При этом желательно, чтобы герметичный объем и масса станции были как можно большими: в этом случае на ней разместится достаточно большое количество научного оборудования, кислорода, пищи, воды, топлива и т. п. Однако с увеличением внутреннего объема растут размеры и масса конструкции станции, что вступает в противоречие с возможностями современных ракет-носителей, имеющихся или специально создающихся для выведения орбитального блока.
Ракета-носитель, используемая для запуска станции «Салют-6», позволяет вывести орбитальный блок с максимальным диаметром 4,15 м и длиной около 13,5 м. Большие размеры станции (в длине или диаметре) привели бы к увеличению нагрузок на конструкцию ракеты-носителя и поэтому недопустимы. Кроме того, орбитальный блок размещается в верхней части ракеты-носителя, и, следовательно, соответствующая его «верхняя часть», там где размещается так называемый переходный отсек (рис. 3), должна укладываться в обводы конуса, которым заканчивается верхняя часть всего комплекса ракета—орбитальный блок. Это необходимо для обеспечения приемлемого уровня нагрузок на носитель и затрат топлива на преодоление аэродинамического сопротивления на участке движения комплекса в атмосфере.
Так определяются ограничения по размерам, а, следовательно, и по внутреннему объему. Масса орбитального блока, которая может быть выведена этой ракетой-носителем, составляет около 19 т, что и составляет ограничение по массе блока. При разработке станции приходится исходить из этих ограничений и следить за рациональным распределением объемов (и соответственно размеров) и масс между различными «потребителями»: объемами, необходимыми для жизни и работы экипажа; объемами и массами, выделяемыми под двигательные установки, оборудование, запасы средств жизнедеятельности, научную аппаратуру и т. п.
Таким образом, во время проектирования станции необходимо составлять и на всех дальнейших этапах работ постоянно контролировать балансы масс, размеров и объемов, все время соизмеряя технические потребности и возможности. В процессе разработки проектантам приходится вести и контролировать целый ряд «балансов»: энергопитания (сколько в различных режимах тратят электроэнергии приборы, системы станции и сколько ее можно получить, используя, например, солнечные батареи при данной ориентации станции и при данном положении ее орбиты относительно направления на Солнце), тепла (сколько выделяется тепла внутри станции экипажем, приборами, сколько его приходит внутрь станции от внешних источников, таких, как излучение Солнца и Земли, и сколько излучается тепла во внешнее пространство через радиаторы и другие внешние элементы), кислорода и углекислого газа в атмосфере станции, воды на борту (сколько потребляет экипаж, сколько выделяется им же в станционную атмосферу, сколько воды можно очистить и использовать, сколько воды будет поглощаться регенераторами, сколько адсорбируется на конструкции и оборудовании, сколько надо тратить воды в сутки, чтобы замкнуть баланс) и т. п.
Наконец, приходится учитывать и «баланс» времени, которое затрачивается на выполнение соответствующих операций в космосе (коррекции орбиты, сближения, стыковки, заправки, перенос грузов, ремонты, уборки и т. п.), на медицинский контроль, на связь, на отдых, питание, на физические тренировки и на выполнение исследований и экспериментов. Фактически по всем своим параметрам станция, как и космический корабль, как и любая сложная машина, проектируется с учетом компромисса между желаемым и возможным.
Размеры станции «Салют-6» практически определяют ее внутренний герметичный объем, равный примерно 90 м3, основная часть которого приходится на рабочий отсек. Кроме рабочего отсека, на станции есть еще два герметичных объема (соединяющихся с рабочим отсеком через люки): переходной отсек (диаметром 2 м) и промежуточная камера (см. рис. 3). К переходному отсеку пристыковывают пилотируемые транспортные корабли, и он служит связующим звеном между космическим кораблем и орбитальным блоком.
Кроме того, переходной отсек используется в качестве шлюза во время выхода космонавтов в открытое космическое пространство. Поэтому в нем размещены скафандры для работы, в открытом космосе, их бортовое оборудование, арматура, клапаны сброса давления, пульты контроля и управления. В стенках этого отсека имеется семь иллюминаторов, используемых экипажем во время визуальных наблюдений или экспериментов, связанных с визуальными наблюдениями Земли, Луны, горизонта.
К промежуточной камере пристыковывают грузовые и пилотируемые транспортные корабли. Эта камера диаметром 2 м и длиной 1,3 м используется в качестве буферного объема между рабочим отсеком станции и транспортными кораблями. Она же применяется для частичного размещения доставляемых грузов. Через переходной отсек и промежуточную камеру после пристыковки кораблей прокладываются воздуховоды из станции в корабли для вентиляции обитаемых отсеков кораблей.
Рабочий отсек — главный отсек станции, в нем живет и работает экипаж, там же размещается основное оборудование станции. Конструкция корпуса этого отсека должна обеспечивать надежную герметизацию внутреннего объема (естественно, эти требования справедливы и для переходного отсека, и для промежуточной камеры), защиту от воздействия внешнего вакуума, предохранять экипаж и приборы от воздействия микрометеоритов, на его внешних поверхностях допускать размещение тех приборов и агрегатов, которым полагается «смотреть» во внешнее пространство: чувствительные элементы системы ориентации, солнечные батареи, оптические приборы, научная аппаратура (которая не может «работать» через иллюминаторы), антенны, радиаторы и т. п.
Идеальным для решения задачи по герметизации космического аппарата было бы создание цельносварной конструкции его корпуса, однако это практически невозможно. Есть целый ряд факторов, мешающих такому решению. В частности, пока не удается надежно сварить стекло и металл без нарушений в оптических характеристиках стекла. Из технологических же соображений нежелательно сваривать корпуса рабочего и переходного отсеков, рабочего отсека и отсека научной аппаратуры: сквозь гермоконтур отсеков наружу должны выходить тысячи электрических проводов, большое количество гидромагистралей. Наконец, требуется периодически соединять внутренний объем с внешним пространством (например, для выбрасывания отходов).
Поэтому в конструкцию корпуса станции приходится вводить сотни разборных герметичных соединений, уплотняемых, как правило, с помощью резиновых прокладок. Подбор материалов и конструкций этих уплотнений должен производиться с учетом температурных условий мест уплотнения, подвижности соединения, требуемого ресурса по открытию-закрытию, воздействия внешнего жесткого (главным образом ультрафиолетового) излучения (если это уплотнение находится непосредственно на внешней поверхности) и т. д.
В последние годы, когда продолжительность пилотируемых полетов сильно увеличилась, обострился вопрос защиты от микрометеоритов. Во времена полетов космических кораблей «Восток», «Восход» и в первые годы полетов кораблей «Союз» этой проблемы практически не было. На базе теоретических и экспериментальных исследований было установлено, что вероятность пробоя герметизирующей стенки корабля микрометеоритом очень мала и составляет сотые и даже тысячные доли процента при продолжительности полета космонавтов несколько суток (с учетом размера космического корабля). Эти результаты расчета вероятностей основаны на различных моделях микрометеоритного облака в окрестностях орбиты Земли и на свойствах взаимодействия метеоритов с материалом стенки корабля.
В настоящее время продолжительность космических полетов исчисляется месяцами (для космических кораблей) и даже годами (для орбитальных станций). При этом вероятность пробоя однооболочечной конструкции космического аппарата микрометеоритами становится уже достаточно большой, и ее необходимо учитывать при проектировании научного орбитального комплекса, В современных станциях просто нельзя использовать однооболочечную конструкцию для корпуса герметичных отсеков.
