Проектирование орбитальных станций. Часть 1. Общие вопросы проектирования орбитальных станций

Московский государственный технический университет 
имени Н.Э. Баумана 
 
 
 
С.Е. Пугаченко 
 
 
ПРОЕКТИРОВАНИЕ 
ОРБИТАЛЬНЫХ СТАНЦИЙ 
 
 
Часть 1 
Общие вопросы проектирования 
орбитальных станций 

 
 
Допущено Учебно-методическим объединением вузов 
по университетскому политехническому образованию 
в качестве учебного пособия для студентов 
высших учебных заведений, 
обучающихся по направлению 160400 
«Ракетные комплексы и космонавтика» 
 
 
 
 
 
 
 
Москва  
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана  
2011 

П82 
 

УДК 629.786.2(075.8) 
ББК 39.62я7 
        П82 
 
 
Рецензенты: д-р техн. наук, проф. Л.А. Горшков, 
д-р техн. наук, проф. В.Е. Миненко 

 

Пугаченко С.Е. 
Проектирование орбитальных станций : учеб. пособие : 
в 3 ч. – Ч. 1 : Общие вопросы проектирования орбитальных 
станций. М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. 92 [4] с. : ил. 

ISBN 978-5-7038-3335-3 

Изложены общие вопросы проектирования орбитальных станций (ОС), критерии рационального выбора их характеристик. Сформулированы основные требования, определяющие технический облик ОС: характеристики целевого оборудования, условия эксплуатации, схема полета, транспортно-техническое обеспечение и 
функционирование экипажа. Учебное пособие включает в себя три 
части. В первой части рассмотрены общие вопросы проектирования 
ОС. Во второй части пособия подробно освещены бортовые системы ОС. Третья часть пособия посвящена проектированию модулей ОС. 
Для студентов, изучающих дисциплины «Основы устройства 
космических аппаратов», «Проектирование и конструирование космических аппаратов» направления «Ракетные комплексы и космонавтика». 
 
 
 
 
УДК 629.786.2(075.8) 
                                                                                            ББК 39.62я7 

 

 

 

 

ISBN 978-5-7038-3335-3                                          © МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011 

ВВЕДЕНИЕ 

Орбитальные станции – крупнейшие проекты в истории человечества. В них участвуют все большее число стран и миллионы 
людей. Орбитальные станции «Салют» (СССР) и Skylab (США) позволили человеку совершить длительные космические полеты в относительно комфортных условиях «космической квартиры» и разместить на орбите разнообразное оборудование для научных исследований с участием экипажа. Первой долговременной орбитальной 
станцией (ОС) с непрерывным пребыванием экипажа на борту и 
постоянно действующим транспортным мостом Земля – орбита для 
доставки сменных экипажей и грузов, а также для дозаправки топливом стала станция «Мир». Деятельность человека в космосе в 
ближайшие годы будет связана с Международной космической 
станцией (МКС). Дальнейшим развитием околоземных ОС должны 
стать пилотируемые комплексы для полетов к Луне и Марсу. 

1. КЛАССИФИКАЦИЯ И ОСОБЕННОСТИ 
РАЗЛИЧНЫХ ТИПОВ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ 

Известны следующие основные области космической деятельности, осуществляемой с помощью космических аппаратов:  
 фундаментальные научные исследования Вселенной (астрофизические исследования, изучение планет и малых тел Солнечной 
системы, внеатмосферная астрономия и исследования космических 
лучей); 
 телекоммуникации и навигация; 
 прикладные научные исследования и эксперименты в интересах развития экономики и обеспечения безопасности страны (космическая технология материалов и биопрепаратов, материаловедение, исследование природных ресурсов Земли, экологический мониторинг Земли, геофизические исследования); 

 медико-биологические исследования для отработки методов 
длительного пребывания и работы человека в условиях космоса; 
 технологические эксперименты в целях отработки космической техники для осуществления будущих космических программ; 
 транспортно-техническое обеспечение различных направлений космической деятельности; 
 космический туризм. 
Прежде чем приступить к изучению ОС, определим функциональную роль и особенности ОС при сравнении их с другими космическими аппаратами. 
Космический аппарат (КА) – техническое устройство, предназначенное для работы в космосе на расстояниях не менее 100 км от 
поверхности Земли. К основным типам КА, отличающимся назначением и способом функционирования в космосе, относятся автоматические КА, космические корабли и орбитальные станции. 
Автоматический КА предназначен для выполнения узкоспециальной целевой задачи в автоматическом режиме. Управление осуществляется по командам с Земли. КА этого типа используются 
преимущественно в областях связи, навигации, метеорологии и для 
исследований в интересах фундаментальной и прикладной науки. 
Космический корабль – КА, предназначенный для совершения 
транспортных операций с экипажем и/или грузами. К областям применения транспортных кораблей относятся транспортно-техническое обеспечение различных направлений космической деятельности, обслуживание и ремонт автоматических КА, исследования в 
области прикладной науки, отработка перспективных ракетно-космических технологий, космический туризм. 
Орбитальная станция – постоянно обитаемый или периодически посещаемый экипажем многофункциональный КА, длительный 
полет которого обеспечивается при осуществлении технического 
обслуживания и ремонта с участием экипажа станции. Станции используются для исследований в областях фундаментальной и прикладной науки, отработки перспективных ракетно-космических 
технологий, медико-биологических исследований и отработки методов длительного пребывания и работы человека в условиях космоса и для космического туризма. 
Основные типы КА приведены на рис. 1. 

