь; б—причальное устройство Основной модуль возьмет на себя энергоснабжение, управление и контроль всех систем, в том числе газодинамическую систему стабилизации свободного полета станции. Этот модуль имеет несколько причальных люков — для присоединения жилого модуля, сменных специальных модулей и, возможно, орбитального самолета (используемого так же, как спасательный аппарат). Жилой модуль включает необходимые для экипажа системы жизнеобеспечения. Центральный и жилой модули могут быть выполнены стандартными в целях их массового производства и транспортировки на орбиту с помощью МТКС «Спейс Шаттл». Имея в виду, что в рамках одной и той же космической программы возможно использование в космосе различных обитаемых устройств, конкурирующих в области капиталовложений, следует оценить следующие привлекательные черты мини-станции: центральный и жилой блоки требуют относительно малых затрат сравнительно с орбитальной станцией, сразу же рассчитанной на экипаж в 12 и более человек; можно построить несколько (например, три) министанций на орбитах с разными наклонениями: например, 30, 60 и около 95° ССО. Это требуется в целях проведения различных экспериментов (технологических, астрономических, биомедицинских, геофизических и др.), а также в целях выполнения испытаний различных конструкционных материалов; специальные модули могут создаваться и эксплуатироваться разными странами. Запускаться они могут как одноразовыми ракетными системами выведения этих стран, так и с помощью МТКС «Шаттл», которая во всех случаях обеспечит возвращение этих модулей странам-хозяйкам для дальнейшей модификации и повторного использования спецмодулей; с помощью министанций может быть приобретен ценный опыт относительно рациональных-конструктивных характеристик больших станций и их наиболее продуктивных функций. Особенно важно, что этот опыт становится доступным в наиболее ранние сроки; в принципе министанция обладает возможностью развития в большую станцию с экипажем около 12-ти человек. Специальные модули могут быть многоцелевыми. Например, такой модуль может представлять собой научную лабораторию Для долговременных экспериментов; это может быть также большой монитор для наблюдения за поверхностью Земли. Одной из наиболее важных линий использования министанции будет проведение на ней испытаний космических энергосистем — источников энергии, конструкционных материалов и конструктивных решений, методов преобразования и ретрансляции энергии. Такие министанции на первом этапе развития могут монтироваться, глазным образом, на ССО, где могут быть достаточно корректно смоделированы и изучены вес термодинамические воздействия, которым орбитальные станции будут подвергаться на ГСО. Помимо станций с модульным развитием может появиться и крупноблочная космическая станция многоцелевого назначения, способная вместить 25—50 человек. Представляется экономически более эффективным создавать не одну станцию средних размеров, а несколько станций разных размеров, чтобы на больших станциях не менять слишком многое при изменении программы исследований. Исследования на станции «Спейслэб» так же, как и на других орбитальных станциях, предусматривают как чисто технический, так и фундаментальный выход (в тех областях, где программа фундаментальных исследований хорошо проработана, а постановка задач глубоко осознана). Поэтому любые решения по космической станции должны быть более эффективными, чем те, что принимались по предыдущим программам пилотируемых полетов. Запуски станций «Спейслэб» обещают также высокую экономическую эффективность в связи со снижением транспортных затрат благодаря применению МТКС «Шаттл». Однако у космической станции вообще нет соперников, способных обеспечить достаточно комфортные и стабильные условия на борту и эффективность функционирования при всегда меняющемся широком спектре космических экспериментов и линий применения. Таким образом, использование станции «Спейслэб» для широко варьируемых предварительных работ и параллельное развитие модульной космической станции для ограниченного круга специальных работ — именно это представляется тем правильным курсом, который приведет к достижению двух важных целей экзоиндустриализации: ограничению начальных капиталовложений и гарантии ранней окупаемости. Впоследствии космическая станция может быть расширена или же, при стандартизации ее элементов с целью снижения общих затрат, могут монтироваться на орбитах дополнительные космические станции. Этот рост может быть обусловлен увеличением спроса и соответствующим повышением объема выпускаемой продукции, введением в производство новых видов продукции или же появлением новых линий обслуживания, обеспечиваемых с борта станции. В конце концов, наиболее рентабельной может оказаться комплексация всевозможных видов деятельности в космосе на борту большого индустриального предприятия (описанного ниже в разделе «Астрополис»). Такое предприятие способно окупить широкомасштабные операции. В свое время делались неоднократные попытки соотнести расходы и выгоды, ожидаемые от программы орбитальной станции. Логично считать кандидатами на роль источника квантуемых доходов возрастание наземной производительности (хотя бы за счет охраны воды от загрязнения), снижение потерь урожая (за счет повышения точности прогнозов погоды), улучшение качества и появление новых видов продукции для Земли, а позже — и для космических объектов (поселений). Сюда же относятся новые технологические процессы и улучшение коммуникаций. Хотя и имеют место довольно широкие разногласия в оценке величин доходов, но все исследования свидетельствуют, что доходы во много раз превысят затраты на реализацию программ. Дополнительно к этим количественным соотношениям следует учитывать и принципиальные качественные, а также новые потенциальные преимущества, получаемые от климатических, биологических и медицинских исследований в условиях изменчивой гравитационной обстановки. Самые последние исследования фирмы Дженерал Электрик (космического отделения) выявили более ста процессов, которые могут эффективно выполняться в космосе и обеспечивать обработку материалов с повышенным спросом. Уже программа использования МТКС «Спейс Шаттл» предусматривает широкое развертывание космического производства уникальных материалов. Как показывает детальный анализ, уже сегодня существует спрос на продукцию, производство которой может быть рентабельным на борту космической станции: специфические медикаменты (иммуноглобулины, особые вакцины и т. п.); сперма домашних животных для выведения пород с заданными свойствами; выпрямители постоянного тока и другие кристаллы с заданной структурой и свойствами; элементы топливных систем из карбида вольфрама; лопатки турбин из спецсплавов и композиционных материалов для авиадвигателей; акустические волноводные устройства; рентгеновские антикатоды; специальные стекла для научных инструментов и технологических оптических систем; различные устройства и элементы памяти для электронных вычислительных систем; усовершенствованные малогабаритные электродвигатели; полые сферы для высокоточных шарикоподшипников повышенной надежности и износоустойчивости; конструкционные пенометаллы и специальные сплавы для точных приборов. Производство в космосе вакцин (пункт 1) может привести к созданию значительных различий между существующими вакцинами низкой эффективности и новыми вакцинами, которые будут чрезвычайно эффективными, особенно в тех случаях, когда необходимы контролируемые исследования по инфекционным заболеваниям. Космическая станция представляет великолепные возможности в управлении многоцелевыми географическими и топогеодезическими съемками, а также удобство координации и определения приоритетности наблюдения в интересах геологии, сельского хозяйства, океанографии и гидрологии, и, наконец, метеорологии. Она обеспечивает проведение узкомасштабных модельных экспериментов по атмосферным, климатическим и экологическим процессам, выполнение которых возможно только в космосе, где гравитационные условия могут быть адаптированы к типу и масштабам эксперимента. В области медицины процессы в космосе обеспечивают производство высокочистых протеинов крови и других ее фракций, которые дают возможность ранней и уверенной диагностики таких заболеваний, как анемия и гемофилия. Сепарация и пространственное разделение изо-экзимов, используемых для создания специальных реакций на специфические расстройства, дает надежду на раннее и точное распознавание определенных раковых опухолей, диабетов, серповидно-клеточной анемии и других нарушений з человеческом организме. Таким образом, биологические и медицинские исследования, полностью обеспечиваемые условиями на космической станции, приведут к созданию и массовому выпуску новых или улучшенных сывороток крови, вакцин и других фармацевтических продуктов, а также новых семян и искусственных оплодотворяющих жидкостей. Уже на основе исследования преимуществ, которые могут быть наверняка реализованы, очевидно, что обработка и другие операции на орбитальной станции могут быть весьма благоприятными для увеличения производства пищи, решения проблем здравоохранения, снабжения топливом и энергией, а также для сохранения наземной среды обитания. График предполагаемой экономической эффективности космической станции на околоземной орбите как экзоиндустриального предприятия (рис. 15) показывает развитие различных видов космических станций. Рис. 1 Графини предполагаемой экономической эффективности космической станции на околоземной орбите как экзоиндустриального предприятия: а—доходы [(1)—от контроля загрязнений; (2)—от контроля океанов; (3)—от производства биоматериалов (лучших вакцин; спермы животных, новых вакцин и т. п.); (4)—от производства для Земли элементов памяти ЭВМ. кристаллических выпрямителей, элементов из карбидов вольфрама, лопаток газовых турбин и т. п.; (5)—от производства специальных материалов (пенометаллы и т.