К. Э. Циолковский, которого часто называют пионером космонавтики, известен, в основном, благодаря своей идее о завоевании заатмосферного пространства с помощью реактивных двигателей и полученой им знаменитой формуле реактивного движения. Высказанные К. Э. Циолковским идеи стали основопологающими в современной космонавтике. Но тем не менее, вопреки сложившемуся стереотипу, К. Э. Циолковский не считал самым важным межпланетные перелеты и скорейшую колонизацию планет : "Многие воображают себе небесные корабли с людьми, путешествующими с планеты на планету, постепенное заселение планет и извлечение отсюда выгод, какие дают земные обыкновенные колонии. Дело пойдет далеко не так". К. Э. Циолковский полагал, что прежде всего люди должны будут заселить околоземное пространство, построив на орбитах "эфирные поселения". В научно-фантастической повести "Вне Земли" (1918 г.) Циолковский описал функционирующую в космосе станцию, населенную людьми. По существу, это был первый проект ОС, основные идеи которого сегодня используются всеми конструкторами орбитальных станций.
     Разработки Циолковского не были, конечно, законченной картиной, но в этой и некоторых более поздних работах основоположник космонавтики подробно описал основные элементы обитаемых станций в космическом пространстве, которые в том или ином исполнении будут применятся всегда.
     Станции, построенные и проверенные на Земле, по мысли К. Э. Циолковского, должны доставляться по частям на орбиту грузовыми ракетами. Сборка станций будет производиться на орбите (идея модульных орбитальных комплексов). В более отдаленном будущем, после заселения околоземного пространства, для строительства обитаемых станций К. Э. Циолковский предполагал использовать материал астероидов. Постепенно соединяемые в гигантские гирлянды отдельные станции должны будут образовать "эфирные поселения" в окрестностях Солнечной системы.
     Часть поверхности станции по замыслу К. Э. Циолковского должна быть прозрачной : в освещаемых Солнцем помещениях будут созданы оранжереи. Растения будут снабжать людей пищей, кислородом и перерабатывать отходы жизнедеятельности (идея замкнутой СЖО). Непрозрачную темную часть обшивки станции можно будет прикрывать отражающими шторками, регулируя тем самым температуру внутри станции. Все помещения должны быть изолированы и сообщаться герметично закрывающимися дверями-люками, в этом случае повреждение и разгерметизация одного отсека не вызовет аварии всей станции. Для улучшения условий жизни на таких станциях К. Э. Циолковский предлагал придавать им вращательное движение, создавая искусственную гравитацию. Также он впервые подробно описал скафандры для работы в открытом космосе, шлюзы дя выхода в безвоздушное пространство, уделил много внимания необходимости использования сонечной энергии для обеспечения станции.
     Предлагались и другие проекты орбитальных поселений, в чем-то сходные, в чем-то отличающиеся от станций Циолковского. Например, в конце 1920-х гг. в Германии была выпущена книга Германа Ноордунга "Проблема путешествия в мировое пространство". В ней предлагалось построить на околоземной орбите обсерваторию для астрономическихъ наблюдений, изучения космического пространства и земной поверхности. На базе этой оберватории в дальнейшем можно было бы подготавливать межпланетные экспедиции. Орбитальная обсерватория Ноордунга состояла из трех модулей, связанных проводами и воздушными шлангами. Первый модуль -- необитаемая машинная станция, снабженная огромным параболическим зеркалом, которое, концентрируя солнечную энергию, перерабатывает ее в электрическую. Второй модуль - тороид диаметром 30 м, вращающийся вокруг центральной оси, что создает внутри него искусственную силу тяжести. По периметру тороида расположены пассажирские каюты. Третий модуль - цилиндрический отсек в центре тороида, сообщающийся лифтом с жилым модулем. В этом модуле находится сама обсерватория.
     В 1948 г. английские изобретатели Смит и Росс разработали проект орбитальной станции в виде огромного круглого зеркала на длинной ручке. Вогнутое вращающееся зеркало должно было собирать солнечные лучи, энергия которых потом преобразовывалась в электрическую. В неподвижной "ручке" по замыслу авторов проекта должны были размещаться жилые помещения и причалы для космических кораблей.
     Знаменитый немецкий ученый Вернер фон Браун, автор первой баллистической ракеты "Фау-2", в 1953 г. предложил проект военного космического поселения с гарнизоном в 300 человек. Станция должна была иметь тороидальную форму.
