Полет человека в космос (также называемый пилотируемым космическим полетом или пилотируемым космическим полетом ) — это космический полет с экипажем или пассажирами на борту космического корабля , часто с космическим кораблем, управляемым непосредственно экипажем на борту. Космический корабль может также управляться дистанционно с наземных станций на Земле или автономно , без прямого участия человека. Люди, прошедшие подготовку для космического полета, называются астронавтами (американскими или другими), космонавтами (российскими) или тайконавтами (китайскими); а непрофессионалы называются участниками космического полета или космическими путешественниками . [1]
Первым человеком в космосе был советский космонавт Юрий Гагарин , который стартовал в рамках программы Советского Союза «Восток» 12 апреля 1961 года в начале космической гонки . 5 мая 1961 года Алан Шепард стал первым американцем в космосе в рамках проекта «Меркурий» . Люди побывали на Луне девять раз в период с 1968 по 1972 год в рамках программы США « Аполлон» и непрерывно находились в космосе в течение 23 лет и 322 дней на Международной космической станции (МКС). [2] 15 октября 2003 года первый китайский тайконавт Ян Ливэй отправился в космос в рамках «Шэньчжоу-5» , первого китайского пилотируемого космического полета. По состоянию на март 2024 года люди не выходили за пределы низкой околоземной орбиты с момента лунной миссии «Аполлон-17» в декабре 1972 года.
В настоящее время только США, Россия и Китай имеют государственные или коммерческие программы, позволяющие осуществлять пилотируемые космические полеты . Негосударственные космические компании работают над разработкой собственных программ пилотируемых космических полетов, например, для космического туризма или коммерческих космических исследований . Первым частным пилотируемым космическим запуском был суборбитальный полет на SpaceShipOne 21 июня 2004 года. Первый коммерческий орбитальный пилотируемый запуск был осуществлен SpaceX в мае 2020 года, доставив астронавтов НАСА на МКС по контракту с правительством США. [3]
_(cropped).jpg/1280px-Armstrong_on_Moon_(As11-40-5886)_(cropped).jpg)
Возможности пилотируемых космических полетов были впервые разработаны во время Холодной войны между Соединенными Штатами и Советским Союзом (СССР). Эти страны разработали межконтинентальные баллистические ракеты для доставки ядерного оружия , производя ракеты достаточно большие, чтобы их можно было приспособить для доставки первых искусственных спутников на низкую околоземную орбиту .
После того, как в 1957 и 1958 годах Советским Союзом были запущены первые спутники, США начали работу над проектом «Меркурий» с целью вывода людей на орбиту. СССР тайно проводил программу «Восток» для достижения той же цели и запустил первого человека в космос, космонавта Юрия Гагарина . 12 апреля 1961 года Гагарин был запущен на борту «Востока-1» на ракете «Восток-3КА» и совершил один виток вокруг Земли. 5 мая 1961 года США запустили своего первого астронавта , Алана Шепарда , в суборбитальный полет на борту Freedom 7 на ракете Mercury-Redstone . В отличие от Гагарина, Шепард вручную управлял положением своего космического корабля . [4] 20 февраля 1962 года Джон Гленн стал первым американцем на орбите, на борту Friendship 7 на ракете Mercury-Atlas . СССР запустил еще пять космонавтов в капсулах Востока , включая первую женщину в космосе, Валентину Терешкову , на борту Востока 6 16 июня 1963 года. До 1963 года США запустили в общей сложности двух астронавтов в суборбитальные полеты и четырех на орбиту. США также совершили два полета North American X-15 ( 90 и 91 , пилотируемый Джозефом А. Уокером ), которые превысили линию Кармана , высоту в 100 километров (62 мили), используемую Международной авиационной федерацией (FAI) для обозначения границы космоса.
В 1961 году президент США Джон Ф. Кеннеди поднял ставки космической гонки, поставив цель высадить человека на Луну и благополучно вернуть его на Землю к концу 1960-х годов. [5] В том же году США начали программу «Аполлон» по запуску трехместных капсул на ракетах-носителях семейства «Сатурн» . В 1962 году США начали проект «Джемини» , в рамках которого было осуществлено 10 миссий с экипажами из двух человек, запущенных ракетами «Титан II» в 1965 и 1966 годах. Целью «Джемини» была поддержка «Аполлона» путем развития американского опыта и методов орбитальных космических полетов, которые можно было бы использовать во время миссии на Луну. [6]
Между тем, СССР хранил молчание о своих намерениях отправить людей на Луну и продолжил расширять возможности своей однопилотной капсулы Восток, адаптировав ее к двух- или трехместной капсуле Восход , чтобы конкурировать с Джемини. Они смогли запустить два орбитальных полета в 1964 и 1965 годах и осуществили первый выход в открытый космос , выполненный Алексеем Леоновым на Восходе-2 8 марта 1965 года. Однако у Восхода не было возможностей Джемини для маневрирования на орбите, и программа была прекращена. Полеты США на Джемини не достигли первого выхода в открытый космос, но преодолели раннее советское лидерство, выполнив несколько выходов в открытый космос, решив проблему усталости астронавтов, вызванную компенсацией отсутствия гравитации, продемонстрировав способность людей выдерживать две недели в космосе и выполнив первое космическое сближение и стыковку космических кораблей.