п.) и конструкций для космоса]; б—доходы (+) и капиталовложения (—) по годам на космические станции (6, Астрополис—1000 человек (7), Шаттл— АКФ (8) Верхняя половина графика показывает возможный рост ежегодной стоимости производимых товаров и обеспечиваемых услуг между 1984 и 1992 гг. (в ценах 1975 г.) для первых пяти производственных линий и типов услуг, в некоторой степени допускающих в настоящее время квантование. На средней части диаграммы три горизонтальных линии представляют: верхняя линия — операции с применением станции «Спейслэб» и МТКС «Шаттл», продленных для совмещения с такими объектами, как министанция в варианте испытательной установки, а также с другими направлениями упомянутыми ранее. Центральная линия относится к модульной космической станции с экипажем 12—24 человека; в конце 80-х годов на третьем экземпляре этой станции может работать интернациональный экипаж, при этом его общая численность может быть увеличена до 50 человек. Модульная станция может взаимодействовать с МТКС «Шаттл», а для доставки крупных грузов будет использоваться описанный ранее тяжелый корабль. Наконец, третья линия — зависимость от времени процесса создания Астрополиса (если аэрокосмический фрахтер может поступить в эксплуатацию в конце 80-х или в начале 90-х годов). Как будет показано, создание аэрокосмического фрахтера в значительной мере диктуется потребностями общеродовых программ, в основном, космических осветительных и энергетических систем. Нижняя часть диаграммы показывает соотношение капиталовложений и прибылей, получаемых путем создания потребительской стоимости. Очевидно, что кривые, отображающие создание Ценностей (в верхней половине графика), обещают окупаемость капиталовложений, сделанных в 80-е годы, в период между 1989 и 1991 годами. Вложения в Астрополис дадут прибыли несколько позднее. Имеет смысл до создания Астрополиса смонтировать на ГСО много меньшую по размерам космическую станцию для использования ее с целью телеуправления и дистанционного контроля за функционированием наземных систем. Будет использоваться телеуправление и в обратном направлении, например, при сборке на околоземной орбите сооружений модульной конструкции. 4.5 ТЕЛЕУПРАВЛЕНИЕ НАЗЕМНЫМИ СИСТЕМАМИ ИЗ КОСМОСА Ядерная и космическая техника существенно расширили человеческие возможности по познавательным способностям, восприятию и управлению машинами на расстоянии. Достигнуто значительное развитие в области эргономики (человеко-машинных систем), командных и контролирующих коммуникаций, хранения сенсорной и цифровой информации, а также в области создания манипуляторов и оконечных эффекторов, управления с помощью цифровых и аналоговых вычислительных машин и управления самими этими машинами, телеуправления разнообразным оборудованием, телеоперирования и других форм дистанционного управления. Аналогичные успехи достигнуты в области автоматизации и роботизации, а также в технологии электронного оборудования и кибернетических систем.Становятся все более «умными» и широкоуправляемыми зонды для исследования глубокого космоса. Так, советская космическая программа предусматривает развитие дистанционно управляемых продвижных станций-зондов для исследования поверхности Луны . «Викинг» представляет собой большой шаг вперед в развитии систем, дистанционно управляемых на межпланетных расстояниях . Уже заложены теоретические основы для развития мобильного исследовательского аппарата типа «Викинг». Как уже подчеркивалось, экономичность экзоиндустриальных операций зависит от того, будет ли минимизировано количество людей, принимающих в них участие непосредственно в космосе, а также от того, в какой мере будет осуществляться комплексное использование телеуправляемых устройств и роботов при обслуживании больших конструкций и структур в космосе, при полетах транспортных систем, при функционировании «горной промышленности» на Луне (например, при создании богатых руд металлов путем ядерных подземных взрывов) и т.п.Аналогичные соображения применимы и к Земле. Работа в глубоких шахтах связана с серьезными трудностями и здесь применение дистанционного управления и создание искусственной среды обитания весьма целесообразны, а телеуправляемое горное дело — абсолютно реальная вещь. Те же проблемы актуальны для подводных операций. И вообще, везде, где индустриальные операции выполняются в условиях окружающей среды или при функциональных требованиях, несовместимых с человеческой природой.