Викторина почему конструкторы предлагают покрывать спускаемые отсеки. Давайте посмотрим, как в действительности возвращаются космические корабли - is2006
Торможение советских межпланетных автоматических станций серии «Зонд» и «Луна», а также американских обитаемых космических кораблей «Аполлон» при возвращении их из дальнего космоса и спуске на Землю оказалось возможным производить без опасности перегрева и без больших перегрузок при двукратном их нырянии в атмосферу Земли. Воздушный океан, окружающий нашу планету, в какой-то мере похож на водный океан, поэтому и применяют такой термин, как «ныряние», что означает вход космического корабля в атмосферу. В первом нырянии корабль входит на какую-то глубину в атмосферу, а затем опять выходит из нее в космическое безвоздушное пространство.
Разберемся, почему космический корабль при подлете к Земле со второй космической скоростью должен делать два ныряния в воздушный океан. Если бы космический корабль, имея скорость 11,2 км/сек, сразу вошел в атмосферу и двигался в ней по крутой траектории, он бы сильно нагрелся и в нем возникли бы большие перегрузки. При крутой траектории корабль быстро бы достиг нижних, плотных слоев атмосферы, где разогревание происходит очень быстро. Если же траекторию полета корабля выбрать очень пологой, так, чтобы он длительное время двигался в разреженных слоях атмосферы, т. е. высоко над Землей, он, возможно бы, и не сгорел, но зато воздух внутри кабины сильно перегрелся бы. Температура в кабине стала бы настолько большой, что не только для экипажа, но и для приборов, установленных на корабле, она была бы неприемлемой.
Рис. 18. Посадка космического корабля, подлетающего к Земле со второй космической скоростью, с использованием тормозящего действия атмосферы Земли.
Тогда и родилось такое решение - космический корабль входит в атмосферу, пронизывает ее (см. рис. 18) и снова выходит в космическое пространство, т. е. в пространство, где нет воздуха. Пролетев какое-то время в атмосфере, корабль, конечно, уменьшит скорость. Путь корабля в воздухе в первом его нырянии делают таким, чтобы корабль, вылетев обратно в космос, имел скорость несколько меньшую первой космической. Снова попав в космическое пространство, корабль будет охлаждаться, так как его раскаленная наружная поверхность будет излучать тепло. Затем он снова входит в атмосферу, т. е. делает второе ныряние, но уже со скоростью меньшей, чем первая космическая. После второго входа в атмосферу корабль будет двигаться к Земле так же, как при возвращении из орбитального полета вокруг Земли.
Рис. 19. «Коридор торможения» космического корабля в атмосфере.
Как космический корабль, имеющий вторую космическую скорость, должен входить в атмосферу, т. е. выполнять первый нырок, чтобы не сгореть, и в то же время уменьшить скорость движения с 11,2 км/сек до первой космической? Полеты обитаемых космических кораблей показали, что вход в атмосферу со второй космической скоростью будет безопасным при условии, если космический корабль пройдет в атмосфере по очень узкому коридору, не отклоняясь ни в ту, ни в другую сторону (см. рис. 19). Для кораблей серии «Аполлон» этот коридор имеет ширину всего лишь 40 км. Это очень узкий коридор, если учесть, что к нему приближается космический корабль со скоростью 46 320 км/ч, с расстояния примерно 300 000 км. Ну, а если космический корабль пройдет ниже границы этого коридора или выше, что можно ожидать в таком случае?
Если корабль пройдет ниже установленной границы коридора входа, он слишком глубоко войдет в плотные слои атмосферы. Двигаясь длительно в плотных слоях воздушной оболочки Земли, он перегреется и может сгореть. Пройдя над верхней границей коридора, космический корабль пронижет слишком малый слой атмосферы, к тому же и сильно разреженный, поэтому затормозится меньше, чем следует. После вылета в безвоздушное пространство корабль будет иметь скорость меньшую, чем вторая космическая, но большую, чем первая космическая. В этом случае, как мы уже говорили, траекторией движения корабля будет сильно вытянутый эллипс. Опасно войти в коридор ниже допустимой границы, но и вход выше границы также небезопасен. Ведь, перед тем как корабль входит в атмосферу, от него с целью уменьшения веса отбрасывается почти все, остается только спускаемый аппарат, в котором имеется лишь самое необходимое для поддержания жизнедеятельности экипажа на время, в течение которого продолжается спуск корабля на Землю. А сколько времени может летать космический корабль по вытянутому эллипсу вокруг Земли? Ведь тормозить его теперь, чтобы заставить вновь войти в плотные слои атмосферы, нечем, топливо израсходовано, двигатель отброшен. Корабль может двигаться по такой траектории неопределенно долгое время. А на его борту очень ограниченные запасы кислорода, необходимого для дыхания, воды для питья, пищи, источников электроэнергии.
Итак, после того как космический корабль затормозится до скорости, несколько меньшей первой космической, он начинает снижаться, падая на Землю. Выбором соответствующей траектории полета в атмосфере можно обеспечить возникновение перегрузок не выше допустимой величины. Однако при спуске стенки корабля могут и должны разогреваться до очень высокой температуры. Поэтому безопасный спуск в атмосфере Земли возможен лишь при наличии на наружной обшивке спускаемого аппарата специальной теплозащиты. Как предупредить нагревание тела выше допустимой величины, если оно находится под воздействием очень мощного источника тепла?
Если поставить на газовую плиту чугунную сковороду и нагревать ее, она накалится до очень высокой температуры, может стать красной или даже белой, излучая при этом тепло и свет. Но попробуйте нагреть сковороду еще больше. Сколько бы ни держали сковороду на газовой плите, поднять ее температуру выше определенной не удастся. Наступит такое состояние, при котором тепло, поступающее от газовой плиты к сковороде, уже не сможет изменить температуру последней. Почему? Ведь и сковороде непрерывно подводится тепло, и она должна бы нагреться до более высокой температуры и в конце концов расплавиться. Однако этого не происходит по следующей причине. Нагретый металл не только получает тепло от газовой плиты, но, нагревшись до высокой температуры и раскалившись до красного или белого цвета, он и сам путем лучеиспускания отдает тепло окружающему воздуху. При определенной температуре металла наступает равновесие между количеством тепла, передаваемого металлу, и тем теплом, которое он излучает в окружающее пространство. Металл как бы сам создает теплозащиту для себя, благодаря которой он не нагревается выше определенной температуры при данном источнике тепла.
Подобный тип теплозащиты принципиально можно применить и в космических кораблях. На лобовой части спускаемого аппарата можно установить тепловой экран из очень тугоплавкого металла, который не теряет механической прочности при нагревании до высоких температур. Раскаленная металлическая плита (тепловой экран) и будет служить теплозащитой спускаемого аппарата от воздействия раскаленных газов атмосферы.
Другой способ теплозащиты спускаемых аппаратов состоит в применении так называемых экранов с отпотеванием. В жаркую погоду человек сильно потеет. Почему?
Потому что организм для защиты от перегрева применяет очень эффективный способ - он выделяет через поры кожи влагу. Влага с поверхности кожи испаряется, на что требуется затрата тепла (напомним, испарение 1 кг воды требует затраты 560 ккал тепла). Таким образом, все излишнее тепло, которое в жаркую погоду подводится к нашему телу, затрачивается не на нагревание организма, а на испарение с поверхности кожи влаги, выделяющейся в виде пота. Насколько такой способ отвода излишков тепла эффективен, можно судить по тому, что температура тела человека практически остается постоянной (36,5°С) при изменении окружающей температуры воздуха в широком интервале (вплоть до 60°С).
По такому же принципу может работать теплозащитное устройство спускаемого аппарата, представляющее собой экран с отпотеванием. На лобовой части можно установить толстый металлический лист, имеющий множество мелких отверстий, через которые на поверхность листа подается какая-либо жидкость. Лучше всего для этой цели использовать воду, так как она обладает высокой теплотой испарения. Поступающая через поры-отверстия влага будет испаряться, на что расходуется тепло, поступающее от раскаленных газов атмосферы.
Тепловые экраны и экраны с отпотеванием пока не используются. Во всех аппаратах, возвращающихся на Землю после космического полета, применяется другой способ защиты от тепловых потоков, который называется абляционным. Он оказался наиболее простым, надежным и эффективным. Давайте выясним, что означает его название - абляционный. В одном слове - абляция, объединяются названия сразу нескольких процессов. Какие же это процессы? Мы знаем, что плавление твердого тела сопряжено с поглощением тепла. Всем хорошо известно, что если кастрюлю со снегом поставить на огонь и в снег поместить термометр, то он будет показывать, что температура образующейся от плавления снега воды будет около 0° С до тех пор, пока весь снег не растает (не расплавится). В этом процессе все тепло затрачивается на расплавление снега. Известно, что испарение жидкости также сопряжено с поглощением тепла. Опустите термометр в кипящую воду, он покажет температуру 100°С. Как бы долго ни нагревать кипящую воду, температура ее будет оставаться 100°С, пока вся вода не выкипит.
Вам, конечно, приходилось покупать мороженое. Не только зимой, но и летом оно бывает твердым и холодным, сильно замороженным. Замораживают его с помощью так называемого сухого льда. Сухим его называют потому, что при его нагревании не образуется жидкости, как при нагревании обычного льда. Сухой лед - это углекислый газ, который довели до твердого состояния, охладив до температуры - 78° С. Твердый углекислый газ обладает замечательным свойством: при нагревании он не тает, а испаряется, т. е. переходит из твердого состояния в газообразное, минуя жидкую фазу. Такой процесс, при котором вещество из твердого состояния переходит сразу в газообразное, называют сублимацией. Свойством сублимировать обладает не только твердый углекислый газ, но и целый ряд других веществ.
Есть ли что-нибудь похожее в процессах плавления и кипения, с одной стороны, и в процессе сублимации - с другой? Есть. Характерным для процессов кипения и плавления является постоянство температуры. Сублимация также происходит при неизменной температуре. Твердый сухой лед, как его ни нагревай, всегда будет иметь температуру - 78°С. Все тепло, которое будет к нему подводиться, затрачивается на его сублимирование, т. е. образование паров из твердого вещества. Очевидно, если твердый углекислый газ вначале расплавить, т. е. перевести в жидкое состояние (а это можно сделать при определенных условиях), а затем жидкость испарить, то общее количество тепла, которое затрачивается на плавление, а затем на испарение, будет равно теплу, которое пришлось бы затратить, превращая твердый углекислый газ непосредственно в газообразное состояние. Другими словами, теплота сублимации для данного вещества равна сумме теплот испарения и плавления. Следовательно, теплота сублимации вещества всегда больше теплоты его плавления или испарения, взятых отдельно. Мы уже подошли к тому, чтобы дать определение термину «абляция».
