Надувные модули — будущее МКС?

Жизнь на борту Международной космической станции в скором времени может стать более приятной. Астронавты готовы собрать первый небольшой урожай салата, а в ноябре к ним на орбиту доставят итальянскую кофеварку-эспрессо. И если все пойдет по плану, то летом будущего года МКС станет более просторной благодаря дополнительному модулю, созданному компанией Bigelow Aerospace.

Эта довольно сложная конструкция не похожа на все остальные модули МКС. Она представляет собой надувной модуль с гибкой оболочкой.

«Исследовательский расширяемый модуль компании Бигелоу» (BEAM) станет первым в истории надувным космическим модулем для пассажиров. В 2015 году он будет доставлен на орбиту в свернутом состоянии в рамках программы компании SpaceX по доставке грузов на МКС. Затем, после присоединения к станции с помощью роботизированной руки-манипулятора Canadarm2, модуль BEAM надуют до размеров 13 на 11 футов, после чего астронавты в течение двух лет будут проводить запланированные испытания этого модуля при поддержке НАСА. В частности, НАСА хотело бы проверить, насколько хорошо модуль BEAM, в сравнении с более традиционными (жесткими, и прежде всего металлическими) конструкциями МКС, способен выдерживать удары микрометеоритов о его поверхность и не пропускать космическое излучение.

Поскольку конструкция модуля не является жесткой, то, конечно же, беспокойство вызывает ее недолговечность и возможность утечки воздуха. Однако оболочка модуля BEAM мало напоминает воздушный шар, она больше похожа на толстую шину, завернутую в покрытие, напоминающее кевлар. Майкл Голд, отвечающий в Bigelow Aerospace за проектирование, строительство и развитие компании, полагает, что преимущества BEAM кроются в гибкости его конструкции.

Для решения множества перспективных задач, стоящих перед НАСА, BEAM подходит лучше жестких конструкций МКС: надувные модули можно использовать в космосе для специализированной деятельности — скажем, в качестве отсека для проведения астронавтами физических тренировок или экспериментов; BEAM-модули можно соединять друг с другом для создания на орбите более крупных конструкций. Понятно, что с увеличением объема модуля увеличивается его полезная нагрузка.

Возможно, наиболее важное преимущество BEAM и прочих изделий, разработанных Bigelow Aerospace, заключается в том, что его вес в сложенном состоянии относительно невелик — всего 3000 фунтов, что удешевляет запуск этого модуля по сравнению с запуском традиционных жестких модулей аналогичного размера.

Для сравнения, общий вес МКС составляет 925 тысяч фунтов.

«Мы защитим вас не только от астероидов и радиации, но [также и] от гораздо более серьезной угрозы — больших финансовых трат. Наша технология стоит куда меньше традиционных систем», — говорит Голд.

Поскольку НАСА и другие международные космические агентства собираются направить астронавтов на Марс и в более отдаленные области космоса, трудности с финансированием этих проектов вынуждают агентства решать самый важный вопрос, стоящий перед современной космонавтикой: как получить больше отдачи с меньшими затратами.

Компания Bigelow Aerospace уже проверила концепцию BEAM в орбитальных условиях, запустив в 2006 и 2007 годах с помощью переделанных советских баллистических ракет модули Genesis I и Genesis II меньшего размера.

В новых испытаниях BEAM-модулей будут участвовать астронавты. В настоящее время НАСА совместно с Bigelow проводит наземные испытания BEAM и тестирует материалы на растяжение, чтобы определить, насколько они могут с течением времени сохранять свою форму и что с ними произойдет, если продолжать растягивать их и дальше.

Идея использования эластичных материалов для строительства орбитальных конструкций носилась в воздухе уже нескольких десятков лет. НАСА разработала и протестировала данную концепцию на земле, однако модуль BEAM станет первой неметаллической, гибкой конструкцией, которая будет проходить испытания на орбите с участием астронавтов. Эти испытания уже ведутся, поскольку НАСА собирается впоследствии доставлять людей на Марс и в другие отдаленные уголки космоса. А для воплощения этой мечты необходимо создать космический корабль гораздо больших размеров, способный взять на себя более многочисленный экипаж.

Директор отдела передовых исследовательских разработок НАСА Джейсон Крусан (Jason Crusan), считает, что после того, как летом следующего года на МКС будет установлен модуль BEAM, нужно будет научиться фиксировать утечки через оболочку модуля.

«В какой-то момент любой материал, даже в самых твердых и жестких конструкциях, растрескивается или разрывается, — говорит Крусан. — Для нас очень важно [в контексте создания BEAM] научиться обнаруживать области разрыва и разобраться, при каких условиях эти разрывы могут произойти».

По словам Крусана, для того, чтобы специалисты НАСА могли лучше понять, какие риски несет для астронавтов длительное пребывание в модуле BEAM, внутри него будут вмонтированы датчики температуры и уровня радиации, а также датчики для обнаружения следов от ударов микрометеоритов.

У специалистов НАСА вызывает озабоченность следующий вопрос: как поведет себя мягкая оболочка модуля при воздействии на нее космического излучения? Однако здесь, наверное, не следует сильно беспокоиться, поскольку у эластичных оболочек есть свои преимущества.

«Когда элементарная частица врезается [в металлическую оболочку], то она распадается на множество других частиц, а в неметаллических конструкциях [вроде оболочки модуля BEAM], металлических элементов нет, и в этом случае частица не распадается, а пробивает материал насквозь, сохраняя высокую энергию», — говорит Крусан.

Получается, что через небольшой надувной модуль BEAM будет проходить меньшее количество частиц высокой мощности, в отличие от целого каскада потенциально опасных частиц (пусть и меньших энергий), воздействию которых подвергаются астронавты на МКС и на других космических аппаратах с металлической оболочкой.

Сегодня, когда люди стремятся лететь в более отдаленные области космического пространства, модуль BEAM и его модификации (компания также разрабатывает модули большего размера, например «BA 330» объемом в 330 куб. м.) играют большую роль в планах НАСА.

НАСА добилось больших успехов в разработке ракеты-носителя нового поколения под названием «Система космических запусков» (Space Launch System, или сокращенно SLS), а также нового космического корабля Orion. Ожидается, что SLS и Orion будут впервые выведены на орбиту в 2017 году и, вместе с модулем BEAM, будут способствовать дальнейшему прогрессу в космических исследованиях.

«Нам необходимо продлить срок службы Orion, который сейчас не превышает 30 дней и способен пока что взять на борт лишь экипаж из четырех человек. Мы стремимся создать своего рода замкнутую среду обитания,» — говорит Крусан.

Если испытания пройдут успешно, тогда с помощью гибкого и более дешевого модуля BEAM и других перспективных модулей можно будет создавать замкнутую среду обитания, которая позволит астронавтам совершить долгое путешествие на Марс и за его пределы.