Основываясь на сказанном, можно заключить, что телеоперации класса «космос — Земля» представляют собой интересное и многообещающее новое начинание в плане индустриальной утилизации космоса. В этом отношении наиболее благоприятна геостационарная орбита, которая обеспечивает управление и контроль практически в реальном масштабе времени, позволяя вести непрерывное наблюдение в оптическом, инфракрасном и микроволновом диапазонах, а также постоянную командную связь с Землей.Основная цель здесь состоит в увеличении производительности наземных систем и снижении общих затрат. Соответствующие линии применения можно сгруппировать следующим образом. Управление удаленными и неблагоприятно размещенными индустриальными предприятиями при минимуме потребностей в рабочей силе на месте, что существенно снизит затраты на снабжение, жилищное строительство и эксплуатацию жилых строений. При этом аварийные и ремонтные команды будут рассматриваться только как временные. Примерами таких систем и процессов могут служить большие парки ядерных устройств, а также вскрышные горные работы, выполняемые для организации добычи угля или металлических руд в неблагоприятных для людей районах. Эксплуатация весьма протяженных установок: больших солнечных силовых станций, длинных трубопроводов и т. п. В подобных случаях наземное наблюдение (визуальный осмотр и пр.) слишком накладно. Локальные повреждения или попытки диверсий трудно контролировать. Управляющая установка на геостационарной орбите, когда она выполняет подобные охранные функции, просматривает до 2500 км2 солнечных установок или более 3000 км трубопровода. Представляется возможным производить сельскохозяйственные работы (вспашка, посев, химическая обработка, в основном, пестицидами, сбор урожая и транспортировка его на приемные пункты) путем дистанционного управления со станции на ГСО. Это особенно благоприятно для областей, непривлекательных с точки зрения поселения из-за удаленности или плохого климата — такие области можно полностью «пустить под плуг». Дальнейшее изучение может обнаружить и другие области приложения телеопераций из космоса на земной поверхности. 4.6 АСТРОПОЛИС (ГОРОД В КОСМОСЕ)В период между 1984—1988 гг., признанные рынки для продукции космических индустриальных предприятий могут быть полностью освоены и разовьются новые рынки. К концу 80-х годов этот чрезвычайно разросшийся рынок должен стать полностью определенным и способным к квантованию (делению на частные области) на десятилетие вперед после 1990 г. и далее. Если это произойдет на самом деле, будет оправдано установление определенного законодательства для широкомасштабной индустриализации околоземного пространства, что приведет к научной работе и жизни в космосе — иначе говоря, к созданию города в космосе, именуемого Астрополисом. Вероятно, для Астрополиса наиболее приемлема модульная архитектура, поскольку это дает большие практические преимущества в смысле безопасности, эксплуатации и общих затрат — как это имело место для всех орбитальных станций разных размерных уровней. Для больших станций модули будут большими по размерам и по необходимости более тяжелыми. Следовательно, для них потребуются большие системы выведения такие, как АКФ, обладающий полезной нагрузкой порядка 1000 т. Это необходимо для обеспечения экономической эффективности такого урбанизированного космического предприятия, каким будет Астрополис. На схеме (рис. 16) показан Астрополис, сконструированный по модульному принципу. Показанная здесь конкретная конфигурация включает четыре «крыла», присоединенных крестообразно к центральному стволу, служащему одновременно осью вращения. Рис. 1 Схема Астрополиса: 1—жилая секция; 2—динариум; 3—помещение для пришельцев с других объектов; 4—экзопонные установки; 5—установка для переработки сточных вод; 6—гидропонные фермы; 7—животноводческие фермы; 8—верньерные устройства; 9—органы управления вращением; 10— производственная секция — индустриальная установка; 11— невращающийся док. устройство; 12— причальное устройство для людей и легких грузов; 13—причальное устройство для индустриальных грузов; 14— выход к ядерной энергостанции Нет смысла открывать дискуссию по поводу целесообразности именно такой конструкции. Также нет причин впадать в детальное описание таких характеристик Астрополиса, как безопасность, контроль движения и метод смены модулей без прекращения вращения всей конструкции. Достаточно сказать, что после десятилетних испытаний модульной орбитальной станции и при транспортных возможностях АКФ строительство Астрополиса не будет более казаться совершенно устрашающим, как это может представляться сейчас. Сравнительно небольшой Астрополис (на 1000 человек), с учетом всех его материальных потребностей (включая замкнутую экологическую систему), индустриального оборудования и запаса расходных материалов, будет весить около 4 Мт. Сюда входит и ядерная силовая станция на 5—7 МВт. Астрополис для 2000 обитателей имеет массу около 6000 т, включая энергостанцию на 10—15 МВт. Для населения в 10 000 человек потребуется Астрополис массой