а 

    б 

 

 

в 

Рис. 1. Типы КА: автоматические КА (а), космические корабли (б),  
орбитальная станция (в) 
 
Орбитальные станции относятся к орбитальным средствам пилотируемых космических комплексов наряду с космическими кораблями и используются во всех направлениях космической деятельности за исключением связи и навигации. Впрочем, использо

вание окололунных или околопланетных орбитальных пилотируемых станций для навигации (получения данных о положении объекта на поверхности Луны или Марса) и связи с Землей не исключено. Орбитальные станции являются наиболее сложными КА, что 
обусловлено универсальностью, уникальностью целевой нагрузки 
и бортовых систем, большой продолжительностью полета, пребыванием экипажа на борту и повышенными требованиями к безопасности. 
В перспективных пилотируемых программах освоения Луны и 
планет ОС могут выполнять следующие функции: 
 предоставление безопасного убежища для космонавтов в аварийной ситуации; 
 переход экипажа из одного транспортного орбитального средства в другое в целях продолжения полета по трассе Земля – Луна – 
Земля, Земля – Марс – Земля и т. д.; 
 хранение запасов и передача грузов, в том числе топлива, с 
одного транспортного средства на другое; дозаправка транспортных 
орбитальных средств топливом; 
 обслуживание и ремонт КА, включая замену оборудования и 
дозаправку топливом; 
 сборка межпланетных экспедиционных комплексов. 

2. ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ОРБИТАЛЬНЫХ СТАНЦИЙ 

2.1. Комплекс «Алмаз» 

Идея создания орбитальной станции в ее современном виде зародилась в 60-е годы ХХ в. Первые полеты человека в космос показали принципиальную возможность пребывания человека в космосе, выхода его в открытое космическое пространство вне космического корабля. Однако небольшие размеры пилотируемых кораблей 
и ограниченная длительность их полета не позволяли, с одной стороны, создать комфортные условия длительного пребывания космонавта на орбите, а с другой – разместить необходимое для достижения целей полета оборудование. Одним из первых проектов 
ОС является комплекс «Алмаз». 

Разработка ракетно-космического комплекса «Алмаз» (рис. 2) 
была начата в 1965 г. Комплекс «Алмаз» не был реализован, однако 
он заложил основу в создание семейства тяжелых ОС в стране, 
включая станции типа «Салют», «Мир» и Российский сегмент МКС.  
 

 

Рис. 2. Схема орбитального комплекса «Алмаз» (проект): 
1 – функциональный грузовой блок ФГБ; 2 – возвращаемый аппарат; 3 – парашютный отсек; 4 – тормозная двигательная установка; 5 – двигатели причаливания и стабилизации ФГБ; 6 – двигатели коррекции и сближения; 7 – топливные 
баки; 8 – главный пост управления; 9 – антенны радиотехнической системы стыковки; 10 – орбитальная пилотируемая станция; 11 – электронное оборудование 
управления; 12 – средства жизнеобеспечения; 13 – микродвигатели стабилизации;
14 – шаровой маховик; 15 – прибор ориентации на Землю; 16 – панорамно-обзорное устройство; 17 – оптический визир; 18 – аппаратура для наблюдения поверхности Земли; 19 – солнечная батарея; 20 – шлюзовая камера; 21 – двигатели коррекции орбиты; 22 – стыковочный агрегат; 23 – возвращаемая капсула; 24 – солнеч                                                    ная батарея ФГБ 
 
Ракетно-космический комплекс «Алмаз» должен был состоять 
из орбитальной пилотируемой станции (ОПС) с аппаратурой для 
наблюдения поверхности Земли и периодически (раз в три месяца) 
заменяемого транспортного корабля снабжения (ТКС) с экипажем 
из трех человек и запасами расходуемых грузов: топлива, воды, 
пищи, кислорода, фотоматериалов и др. После стыковки с ОПС 
транспортный корабль снабжения должен был брать на себя все 
функции управления движением получившейся связки, позволяя 
тем самым растянуть ресурс систем ОПС на несколько лет. Длительное функционирование ОПС на орбите должно было поддерживаться в результате экономии ресурса систем ОПС за счет ТКС, 
восполнения топлива и расходуемых запасов жизнеобеспечения на 

орбите. Частоту полетов ТКС определяли периодичностью смены 
расходуемых элементов аппаратуры наблюдения.  