США преуспели в разработке ракеты Saturn V , необходимой для отправки космического корабля Apollo на Луну, и отправили Фрэнка Бормана , Джеймса Ловелла и Уильяма Андерса на 10 орбит вокруг Луны в Apollo 8 в декабре 1968 года. В 1969 году Apollo 11 выполнил цель Кеннеди, высадив Нила Армстронга и Базза Олдрина на Луну 21 июля и благополучно вернув их 24 июля вместе с пилотом командного модуля Майклом Коллинзом . До 1972 года в общей сложности шесть миссий Apollo высадили 12 человек, чтобы пройтись по Луне, половина из которых управляли электромобилями по поверхности. Экипаж Apollo 13 — Джим Ловелл , Джек Суигерт и Фред Хейз — пережили аварию космического корабля в полете, они пролетели мимо Луны без посадки и благополучно вернулись на Землю.
В это время СССР тайно проводил программы пилотируемой лунной орбиты и посадки . Они успешно разработали трехместный космический корабль «Союз» для использования в лунных программах, но не смогли разработать ракету Н1, необходимую для высадки человека, и прекратили свои лунные программы в 1974 году. [7] После проигрыша в лунной гонке они сосредоточились на разработке космических станций , используя «Союз» в качестве парома для доставки космонавтов на станции и обратно. Они начали с серии станций-вылетов «Салют» с 1971 по 1986 год.
В 1969 году Никсон назначил своего вице-президента Спиро Агню главой Космической целевой группы для рекомендации последующих программ пилотируемых космических полетов после Аполлона. Группа предложила амбициозную Космическую транспортную систему на основе многоразового космического челнока , которая состояла из крылатой, заправляемой изнутри орбитальной ступени, сжигающей жидкий водород, запускаемой с помощью аналогичной, но более крупной ступени ускорителя на керосине , каждая из которых была оснащена воздушно-реактивными двигателями для принудительного возвращения на взлетно-посадочную полосу на стартовой площадке Космического центра Кеннеди . Другие компоненты системы включали постоянную модульную космическую станцию; многоразовый космический буксир ; и ядерный межпланетный паром, что привело к экспедиции человека на Марс уже в 1986 году или в 2000 году, в зависимости от уровня выделенного финансирования. Однако Никсон знал, что американский политический климат не поддержит финансирование Конгрессом такой амбиции, и отклонил все предложения, кроме челнока, за которым, возможно, должна была последовать космическая станция. Планы по шаттлу были сокращены, чтобы снизить риск разработки, стоимость и время, заменив пилотируемый ускоритель обратного полета двумя многоразовыми твердотопливными ракетными ускорителями , а меньший орбитальный аппарат будет использовать расходуемый внешний топливный бак для питания своих основных двигателей, работающих на водороде . Орбитальный аппарат должен будет совершать посадки без двигателя.
.jpg/1280px-Space_Shuttle_Atlantis_landing_at_KSC_following_STS-122_(crop).jpg)
В 1973 году США запустили космическую станцию Skylab и населяли ее в течение 171 дня тремя экипажами, доставленными на борту космического корабля Apollo. В это время президент Ричард Никсон и советский генеральный секретарь Леонид Брежнев вели переговоры о смягчении напряженности холодной войны, известной как разрядка . Во время разрядки они вели переговоры о программе Apollo–Soyuz , в которой космический корабль Apollo, несущий специальный модуль стыковочного адаптера, должен был встретиться и состыковаться с Союзом 19 в 1975 году. Американский и советский экипажи пожали друг другу руки в космосе, но цель полета была чисто символической.
Две страны продолжали конкурировать, а не сотрудничать в космосе, поскольку США обратились к разработке космического челнока и планированию космической станции, которая была названа Freedom . СССР запустил три военные станции Almaz с 1973 по 1977 год, замаскированные под Salyuts. Вслед за Salyuts они разработали Mir , первую модульную полупостоянную космическую станцию, строительство которой проходило с 1986 по 1996 год. Mir находился на орбите на высоте 354 километра (191 морская миля) с наклонением орбиты 51,6°. Он был занят в течение 4592 дней и совершил управляемый возврат в атмосферу в 2001 году.
Space Shuttle начал летать в 1981 году, но Конгресс США не смог выделить достаточно средств, чтобы сделать Space Station Freedom реальностью. Был построен флот из четырех шаттлов: Columbia , Challenger , Discovery и Atlantis . Пятый шаттл, Endeavour , был построен для замены Challenger , который был разрушен в результате аварии во время запуска , в результате которой погибли 7 астронавтов 28 января 1986 года. С 1983 по 1998 год двадцать два полета Shuttle перевозили компоненты для космической станции Европейского космического агентства под названием Spacelab в грузовом отсеке Shuttle. [8]
СССР скопировал американский многоразовый орбитальный корабль Space Shuttle , который они называли орбитальным кораблем класса Buran или просто Buran , который был разработан для запуска на орбиту одноразовой ракетой «Энергия» и был способен к роботизированному орбитальному полету и посадке. В отличие от Space Shuttle, у Buran не было основных ракетных двигателей, но, как и у Space Shuttle, он использовал меньшие ракетные двигатели для выполнения своего окончательного вывода на орбиту. Один беспилотный орбитальный испытательный полет состоялся в ноябре 1988 года. Второй испытательный полет был запланирован на 1993 год, но программа была отменена из-за отсутствия финансирования и распада Советского Союза в 1991 году. Еще два орбитальных корабля так и не были достроены, а тот, который выполнил беспилотный полет, был уничтожен в результате обрушения крыши ангара в мае 2002 года.
Распад Советского Союза в 1991 году положил конец холодной войне и открыл дверь для настоящего сотрудничества между США и Россией. Советские программы «Союз» и «Мир» были переданы Российскому федеральному космическому агентству, которое стало известно как Государственная корпорация «Роскосмос» . Программа «Шаттл-Мир» включала посещение американскими шаттлами космической станции «Мир» , полеты российских космонавтов на шаттле и полет американского астронавта на борту космического корабля «Союз» для длительных экспедиций на борту «Мир» .