в 15 000 т и мощностью энергосистемы в 60—80 МВт. Таким образом, если исходить из транспортных возможностей АКФ, способного доставлять за один рейс на околоземную орбиту до 1000 т полезной нагрузки, транспортная проблема для Астрополпса не является слишком острой. Даже модифицированный «Щаттл» с доставляемой на околоземную орбиту полезной нагрузкой в 200 т может обеспечить снабжение материалами населения в 10 000 человек за 80 полетов или в течение периода около двух лет. Размещение на околоземной орбите (высотой 500—520 км), с точки зрения транспортных потребностей и соответствующих затрат является весьма выгодным. Исходя из того, что конструкция составляет основную часть общей массы, при средней стоимости поставки конструктивных элементов в 300 000 долл. за 1 т, транспортные затраты в целом достигнут 44 000—66 000 долл. на тонну (в ценах 1975 г.). Таким образом, транспортные расходы не будут определяющим фактором в этом предприятии. При суммарной стоимости в 366 000 долл. па тонну плюс 20% накладных расходов общая начальная стоимость Астрополиса составит 2,6 млрд. долл. при населении космического города 2000 человек и 6,6 млрд. долл. из расчета на 10 000 человек. Астрополис — это образец первого шага в направлении урбанизации космических сооружений, который выходит далеко за рамки космической базы или станции. Это действующее лицо эры, когда космический туризм, производство, основанное на лунных металлах, и профессиональные карьеры, сделанные в космосе, станут обыденным, даже рутинным делом, как сегодня становятся Для нас обыденностью путешествия по земным океанам, межконтинентальные полеты, жизнь или работа в самых «глухих» районах на Земле. 4.7 АНДРОСЕЛЛ (ИСКУССТВЕННЫЙ ПЛАНЕТОИД)После полного развития лунного индустриального комплекса, включающего поверхностную индустриальную зону с высокой интенсивностью производства и окололунный промышленный комплекс па орбите (для производства из лунного сырья в условиях нулевой гравитации), станет практически возможным построение еще больших систем, способных к такому уровню самообеспечения, который даст им полную автономию и позволит обрести свою собственную гелиоцентрическую орбиту. Это будет андросфера ячеистого строения или Андроселл. Созданные человеком планетеллы (искусственные планетоиды), использующие вместо гравитации центробежную инерцию, будут в смысле использования массы несоизмеримо более эффективными, чем естественные небесные тела, сформированные из первичной звездной материи. Если у природных небесных тел используется (или может использоваться) в основном только поверхностный слой, а непропорционально большая масса внутренних объемов потребна только для создания гравитации, то в планетелле можно использовать всю внутреннюю поверхность сферы и весь ее свободный внутренний объем. Когда гравитация заменена вращением, «полезная» (т. е. необходимая конструкционная) масса планетеллы может быть снижена почти до 1% от той массы, которая потребна для создания равной силы тяжести гравитационным путем. Правда, полезная поверхность при этом также сокращается, а именно, до цилиндрической области, окружающей ось вращения (на заданном от нее расстоянии). В порядке компенсации за это ограничение становится доступным весь внутренний объем планетеллы, не занятый веществом (которое у естественных космических тел создает тяготение). Точнее говоря, в созданном человеком искусственном планетоиде становятся доступными все «гравитационные» уровни, меньшие, чем предельный «внешний» уровень, а у оси вращения планетеллы «гравитация», разумеется, равна нулю (иначе говоря, в области «ступицы» существует «нормальная» космическая невесомость — как на сегодняшней не вращающейся орбитальной станции). Если конструкция Андроселла будет модульной, можно легко помещать любые установки на любом заданном «весовом» уровне (а в пределе — и перемещать их с уровня на уровень в случае надобности). Конфигурация Андроселла (впервые она была представлена на суд научной общественности в 1971 г. на заседании AIAA в г. Хантсвилле, Алабама) представляет собой производное от Астрополиса модульной конструкции, схема которого впервые была опубликована еще в 1965 г. Вместо двух прямоугольных элементов крестообразной конфигурации, как было показано выше (см. рис. 16), вокруг осевого ствола можно смонтировать достаточно много подобных прямоугольных элементов. Такая конструкция способна вместить многотысячное население, если снабдить её полностью самообеспечивающейся замкнутой экологической системой (рис. 17).

ПАЦАЕВ Виктор Иванович.

Борисов М. «На космической верфи».

СТАНОВЛЕНИЕ ЛИЧНОСТИ КОСМОНАВТА.

МОСКВА-ПОЗНАНЬ—БЕРЛИН.

ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ О ПИЛОТИРУЕМЫХ ПОЛЕТАХ СОВЕТСКИХ КОСМОНАВТОВ.

ЛУНА - КОСМИЧЕСКИЙ ЗАВОД.

Глава 1 - 9.

КАБИННЫЙ МОДУЛЬ.

Генетика и космос.

Главная страница > Цитатник