В 1952–54 годах в журнале Collier’s вышла серия статей под общим названием «Человек скоро покорит космос!», соавтором которых выступил пионер ракетостроения Вернер фон Браун. В публикациях описывалась круглая станция диаметром 75 метров, которая вращалась бы для создания искусственной гравитации. Для строительства подобного сооружения потребовался бы целый флот космических челноков. На борту станции планировалось разместить 80 человек — астрономов, метеорологов, военнослужащих. Фон Браун предполагал, что будущие экспедиции на Луну и Марс отправятся именно с подобной станции.
Лишь спустя 20 лет — 14 мая 1973 года — первая (и единственная) национальная орбитальная станция США была запущена ракетой «Сатурн V». Увы, покорителям космоса пришлось довольствоваться намного менее комфортными условиями, чем планировал Вернер фон Браун.
Пентагон vs NASA
В 1959 году Вернер фон Браун, руководитель Отдела развития в Армейском агентстве баллистических ракет, представил окончательно сформированный план проекта Horizon. Его главной целью заявлялась высадка людей на Луну: эту миссию вскоре взяла «под крыло» новая структура — NASA. Несмотря на сосредоточенность на лунных экспедициях, фон Браун также подробно описал орбитальную лабораторию, построенную на базе верхней ступени ракеты для проекта Horizon. Именно эта идея впоследствии была реализована в программе «Скайлэб».
В начале 1960-х несколько центров NASA изучали различные концепции космических станций. В этих разработках рассматривались платформы, выводимые на орбиту с помощью ракеты «Сатурн V». В качестве средства доставки экипажа рассматривались носитель «Сатурн IB» с командно-служебным модулем «Аполлона» или капсула «Джемини», запущенная на ракете «Титан II-C». Последний вариант был значительно дешевле в тех случаях, когда не требовалась одновременная доставка груза.
Концепции варьировались от небольших станций на базе «Аполлона» с экипажем из двух-трех человек до большой вращающейся станции для 24 астронавтов с расчетным сроком службы около пяти лет.
В 1962 году компания Douglas Aircraft включилась в проект, предложив изучить перспективы использования ступени «Сатурн S-IVB» в качестве обитаемой космической лаборатории.
В сентябре 1963 года Министерство обороны США и NASA договорились о сотрудничестве в строительстве космической станции. Однако одновременно военные стремились создать собственный объект. В декабре 1963 года Пентагон объявил о запуске программы Manned Orbital Laboratory (MOL) — небольшой космической станции, предназначенной в основном для разведки с использованием передовой оптики под управлением экипажа из двух человек. Станция имела такой же диаметр, что и верхняя ступень ракеты-носителя «Титан II». Предполагалось, что ее запустят вместе с экипажем в модифицированном космическом корабле «Джемини», для чего последний оснастят люком в тепловом щите в нижней части. В течение следующих пяти лет проект MOL конкурировал за финансирование с NASA. Политики и чиновники неоднократно предлагали космической администрации участвовать в MOL или использовать технические наработки военных. В итоге из-за Пентагон опосредованно все же повлиял на планы NASA: гражданские специалисты приложили усилия, чтобы их проект как можно меньше походил на MOL.
Чем занять инженеров «Аполлона»?
После успешной высадки на Луну в 1969 году руководство NASA обеспокоилось возможной потерей 400 тысяч специалистов, задействованных в программе «Аполлон». Одной из причин, по которой Вернер фон Браун, в 1960-х уже занявший должность руководителя Космического центра имени Маршалла, выступал за создание более компактной орбитальной станции, было желание обеспечить занятость своим сотрудникам после завершения разработки ракет «Сатурн». Это произошло уже на ранних этапах реализации программы «Аполлон». К тому времени фон Браун отказался от первоначальных планов по строительству крупного объекта в космосе.
NASA создало Офис поддержки логистики программы «Аполлон», изначально нацеленный на изучение различных способов модификации оборудования лунных миссий для реализации других проектов. В число предложенных вариантов входили:
- длительная лунная миссия и строительство лунной базы с использованием двух носителей «Сатурн V»;
- «лунный грузовик», основанный на лунном модуле;
- орбитальная солнечная обсерватория с жилыми помещениями на базе лунного модуля;
- небольшие космические станции, построенные с применением оборудования лунного или командно-служебного модуля.