В 1993 году президент Билл Клинтон обеспечил сотрудничество России в преобразовании запланированной космической станции Freedom в Международную космическую станцию (МКС). Строительство станции началось в 1998 году. Орбита станции находится на высоте 409 километров (221 морская миля) и имеет наклон орбиты 51,65°. Несколько из 135 орбитальных полетов Space Shuttle должны были помочь в сборке, поставке и экипаже МКС. Россия построила половину Международной космической станции и продолжила сотрудничество с США.
Китай был третьей страной в мире, после СССР и США, которая отправила людей в космос. Во время космической гонки между двумя сверхдержавами, которая завершилась высадкой людей на Луну с помощью Apollo 11 , Мао Цзэдун и Чжоу Эньлай 14 июля 1967 года решили, что Китай не должен отставать, и инициировали собственную пилотируемую космическую программу: сверхсекретный Проект 714, целью которого было отправить двух человек в космос к 1973 году с помощью космического корабля Shuguang . Для этой цели в марте 1971 года были отобраны девятнадцать пилотов ВВС НОАК . Космический корабль Shuguang-1, который должен был быть запущен с помощью ракеты CZ-2A , был рассчитан на экипаж из двух человек. Программа была официально отменена 13 мая 1972 года по экономическим причинам.
В 1992 году в рамках Китайской программы пилотируемых космических полетов (CMS), также известной как «Проект 921», было дано разрешение и финансирование для первой фазы третьей успешной попытки пилотируемого космического полета. Чтобы достичь возможности независимого пилотируемого космического полета, Китай разработал космический корабль Shenzhou и ракету Long March 2F, предназначенную для пилотируемых космических полетов в течение следующих нескольких лет, а также критически важную инфраструктуру, такую как новая стартовая площадка и центр управления полетами. Первый беспилотный космический корабль Shenzhou 1 был запущен 20 ноября 1999 года и восстановлен на следующий день, что ознаменовало первый шаг к реализации возможностей Китая в области пилотируемых космических полетов. В течение следующих нескольких лет были проведены еще три беспилотных миссии с целью проверки ключевых технологий. 15 октября 2003 года Shenzhou 5 , первая китайская миссия пилотируемого космического полета, вывела Ян Ливэя на орбиту на 21 час и благополучно вернулась обратно во Внутреннюю Монголию , сделав Китай третьей страной, которая самостоятельно запустила человека на орбиту. [9]
Целью второго этапа CMS было достижение технологических прорывов в области внекорабельной деятельности (EVA, или выхода в открытый космос), космического сближения и стыковки для поддержки краткосрочной деятельности человека в космосе. [10] 25 сентября 2008 года во время полета Shenzhou 7 Чжай Чжиган и Лю Бомин совершили первый в Китае выход в открытый космос. [11] В 2011 году Китай запустил целевой космический корабль Tiangong 1 и беспилотный космический корабль Shenzhou 8. Оба космических корабля совершили первое автоматическое сближение и стыковку в Китае 3 ноября 2011 года. [12] Примерно через 9 месяцев Tiangong 1 совершил первое ручное сближение и стыковку с Shenzhou 9 , на борту которого находилась первая женщина-астронавт Китая Лю Ян . [13]
В сентябре 2016 года на орбиту был выведен Tiangong 2. Это была космическая лаборатория с более продвинутыми функциями и оборудованием, чем Tiangong 1. Месяц спустя был запущен Shenzhou 11 , который состыковался с Tiangong 2. Два астронавта вошли в Tiangong 2 и находились там около 30 дней, проверяя жизнеспособность среднесрочного пребывания астронавтов в космосе. [14] В апреле 2017 года первый китайский грузовой космический корабль Tianzhou 1 состыковался с Tiangong 2 и завершил несколько испытаний по дозаправке топливом на орбите, что ознаменовало успешное завершение второго этапа CMS. [14]
Третий этап CMS начался в 2020 году. Целью этого этапа является строительство собственной космической станции Китая Tiangong . [15] Первый модуль Tiangong , основной модуль Tianhe , был выведен на орбиту самой мощной ракетой Китая Long March 5B 29 апреля 2021 года. [16] Позднее его посетили несколько грузовых и пилотируемых космических кораблей, что продемонстрировало способность Китая поддерживать длительное пребывание китайских астронавтов в космосе.