     В США в начале 60-х гг. разрабатывался проект ОС военного назначения MOL. Станция была рассчитана на экипаж из 2-4 человек, сменяемый ежемесячно. ОС должна была иметь цилиндрическую форму длиной около 5 м. Впоследствии от создания этой станции отказались.
     В 70-х гг. в Москве на ВДНХ был представлен советский проект тороидальной станции. В длинной "ступице", соединяющейся с "колесом" тремя "спицами", находились солнечная элетростанция, обсерватория, причалы для транспортных кораблей. Делая 1 оборот в минуту, эта станция массой 500 00 т создавала бы искуственную гравитацию примерно в 1/10 g. В таком космическом городе смогло бы жить до 10 000 человек. Около 450 000 м² площади станции было отведено под посевы зерновых и овощей, были предусмотрены фермы для скота и аквариумы для рыб.
     После тщательного рассмотрения проектов тороидальных станций выяснилось, что транспортировка на орбиту искривленных деталей невыгодна : они занимают слишком много места, их трудно сложить компактно. Вскоре американская фирма "Локхид" предложила конструкцию в виде буквы "Ф", замкнув в прямоугольник цилиндрические отсеки.
     Широкую известность получил проект американского инженера Д. Роумика, напоминающий космическую оранжерею Циолковского. Основная часть этой станции - цилиндр длиной 900 м и диаметром 300 м. На одном из оснований цилиндра находится огромный диск, вращающийся вместе со станцией. На ободе диска при этом создается значительная искусственная тяжесть. Другой конец цилиндра станции переходит в полусферу. В корпусе станции предусмотрены иллюминаторы, которые можно прикрывать специальными ставнями. Внутри станции Роумик предполагал разместить не только жилые, рабочие помещения, склады, лаборатории, но и магазины, спортплощадки, кинозалы и многое другое. Этот космический город был рассчитан на "экипаж" в 20 000 человек.
     Американский профессор Джерард О'Нейл в конце 70-х гг. активно предлагал начать колонизацию околоземного пространства, мотивируя это грозящим перенаселением. По замыслу О'Нейла, каждая колония должна представлять собой металлический цилиндр диаметром от 1 до 6 км и длиной от 3 до 30 км, в котором смогут жить от 100 тысяч до 2 миллионов человек. Цилиндр будет вращаться, создавая искусственную гравитацию, а на его внутренних стенках будут жилые постройки, леса, реки, озера, растительный и животный мир. В оболочке цилиндров будут прозрачные прорези с регуляторами пропускания солнечного света. Источником сырья будущих колоний О'Нейл предлагал сделать Луну.      Итак, в теории космонавтики наметились некоторые тенденции возможных вариантов будущих ОС. Академик и космонавт К. П. Феоктистов в своей книге "Семь шагов в небо" наметил четкую границу между целесообразными проектами и идеями, по видимому, не имеющими будущего. "Тут возникает вопрос : а может быть, эта борьба за все более длитетельное выживание человека в невесомости ненужная затея? Ведь можно создать на кораблях и станцииях искусственную силу тяжести. Помнится, в 1966 г. американцы даже проводили полетный эксперимент на орбите : соединили тросами корабль "Джемини" с ракетной ступенью и раскручивали. Получилась сила тяжести в 1,5 - 2% земной. Но, по моему мнению, такой эксперимент не имел большого смысла. То, что тяжесть при вращениии возникает, известно школьникам. А вот как почувствует себя человек в условиях более значительной искусственной тяжести, если радиус вращения будет не очень велик, менее, скажем, 25 метров, - это еще неясно. Дело в том, что при определенных видах движения в условиях вращения всей ситсемы, как известно из механики, возникают так называемые кориолисовы ускорения. Особенность их в том, что при изменении направления движения меняется и направление ускорения. А следовательно, при любом перемещении в условиях искусственной силы тяжести человек будет испытывать что-то вроде качки. Наземные опыты подтвердили это. Так что жить с искусственной гравитацией будет не очень-то приятно.
     В принципе могут быть выявлены оптимальные радиусы и скорости вращения и, следовательно, величина силы тяжести (совсем ведь нет нужды делать ее равной земной), которые будут более или менее приемлемы. Технически эту проблему решить как будто несложно.