Если на наружную поверхность спускаемого аппарата нанести слой какого-либо вещества, которое при нагревании его в процессе спуска аппарата в плотных слоях атмосферы будет плавиться, или испаряться, или сублимировать, или, наконец, сильно разогреваться, то оно потеряет механическую прочность и потоком воздуха небольшими кусочками будет сноситься с поверхности космического объекта. Эти процессы сопровождаются поглощением тепла, которое отнимается от поверхности спускаемого аппарата. Абляцией и называют этот процесс уноса вещества в твердом, жидком или газообразном виде с поверхности какого-либо тела, подвергающегося нагреванию.
Каким же основным требованиям должны удовлетворять абляционные материалы? Требования к абляционным теплозащитным материалам определяются, во-первых, их назначением - отводить как можно больше тепла при минимальном расходе массы вещества, а во-вторых, теми условиями, в которых находится теплозащитный материал перед тем, как он начинает выполнять свое основное назначение.
Спускаемый аппарат.до начала спуска на Землю находится в космическом пространстве. При орбитальном полете температура наружной оболочки космического корабля может меняться в пределах от +95° С на стороне, освещенной Солнцем, до - 180°С на теневой стороне. Совершая полет в космическом пространстве, корабль неоднократно меняет свое положение относительно Солнца, поэтому его стенки то нагреваются, то охлаждаются. К чему это может привести? Попробуйте налить в обычный стакан кипяток. Стакан треснет. Резкое изменение температуры тела, обладающего большим коэффициентом термического расширения и малой теплопроводностью, приводит обычно к такому явлению. Следовательно, для того чтобы теплозащитное покрытие, находясь в космосе, не растрескивалось от резкого перепада температур, оно должно обладать минимальным термическим коэффициентом расширения, т. е. при нагревании не сильно увеличиваться в размерах, а при охлаждении, наоборот, не сильно уменьшаться.
Мы уже говорили, что космическое пространство - это чрезвычайно глубокий вакуум (практически абсолютный). Вакуум способствует выделению из вещества летучих составляющих. В теплозащитном покрытии летучие вещества должны отсутствовать, иначе при длительном нахождении в космическом пространстве теплозащитное покрытие может изменить свой состав, а следовательно, механические и другие свойства.
В космосе кораблю довольно часто приходится встречаться с роями мельчайших частиц - метеорной пылью. Удары этих мельчайших частиц не могут вызвать механическое разрушение теплозащитного покрытия, однако материал покрытия может получить повреждения от трения таких частиц. Поэтому он должен обладать высокой износоустойчивостью, т. е. быть мало чувствительным к абразивному действию метеорного вещества. В космическом пространстве теплозащитное покрытие будет подвергаться также действию и космических лучей, и радиации, и ряда других факторов.
Воздействие всех факторов космического пространства на теплозащитное покрытие в течение запланированного времени полета корабля не должно сильно изменить его свойства. Во всяком случае теплозащитный материал должен сохранять свои свойства в такой мере, чтобы выполнить свое назначение - обеспечить безопасный спуск спускаемого аппарата на Землю. Основные требования к теплозащитным материалам, конечно, обуславливаются условиями их работы во время спуска при прохождении спускаемым аппаратом плотных слоев атмосферы, где он подвергается как механическому, так и тепловому воздействию. В первую очередь теплозащитные материалы должны обладать большой теплотой уноса (ее называют эффективной энтальпией). Это значит, что с поверхности теплозащитного покрытия масса веществ уносится при подводе к нему большого количества тепла. Ценность теплозащитных материалов главным образом и определяется величиной эффективной энтальпии. Чем больше величина эффективной энтальпии, тем лучше теплозащитный материал.
Понятно, конечно, почему эта величина так важна. Ведь чем выше эффективная энтальпия вещества, из которого изготовлено теплозащитное покрытие, тем меньше по массе при прочих равных условиях его потребуется нанести на поверхность спускаемого аппарата. А какое имеет значение масса для объектов, поднимаемых в космос, мы уже видели. К тому же следует иметь в виду и то обстоятельство, что теплозащитное покрытие по массе составляет иногда до 50% всей массы спускаемого аппарата.
Эффективная энтальпия - главный показатель качества теплозащитного материала, но не единственный. Теплозащитное покрытие должно выдерживать большие механические нагрузки, иначе оно может разрушиться под действием набегающего на аппарат потока воздуха. Наконец, теплозащитные материалы должны обладать малой теплопроводностью. Тепло от спускаемого аппарата необходимо отводить для того, чтобы внутри его, где находится экипаж и необходимые приборы, температура не повышалась выше допустимой величины. Температура же внутри спускаемого аппарата определяется тем количеством тепла, которое пройдет извне, через его оболочку, т. е. теплопроводностью стенки аппарата и, в частности, покрытия, наносимого на него. Очевидно, чем меньше теплопроводность теплозащитного покрытия, тем меньше тепла поступит внутрь аппарата.
Совместить в одном материале большую эффективную энтальпию, высокую прочность и малую теплопроводность, как показывает практика, невозможно. Чтобы получить теплозащитное покрытие с требуемыми свойствами, его приходится изготавливать из нескольких слоев различных материалов. Наружный слой выполняют из материала, обладающего высоким значением эффективной энтальпии и достаточно высокой механической прочностью. Второй слой изготавливают из материала, обладающего небольшой механической прочностью и относительно небольшим значением энтальпии, но зато малой теплопроводностью. Второй слой покрытия защищен от воздействия горячих газов атмосферы и их давления наружным слоем. Материал второго слон покрытия является главным препятствием для проникновения тепла от внешнего слоя теплозащитного покрытия, имеющего очень высокую температуру, к металлическому корпусу спускаемого аппарата.
Какую температуру может иметь наружный слой теплозащитного покрытия? Мы уже говорили, что температура газов, образующихся в раскаленном слое воздуха, сжатого летящим к Земле спускаемым аппаратом, достигает 8000°К. Теплозащитное покрытие, нанесенное на лобовую часть спускаемого аппарата, непосредственно соприкасается с этим слоем и нагревается. Однако температура поверхности абляционного материала, из которого изготовлено теплозащитное покрытие, всегда бывает значительно меньше температуры газов, с которыми оно соприкасается. Более того, она в известной степени не зависит от величины температуры раскаленных газов атмосферы. Температура поверхности теплозащитного покрытия определяется в основном свойствами материала, из которого оно изготовлено. Поясним это. Температура пламени газовой горелки = 800°С. Поставьте на горелку пустой чайник. Через некоторое время он нагреется до температуры, почти равной температуре пламени горелки. Теперь наполним чайник водой и также будем греть. Температура чайника, как бы долго ни держать его на огне, выше 100°С не поднимется. А если налить в чайник спирт, имеющий температуру кипения 76°С, то стенки чайника не удастся нагреть и выше 76°С, хотя температура пламени горелки останется прежней - 800° С.
Испарение в процессе кипения - это по существу один из видов абляции, при котором уносится вещество с поглощением тепла. Ведь и защита корпуса спускаемого аппарата абляционным теплозащитным покрытием от перегрева происходит так же, как и защита стенок чайника от перегрева испаряющейся в нем жидкостью. Максимальная температура, до которой можно нагреть стенки чайника, зависит от температуры кипения находящейся в нем жидкости. Температура поверхности теплозащитного покрытия, которая имеет контакт с раскаленными до 8000° К газами, будет определяться температурой, при которой теплозащитный материал из твердого состояния превращается в газообразное. Можно изготавливать теплозащитные материалы с различными температурами превращения в газообразное состояние (температурами сублимации). В практике строительства космических аппаратов наибольшее распространение получили материалы с температурами сублимации 2500 - 3500° С. Основу этих материалов составляют так называемые эпоксидные или формальдегидные смолы. Смолы для придания им механической прочности смешивают со стеклянными нитями, стеклотканью, асбестом или другими тугоплавкими веществами.
В нормальных условиях такие смешанные материалы имеют большую твердость и прочность. При нагревании до температуры сублимации (2500 - 3500° С) они переходят в газообразное состояние, частично обугливаются. Температуру нагрева наружной поверхности теплозащитного покрытия можно менять (в известных пределах), изменяя состав теплозащитного материала. Возникает вопрос, почему в практике нашли применение абляционные материалы, превращающиеся из твердого состояния в газообразное при температурах порядка 3000°С? Не опасно ли допускать нагрев наружной стенки спускаемого аппарата до столь высокой температуры? Казалось бы, чем ниже температура оболочки спускаемого аппарата, тем безопаснее будет спуск. В действительности получается наоборот - применение теплозащитных материалов с меньшей температурой сублимации, чем имеют ныне применяемые материалы, невыгодно. Ведь чем ниже будет температура газообразования, тем больший слой теплозащитного покрытия за время спуска должен испариться. Следовательно, слой теплозащитного покрытия нужно будет делать большим по массе, а это ведет к увеличению веса, что, как мы знаем, нежелательно.
Применять теплозащитные материалы с более высокой температурой сублимации (т. е. выше 2500 - 3500°С) также невыгодно. Применение теплозащитных материалов с повышенной температурой сублимации означает нагревание верхних слоев теплозащитного покрытия до более высоких температур. А известно, что при данной теплоизоляции количество тепла, проходимое через нее, будет тем больше, чем значительнее разница температур между ее наружной и внутренней частями. Следовательно, к металлической обшивке спускаемого аппарата при таком теплозащитном покрытии станет поступать больше тепла, что приведет к большому нагреву всего, что находится внутри его. Чтобы предупредить перегрев отсека, где помещается экипаж, потребуется увеличить толщину теплоизолирующего слоя, что также скажется на весе корабля.
Расчет и практика показали, что наименьший вес спускаемого аппарата при прочих равных условиях получается, если применять теплозащитное покрытие с температурой сублимации не выше 3500° С и не ниже 2500° С. Теплозащитное покрытие спускаемого аппарата космического корабля «Аполлон», на котором американские космонавты, возвращаясь с Луны, подлетают к Земле со второй космической скоростью, изготовлено из материала на основе эпоксидной смолы. Толщина теплозащитного слоя, наносимого на поверхность спускаемого аппарата, не везде одинакова. Наибольшая толщина делается на лобовой поверхности, где она достигает 66 мм, а наименьшая - на донной части (23 мм). Это лишь толщина материала, который может подвергаться уносу (абляции) в процессе нагрева. Общая же толщина теплозащитного покрытия, защищающего металлический корпус от нагрева на лобовой части спускаемого аппарата космического корабля «Аполлон», составляет 450 мм, т. е. почти полметра.