Согласно заявлению CMS, все миссии космической станции «Тяньгун» планируется осуществить к концу 2022 года. [17] После завершения строительства «Тяньгун» вступит в фазу применения и разработки, которая, как ожидается, продлится не менее 10 лет. [17]
Европейское космическое агентство начало разработку космического челнока Hermes в 1987 году, который должен был быть запущен на одноразовой ракете-носителе Ariane 5. Он должен был состыковаться с европейской космической станцией Columbus . Проекты были отменены в 1992 году, когда стало ясно, что ни цели по стоимости, ни цели по производительности не могут быть достигнуты. Ни один челнок Hermes так и не был построен. Космическая станция Columbus была переконфигурирована в европейский модуль с тем же названием на Международной космической станции. [18]
Япония ( NASDA ) начала разработку экспериментального шаттла HOPE-X в 1980-х годах, который планировалось запустить на своей одноразовой ракете-носителе H-IIA . Череда неудач в 1998 году привела к сокращению финансирования и отмене проекта в 2003 году в пользу участия в программе Международной космической станции через японский экспериментальный модуль Kibō и грузовой космический корабль H-II Transfer Vehicle . В качестве альтернативы HOPE-X NASDA в 2001 году предложила капсулу экипажа Fuji для самостоятельных или МКС-полётов, но проект не дошёл до стадии контракта. [ необходима цитата ]
С 1993 по 1997 год Японское ракетное общество [яп] , Kawasaki Heavy Industries и Mitsubishi Heavy Industries работали над предложенной одноступенчатой системой запуска на орбиту Kankoh-maru с вертикальным взлетом и посадкой . В 2005 году эта система была предложена для космического туризма. [19]
Согласно пресс-релизу Иракского информационного агентства от 5 декабря 1989 года, было проведено только одно испытание космической ракеты-носителя «Аль-Абид» , которую Ирак намеревался использовать для разработки собственных пилотируемых космических объектов к концу века. Эти планы были прекращены войной в Персидском заливе 1991 года и последовавшими за ней экономическими трудностями. [ необходима цитата ]
.jpg/1280px-STS-135_begins_takeoff_(cropped).jpg)
При администрации Джорджа Буша-младшего программа Constellation включала планы по закрытию программы Space Shuttle и замене ее возможностью космических полетов за пределами низкой околоземной орбиты. В федеральном бюджете Соединенных Штатов на 2011 год администрация Обамы отменила Constellation из-за превышения бюджета и отставания от графика, при этом не внедряя инновации и не инвестируя в критически важные новые технологии. [20] В рамках программы Artemis НАСА разрабатывает космический корабль Orion , который будет запущен с помощью Space Launch System . В соответствии с планом Commercial Crew Development НАСА полагается на транспортные услуги, предоставляемые частным сектором, для достижения низкой околоземной орбиты, такие как SpaceX Dragon 2 , Boeing Starliner или Sierra Nevada Corporation Dream Chaser . Период между прекращением эксплуатации космических челноков в 2011 году и первым запуском в космос космического корабля SpaceShipTwo Flight VP-03 13 декабря 2018 года аналогичен перерыву между окончанием программы «Аполлон» в 1975 году и первым полетом космического челнока в 1981 году и именуется Комитетом по выборам президента США «перерывом в пилотируемых космических полетах США».
.jpg/1280px-Crew_Dragon_at_the_ISS_for_Demo_Mission_1_(cropped).jpg)
С начала 2000-х годов было предпринято множество частных космических проектов. По состоянию на май 2021 года SpaceX запустила людей на орбиту, в то время как Virgin Galactic запустила экипаж на высоту более 80 км (50 миль) по суборбитальной траектории. [21] Несколько других компаний, включая Blue Origin и Sierra Nevada, разрабатывают пилотируемые космические корабли. Все четыре компании планируют осуществлять коммерческие пассажирские перевозки на развивающемся рынке космического туризма . [ необходима цитата ]
SpaceX разработала Crew Dragon, летающий на Falcon 9. Впервые он вывел астронавтов на орбиту и на МКС в мае 2020 года в рамках миссии Demo-2 . Разработанная в рамках программы NASA Commercial Crew Development , капсула также доступна для полетов с другими клиентами. Первая туристическая миссия, Inspiration4 , была запущена в сентябре 2021 года. [22]
Boeing разработала капсулу Starliner в рамках программы NASA Commercial Crew Development, которая запускается на ракете-носителе Atlas V компании United Launch Alliance . [23] Starliner совершил беспилотный полет в декабре 2019 года. Вторая попытка беспилотного полета была предпринята в мае 2022 года. [24] Пилотируемый полет для полной сертификации Starliner был предпринят в июне 2024 года. [25] Как и в случае со SpaceX, финансирование разработки осуществлялось за счет государственных и частных средств. [26] [27]
Virgin Galactic разрабатывает SpaceshipTwo , коммерческий суборбитальный космический корабль, нацеленный на рынок космического туризма . Он достиг космоса в декабре 2018 года. [21]
Компания Blue Origin реализует многолетнюю программу испытаний своего космического корабля New Shepard и по состоянию на сентябрь 2021 года осуществила 16 беспилотных испытательных полетов, а также один пилотируемый полет с основателем Джеффом Безосом , его братом Марком Безосом , летчиком Уолли Фанком и 18-летним Оливером Дэменом 20 июля 2021 года. [ необходима цитата ]
На протяжении десятилетий для пассажирских путешествий на космических лайнерах предлагалось множество космических аппаратов. Несколько аналогичные путешествиям на авиалайнерах после середины 20-го века, эти транспортные средства предлагаются для перевозки большого количества пассажиров в пункты назначения в космосе или на Земле посредством суборбитальных космических полетов . На сегодняшний день ни одна из этих концепций не была реализована, хотя несколько транспортных средств, которые перевозят менее 10 человек, в настоящее время находятся на этапе испытательного полета в процессе их разработки. [ необходима цитата ]
Одной из концепций большого космического лайнера, которая в настоящее время находится на ранней стадии разработки, является SpaceX Starship , который, помимо замены ракет-носителей Falcon 9 и Falcon Heavy на устаревшем рынке околоземных орбит после 2020 года, был предложен SpaceX для дальних коммерческих путешествий на Земле, перевозя более 100 человек суборбитально между двумя точками менее чем за один час, также известный как «Земля-Земля». [28] [29] [30]
Малый космический самолет или небольшой капсульный суборбитальный космический аппарат разрабатывались в течение последнего десятилетия или около того; по состоянию на 2017 год [update], по крайней мере, один из каждого типа находится в стадии разработки. И Virgin Galactic , и Blue Origin имеют аппараты в активной разработке : космический самолет SpaceShipTwo и капсула New Shepard соответственно. Оба будут перевозить примерно полдюжины пассажиров в космос на короткое время невесомости, прежде чем вернуться к месту запуска. XCOR Aerospace разрабатывала одноместный космический самолет Lynx с 2000-х годов, [31] [32], но разработка была остановлена в 2017 году. [33]
Участие и представительство человечества в космосе были проблемой с самого начала освоения космоса. [34] Некоторые права стран, не осуществляющих космические полеты, были закреплены международным космическим правом , объявляющим космос « провинцией всего человечества », хотя совместное использование космоса всем человечеством иногда критикуется как империалистическое и неполное. [34] Помимо отсутствия международной инклюзивности, также не хватало включения женщин и цветных людей . Чтобы сделать космические полеты более инклюзивными, в последние годы были созданы такие организации, как Justspace Alliance [34] и IAU -featured Inclusive Astronomy [35] .