     Тросы для создания такой системы - вещь не лучшая. Очень сложно обеспечить постоянную их натяжку, стабилизацию и ориентацию всей системы в пространстве, корректировать орбиты или траектории. Лучше, чтобы система была жесткой. например, связи между рабочими объемами могут быть в виде телескопических штанг.
     Но может быть и столь любимый художниками-фантастами "бублик". То есть тор, колесо со ступицей и спицами. И станция окажется похожей на то великолепие, которое мы видели в кинофильме "Одиссея : 2001 год".
     Но тут возникает еще один важный момент. С постоянно вращающейся станции невозможно вести наблюдение небесных объектов, поскольку астрономические инструменты требуется точно ориентировать в нужных направлениях. При этом нужна очень высокая точность наводки - до нескольких угловых минут, а в некоторых случаях до долей угловых секунд. Невозможно также вести наблюдения поверхности Земли, которые требуют постоянной ориентации, и технологические эксперименты, для которых нужна невесомость.
     Сделать же вращающейся лишь часть станции - это очень сложная техническая проблема. Нужны гигантские подшипники. Трудно реализовать шлюзование из одной части в другую. Кроме того, неподвижная часть будет постоянно испытывать возмущения, и точно ориентировать ее будет очень трудно. И наконец, космонавтам, по моему мнению, будет нелегко функционировать, постоянно переходя из зоны невесомости в зону тяжести.
     По моему мнению, на ОС создание и применение искусственной тяжести нецелесообразно. Совсем другое дело в межпланетных полетах. Там скорее всего использование силы тяжести будет необходимо."
      "Движение вокруг Земли ряда снарядов, со всеми приспособлениями для существования разумных существ, может служить базой для дальнейшего распространения человечества", - отмечал Циолковский в своей работе "Исследование мировых пространств", изданной в 1911 г. Эта мысль актуальна до сих пор : только с помощью таких баз возможно освоение космоса, никакой другой космический аппарат не в состоянии реально обеспечить решение такого большого числа разнородных задач, как долговременные орбитальные станции. Они могут быть научными лабораториями в околоземном космическом пространстве, где проводятся исследования в разных областях науки. Они могут также быть своеобразными олрбитальными космодромами, где будет происходить сборка межпланетных кораблей, снаряжаться экспедиции в дальний космос. На таких ОС космонавты смогут тренироваться к невесомости перед длительными полетами или, наоборот, проходить адаптацию перед возвращением на Землю из межпланетных путешествий.
     Высказанная К. Э. Циолковским мысль о создании длительно существующих на орбите "эфирных поселений", впервые начала реализовываться в набросках космических аппаратов, сделанных С. П. Королевым еще до старта первого спутника. Королев назвал аппараты такого типа тяжелыми орбитальными станциями (ТОС).
     В разное время предлагалось множество проектов разнообразных орбитальных станций-гигантов, по большей части фантастических, не соответствующих возможностям тогдашних РН. А между тем, когда в Звездном городке еще только начиналась подготовка первого отряда космонавтов, Главный конструктор ОКБ-1 Сергей Павлович Королев уже думал о создании реальных орбитальных станций. Королев любил повторять : "Надо уметь смотреть вперед, сквозь время". Вот некоторые заметки из его записной книжки, подтверждающие эти слова. Дата заметок -- 14 сентября 1962 г.
      "...Надо решать проблему "постоянных спутников", или "орбитального пояса", для несения ряда функций в течение очень длительного времени. Как их (эти спутники) ремонтировать, регулировать, перезаряжать и т. д. ? Нужна целая система или служба около Земли."
     "...Надо бы начать разработку "Оранжереи по Циолковскому" (ОР), с наращиваемыми постепенно звеньями или блоками, и надо начинать работать над "космическими урожаями"..."
     "...Видимо, здесь опыты на "Союзе" и на ТОС дадут возможность получить большие и очень большие длительности (до 1 года) пребывания в условиях невесомости (что при 1 годе решает проблему полета к ближним планетам, т. к. сроки в 3-5 лет будут уже примерно того же порядка)..."
     "...Видимо, создание ТОС есть необходимый этап для длительных полетов в космическом пространстве, т. к. здесь будут отрабатываться у Земли (т. е. легко доступны с Земли) люди и вся техника. Это важный методический шаг(!), без которого не пройти".