Вот какую толщу теплозащитного материала должно пройти тепло, поступающее от раскаленных газов атмосферы, чтобы достигнуть металлической оболочки аппарата и нагреть воздух, находящийся в нем. Нагревание - главная опасность при спуске корабля в атмосфере. Несмотря на огромную толщину теплозащитного и теплоизолирующего слоя, часть тепла все-таки проходит внутрь спускаемого аппарата. Кроме того, внутри аппарата происходит выделение тепла в результате жизнедеятельности членов экипажа и работы аппаратуры. При полете корабля в космическом пространстве излишки тепла, как мы видели, отводятся системой терморегулирования. Отвод производится путем охлаждения воздуха жидкостью, которая в свою очередь охлаждается в змеевике, помещенном в космосе.
В период спуска на Землю, когда аппарат находится в атмосфере, такой способ отвода излишков тепла из него исключается. За бортом спускаемого аппарата не вакуум, как в космическом пространстве, а поток раскаленного до огромной температуры газа. Специальными исследованиями установлено, что человек может выдерживать температуру 71°С в течение 67 мин без особого вреда для организма. А если тело человека предварительно переохладить всего на 1° С, указанную температуру он сможет выдерживать 114 мин. Время спуска с орбиты на Землю в среднем составляет 20 - 25 мин, т. е. оно гораздо меньше того времени, в течение которого человек может выдерживать температуру 71° С.
Однако температура атмосферы внутри спускаемого аппарата за счет внешнего нагревания и выделения тепла приборами может оказаться и больше, чем 70° С, и это уже будет опасно для здоровья и жизни членов экипажа. Поэтому все спускаемые аппараты снабжены системами регулирования температуры, которые могут работать и в условиях спуска аппарата в плотных слоях атмосферы Земли. Система терморегулирования, работающая во время снижения спускаемого аппарата, принципиально отличается от системы терморегулирования, работающей во время нахождения космического корабля в безвоздушном пространстве. Принцип ее работы заключается в отводе тепла путем испарения жидкости. Испарение жидкости происходит за счет тепла, содержащегося в отсеке спускаемого аппарата. Образующиеся при этом пары отводятся за борт аппарата. Жидкость, применяющаяся в системе терморегулирования спускаемого аппарата, должна обладать следующими свойствами: иметь большую теплоту испарения и низкую температуру кипения. Такими свойствами обладают некоторые сжиженные газы, в частности аммиак. Жидкий аммиак кипит при температуре - 33° С, но, находясь в баллоне под давлением в несколько атмосфер, он сохраняет жидкое состояние при нормальной комнатной температуре.
А что произойдет, если в баке с жидким аммиаком постепенно уменьшать давление при помощи вентиля? Аммиак станет вскипать и в газообразном состоянии выходить наружу. Образование газа из жидкости сопровождается поглощением тепла. Откуда берется тепло, необходимое для испарения аммиака? Из окружающей среды. Баллон очень скоро станет холодным. Теплый воздух помещения будет нагревать баллон, а он в свою очередь будет отдавать тепло испаряющемуся аммиаку. Так постепенно весь воздух, находящийся в помещении, можно охладить до нужной температуры; для этого конечно, потребуется испарить определенное количество аммиака. Охлаждение воздуха в отсеке спускаемого аппарата, где находится экипаж, проводится таким же образом, только пары вещества, испаряющегося в специальном устройстве, выбрасываются не в отсек, а но трубкам отводятся за борт аппарата.
Хотя атмосфера Земли и является причиной очень сильного разогревания спускаемого аппарата во время его спуска на Землю, она в то же время служит средством торможения. С помощью атмосферы можно «погасить» огромные космические скорости. Но можно ли безопасно приземлять спускаемый аппарат, если тормозить его только атмосферой? Конечно, нет. Прыжок из окна первого этажа не представляет никакой опасности, а со второго прыгнет не каждый. С третьего этажа и выше прыгать опасно. Под действием силы тяжести, создающей ускорение, скорость приземления человека, прыгающего из окна высокого дома, достигает такой величины, при которой он сможет разбиться. Какую же скорость должен иметь спускаемый аппарат в момент приземления, чтобы удар его о Землю был не опасен как для членов экипажа, так и для аппаратуры, установленной в нем. Лучше всего, конечно, приземляться так, чтобы скорость аппарата в момент соприкосновения с поверхностью Земли была бы равна нулю или во всяком случае не превышала 2 м/сек. При атом условии посадка будет мягкой, совершенно безопасной и для экипажа и для конструкции аппарата.
Довольно жесткий удар, но еще терпимый, будет ощущаться, если приземление происходит со скоростью подхода к поверхности Земли 5 - 6 м/сек. А если скорость будет больше? Понятно, что это плохо и для экипажа, и для аппаратуры.
Начиная с некоторой высоты, спускаемый аппарат ведет себя как обычное тело, падающее на Землю с некоторой начальной скоростью. Скорость его падения по сравнению с первой космической скоростью будет небольшой. Например, тело, сброшенное с самолета, летящего на высоте 2000 м, приземлится со скоростью 200 м/сек (v² = √2gH). 200 м/сек - это небольшая скорость, но приземляться с такой скоростью, безусловно, нельзя. Как же обеспечить безопасное приземление?
Находясь уже не в космосе, а в непосредственной близости от Земли, можно воспользоваться обычными, земными средствами. Парашют - испытанный способ спуска с высоты на Землю. Правда, спуск космического аппарата на парашютах, после того как он потеряет за счет тормозящего действия атмосферы значительную часть своей скорости, происходит не так, как спуск парашютиста, прыгающего с борта самолета. Спускаемый аппарат имеет на борту, как правило, два основных парашюта и третий вспомогательный. Первый, тормозной парашют (он гораздо меньше по размеру, чем второй) раскрывается во время движения космического аппарата со скоростью около 250 м/сек. Его назначение - несколько снизить скорость аппарата, поэтому этот парашют и называют тормозным.
Второй, основной парашют служит для обеспечения плавной посадки аппарата на Землю. Размер купола его в несколько раз больше, чем у тормозного парашюта, а поэтому и тормозящее действие значительно больше. Почему сразу не выбрасывается большой парашют? Этого делать нельзя. При большой скорости движения на него будет действовать слишком большая нагрузка и он может порваться. А для чего нужен вспомогательный парашют? Его назначение: вытянуть основной парашют из гнезда, в котором он уложен. Основной парашют имеет и большой размер и большую массу. Чтобы сбросить его с борта спускаемого аппарата, требуется затратить значительное усилие. Вспомогательный парашют невелик по размеру, вытянуть его из гнезда не представляет большой трудности. Этот небольшой парашют крепится к кольцу второго, основного парашюта. Когда вспомогательный парашют раскрывается в воздухе, давление потока воздуха на его купол создает силу, достаточную для того, чтобы вытянуть из гнезда основной парашют.
Система парашютов обеспечивает спуск и приземление спускаемого аппарата, при котором удар о Землю не сопровождается толчками, опасными для экипажа. Однако приземление с помощью парашютов не обеспечивает мягкой посадки. Правда, если парашют сделать очень больших размеров, посадку можно было бы производить и мягко (т. е. со скоростью приземления не более 2 м/сек). Есть другой, более приемлемый способ, позволяющий обеспечить мягкую посадку, при котором не требуется большого увеличения веса спускаемого аппарата. На борту аппарата можно иметь реактивный двигатель, который следует включить в тот момент, когда аппарат будет на высоте 1 - 2 м над поверхностью Земли. Направление силы тяги двигателя должно быть противоположно направлению движения аппарата. Тягу двигателя можно выбрать такой, чтобы его работа в течение заданного времени (обычно это доли секунды) полностью приостановила падение аппарата на Землю на высоте 0,2 - 0,15 м. Аппарат как бы повиснет в воздухе на какое-то мгновение. После того как двигатель прекратит работу, спускаемый аппарат снова будет падать на Землю. Но с какой высоты? Всего лишь 0,2 - 0,15 м. Падение с такой высоты не даст резкого удара, приземление будет мягким и совершенно безопасным.
Спуск на Землю без применения тормозных двигателей приводит лишь к некоторой жесткости приземления, однако такой спуск все же безопасен. Но на некоторых небесных телах, в частности на Луне, атмосферы нет. Следовательно, произвести спуск космического объекта на поверхность Луны с помощью парашютов невозможно. Безопасный спуск космических объектов на планеты, не имеющие достаточно плотной атмосферы, можно обеспечить только с помощью тормозных двигателей.
Космические корабли «Союз»
«Союз» — наименование серии советских космических кораблей для полетов по орбите вокруг Земли; программа их разработки (с 1962 года) и запусков (с 1967 года; беспилотных модификаций — с 1966 года). Космические корабли «Союз» предназначены для решения широкого круга задач в околоземном космическом пространстве: отработки процессов автономной навигации, управления, маневрирования, сближения и стыковки; изучения воздействий условий длительного космического полета на организм человека; проверки принципов использования пилотируемых кораблей для исследований Земли в интересах народного хозяйства и выполнения транспортных операций для связи с орбитальными станциями; проведения научно-технических экспериментов в космическом пространстве и другого.
Масса полностью заправленного и укомплектованного корабля от 6,38 т (первоначальные варианты) до 6,8 т, численность экипажа 2 человека (3 человека — в модификациях до 1971 года), максимально достигнутая продолжительность автономного полета 17,7 суток (с экипажем 2 человека), длина (по корпусу) 6,98-7,13 м, диаметр 2,72 м, размах панелей солнечных батарей 8,37 м, объем двух жилых отсеков по гермокорпусу 10,45 м3, свободный — 6,5 м3. Космический корабль «Союз» состоит из трех основных отсеков, которые механически соединяются между собой и разделяются с помощью пиротехнических устройств. В состав корабля входят: система ориентации и управления движением в полете и при спуске; система двигателей причаливания и ориентации; сближающе-корректирующая двигательная установка; системы радиосвязи, электропитания, стыковки, радионаведения и обеспечения сближения и причаливания; система приземления и мягкой посадки; система жизнеобеспечения; система управления бортовым комплексом аппаратуры и оборудования.