Первой женщиной, когда-либо вышедшей в космос, была Валентина Терешкова . Она полетела в 1963 году, но только в 1980-х годах другая женщина вышла в космос. В то время все астронавты должны были быть военными летчиками-испытателями; женщины не могли заняться этой карьерой, что является одной из причин задержки с разрешением женщинам присоединяться к космическим экипажам. [36] После того, как правила были изменены, Светлана Савицкая стала второй женщиной, вышедшей в космос; она также была из Советского Союза . Салли Райд стала следующей женщиной, вышедшей в космос, и первой женщиной, вышедшей в космос по программе Соединенных Штатов. С тех пор еще одиннадцать стран разрешили женщинам-астронавтам. Первый полностью женский выход в открытый космос состоялся в 2018 году Кристиной Кох и Джессикой Меир . Эти две женщины обе участвовали в отдельных выходах в открытый космос с НАСА. Первая миссия на Луну с женщиной на борту запланирована на 2024 год.
Несмотря на эти разработки, женщины по-прежнему недостаточно представлены среди астронавтов и особенно космонавтов. Более 600 человек летали в космос, но только 75 из них были женщинами. [37] Проблемы, которые блокируют потенциальных кандидатов от программ и ограничивают космические миссии, в которых они могут участвовать, например:
Салли Райд стала первой американкой, побывавшей в космосе в 1983 году. Эйлин Коллинз была первой женщиной-пилотом шаттла, а в 1999 году, во время миссии шаттла STS-93, она стала первой женщиной-командиром американского космического корабля.
В течение многих лет СССР (позже Россия) и США были единственными странами, чьи астронавты летали в космос. Это закончилось полетом Владимира Ремека в 1978 году. По состоянию на 2010 год [update]граждане 38 стран (включая космических туристов ) летали в космос на советских, американских, российских и китайских космических кораблях.
Программы пилотируемых космических полетов осуществлялись Советским Союзом и Российской Федерацией, Соединенными Штатами, материковым Китаем и американскими частными космическими компаниями.
В настоящее время для запуска людей в космос используются следующие космические аппараты и космодромы :
В настоящее время на околоземной орбите находятся следующие космические станции, пригодные для проживания людей:
Большую часть времени в космосе находятся только люди на борту МКС, экипаж которой обычно состоит из 7 человек, и на борту «Тяньгуна», экипаж которой обычно состоит из 3 человек.
NASA и ESA используют термин «человеко-космический полет» для обозначения своих программ запуска людей в космос. Эти начинания ранее также назывались «пилотируемыми космическими миссиями», хотя это больше не является официальным выражением, согласно руководствам по стилю NASA, которые призывают к гендерно-нейтральному языку . [43]
В рамках индийской программы пилотируемых космических полетов Индия планировала отправить людей в космос на своем орбитальном корабле Gaganyaan до августа 2022 года, но из-за пандемии COVID-19 она была отложена до 2024 года. Индийская организация космических исследований (ISRO) начала работу над этим проектом в 2006 году. [44] [45] Первоначальная цель — доставить экипаж из двух или трех человек на низкую околоземную орбиту (НОО) для полета продолжительностью от 3 до 7 дней на космическом корабле на ракете LVM 3 и безопасно вернуть их для посадки на воду в заранее определенной зоне посадки. 15 августа 2018 года премьер-министр Индии Нарендра Моди заявил, что Индия самостоятельно отправит людей в космос до 75-й годовщины независимости в 2022 году. [46] В 2019 году ISRO обнародовала планы по созданию космической станции к 2030 году, за которой последует пилотируемая лунная миссия. Программа предусматривает разработку полностью автономного орбитального транспортного средства, способного доставить 2 или 3 членов экипажа на низкую околоземную орбиту высотой около 300 км (190 миль) и безопасно доставить их домой. [47]
С 2008 года Японское агентство аэрокосмических исследований разрабатывает пилотируемый космический корабль на базе грузового корабля H-II Transfer Vehicle и малую космическую лабораторию на базе японского экспериментального модуля Kibō .
NASA разрабатывает план по высадке людей на Марс к 2030-м годам. Первый шаг начался с Artemis 1 в 2022 году, отправив беспилотный космический корабль Orion на далекую ретроградную орбиту вокруг Луны и вернув его на Землю после 25-дневной миссии.
SpaceX разрабатывает Starship , полностью многоразовую двухступенчатую систему с околоземными и окололунными приложениями и конечной целью посадки на Марс. Верхняя ступень системы Starship, также называемая Starship, по состоянию на сентябрь 2021 года совершила 9 испытательных полетов в атмосфере. Первый испытательный полет полностью интегрированной двухступенчатой системы состоялся в апреле 2023 года. Модифицированная версия Starship разрабатывается для программы Artemis .