     Полет первого спутника, первый человек в космосе, первый экипаж, первый выход космонавта в открытое пространство, первая стыковка на орбите - это были подготовительные шаги на пути к созданию тяжелых орбитальных станций, о которых говорил Королев. Это уже была не фантастика, а необходимость. Вот что сказал Главный конструктор после успешного выхода А. А. Леонова в открытый космос : "За последние годы, когда на наших глазах совершено столько полетов в космос, мы незаметно переходим к иному качеству. Смотрите : летали одноместные корабли, сейчас пошли трехместные, и вот двухместный корабль... Я не думаю, что не ошибусь, если передскажу следующий шаг. Наверное, скоро возникнет вопрос о том, что нет смысла такие дорогостоящие системы, как космические корабли, запускать на несколько суток в космос. Наверное, надо их запускать на орбиту и оставлять там на весьма длительное время. А снабжение этих кораблей всем необходимым, доставку и смену экипажа производить при посредстве упрощенных типов космических аппаратов, которые, естественно, должны иметь шлюзование для того, чтобы подстыковываться к системе кораблей на орбите."
     Полет Ю. А. Гагарина позволил преодолеть серьезный психологический барьер неизвестности. Чтобы получить подробную информацию о влиянии космических полетов на организм человека, в них приняли участие ученый К. П. Феоктистов и врач Б. Б. Егоров, выполнила полет женщина-космонавт В. В. Терешкова. При запусках "Востоков" и "Восходов" были испытаны в полете двух- и трехместные корабли, проверено приземление экипажей в кораблях с использованием системы мягкой посадки, осуществлен выход космонавта из КК в открытое космическое пространство, испытан в реальных условиях космический скафандр. Полеты многоместных КК позволили исследовать вопросы психологической совместимости членов экипажа в условиях ограниченного объема корабля, изучить принципы действия экипажа, состоящего из специалистов разных профессий. Стало ясно, что человек может жить и эффективно работать в космосе, а пилотируемая космонавтика обладает огромными перспективами развития.
     Программа первого этапа, включающая полеты "Востоков" и "Восходов", стала фундаментом, на котором базировалось развитие как советской, так и зарубежной космонавтики. При ее осуществлении были решены принципиальные вопросы конструирования кораблей,уточнены основные схемы орбитального полета, отработано управление КК с наземных пунктов , их встреча и доставка на космодром после приземления, накоплен опыт испытаний космической техники в реальных условиях.
     Однако, первые КК не были маневренными, не обеспечивали длительных полетов и давали возможность решать только определенный, достаточно узкий круг научных и технических задач. "Союзы", корабли следующего поколения, с самого начала имели многоцелевое назначение. Космонавтика вступила в слудующий этап своего развития.
     Цель новой программы состояла в использовании отработанного "базового" корабля в качестве основы для последующей сборки ОС, рассчитанной на длительные полеты человека, организации ее снабжения, разрешения вопросов, связанных с ее эксплуатацией. Поэтому "Союз" сочетал в себе элементы как орбитальной станции, так и и транспортного корабля обслуживания. "Союзы" послужили экспериментальной базой, на которой проверялись многие технические решения, реализованные позже на долговременных орбитальных станциях. Например, на "Союзах" была впервые осуществлена встреча на орбите двух КК : обнаружение, маневрирование, сближение и стыковка.
     Работа над созданием первой долговременной орбитальной станции началась в октябре 1964 г. в ОКБ-2 под руководством В. Н. Челомея. Орбитальная пилотируемая станция (ОПС) планировалась для решения задач научного, народнохозяйственного и оборонного значения, срок ее существования на орбите определялся приблизительно в 1-2 года, экипаж станции по мысли разработчиков должен был состоять из 3-х человек. На орбиту ОПС выводила РН УР500К (современный "Протон"). Проект ОПС, получивший название "Алмаз", был принят в 1967 г.      "Алмаз" был спланирован как космический наблюдательный пункт с комфортабельными условиями для экипажа и хорошим оснащением аппаратурой наблюдения, точной системой ее наведения, способной следить как за лесными пожарами, так и за перемещением военных сил условного противника. Поскольку в период проектирования системы "Алмаз" в США активно разрабатывались проект подобной ТОС — MOL (Military Orbit Laboratory) и разного рода ракеты—перехватчики спутников, в проекте были предусмотрены меры защиты от подобных перехватчиков и буксировщиков : станция оснащалась авиационной скорострельной пушкой конструкции А. Э. Нудельмана. Ее можно было навести в нужную точку, соответственно сориентировав ОПС. Это было, конечно, только средство самозащиты, нападать на кого-либо "Алмаз" не мог.