Как видим, изначально внимание специалистов не сосредотачивалось именно на космической станции. Однако за последующие два года Офис все больше концентрировался именно на этой задаче. В августе 1965 года структура была переименована в Программу прикладных исследований «Аполлон».
В августе 1964 года Центр пилотируемых космических полетов представил концепцию «одноразовой» орбитальной лаборатории под условным названием Apollo X — Apollo Extension System. Компактная космическая станция, размер которой был бы немного больше командного отсека командно-служебного модуля, должна была содержать продовольствие и научное оборудование для миссий продолжительностью от 15 до 45 дней.
Вернер фон Браун предложил более амбициозный проект на базе второй ступени носителя «Сатурн V». Его конструкция предусматривала замену третьей ступени капсулой, выполняющей функцию адаптера для командно-служебного модуля, размещавшегося сверху. Внутри капсулы располагался цилиндрический отсек с оборудованием диаметром 3 м. После выхода на орбиту из второй ступени сбрасывались остатки водородного топлива, затем в топливный бак через большой люк помещался оборудованный отсек. Эта концепция получила название «мокрой лаборатории» из-за преобразования топливного бака в жилое пространство. Орбитальная станция занимала весь внутренний объем водородного бака второй ступени. Отсек с оборудованием выполнял роль каркаса, а жилые помещения размещались между ним и стенками ступени. Такой дизайн обеспечивал жилую площадь 10 × 14 метров. Источником энергии должны были стать солнечные батареи.
«Мокрая» или «сухая»
Основной проблемой концепции фон Брауна являлась необходимость запуска станции с помощью ракеты-носителя «Сатурн V». В то время точное количество запусков, необходимых для успешной лунной миссии, еще не было определено, поэтому «свободных» носителей могло просто не остаться. Помимо этого, были отменены несколько тестовых полетов лунного и командно-служебного модулей, что освобождало ряд ракет «Сатурн IB» для других целей. В результате последующих исследований появилась идея создать более компактную «мокрую лабораторию» на базе ступени S-IVB, которая запускалась бы в качестве второй ступени ракеты «Сатурн IB».
С середины 1965 года в Космическом центре Маршалла изучали возможную конструкцию орбитальных станций на базе S-IVB. Они во многом совпадали с будущим «Скайлэбом». Внутри топливного бака устанавливалось минимальное количество оборудования, чтобы сохранить максимальный объем топлива. Полы станции должны были состоять из металлических труб, через которые могло течь топливо. После запуска на орбиту дополнительное оборудование, включая солнечные панели, отсек с оборудованием и стыковочный адаптер, должно было доставляться отдельной миссией на ракете «Сатурн IB». Компания Douglas Aircraft, производитель ступени S-IVB, получила задание подготовить предложения по этой концепции.
1 апреля 1966 года компании Douglas, Grumman и McDonnell получили контракты на перестройку отработанной ступени S-IVB в орбитальный модуль под названием Saturn S-IVB Spent-stage Experiment Support Module. Однако астронавты выразили обеспокоенность по поводу процедуры удаления водородного топлива в открытом космосе и последующей пригодности ступени для пребывания человека. Тем не менее, в конце июля 1966 года было объявлено, что орбитальная лаборатория будет запущена в составе миссии Apollo AS-209, изначально планировавшейся как тестовый полет командно-служебного модуля на орбите Земли.
Главным соперником программы NASA в борьбе за финансирование оставалась программа MOL ВВС США. NASA рассматривало вариант проведения экспериментов на MOL или использования тяжелой ракеты «Титан IIIC» вместо более дорогостоящей «Сатурн IB». В итоге космическая администрация пришла к выводу, что орбитальная станция ВВС недостаточно велика, а переделка оборудования «Аполлона» для запуска с носителем «Титан» была бы слишком затратной и трудоемкой. В конце концов все разрешилось очень просто: в июне 1969 года министерство обороны США отменило программу MOL.