Несколько других стран и космических агентств объявили и начали программы пилотируемых космических полетов с использованием отечественного оборудования и технологий, включая Японию ( JAXA ), Иран ( ISA ) и Северную Корею ( NADA ). Планы иранского пилотируемого космического корабля включают в себя небольшой космический корабль и космическую лабораторию. Космическая программа Северной Кореи имеет планы по пилотируемым космическим кораблям и малым шаттловым системам.
В космических полетах есть два основных источника опасности: те, которые связаны с враждебной космической средой, и те, которые связаны с возможными неисправностями оборудования. Решение этих проблем имеет большое значение для NASA и других космических агентств перед проведением первых расширенных пилотируемых миссий в такие пункты назначения, как Марс. [55]
Планировщики пилотируемых космических полетов сталкиваются с рядом проблем безопасности.
Основные потребности в пригодном для дыхания воздухе и питьевой воде удовлетворяются системой жизнеобеспечения космического корабля.
Астронавты не смогут быстро вернуться на Землю или получить медицинские принадлежности, оборудование или персонал в случае возникновения чрезвычайной медицинской ситуации. Астронавтам, возможно, придется долгое время полагаться на ограниченные ресурсы и медицинские консультации с Земли.
Возможность слепоты и потери костной массы связывают с полетами человека в космос . [56] [57]
31 декабря 2012 года исследование, проведенное при поддержке НАСА , сообщило, что космические полеты могут нанести вред мозгу астронавтов и ускорить начало болезни Альцгеймера . [58] [59] [60]
В октябре 2015 года Управление генерального инспектора НАСА опубликовало отчет об опасностях для здоровья, связанных с исследованием космоса , в котором были указаны потенциальные опасности миссии человека на Марс . [61] [62]
2 ноября 2017 года ученые сообщили, основываясь на исследованиях МРТ , что у астронавтов, совершивших космические полеты , были обнаружены значительные изменения в положении и структуре мозга . Астронавты, совершившие более длительные космические полеты, подверглись более значительным изменениям в мозге. [63] [64]
В 2018 году исследователи сообщили, что после обнаружения на Международной космической станции (МКС) пяти штаммов бактерий Enterobacter bugandensis , ни один из которых не является патогенным для человека, необходимо тщательно контролировать микроорганизмы на МКС, чтобы обеспечить здоровую среду для астронавтов . [65] [66]
В марте 2019 года НАСА сообщило, что латентные вирусы у людей могут активироваться во время космических миссий, что может повысить риск для астронавтов в будущих миссиях в дальний космос. [67]
25 сентября 2021 года телеканал CNN сообщил, что во время орбитального полета Inspiration4 на корабле SpaceX Dragon 2 прозвучал сигнал тревоги . Было установлено, что сигнал тревоги связан с явной неисправностью туалета. [68]
Медицинские данные астронавтов, находившихся на низких околоземных орбитах в течение длительного времени, начиная с 1970-х годов, показывают несколько неблагоприятных эффектов микрогравитационной среды: потеря плотности костей , снижение мышечной силы и выносливости, постуральная нестабильность и снижение аэробной способности. Со временем эти эффекты декондиционирования могут ухудшить работоспособность астронавтов или увеличить риск получения ими травм. [69]
В условиях невесомости астронавты практически не нагружают мышцы спины или ноги, используемые для стояния, что приводит к ослаблению и уменьшению мышц. Астронавты могут потерять до двадцати процентов своей мышечной массы во время космических полетов, длящихся от пяти до одиннадцати дней. Последующая потеря силы может стать серьезной проблемой в случае аварийной посадки. [70] По возвращении на Землю из длительных полетов астронавты значительно ослаблены и им не разрешается водить машину в течение двадцати одного дня. [71]
Астронавты, испытывающие невесомость, часто теряют ориентацию, страдают от укачивания и теряют чувство направления, поскольку их тела пытаются привыкнуть к невесомости. Когда они возвращаются на Землю, им приходится перестраиваться, и у них могут возникнуть проблемы со вставанием, фокусировкой взгляда, ходьбой и поворотами. Важно отметить, что эти двигательные нарушения только ухудшаются по мере увеличения продолжительности воздействия невесомости. [72] Эти изменения могут повлиять на способность выполнять задачи, необходимые для подхода и посадки, стыковки, дистанционного управления и чрезвычайных ситуаций, которые могут возникнуть во время посадки. [73]
Кроме того, после длительных космических полетов мужчины-астронавты могут испытывать серьезные проблемы со зрением , что может стать серьезной проблемой для будущих миссий в дальний космос, включая пилотируемую миссию на планету Марс . [74] [75] [76] [77] [78] [79] Длительные космические полеты также могут изменить движения глаз космического путешественника. [80]
Без надлежащей защиты экипажи миссий за пределами низкой околоземной орбиты могут подвергаться риску воздействия высокоэнергетических протонов, испускаемых событиями солнечных частиц (SPE), связанными с солнечными вспышками . Если оценить правильно, количество радиации, которому подверглись бы астронавты от солнечной бури, аналогичной самой мощной в истории, Событию Кэррингтона , привело бы как минимум к острой лучевой болезни и даже могло бы быть смертельным «в плохо защищенном космическом корабле». [82] [ нужен лучший источник ] Еще одна буря, которая могла бы нанести потенциально смертельную дозу радиации астронавтам за пределами защитной магнитосферы Земли, произошла во время космической эры , вскоре после приземления Аполлона-16 и до запуска Аполлона-17 . [83] Эта солнечная буря, которая произошла в августе 1972 года , потенциально могла бы вызвать у любых астронавтов, подвергшихся ее воздействию, острую лучевую болезнь и даже могла бы быть смертельной для тех, кто занимался деятельностью вне корабля или находился на поверхности Луны. [84]
Другой тип излучения, галактические космические лучи , представляет дополнительные проблемы для полетов человека в космос за пределы низкой околоземной орбиты. [85]
Также существуют некоторые научные опасения, что продолжительный космический полет может замедлить способность организма защищать себя от болезней, [86] что приведет к ослаблению иммунной системы и активации спящих вирусов в организме. Радиация может вызвать как краткосрочные, так и долгосрочные последствия для стволовых клеток костного мозга, из которых создаются клетки крови и иммунной системы. Поскольку внутренняя часть космического корабля настолько мала, ослабленная иммунная система и более активные вирусы в организме могут привести к быстрому распространению инфекции. [87]
Во время длительных миссий астронавты изолированы и заключены в небольших помещениях. Депрессия , беспокойство, лихорадка и другие психологические проблемы могут возникнуть чаще, чем у среднестатистического человека, и могут повлиять на безопасность экипажа и успех миссии. [88] НАСА тратит миллионы долларов на психологическое лечение астронавтов и бывших астронавтов. [89] На сегодняшний день не существует способа предотвратить или уменьшить психические проблемы, вызванные длительными периодами пребывания в космосе.