Спускаемый аппарат — масса 2,8 т, диаметр 2,2 м, длина 2,16 м, объем по внутренним обводам обитаемого отсека 3,85 м3, — служит для размещения экипажа на участке выведения «Союза» на орбиту, при управлении корабля в полете по орбите, во время спуска в атмосфере, парашютирования, приземления. Герметичный корпус спускаемого аппарата, выполненный из алюминиевого сплава, имеет коническую форму, в нижних и верхних частях переходящую в сферу. Для удобства монтажа аппаратуры и оборудования внутри спускаемого аппарата лобовая часть корпуса выполнена съемной. Снаружи корпус имеет теплоизоляцию, конструктивно состоящую из лобового экрана (отстреливаемого на участке парашютирования), боковой и донной теплозащиты, форма аппарата и положение центра масс обеспечивают управляемый спуск с аэродинамическим качеством (~0,25). В верхней части корпуса имеется люк (диаметр «в свету» 0,6 м) для сообщения с обитаемым орбитальным отсеком и выхода экипажа из спускаемого аппарата после приземления. Спускаемый аппарат оснащен тремя иллюминаторами, из которых два имеют трехстекольную конструкцию и один — двухстекольную (в месте установки визира-ориентатора). В корпусе размещены два герметичных, закрытых отстреливаемыми крышками парашютных контейнера. На лобовой части корпуса установлены 4 двигателя мягкой посадки. Скорость приземления на основной парашютной системе с учетом импульса двигателей мягкой посадки не более 6 м/с. Спускаемый аппарат рассчитан па посадку в любое время года на грунты различного типа (в т. ч. скальные) и открытые водоемы. При посадке на водоемы экипаж может находиться в аппарате «на плаву» до 5 суток.
В спускаемом аппарате размещены пульт космонавтов, ручки управления космическим кораблем, приборы и оборудование основных и вспомогательных систем корабля, контейнеры для возвращаемой научной аппаратуры, резервный запас (продукты, снаряжение, медикаменты и другое), обеспечивающий жизнедеятельность экипажа в течение 5 суток после приземления, средства радиосвязи и пеленгации на участках спуска и после посадки и т.д. Внутри корпус и оборудование спускаемого аппарата покрыты теплоизоляцией в сочетании с декоративной обшивкой. При выведении «Союза» на орбиту, спуске на Землю, проведении операций по стыковке и расстыковке члены экипажа находятся в скафандрах (введены после 1971 года). Для обеспечения полета по программе ЭПАС в спускаемом аппарате был предусмотрен пульт управления совместимыми (работающими на одинаковых частотах) радиостанциями и внешними огнями, а для передачи цветного телевизионного изображения были установлены специальные светильники.
Обитаемый орбитальный (бытовой) отсек — масса 1,2-1,3 т, диаметр 2,2 м, длина (со стыковочным агрегатом) 3,44 м, объем по внутренним обводам герметичного корпуса 6,6 м3, свободный объем 4 м3 — используется в качестве рабочего отсека при проведении научных экспериментов, для отдыха экипажа, перехода его в другой космический корабль и для выхода в космическое пространство (выполняет роль шлюзовой камеры). Герметичный корпус орбитального отсека, выполненный из магниевого сплава, представляет собой две полусферические оболочки диаметром 2,2 м, соединенные цилиндрической вставкой высотой 0,3 м. Отсек имеет два обзорных иллюминатора. В корпусе расположены два люка, один из которых соединяет орбитальный отсек с спускаемым аппаратом, а другой (диаметр «в свету» 0,64 м) служит для посадки экипажа в космический корабль на стартовой позиции и для выхода в космос. В отсеке расположены пульт управления, приборы и агрегаты основных и вспомогательных систем корабля, бытовое оборудование, научная аппаратура. При отработке и обеспечении стыковки автоматических и пилотируемых модификаций космических кораблей в случае использования их в качестве транспортных кораблей в верхней части орбитального отсека устанавливается стыковочный агрегат, выполняющий следующие функции: поглощение (демпфирование) энергии соударения кораблей; первичную сцепку; выравнивание и стягивание кораблей; жесткое соединение конструкций кораблей (начиная с «Союз-10» — с созданием герметичного стыка между ними); расстыковку и разделение космических кораблей. В корабле «Союз» нашли применение три типа стыковочных устройств:
первый, выполненный по схеме «штырь-конус»; второй, также выполненный по этой схеме, но с созданием герметичного стыка между состыковавшимися кораблями для обеспечения перехода экипажа из одного корабля в другой;
(третий в эксперименте по программе ЭПАС), представляющий собой новое, технически более совершенное устройство — андрогинный периферийный агрегат стыковки (АПАС). Конструктивно стыковочное устройство первых двух типов состоит из двух частей: активного стыковочного агрегата, устанавливаемого на одном из кораблей и снабженного механизмом для осуществления всех действий по стыковке, и пассивного стыковочного агрегата, устанавливаемого на другом космическом корабле.
Приборно-агрегатный отсек массой 2,7-2,8 т предназначен для размещения аппаратуры и оборудования основных систем космического корабля, обеспечивающих орбитальный полет. Он состоит из переходной, приборной и агрегатной секций. В переходной секции, выполненной в виде форменной конструкции, соединяющей спускаемый аппарат с приборной секцией, установлено 10 двигателей причаливания и ориентации с тягой 100 Н каждый, топливные баки и система подачи однокомпонентного топлива (перекиси водорода). Герметичная приборная секция объемом 2,2 м3, имеет форму цилиндра диаметром 2,1 м, высотой 0,5 м с двумя съемными крышками. В приборной секции размещены приборы систем ориентации и управления движением, управления бортовым комплексом аппаратуры и оборудования корабля, радиосвязи с Землей и программно-временного устройства, телеметрии, единого электропитания. Корпус агрегатной секции выполнен в виде цилиндрической оболочки, переходящей в коническую и заканчивающейся базовым шпангоутом, предназначенным для установки корабля на ракету-носитель. Снаружи агрегатной секции расположен большой радиатор-излучатель системы терморегулирования, 4 двигателя причаливания и ориентации, 8 двигателей ориентации. В агрегатной секции размещена сближающе-корректирующая двигательная установка КТДУ-35, состоящая из основного и дублирующего двигателей с тягой по 4,1 кН, топливных баков и системы подачи двухкомпонентного топлива. Около базового шпангоута установлены антенны радиосвязи и телеметрии, ионные датчики системы ориентации и часть батарей системы единого электропитания корабля. Солнечные батареи (на кораблях, используемых в качестве транспортных кораблей для обслуживания орбитальных станций «Салют», не устанавливаются) выполнены в виде двух «крыльев» из 3-4 створок каждое. На концевых створках батарей размещены антенны радиосвязи, телеметрии и цветные бортовые огни ориентации (в эксперименте по программе ЭПАС).
Все отсеки космического корабля снаружи закрыты экранно-вакуумной теплоизоляцией зеленого цвета. При выведении на орбиту — на участке полета в плотных слоях атмосферы корабль закрыт сбрасываемым головным обтекателем, оснащенным двигательной установкой системы аварийного спасения.
Система ориентации и управления движением корабля может работать как в автоматическом режиме, так и в режиме ручного управления. Бортовая аппаратура получает энергию от централизованной системы электропитания, включающей солнечные, а также автономные химические батареи и буферные батареи. После стыковки космического корабля с орбитальной станцией солнечные батареи могут использоваться в общей системе электропитания.
Система жизнеобеспечения включает блоки регенерации атмосферы спускаемого аппарата и орбитального отсека (близкой по своему составу воздуху Земли) и терморегулирования, запасы пищи и воды, ассенизационно-санитарное устройство. Регенерация обеспечивается веществами, поглощающими углекислый газ с одновременным выделением кислорода. Специальные фильтры поглощают вредные примеси. На случай возможной аварийной разгерметизации жилых отсеков для экипажа предусмотрены скафандры. При работе в них условия для жизнедеятельности создаются подачей в скафандр воздуха от бортовой системы наддува.
Система терморегулирования поддерживает температуру воздуха в жилых отсеках в пределах 15-25 °С и относит. влажность в пределах 20-70%; температуру газа (азот) в приборной секции 0-40°С.
Комплекс радиотехнических средств предназначен для определения параметров орбиты космического корабля, приема команд с Земли, двухсторонней телефонной и телеграфной связи с Землей, передачи на Землю телевизионных изображений обстановки в отсеках и внешней обстановки, наблюдаемой ТВ камерой.
За 1967 — 1981 гг. выведено на орбиту искусственного спутника Земли 38 пилотируемых космических кораблей «Союз».
«Союз-1», пилотируемый В.М.Комаровым, был запущен 23.4.1967 с целью испытаний корабля и отработки систем и элементов его конструкции. При спуске (на 19-м витке) «Союз-1» благополучно прошел участок торможения в плотных слоях атмосферы и погасил первую космическую скорость. Однако вследствие ненормальной работы парашютной системы на высоте ~7 км спускаемый аппарат снижался с большой скоростью, что привело к гибели космонавта.
Космический корабль «Cоюз-2» (беспилотный) и «Союз-3» (пилотируемый Г.Т.Береговым) совершили совместный полет для проверки работы систем и конструкции, отработки сближения и маневрирования. По окончании совместных экспериментов корабли совершили управляемый спуск с использованием аэродинамического качества.
На кораблях «Союз-6», «Союз-7», «Союз-8» проведен групповой полет. Выполнена программа научно-технических экспериментов, включая испытания способов сварки и резки металлов в условиях глубокого вакуума и невесомости, проведены отработка навигационных операций, взаимное маневрирование, осуществлены взаимодействие кораблей между собой и с наземными командно-измерительными пунктами, одновременное управление полетом трех космических кораблей.
Для кораблей «Союз-23» и «Союз-25» была запланирована стыковка с орбитальной станцией типа «Салют». Вследствие неправильной работы аппаратуры измерения параметров относительного движения (корабль «Союз-23»), отклонения от заданного режима работы на участке ручного причаливания («Союз-25») стыковка не состоялась. На этих кораблях проводилась отработка маневрирования, сближения с орбитальными станциями типа «Салют».
В ходе длительных космических полетов проведен большой комплекс исследований Солнца, планет и звезд в широком диапазоне спектра электромагнитных излучений. Впервые («Союз-18») выполнено комплексное фото- и спектрографическое исследование полярных сияний, а также редкого явления природы — серебристых облаков. Проведены комплексные исследования реакций организма человека на действия факторов длительного космического полета. Испытаны различные средства профилактики неблагоприятного действия невесомости.
В ходе 3-месячного полета «Союз-20» совместно с «Салютом-4» проводились ресурсные испытания.