2.2. Орбитальные станции серии «Салют» и станция Skylab 

Первые космические станции типа «Салют» предоставляли 
улучшенные по сравнению с космическими кораблями-спутниками 
условия жизни для экипажа. Большой внутренний объем отсеков позволял разместить рабочие места, места отдыха, кабину для санитарно-гигиенических процедур и тренажерные средства для поддержания нормального физического состояния членов экипажа в течение 
длительного полета. Экипаж доставляли на станцию пилотируемыми 
транспортными кораблями «Союз», осуществлявшими стыковку со 
станцией с помощью стыковочных агрегатов. На борту станции отрабатывали методы и автономные средства навигации, ориентации, 
стабилизации; маневрирование на орбите. Проводили натурные испытания бортовых систем и агрегатов, астрофизические, биологические и медико-биологические исследования, изучение геолого-географических объектов и атмосферы. Практически все средства, необходимые для жизнеобеспечения экипажа и проведения научных 
исследований, доставляли на орбиту в составе орбитальной станции. 
В процессе полетов станций серии «Салют» постепенно наращивались функциональные возможности орбитальных комплексов.  
В состав первой космической станции серии «Салют» (рис. 3, а) 
входили три отсека: рабочий, переходной и агрегатный. Проведены 
биологические эксперименты с земноводными и семенами различных растений. С помощью звездного телескопа «Орион» получены фотографии и спектрограммы звезд. Гамма-телескоп «Анна-III» 
использовался для регистрации потоков космических лучей и частиц высоких энергий. Применен тренажерный комплекс средств для 
поддержания физического состояния космонавтов. 
На станции «Салют-3» космонавты впервые использовали 
шлюзовую камеру для возвращения на Землю капсулы с фотопленкой. Точность приземления оказалась очень высокой (5 км). Кроме 
того, впервые применена автоматическая ориентация солнечных 
батарей на Солнце. 
Станция «Салют-4» функционировала почти на круговой орбите высотой около 350 км, что значительно больше по сравнению с 
предыдущими станциями. Это было сделано для уменьшения рас

хода топлива станции. Кроме центрального поста, на станции предусмотрены посты управления астрономическими приборами и 
пост наблюдения Земли. В состав ОС были включены две шлюзовые камеры для сброса отходов. Впервые на ОС применена система 
микрометеоритного контроля – панели площадью 4 м2.  
 

 
а 

 
                                                                         б    

Рис. 3. Орбитальные комплексы «Салют» (а) и «Салют-6» (б): 
1 – антенны радиотехнической системы стыковки; 2 – корабль «Союз»; 3 – приборы ориентации на Землю; 4 – научная аппаратура; 5 – орбитальная станция 
«Салют»; 6 – корабль «Союз»; 7 – солнечные батареи; 8 – корабль «Прогресс»; 
                                  9 – орбитальная станция «Салют-6» 

На станции «Салют-5» проведены эксперименты по пайке материалов в космосе.  
На станции «Салют-6» впервые была предусмотрена возможность дозаправки топливом, доставленным транспортным грузовым 
кораблем «Прогресс» (рис. 3, б). В состав ОС включены средства, 
обеспечивающие выход космонавтов в космос для работы снаружи 
станции. Экипажем проведены масштабные ремонтно-восстановительные работы после полутора лет работы станции. Станция оснащена двумя стыковочными портами для стыковки пилотируемых и 
грузовых кораблей. 
На станции «Салют-7» (рис. 4) расширен исследовательский 
потенциал за счет двух иллюминаторов, прозрачных для ультрафиолетового излучения. Иллюминаторы были снабжены прозрачными крышками для защиты от микрометеоритов. Унифицированные шлюзовые камеры позволяли не только удалять отходы, но и 
выполнять научные эксперименты. В транспортно-техническом 
обеспечении станций «Салют-6» и «Салют-7» участвовали тяжелые 
транспортные грузовые корабли на базе ТКС комплекса «Алмаз». 
 

 

Рис. 4. Орбитальный комплекс «Салют-7»: 
1 – тяжелый грузовозвращающий транспортный корабль «Космос-1443»; 2 – воз- 
     вращаемый аппарат; 3 – орбитальная станция «Салют-7»; 4 – корабль «Союз» 
 
Создание первых ОС сопровождалось формированием наземной инфраструктуры обеспечения полетов. Окончательную сборку, 
контрольные испытания, заправку компонентами топлива и сжаты