     Доставлять на станцию сменные экипажи и другой полезный груз должен был специальный корабль снабжения (ТКС), выводящийся на орбиту той же РН. Сначала станцию и ТКС планировалось снабдить аналогичными спускаемыми аппаратами, но в окончательном проекте от этой идеи отказались, и СА остался только на ТКС.

1 - станция "Алмаз", 2 - функциональный грузовой блок ТКС, 3 - возвращаемые аппараты, 4 - солнечные батареи.

     Гермоотсек "Алмаза" состоял из двух цилиндров, где размещались бытовой, рабочий, приборный отсеки. В задней торцевой части находились шлюзовая камера, где были предусмотрены пассивный стыковочный узел, люк для выхода в открытый космос, люк в камеру, из которой на Землю должны были спускаться капсулы с материалами исследований. Капсула имела автономную ДУ, парашютную систему, теплозащитный экран и СА с маяком. Вокруг шлюзовой камеры размещались двигатели ОПС, развертываемые антенны и две большие панели солнечных батарей. Хвостовая часть станции со шлюзовой камерой закрывалась конусообразным теплоизолирующим щитом.
     В передней части гермоотсека, в малом цилиндре, находился бытовой отсек экипажа со спальными местами, столиком для приема пищи, креслом для отдыха и иллюминаторами для обзора. В большом цилиндре был расположен рабочий отсек с пультом управления, рабочим местом, оптическим визиром, панорамно-обзорное устройство для широкого обзора Земли, преископическое устройство для осмотра космического пространства. Далее находился приборный отсек, большую часть которого занимал оптический телескоп для наблюдения Земли. Кроме того, там располагались другие системы наблюдения и аппаратура управления станцией.
     Проект станции в целом разрабатывался в головной организации В. Н. Челомея — центральном конструкторском бюро "Машиностроение" (ЦКБМ), функционально-грузовой блок ТКС и ракета УР500К проектировались в филиале № 1 ЦКБМ. Изготавливаться все это должно было на машиностроительном заводе им. Хруничева. К 1970 г. были созданы корпуса восьми стендовых и двух летных блоков ОПС и велись наземные испытания систем станции. Был определен состав экипажей для полетов на станцию, и в ЦПК началась их подготовка. Были сформированы первые три экипажа для полета на станцию. Первый : Георгий Шонин, Алексей Елисеев и Николай Рукавишников. Второй : Алексей Леонов, Валерий Кубасов и Петр Колодин. Третий : Владимир Шаталов, Владислав Волков и Виктор Пацаев. Чуть позже в подготовку включился еще один экипаж в составе Георгия Добровольского, Виталия Севастьянова и Анатолия Воронова. В 1971 г. в составах экипажей произошли изменения : Г. Шонина, к которому возникли претензии у медиков, заменил В. Шаталов, в третий отряд назначили Г. Добровольского, в четвертый - А. Губарева.
      К середине 1972 года стало ясно, что полная наземная отработка самой станции может быть успешно завершена к 1973 году. При этом создание ТКС явно задерживалось и грозило оставить комплекс без штатного средства снабжения, доставки и возвращения экипажей. Было принято решение — до создания ТКС в качестве корабля для доставки экипажей на станцию "Алмаз" в ходе летных испытаний использовать "Союзы", поэтому ЦКБМ активно сотрудничало с ОКБ Королева (ЦКБЭМ).       Однако работы над приборным составом станции затянулись, и в конце концов готовые корпуса, оснастка, часть аппаратуры и документация были переданы в ЦКБЭМ, где на основе ОПС "Алмаз" с применением систем КК "Союз" менее чем за год была создана долговременная орбитальная станция (ДОС) — "Изделие 17К", которая была успешно запущена 19 апреля 1971 г. под названием "Салют". Состав аппаратуры "Салюта" по сравнению с "Алмазом" был значительно упрощен.
     Более подробную информацию о дальнейшей судьбе разработок ОПС и ТКС можно найти на сайте ЦКБ им. Хруничева.