Из-за этих психических расстройств снижается эффективность работы астронавтов; иногда их возвращают на Землю, что влечет за собой расходы на прерывание миссии. [90] Российская экспедиция в космос в 1976 году была возвращена на Землю после того, как космонавты сообщили о сильном запахе, который вызвал страх утечки жидкости; но после тщательного расследования стало ясно, что никакой утечки или технической неисправности не было. НАСА пришло к выводу, что космонавты, скорее всего, галлюцинировали запах .
Вполне возможно, что на психическое здоровье астронавтов могут влиять изменения в сенсорных системах во время длительных космических путешествий.
Во время космического полета астронавты находятся в экстремальной среде. Это, а также тот факт, что в окружающей среде происходит мало изменений, приведут к ослаблению сенсорного ввода в семь чувств астронавтов.
Космический полет требует гораздо более высоких скоростей, чем наземный или воздушный транспорт, и, следовательно, требует использования топлива с высокой плотностью энергии для запуска и рассеивания большого количества энергии, обычно в виде тепла, для безопасного входа в атмосферу Земли.
Поскольку ракеты могут быть подвержены возгоранию или взрывному разрушению, космические капсулы обычно используют какую-либо систему аварийного покидания , состоящую либо из установленной на башне твердотопливной ракеты для быстрого увода капсулы от ракеты-носителя (использовалось на «Меркурии» , «Аполлоне» и «Союзе» , причем аварийная башня сбрасывалась в определенный момент после запуска, в момент, когда можно было выполнить аварийное прекращение полета с помощью двигателей космического корабля), либо из катапультных кресел (использовавшихся на «Востоке» и «Джемини» ) для извлечения астронавтов из капсулы и их последующего приземления на парашютах.
Такая система аварийного покидания не всегда практична для многоместных экипажей (особенно космических самолетов ), в зависимости от расположения люка(ов). Когда однолюковая капсула Востока была модифицирована в 2- или 3-местный Восход , одноместное катапультное кресло космонавта не могло использоваться, и не была добавлена аварийная башня. Два полета Восхода в 1964 и 1965 годах избежали неудачных запусков. Космический челнок имел катапультные кресла и аварийные люки для своего пилота и второго пилота в ранних полетах; но они не могли использоваться для пассажиров, которые сидели под кабиной экипажа в более поздних полетах, и поэтому были прекращены.
Было всего два случая прерывания запуска пилотируемого полета. Первый произошел на корабле «Союз-18а» 5 апреля 1975 года. Прерывание произошло после того, как система аварийного спасения была сброшена, когда отработанная вторая ступень ракеты-носителя не отделилась до того, как загорелась третья ступень, и корабль отклонился от курса. Экипажу наконец удалось отделить космический корабль, включив двигатели, чтобы отвести его от отклонившейся ракеты, и оба космонавта благополучно приземлились. Второй произошел 11 октября 2018 года при запуске корабля « Союз МС-10» . И снова оба члена экипажа выжили.
Первое использование системы аварийного покидания стартового комплекса на стартовой площадке перед началом пилотируемого полета произошло во время запланированного запуска ракеты-носителя «Союз Т-10а» 26 сентября 1983 года, который был прерван из-за пожара в ракете-носителе за 90 секунд до старта. Оба космонавта, находившиеся на борту, благополучно приземлились.
Единственная гибель экипажа во время запуска произошла 28 января 1986 года, когда космический челнок Challenger развалился на части через 73 секунды после старта из-за отказа уплотнения твердотопливного ракетного ускорителя , что привело к отказу внешнего топливного бака , что привело к взрыву топлива и разделению ускорителей. Все семь членов экипажа погибли.
Задачи вне космического корабля требуют использования скафандра . Несмотря на риск механических поломок при работе в открытом космосе, не было ни одного смертельного случая при выходе в открытый космос. Астронавты, выходящие в открытый космос, обычно остаются прикрепленными к космическому кораблю с помощью страховочных тросов и иногда дополнительных якорей. Непристегнутые выходы в открытый космос были выполнены в трех миссиях в 1984 году с использованием пилотируемого маневренного блока и в ходе летных испытаний в 1994 году устройства упрощенной помощи для спасения при выходе в открытый космос (SAFER).