Проектирование продолжалось в течение следующих двух лет на фоне сокращения бюджетов. Так, в 1967 финансовом году NASA запрашивало 450 миллионов долларов на Программу прикладных исследований «Аполлон», однако получила лишь 42 миллиона. В итоге от изначальных планов остались лишь орбитальная лаборатория и солнечная обсерватория. Успех миссии «Аполлон-8» в декабре 1968 года, выполненной уже на третьем запуске ракеты «Сатурн V» и отмена миссий «Аполлон 18–20» позволила освободить три ракеты-носителя для программы прикладных исследований. К этому времени была проделана значительная работа над концепцией с использованием ступени S-IV, поэтому разработка продолжилась именно в этом направлении. Благодаря дополнительной мощности необходимость в «мокрой лаборатории» отпала: ступени S-IC и S-II могли напрямую вывести на орбиту «сухую лабораторию» с готовым для пребывания астронавтов отсеком.
Куда деваться с подводной лодки
Проектирование интерьера станции «Скайлэб» шло по пути упрощения. Промышленное дизайн-бюро Raymond Loewy/William Snaith рекомендовало сосредоточить внимание на удобстве астронавтов, предлагая оборудовать кают-компанию для приема пищи и отдыха, а также иллюминатор для наблюдения за Землей и космосом. Тем не менее, сами астронавты с осторожностью относились к акценту дизайнеров на такие детали, как, например, подходящие схемы окраски внутренних помещений. В июле-августе 1969 года NASA отправило своего специалиста на батискаф Жака Пиккара «Бен Франклин», который совершал плавание по Гольфстриму, чтобы изучить взаимодействие шести человек в ограниченном пространстве в течение четырех недель.
Астронавты проявляли мало интереса к просмотру фильмов и к играм, но настоятельно требовали книг и возможности индивидуального прослушивания музыки. Большое значение имело питание: экипажи «Аполлона» жаловались на качество еды. Доброволец NASA, которому пришлось четыре дня питаться рационами «Аполлона», признал, что это совершенная гадость. Продукты представляли собой так называемые питательные кубики и тюбики с жидкостью. Их содержимое отличалось неприятным вкусом. Питание для «Скайлэба» значительно улучшилось. Его разработчики ориентировались в первую очередь на вкусовые качества, а не только на пищевую ценность и содержание витаминов.
Для сна каждый астронавт получил личное пространство, сравнимое по размеру с небольшим гардеробом с занавеской вместо двери. «Каюту» оборудовали спальным мешком и шкафчиком. Было предусмотрено душевое отделение и туалет — не только для комфорта, но и для сбора проб мочи и фекалий астронавтов для последующего анализа на Земле. Последнее считалось настолько важным, что «спасение» этих образцов ставилось приоритетной задачей при любой возможной спасательной операции.
Поломка во время старта
8 августа 1969 года корпорация McDonnell Douglas получила контракт на переоборудование двух существующих ступеней S-IVB в орбитальную лабораторию. В феврале 1970 года орбитальная лаборатория получила название «Скайлэб». Для создания станции использовали верхнюю ступень ракеты AS-212 (ступень S-IVB 212). Ракета «Сатурн V» с серийным номером SA-513, изначально изготовленная для программы «Аполлон», была переоборудована для запуска «Скайлэба». Старт состоялся 14 мая 1973 года.
Во время старта и развертывания станция получила серьезные повреждения: был сорван термоизоляционный экран, также выполнявший роль защиты от микрометеоритов. Он снес одну из солнечных панелей и заклинил вторую. После вывода на орбиту температура внутри достигла +38 °С, а на солнечной стороне — +80 °С. Кроме того, станции не хватало энергии. По сути, эксплуатация «Скайлэба» была невозможно. Чтобы решить проблему, первая пилотируемая экспедиция доставила в космос и смонтировала на борту «зонтик» — полотно, натянутое на четыре спицы.
На станции побывало всего три экспедиции. Так как ракету-носитель «Сатурн V» сняли с производства, вывести другой настолько тяжелый объект на орбиту стало невозможно. Поэтому NASA было заинтересовано в сохранении «Скайлэба». Предполагалось даже использовать космические шаттлы для доставки на станцию экипажей и грузов и корректировки ее орбиты.
Увы, дождаться шаттлов «Скайлэб» не успел. Возросшая солнечная активность привела к увеличению плотности атмосферы — и станция стала быстрее снижаться. У нее не было собственных двигателей: корректировку орбиты проводили с помощью пристыкованных «Аполлонов». Поэтому NASA приняло решение свести «Скайлэб» с орбиты. Это произошло 11 июля 1979 года.