На базе космических кораблей «Союз» созданы грузовой транспортный космический корабль ГТК «Прогресс», а на основе опыта эксплуатации кораблей «Союз» — существенно модернизированный корабль «Союз Т».
Запуски космических кораблей «Союз» осуществлялись 3-ступенчатой ракетой-носителем «Союз».
Программа космических кораблей «Союз».
Космический корабль «Союз-1». Космонавт — В.М.Комаров. Позывной — «Рубин». Запуск — 23.04.1967 г., посадка — 24.04.1967 г. Цель — испытание нового корабля. Планировалась стыковка с кораблем «Союз-2» с тремя космонавтами на борту, переход через открытый космос двух космонавтов, и посадка уже с тремя космонавтами на борту. Из-за отказа ряда систем на корабле «Союз-1» запуск «Союз-2» был отменен.(Эта программа была выполнена в 1969 году кораблем
«Союз-4» и «Союз-5»). При возвращении на Землю из-за нерасчетной работы парашютной системы космонавт Владимир Комаров погиб.
Космический корабль «Союз-2» (беспилотный). Запуск — 25.10.1968 г., посадка — 28.10.1968 г. Цель: проверка доработанной конструкции корабля, проведение совместных экспериментов с пилотируемым «Союз-3» (сближение и маневрирование).
Космический корабль «Союз-3». Космонавт — Г.Т.Береговой. Позывной — «Аргон». Запуск — 26.10.1968 г., посадка — 30.10.1968 г. Цель: проверка доработанной конструкции корабля, сближение и маневрирование с беспилотным «Союз-2».
Космический корабль «Союз-4». Первая стыковка на орбиту двух пилотируемых кораблей — создание первой экспериментальной орбитальной станции. Командир — В.А.Шаталов. Позывной — «Амур». Запуск — 14.01.1969 г. 16.01. 1969 г. в ручном режиме состыковался с пассивным кораблем «Союз-5» (масса связки двух кораблей — 12924 кг), из которого два космонавта А.С.Елисеев и Е.В.Хрунов перешли через открытый космос в «Союз-4» (время пребывания в открытом космосе — 37 минут). Через 4,5 часа корабли расстыковались. Посадка — 17.01.1969 г. с космонавтами В.А.Шаталовым, А.С.Елисеевым, Е.В.Хруновым.
Космический корабль «Союз-5». Первая стыковка на орбите двух пилотируемых кораблей — создание первой экспериментальной орбитальной станции. Командир — Б.В.Волынов, члены экипажа: А.С.Елисеев, Е.В.Хрунов. Позывной — «Байкал». Запуск — 15.01.1969 г. 16.01.1969 г. состыковался с активным кораблем «Союз-4» (масса связки — 12924 кг), затем А.С.Елисеев и Е.В.Хрунов через открытый космос перешли в «Союз-4» (время пребывания в открытом космосе — 37 минут). Через 4,5 часа корабли расстыковались. Посадка — 18.01.1969 г. с космонавтом Б.В.Волыновым.
Космический корабль «Союз-6». Выполнение первого в мире технологического эксперимента. Групповое взаимное маневрирование двух и трех космических кораблей (С кораблями «Союз-7» и «Союз-8»). Экипаж: командир Г.С.Шонин и бортинженер В.Н.Кубасов. Позывной — «Антей». Запуск — 11.10.1969 г. Посадка — 16.10.1969 г.
Космический корабль «Союз-7». Выполнение группового взаимного маневрирования двух и трех кораблей («Союз-6» и «Союз-8»). Экипаж: командир А.В.Филипченко, члены экипажа: В.Н.Волков, В.В.Горбатко. Позывной — «Буран». Запуск — 12.10.1969 г., посадка — 17.10.1969 г.
Космический корабль «Союз-8». Групповое взаимное маневрирование двух и трех кораблей («Союз-6» и «Союз-7»). Экипаж: командир В.А.Шаталов, бортинженер А.С.Елисеев. Позывной — «Гранит». Запуск — 13.10.1969 г., посадка — 18.10.1969 г.
Космический корабль «Союз-9». Первый длительный полет (17,7 суток). Экипаж: командир А.Г.Николаев, бортинженер — В.И.Севастьянов. Позывной — «Сокол». Запуск — 1.06.1970 г., посадка — 19.06.1970 г.
Космический корабль «Союз-10». Первая стыковка с орбитальной станцией «Салют». Экипаж: командир В.А.Шаталов, члены экипажа: А.С.Елисеев, Н.Н.Рукавишников. Позывной — «Гранит». Запуск — 23.04.1971 г. Посадка — 25.04.1971 г. Выполнена стыковка с орбитальной станцией «Салют»(24.04.1971 г.), но экипаж не смог открыть переходные люки в станцию, 24.04.1971 г. космический корабль отделился от орбитальной станции и возвратился досрочно.
Космический корабль «Союз-11». Первая экспедиция на орбитальную станцию «Салют». Экипаж: командир Г.Т.Добровольский, члены экипажа: В.Н.Волков, В.И.Пацаев. Запуск — 6.06.1971 г. 7.06.1971 г. корабль состыковался с орбитальной станцией «Салют». 29.06.1971 г. «Союз-11» отстыковался от орбитальной станции. 30.06.1971 г. — осуществлена посадка. Из-за разгерметизации спускаемого аппарата на большой высоте все члены экипажа погибли (полет осуществлялся без скафандров).
Космический корабль «Союз-12». Проведение испытаний усовершенствованных бортовых систем корабля. Проверка системы спасения экипажа в случае аварийной разгерметизации. Экипаж: командир В.Г.Лазарев, бортинженер О.Г.Макаров. Позывной — «Урал». Запуск — 27.09.1973 г., посадка — 29.09.1973 г.
Космический корабль «Союз-13». Выполнение астрофизических наблюдений и спектрографирования в ультрафиолетовом диапазоне с помощью системы телескопов «Орион-2» участков звездного неба. Экипаж: командир П.И.Климук, бортинженер В.В.Лебедев. Позывной — «Кавказ». Запуск — 18.12.1973 г., посадка — 26.12.1973 г.
Космический корабль «Союз-14». Первая экспедиция на орбитальную станцию «Салют-3». Экипаж: командир П.Р.Попович, бортинженер Ю.П.Артюхин. Позывной — «Беркут». Запуск — 3.07.1974 г., стыковка с орбитальной станцией — 5.07.1974 г., отделение — 19.07.1974 г., посадка — 19.07.1974 г.
Космический корабль «Союз-15». Экипаж: командир Г.В.Сарафанов, бортинженер Л.С.Демин. Позывной — «Дунай». Запуск — 26.08.1974 г., посадка 28.08.1974 г. Планировалась стыковка с орбитальной станцией «Салют-3» и продолжение научных исследований на ее борту. Стыковка не состоялась.
Космический корабль «Союз-16». Испытание бортовых систем модернизированного корабля «Союз» в соответствии с программой ЭПАС. Экипаж: командир А.В.Филипченко, бортинженер Н.Н.Рукавишников. Позывной — «Буран». Запуск — 2.12.1974 г., посадка — 8.12.1974 г.
Космический корабль «Союз-17». Первая экспедиция на орбитальную станцию «Салют-4». Экипаж: командир А.А.Губарев, бортинженер Г.М.Гречко. Позывной — «Зенит». Запуск — 11.01.1975 г., стыковка с орбитальной станцией «Салют-4» — 12.01.1975 г., отделение и мягкая посадка — 9.02.1975 г.
Космический корабль «Союз-18-1». Суборбитальный полет. Экипаж: командир В.Г.Лазарев, бортинженер О.Г.Макаров. Позвной — не зарегистрирован. Запуск и посадка — 5.04.1975 г. Планировалось продолжение научных исследований на орбитальной станции «Салют-4». Из-за отклонений в работе 3-й ступени ракеты-носителя, была выдана команда на прекращение полета. Космический корабль совершил посадку в нерасчетном районе юго-западнее г.Горно-Алтайска
Космический корабль «Союз-18». Вторая экспедиция на орбитальную станцию «Салют-4». Экипаж: командир П.И.Климук, бортинженер В.И.Севастьянов. Позывной — «Кавказ». Запуск — 24.05.1975 г., стыковка с орбитальной станцией «Салют-4» — 26.05.1975 г., отделение, спуск и мягкая посадка — 26.07.1975 г.
Космический корабль «Союз-19». Первый полет по советско-американской программе ЭПАС. Экипаж: командир — А.А.Леонов, бортинженер В.Н.Кубасов. Позывной — «Союз». Запуск — 15.07.1975 г., 17.07.1975 г. —
стыковка с американским космическим кораблем «Аполлон». 19.07.1975 г. корабли расстыковались, выполняя эксперимент «Солнечное затмение», затем (19.07) осуществлена повторная стыковка и окончательная расстыковка двух космических кораблей. Посадка — 21.07.1975 г. Во время совместного полета осуществлялись взаимные переходы космонавтов и астронавтов, выполнена большая научная программа.
Космический корабль «Союз-20». Беспилотный. Запуск — 17.11.1975 г., стыковка с орбитальной станцией «Салют-4» — 19.11.1975 г., отделение, спуск и посадка — 16.02.1975 г. Осуществлялись ресурсные испытания бортовых систем корабля.
Космический корабль «Союз-21». Первая экспедиция на орбитальную станцию «Салют-5». Экипаж: командир Б.В.Волынов, бортинженер В.М.Жолобов. Позывной — «Байкал». Запуск — 6.07.1976 г., стыковка с орбитальной станцией «Салют-5» — 7.07.1976 г., расстыковка, спуск и посадка — 24.08.1976 г.
Космический корабль «Союз-22». Отработка принципов и методов многозонального фотографирования участков земной поверхности. Экипаж: командир В.Ф.Быковский, бортинженер В.В.Аксенов. Позывной — «Ястреб». Запуск — 15.09.1976 г., посадка — 23.09.1976 г.
Космический корабль «Союз-23». Экипаж: командир В.Д.Зудов, бортинженер В.И.Рождественский. Позывной — «Радон». Запуск — 14.10.1976 г. Посадка — 16.10.1976 г. Планировалась работа на орбитальной станции «Салют-5». Из-за нерасчетного режима работы системы сближения космических кораблей стыковка с «Салют-5» не состоялась.
Космический корабль «Союз-24». Вторая экспедиция на орбитальную станцию «Салют-5». Экипаж: командир В.В.Горбатко, бортинженер Ю.Н.Глазков. Позывной — «Терек». Запуск — 7.02.1977 г. Стыковка с орбитальной станцией «Салют-5» — 8.02.1976 г. Расстыковка, спуск и посадка — 25.02.1977 г.