Единственный пилот «Союза-1» Владимир Комаров погиб, когда парашюты его капсулы отказали во время аварийной посадки 24 апреля 1967 года, что привело к крушению капсулы.
1 февраля 2003 года экипаж из семи человек на борту космического челнока Columbia погиб при входе в атмосферу после успешного завершения миссии в космосе . Усиленный углерод-углеродный тепловой экран передней кромки крыла был поврежден куском замерзшей пенопластовой изоляции внешнего бака , которая отломилась и ударила по крылу во время запуска. Горячие газы при входе в атмосферу проникли в конструкцию крыла и разрушили ее, что привело к разрушению орбитального аппарата .
Существует два основных варианта искусственной атмосферы: либо земная смесь кислорода и инертного газа, такого как азот или гелий, либо чистый кислород, который может использоваться при давлении ниже стандартного атмосферного. Смесь азота и кислорода используется на Международной космической станции и космических кораблях «Союз», в то время как чистый кислород низкого давления обычно используется в скафандрах для внекорабельной деятельности .
Использование газовой смеси несет риск возникновения декомпрессионной болезни (обычно называемой «кессонной болезнью») при переходе в среду чистого кислорода в скафандре или из нее. Были случаи травм и смертельных исходов, вызванных удушьем в присутствии слишком большого количества азота и недостаточного количества кислорода.
Чистая кислородная атмосфера несет риск возгорания. Первоначальная конструкция космического корабля «Аполлон» использовала чистый кислород при давлении выше атмосферного перед запуском. Электрический пожар начался в кабине Аполлона -1 во время наземных испытаний на стартовом комплексе 34 станции ВВС на мысе Кеннеди 27 января 1967 года и быстро распространился. Высокое давление, увеличенное пожаром, помешало снять крышку люка заглушки вовремя, чтобы спасти экипаж. Все три астронавта — Гас Гриссом , Эд Уайт и Роджер Чаффи — погибли. [94] Это привело к тому, что НАСА использовало азотно-кислородную атмосферу перед запуском и чистый кислород низкого давления только в космосе.
Миссия «Джемини-8» в марте 1966 года была прервана на орбите, когда двигатель системы управления ориентацией застрял во включенном положении, отправив корабль в опасное вращение, которое угрожало жизням Нила Армстронга и Дэвида Скотта . Армстронгу пришлось отключить систему управления и использовать систему управления возвращением, чтобы остановить вращение. Корабль совершил аварийное возвращение, и астронавты благополучно приземлились. Наиболее вероятной причиной было электрическое короткое замыкание из-за разряда статического электричества , из-за которого двигатель оставался включенным даже в выключенном состоянии. Система управления была модифицирована, чтобы поместить каждый двигатель на собственную изолированную цепь.
Третья лунная экспедиция, Apollo 13 , в апреле 1970 года, была прервана, и жизни экипажа — Джеймса Ловелла , Джека Суигерта и Фреда Хейза — оказались под угрозой после отказа криогенного бака с жидким кислородом по пути на Луну. Бак взорвался, когда электропитание было подано на внутренние перемешивающие вентиляторы в баке, что привело к немедленной потере всего его содержимого, а также повредило второй бак, что привело к постепенной потере оставшегося в нем кислорода в течение 130 минут. Это, в свою очередь, привело к потере электроэнергии, обеспечиваемой топливными элементами для командного космического корабля . Экипажу удалось благополучно вернуться на Землю, используя лунный посадочный корабль в качестве «спасательной шлюпки». Было установлено, что отказ бака был вызван двумя ошибками: сливной фитинг бака был поврежден, когда он был сброшен во время заводских испытаний, что потребовало использования его внутренних нагревателей для выкипания кислорода после предстартового испытания; что в свою очередь повредило электрическую изоляцию проводки вентилятора, поскольку термостаты на нагревателях не соответствовали требуемому номинальному напряжению из-за недопонимания со стороны поставщика.
Экипаж «Союза-11» погиб 30 июня 1971 года из-за сочетания механических неисправностей; экипаж задохнулся из -за разгерметизации кабины после отделения спускаемого аппарата от служебного модуля. Клапан вентиляции кабины резко открылся на высоте 168 километров (104 мили) из-за более сильного, чем ожидалось, удара разрывных разделительных болтов, которые были рассчитаны на последовательное срабатывание, но на самом деле сработали одновременно. Потеря давления стала фатальной примерно через 30 секунд. [95]
По состоянию на декабрь 2015 года [update]23 члена экипажа погибли в результате несчастных случаев на борту космических кораблей. Более 100 других погибли в результате несчастных случаев во время деятельности, непосредственно связанной с космическими полетами или испытаниями.
«Мы в основном заключили контракт на основе предложений, которые нам дали», — сказала Кэти Людерс, менеджер программы коммерческих экипажей NASA, в ходе телеконференции с журналистами после объявления. «Оба контракта имеют одинаковые требования. Компании предложили стоимость, в рамках которой они могли выполнить работу, и правительство ее приняло».
[часть] космического корабля BFR, которая будет перевозить людей в суборбитальных полетах из точки в точку или в миссиях на Луну или Марс, будет сначала испытана на Земле в серии коротких прыжков. ... полномасштабный корабль, совершающий короткие прыжки на высоту в несколько сотен километров и боковое расстояние ... довольно легко для транспортного средства, так как не требуется тепловой экран, мы можем иметь большой запас топлива и не нуждаемся в высоком соотношении площади, двигателях Raptor для дальнего космоса.
{{cite web}}: CS1 maint: multiple names: authors list (link){{cite book}}: |work=проигнорировано ( помощь )