Космический корабль «Союз-25». Экипаж: командир В.В.Коваленок, бортинженер В.В.Рюмин. Позывной — «Фотон». Запуск — 9.10.1977 г. Посадка — 11.10.1977г. Планировалась стыковка с новой орбитальной станцией «Салют-6» и осуществление на ней программы научных исследований. Стыковка не состоялась.
Космический корабль «Союз-26». Доставка экипажа 1-й основной экспедиции на орбитальную станцию «Салют-6». Экипаж: командир Ю.В.Романенко, бортинженер Г.М.Гречко. Запуск — 10.12.1977 г. Стыковка с «Салют-6» — 11.12.1977 г. Расстыковка, спуск и посадка — 16.01.1978 г. с экипажем 1-й экспедиции посещения в составе: В.А.Джанибеков, О.Г.Макаров (впервые произошел обмен космическими кораблями, входящими в комплекс «Салют-6»).
Космический корабль «Союз-27». Доставка на орбитальную станцию «Салют-6» 1-й экспедиции посещения. Экипаж: командир В.А.Джанибеков, бортинженер О.Г.Макаров. Запуск — 10.01.1978 г. Стыковка с орбитальной станцией «Салют-6» — 11.01.1978 г. Отделение, спуск и посадка 16.03.1978 г. с экипажем 1-й основной экспедиции в составе: Ю.В.Романенко, Г.М.Гречко.
Космический корабль «Союз-28». Доставка на орбитальную станцию «Салют-6» 1-го международного экипажа (2-й экспедиции посещения). Экипаж: командир — А.А.Губарев, космонавт-исследователь — гражданин Чехословакии В.Ремек. Запуск — 2.03.1978 г. Стыковка с «Салют-6» — 3.03.1978 г. Расстыковка, спуск и посадка — 10.03.1978 г.
Космический корабль «Союз-29». Доставка на орбитальную станцию «Салют-6» экипажа 2-й основной экспедиции. Экипаж: командир — В.В.Коваленок, бортинженер — А.С.Иванченков. Запуск — 15.06.1978 г. Стыковка с «Салют-6» — 17.06.1978 г. Расстыковка, спуск и посадка 3.09.1978 г. с экипажем 4-й экспедиции посещения в составе: В.Ф.Быковский, З.Йен (ГДР).
Космический корабль «Союз-30». Доставка на орбитальную станцию «Салют-6» и возвращение экипажа 3-й экспедиции посещения (второго международного экипажа). Экипаж: командир П.И.Климук, космонавт-исследователь, гражданин Польши М.Гермашевский. Запуск — 27.06.1978 г. Стыковка с «Салют-6» — 28.06.1978 г. Расстыковка, спуск и посадка — 5.07.1978 г.
Космический корабль «Союз-31». Доставка на орбитальную станцию «Салют-6» экипажа 4-й экспедиции посещения (3-го международного экипажа). Экипаж: командир — В.Ф.Быковский, космонавт-исследователь, гражданин ГДР З.Йен. Запуск — 26.08.1978 г. Стыковка с орбитальной станцией «Салют-6» — 27.08.1978 г. Расстыковка, спуск и посадка — 2.11.1978 г. с экипажем 2-й основной экспедиции в составе: В.В.Коваленок, А.С.Иванченков.
Космический корабль «Союз-32». Доставка на орбитальную станцию «Салют-6» 3-й основной экспедиции. Экипаж: командир В.А.Ляхов, бортинженер В.В.Рюмин. Запуск — 25.02.1979 г. Стыковка с «Салют-6» — 26.02.1979 г. Расстыковка, спуск и приземление 13.06.1979 г. без экипажа в автоматическом режиме.
Космический корабль «Союз-33». Экипаж: командир Н.Н.Рукавишников, космонавт-исследователь, гражданин Болгарии Г.И.Иванов. Позывной — «Сатурн». Запуск — 10.04.1979 г. 11.04.1979 г. в связи с отклонениями от штатного режима в работе сближающе-корректирующей установки стыковка с орбитальной станцией «Салют-6» отменена. 12.04.1979 г. корабль совершил спуск и посадку.
Космический корабль «Союз-34». Запуск 6.06.1979 г. без экипажа. Стыковка с орбитальной станцией «Салют-6» — 8.06.1979 г. 19.06.1979г. расстыковка, спуск и посадка с экипажем 3-й основной экспедиции в составе: В.А.Ляхов, В.В.Рюмин. (Спускаемый аппарат экспонируется в ГМИК им.К.Э.Циолковского).
Космический корабль «Союз-35». Доставка на орбитальную станцию «Салют-6» 4-й основной экспедиции. Экипаж: командир Л.И.Попов, бортинженер В.В.Рюмин. Запуск — 9.04.1980 г. Стыковка с «Салют-6» — 10.04.1980 г. Расстыковка, спуск и посадка 3.06.1980 г. с экипажем 5-й экспедиции посещения (4-го международного экипажа в составе: В.Н.Кубасов, Б.Фаркаш.
Космический корабль «Союз-36». Доставка на орбитальную станцию «Салют-6» экипажа 5-й экспедиции посещения (4-го международного экипажа). Экипаж: командир В.Н.Кубасов, космонавт-исследователь, гражданин Венгрии Б.Фаркаш. Запуск — 26.05.1980 г. Стыковка с «Салют-6» — 27.05.1980 г. Расстыковка, спуск и посадка 3.08.1980 г. с экипажем 7-й экспедиции посещения в составе: В.В.Горбатко, Фам Туан (Вьетнам).
Космический корабль «Союз-37». Доставка на орбитальную станцию экипажа 7-й экспедиции посещения (5-го международного экипажа). Экипаж: командир В.В.Горбатко, космонавт-исследователь, гражданин Вьетнама Фам Туан. Запуск — 23.07.1980 г. Стыковка с «Салют-6» — 24.07.1980 г. Расстыковка, спуск и посадка — 11.10.1980 г. с экипажем 4-й основной экспедиции в составе: Л.И.Попов, В.В.Рюмин.
Космический корабль «Союз-38». Доставка на орбитальную станцию «Салют-6» и возвращение экипажа 8-й экспедиции посещения (6-го международного экипажа). Экипаж: командир Ю.В.Романенко, космонавт-исследователь, гражданин Кубы М.А.Тамайо. Запуск — 18.09.1980 г. Стыковка с «Салют-6» — 19.09.1980 г. Расстыковка, спуск и посадка 26.09.1980г.
Космический корабль «Союз-39». Доставка на орбитальную станцию «Салют-6» и возвращение 10-й экспедиции посещения (7-го международного экипажа). Экипаж: командир В.А.Джанибеков, космонавт-исследователь, гражданин Монголии Ж.Гуррагча. Запуск — 22.03.1981 г. Стыковка с «Салют-6» — 23.03.1981 г. Расстыковка, спуск и посадка — 30.03.1981 г.
Космический корабль «Союз-40». Доставка на орбитальную станцию «Салют-6» и возвращение экипажа 11-й экспедиции посещения (8-го международного экипажа). Экипаж: командир Л.И.Попов, космонавт-исследователь, гражданин Румынии Д.Прунариу. Запуск — 14.05.1981 г. Стыковка с «Салют-6» — 15.05.1981 г. Расстыковка, спуск и посадка 22.05.1981 г.
2.50: "Спуск СА с высот от 90-до 40 км обнаруживается и сопровождается радиолокационными станциями" .
Запомните эти данные по радиолокации.
Мы вернёмся к ним, когда будем обсуждать, чем и как мог следить за "Аполлонами" СССР 50 лет назад и почему он этого так и не сделал.
Живое видео
Включите титры на русском языке.
Пилотируемая посадка космического аппарата
Введение
Сразу стоит оговориться, что организация пилотируемого полета довольно сильно отличается от беспилотных миссий, но в любом случае все работы по проведению динамических операций в космосе можно разделить на два этапа: проектный и оперативный, только в случае пилотируемых миссий эти этапы, как правило, занимают значительно больше времени. В этой статье рассматривается в основном оперативную часть, так как работы по баллистическому проектированию спуска ведутся непрерывно и включают в себя различные исследования по оптимизации всевозможных факторов, влияющих на безопасность и комфорт экипажа при посадке.
За 40 суток
Проводятся первые прикидочные расчеты спуска с целью определения районов посадки. Зачем это делается? В настоящее время штатный управляемый спуск российских кораблей может производиться только в 13 фиксированных районов посадки, расположенных в Республике Казахстан. Этот факт накладывает массу ограничений, связанных в первую очередь с необходимостью предварительного согласования с нашими иностранными партнерами всех динамических операций. Основные сложности возникают при посадке осенью и весной – это связано с сельскохозяйственными работами в районах посадки. Этот факт необходимо учитывать, ведь кроме обеспечения безопасности экипажа, необходимо также обеспечивать безопасность местного населения и поисково-спасательной службы (ПСС). Помимо штатных районов посадки, существуют еще области посадки при срыве на баллистический спуск, которые также должны быть пригодны для приземления.
За 10 суток
Уточняются предварительные расчеты по траекториям спуска с учетом последних данных о текущей орбите МКС и характеристиках пристыкованного корабля. Дело в том, что с момента старта до спуска проходит достаточно большой промежуток времени, и массо-центровочные характеристики аппарата меняются, кроме того, большой вклад вносит тот факт, что вместе с космонавтами на Землю возвращаются полезные грузы со станции, которые могут существенно изменить положение центра масс спускаемого аппарата. Тут необходимо пояснить, почему это важно: форма космического корабля «Союз» - напоминает фару, т.е. никаких аэродинамических органов управления у него нет, но для получения необходимой точности посадки необходимо осуществлять управление траекторией в атмосфере. Для этого в «Союзе» предусмотрена газодинамическая система управления, но она не способна компенсировать все отклонения от номинальной траектории, поэтому в конструкцию аппарата искусственно добавляется лишний балансировочный груз, цель которого сместить центр давления из центра масс, что позволит управлять траекторией спуска, переворачиваясь по крену. Уточненные данные по основной и резервной схемам отправляются в ПСС. По этим данным производится облет всех расчетных точек и выносится заключение о возможности приземления в эти районы.
За 1 сутки
Окончательно уточняется траектория спуска с учетом последних измерений положения МКС, а также прогноза ветровой обстановки в основном и резервных районах посадки. Это необходимо делать из-за того что на высоте порядка 10км раскрывается парашютная система. К этому моменту времени система управления спуском уже сделала свою работу и никак скорректировать траекторию не может. По-сути, на аппарат действует только ветровой снос, который нельзя не учитывать. На рисунке ниже показан один из вариантов моделирования ветрового сноса. Как видно после ввода парашюта траектория сильно меняется. Ветровой снос иногда может составлять до 80% от допустимого радиуса круга рассеивания, поэтому точность метеопрогноза очень важна.
В сутки спуска:
В обеспечении спуска космического аппарата на землю кроме баллистической и поисково-спасательной службы участвует еще много подразделений таких как:
- служба управления транспортными кораблями;
- служба управления МКС;
- служба, отвечающая за здоровье экипажа;
- телеметрическая и командная службы и др.
Только после доклада о готовности всех служб, руководителями полета может быть принято решение о проведении спуска по намеченной программе.
После этого происходит закрытие переходного люка и расстыковка корабля от станции. За проведение расстыковки отвечает отдельная служба. Тут необходимо заранее рассчитать направление расстыковки, а также импульс, который необходимо приложить к аппарату, чтобы не допустить столкновение со станцией.
При расчете траектории спуска схема расстыковки также учитывается. После расстыковки корабля еще есть некоторое время до включения тормозного двигателя. В это время происходит проверка всего оборудования, проводятся траекторные измерения, и уточняется точка посадки. Это последний момент, когда еще что-то можно уточнить. Затем включается тормозной двигатель. Это один из самых важных этапов спуска, поэтому он контролируется постоянно. Такие меры необходимы для того, чтобы в случае нештатной ситуации понять по какому сценарию идти дальше. При штатной отработке импульса через некоторое время происходит разделение отсеков корабля (спускаемый аппарат отделяется от бытового и приборно-агрегатного отсеков, которые затем сгорают в атмосфере).
Если при входе в атмосферу система управления спуском решает, что она не в состоянии обеспечить приземление спускаемого аппарата в точке с требуемыми координатами, то корабль «срывается» в баллистический спуск. Так как это все происходит уже в плазме (нет радиосвязи), то установить по какой траектории движется аппарат можно только после возобновления радиосвязи. Если произошел срыв на баллистический спуск, необходимо быстро уточнить предполагаемую точку посадки и передать ее поисково-спасательной службе. В случае же штатного управляемого спуска корабль еще в полете начинают «вести» специалисты ПСС и мы можем увидеть в прямом эфире спуск аппарата на парашюте и даже, если повезет, работу двигателей мягкой посадки (как на рисунке).
После этого уже можно всех поздравлять, кричать ура, открывать шампанское, обниматься и т.д. Официально баллистическая работа завершается только после получения GPS координат точки посадки. Это нужно для послеполетной оценки промаха, по которому можно оценить качество нашей работы.
Фотографии взяты с сайта: www.mcc.rsa.ru
Точность посадки космического корабля
Сверхточные посадки или "утраченные технологии" НАСА
Оригинал взят у в
В дополнение к
Оригинал взят у в
В который уже раз повторяю, что прежде чем вольно рассуждать о глубочайшей древности, где 100500 воинов невозбранно совершали лихие марш-броски по произвольно взятой местности, полезно потренироваться "на кошках" ©"Операция Ы", например на событиях всего лишь полувековой давности - "полетах американцев на Луну".
Защитнички НАСА что-то густо пошли. И месяца не прошло с , как весьма раскрученный блогер Зеленыйкот, оказавшийся на деле рыжим, выступил на тему :
"Пригласили на GeekPicnic рассказать о космических мифах. Разумеется я взял самый ходовой и популярный: миф о лунном заговоре. За час подробно разобрали наиболее часто встречающиеся заблуждения и самые распространенные вопросы: почему не видно звезд, почему развевается флаг, где скрывается лунный грунт, как смогли потерять пленки с записью первой высадки, почему не делают ракетные двигатели F1 и другие вопросы. "
Написал ему свой комментарий :
"Мелко, Хоботов!В топку опровержения "флаг дрыгается - нет звезд - фотки подделаны"!
Лучше объясните только одно: как американцы "при возвращении с Луны" со второй космической скорости совершали посадку с точностью +-5 км, недостижимой до сих пор даже с первой космической скорости, с околоземной орбиты?
Опять "утраченные технологии НАСА"? Б-г-г
"Ответа пока не получил, да и сомневаюсь что будет что-то вменяемое, это же не хиханьки-хаханьки о флаге и космической форточке.
Поясняю в чем засада. А.И. Попов в статье " " пишет: "По данным НАСА , «лунные» «Аполлоны» №№ 8,10-17 приводнились с отклонениями от расчётных точек в 2,5; 2,4; 3; 3,6; 1,8; 1; 1,8; 5,4; и 1,8 км соответственно; в среднем ± 2 км. То есть круг попадания для «Аполлонов» был якобы исключительно мал – 4 км в диаметре.
Наши проверенные «Союзы» даже сейчас, 40 лет спустя совершают посадку раз в десять менее точно илл.1), хотя траектории спуска «Аполлонов» и «Союзов» по своей физической сути одинаковы.":
подробнее см. в :
"...современная точность приземления "Союза" обеспечивается за счёт предусмотренного в 1999 году при проектировании усовершенствованного «Союза - ТМС» снижения высоты ввода в действие парашютных систем для повышения точности приземления (15–20 км по радиусу круга суммарного разброса точек посадки).
С конца 1960-х и до 21 века точность посадки "Союзов" при нормальном, штатном спуске была в пределах ± 50-60 км от расчетной точки как это и предусматривалось в 1960-х.
Естественно, бывали и нештатные ситуации, например в 1969 году приземление " " с Борисом Волыновым на борту произошло с недолетом до расчетной точки на 600 км.
До "Союзов", в эпоху "Востоков" и "Восходов" отклонения от расчетной точки бывали и покруче.
Апрель 1961 г Ю. Гагарин совершает 1 виток вокруг Земли. Из-за сбоя в системе торможения Гагарин приземлился не в запланированной области в районе космодрома Байконур, а на 1800 км западнее, в Саратовской области.
Март 1965 г. П.Беляев, А. Леонов 1 день 2 часа 2 мин первый мире выход человека в открытый космос автоматика отказала, Посадка произошла в заснеженной тайге в 200 км от Перми, далеко от населённых пунктов. Космонавты пробыли двое суток в тайге, пока их не обнаружили спасатели («На третьи сутки нас оттуда вытащили.»). Это произошло из-за того, что вертолёт не мог приземлиться поблизости. Место посадки для вертолёта было оборудовано на следующий день в 9 км от места, где приземлились космонавты. Ночёвка осуществлялась в построенном на месте посадки бревенчатом доме. Космонавты и спасатели добирались до вертолёта на лыжах"
Прямой спуск как у "Союзов" был бы из-за перегрузок несовместим с жизнью космонавтов "Аполлона" ведь они должны были бы погасить вторую космическую скорость, а более безопасный спуск по двухнырковой схеме дает разброс по точке посадки в сотни и даже тысячи километров:
То есть, если бы "Аполлоны" приводнялись с нереальной даже по сегодняшним меркам точностью по прямой однонырковой схеме, то космонавты должны были либо сгореть из-за отсутствия качественной абляционной защиты, либо умереть/получить тяжелые травмы от перегрузок.
Но многочисленная теле- кино- и фотосъемка неизменно фиксировала что будто бы спустившиеся со второй космической скорости астронавты в "Аполлонах" не просто живы, а очень даже веселенькие живчики.
И это при всем при том, что американцы в то же самое время не могли нормально запустить даже обезьянку даже на низкую околоземную орбиту см. .
Рыжий Зеленыйкот Виталий Егоров, столь рьяно защищающий миф "американцы на Луне" - платный пропагандист, специалист по связям с общественностью частной космической компании “Даурия Аэроспейс”, которая окопалась в Технопарке «Сколково» в Москве и фактически существует на американские деньги (выделено мною):
"Компания основана в 2011 году. Лицензия Роскосмоса на осуществление космической деятельности получена в 2012 году. До 2014 года имела подразделения в Германии и США. В начале 2015 года производственная деятельность была практически свернута везде кроме России. Компания занимается созданием небольших космических аппаратов (спутников) и продажей комплектующих для них. Также Dauria Aerospace привлекла инвестиции 20 миллионов долларов от венчурного фонда I2bf в 2013 году . Два своих спутника компания продала американской в конце 2015 года, тем самым получив первый доход от своей деятельности ."
"В одной из своих очередных «лекций» Егоров высокомерно бравировал, улыбаясь своей дежурной обворожительной улыбкой, тем, что американский фонд «I2BF Holdings Ltd. Цель I2BF-RNC Strategic Resources Fund» под патронажем НАСА вложил в компанию «ДАУРИЯ АЭРОСПЕЙС» 35 миллионов долларов.
Выходит, что господин Егоров не просто субъект Российской Федерации, а полноценный иностранный резидент, деятельность которого финансируется из американских фондов, с чем я и поздравляю всех добровольных российских спонсоров краудфандинга «БУМСТАРТЕР», вложивших свои кровные денежки в проект иностранной компании, который носит вполне определенный идеологический характер. "
Каталог всех статей журнала:
Добавляйтесь в друзья и подписывайтесь на обновления. Всем взаимофренд
Так ли просто засунуть человека в банку или об устройстве пилотируемых космических кораблей 3 января, 2017
Космический корабль. Наверняка многие из вас, услышав это словосочетание, представляют себе нечто огромное, сложное и густонаселенное, целый город в космосе. Так когда-то представлял себе космические корабли и я, да и многочисленные фантастические фильмы и книги этому активно способствуют.
Наверное, это хорошо, что авторов фильмов ограничивает только фантазия в отличие от инженеров-конструкторов космической техники. Хотя бы в кино мы можем насладиться гигантскими объемами, сотнями отсеков и тысячами человек экипажа...
Настоящий космический корабль размерами вовсе не впечатляет:
На фотографии советский космический корабль Союз-19, снятый американскими астронавтами из корабля Аполлон. Видно, что корабль довольно маленький, а учитывая, что обитаемый объем занимает далеко не весь корабль, очевидно, что там должно быть довольно тесно.
Оно и не удивительно: большие размеры - это большая масса, а масса - враг номер один в космонавтике. Поэтому конструкторы космических кораблей стараются сделать их как можно легче, нередко, в ущерб комфорту экипажа. Обратите внимание, как тесно в корабле Союз:
Американские корабли в этом плане особо не отличаются от русских. Например, вот фотография Эда Уайта и Джима Мак-Дивита в космическом корабле Джемини.
Хоть какой-то свободой передвижений могли похвастаться разве что экипажи кораблей Спейс Шаттл. В их распоряжении были два относительно просторных отсека.
Полетная палуба (фактически кабина управления):
Средняя палуба (это бытовой отсек со спальными местами, туалетом, кладовой и шлюзовой камерой):
Аналогичный по габаритам и планировке советский корабль Буран, к сожалению, ни разу не летал в пилотируемом режиме, как и ТКС, который до сих пор обладает рекордным обитаемым объемом среди всех когда-либо проектировавшихся кораблей.
Но обитаемый объем - далеко не единственное требование, предъявляемое космическому кораблю. Доводилось мне слышать высказывания наподобие такого: "Засунули человека в алюминиевую банку и отправили крутиться вокруг Земли-матушки". Данная фраза, конечно же, некорректна. Так чем же космический корабль отличается от простой металлической бочки?
А тем, что космический корабль должен:
- Обеспечивать экипажу пригодную для дыхания газовую смесь,
- Удалять из обитаемого объема выдыхаемые экипажем углекислый газ и пары воды,
- Обеспечивать приемлемый для экипажа температурный режим,
- Иметь герметичный объем, достаточный для жизнедеятельности экипажа,
- Обеспечивать возможность управления ориентацией в пространстве и (опционально) возможность осуществления орбитальных маневров,
- Иметь необходимые для жизнедеятельности экипажа запасы пищи и воды,
- Обеспечивать возможность безопасного возврата экипажа и грузов на землю,
- Быть как можно легче,
- Иметь систему аварийного спасения, позволяющую вернуть экипаж на землю при аварийной ситуации на любом этапе полета,
- Быть очень надежным. Любой один отказ оборудования не должен приводить к отмене полета, любой второй отказ не должен угрожать жизни экипажа.
Как видите, это уже не простая бочка, а сложный технологичный аппарат, напичканный множеством разнообразной аппаратуры, имеющий двигатели и запас топлива к ним.
Вот для примера макет советского космического корабля первого поколения Восток.
Он состоит из герметичной сферической капсулы и конического приборно-агрегатного отсека. Такую компоновку, при которой большинство приборов вынесено в отдельный негерметичный отсек, имеют почти все корабли. Это необходимо для экономии массы: при размещении всех приборов в герметичном отсеке, этот отсек получился бы довольно большим, а поскольку ему нужно удерживать внутри себя атмосферное давление и выдерживать значительные механические и тепловые нагрузки во время входа в плотные слои атмосферы при спуске на землю, стенки его должны быть толстыми, прочными, что делает всю конструкцию очень тяжелой. А негерметичному отсеку, который при возврате на землю отделится от спускаемого аппарата и сгорит в атмосфере, прочные тяжелые стенки не нужны. Спускаемый аппарат без лишних при возврате приборов получается меньше и соответственно легче. Сферическая форма ему придается тоже для уменьшения массы, ведь из всех геометрических тел одинакового объема сфера имеет самую маленькую площадь поверхности.
Единственный космический корабль, где вся аппаратура была помещена в герметичную капсулу, - американский Меркурий. Вот его фото в ангаре:
В этой капсуле мог поместиться один человек и то с трудом. Поняв неэффективность такой компоновки, американцы свою следующую серию кораблей Джемини делали уже с отделяемым негерметичным приборно-агрегатным отсеком. На фотографии это задняя часть корабля белого цвета:
Кстати, в белый цвет этот отсек покрашен не просто так. Дело в том, что стенки отсека пронизаны множеством трубок, по которым циркулирует вода. Это система отвода избыточного тепла, получаемого от Солнца. Вода забирает тепло изнутри обитаемого отсека и отдает его на поверхность приборно-агрегатного отсека, откуда тепло излучается в пространство. Чтобы эти радиаторы меньше грелись под прямыми солнечными лучами, их покрасили в белый цвет.
На кораблях Восток радиаторы были расположены на поверхности конического приборно-агрегатного отсека и закрывались заслонками, похожими на жалюзи. Открывая разное количество заслонок, можно было регулировать теплоотдачу радиаторов, а значит и температурный режим внутри корабля.
На кораблях Союз и их грузовых аналогах Прогресс система отвода тепла аналогична Джемини. Обратите внимание на цвет поверхности приборно-агрегатного отсека. Разумеется, белый:)
Внутри приборно-агрегатного отсека расположены маршевые двигатели, маневровые двигатели малой тяги, запас топлива для всего этого добра, аккумуляторы, запасы кислорода и воды, часть бортовой электроники. Снаружи обычно устанавливают антенны радиосвязи, антенны сближения, различные датчики ориентации и солнечные батареи.
В спускаемом аппарате, который одновременно служит кабиной космического корабля, расположены только те элементы, которые нужны при спуске аппарата в атмосфере и мягкой посадки, а также то, что должно быть в прямом доступе для экипажа: пульт управления, радиостанция, аварийный запас кислорода, парашюты, кассеты с гидроксидом лития для удаления углекислого газа, двигатели мягкой посадки, ложементы (кресла для космонавтов), аварийно-спасательные комплекты на случай приземления в нерасчетной точке, ну и, разумеется, сами космонавты.
В кораблях Союз есть еще один отсек - бытовой:
В нем находится то, что нужно в длительном полете, но без чего можно обойтись на этапе выведения корабля на орбиту и при приземлении: научные инструменты, запасы пищи, Ассенизационно-санитарное устройство (туалет), скафандры для внекорабельной деятельности, спальные мешки и прочие бытовые предметы.
Известен случай с космическим кораблем Союз ТМ-5, когда для экономии топлива бытовой отсек отстрелили не после выдачи тормозного импульса на сход с орбиты, а до. Только вот тормозного импульса не было: отказала система ориентации, потом не удавалось запустить двигатель. В результате космонавтам пришлось еще на сутки задержаться на орбите, а туалет остался в отстреленном бытовом отсеке. Сложно передать, какие неудобства испытали космонавты за эти сутки, пока, наконец, им не удалось благополучно приземлиться. После этого случая решили забить на такую экономию топлива и бытовой отсек отстреливать вместе с приборно-агрегатным после торможения.
Вот, сколько всяких сложностей оказалось в "банке". Мы еще отдельно пройдемся по каждому типу космических кораблей СССР, США и Китая в следующих статьях. Следите за обновлениями.
УПК-8, Краснокамск
Викторина
1. Почему конструкторы предлагают покрывать спускаемые отсеки космического корабля слоем легкоплавкого материала?
Это делается для обеспечения безопасности, чтобы отсек не перегрелся. Действует так называемая абляционная защита (от англ. ablation - абляция; унос массы) - технология защиты космических кораблей.
Температура корабля при входе в плотные слои атмосферы достигает нескольких тысяч градусов, абляционная защита в таких условиях постепенно сгорает, разрушается, и уносится потоком, таким образом, отводя тепло от корпуса аппарата.
Технология защиты космических кораблей, теплозащита на основе абляционных материалов, конструктивно состоит из силового набора элементов (асбестотекстолитовые кольца) и «обмазки», состоящей из фенолформальдегидных смол или аналогичных по характеристикам материалов.
Абляционная теплозащита использовалась в конструкциях всех спускаемых аппаратов с первых лет развития космонавтики (серии кораблей «Восток», «Восход», «Меркурий», «Джемини», «Аполлон», «ТКС»), продолжает использоваться в кораблях «Союз» и «Шэньчжоу».
Альтернативой абляционной теплозащите является использование термостойких теплозащитных плиток («Шаттл», «Буран»).
2.Можно ли пользоваться на космической станции маятниковыми часами?
Маятник работает за счет силы тяжести, а на космической станции ее нет, здесь состояние невесомости. Маятниковые часы здесь не будут работать. На космической станции будут работать механические (пружинные) часы.
Первые часы, совершившие полёт в космос, принадлежали Юрию Алексеевичу Гагарину. Это были советские «Штурманские». С 1994 года официальными часами Центра подготовки космонавтов стали швейцарские часы Fortis. В начале 2000 годов на МКС испытывали орбитальные часы «Космонавигатор», разработанные летчиком-космонавтом Владимиром Джанибековым. Этот прибор позволял в любой момент времени определить, над какой точкой Земли находятся корабль. Первые специальные часы для использования в открытом космосе - японские Spring Drive Spacewalk. Электронные часы на орбите не прижились. Космический корабль пронизывают частицы высокой энергии, которые выводят из строя незащищенные микросхемы
3 Можно ли в невесомости пить воду из стакана?
До первых полетов в космос ученым было во многом загадкой, как организовать в состоянии невесомости прием пищи. Было известно, что жидкость или соберется в шар, или растечется по стенкам, смачивая их. Значит, пить воду из стакана невозможно. Предлагалось космонавту высасывать её из сосуда.
Практика в основном подтвердила эти предположения, но и внесла некоторые существенные поправки. Питаться из тюбиков оказалось удобно, но, соблюдая аккуратность, можно есть пищу и в ее земном виде. Космонавты брали с собой жареное мясо, ломти хлеба. На корабле «Восход» было организовано для экипажа четырехразовое питание. А при полете Быковского телезрители видели, как он ел зеленый лук, пил воду из пластмассового флакончика и с особым удовольствием ел воблу.
Мы видели на сайте http://www. /watch? v=OkUIgVzanPM как американские астронавты пьют кофе. Но стакан там тоже пластиковый, его форму можно изменить. Можно выдавливать из него жидкость. Значит, воду их обычного твердого стеклянного стакана пить практически невозможно.
Сегодня у каждого члена экипажа Международной космической станции (МКС) для питья есть индивидуальный мундштук, который насаживается на шприцы разветвлённой бортовой системы водоснабжения «Родник» . Вода в системе «Родник» не простая, а посеребрённая. Её пропускают через особые серебряные фильтры , что предохраняет экипаж от возможности разнообразных инфекций.
Но возможно, в ближайшем будущем космонавты легко смогут пить воду из обычного стакана. Планируются широкомасштабные исследования поведения жидкостей и газов в невесомости на независимой от МКС платформе. Сейчас идут проектные работы, в которых участвуют преподаватели и студенты кафедры общей физики Пермского университета. Исследования в этом направлении ведутся в Перми более 30 лет.
4.Кто из космонавтов первым побывал в открытом космосе?
Первым вышел в открытый космос советский космонавт Алексей Архипович Леонов 18 марта 1965 года с борта космического корабля «Восход-2» с использованием гибкой шлюзовой камеры. Через 1 час 35 минут после старта (в начале 2-го витка) Алексей Леонов первым в мире покинул космический корабль, о чем на весь мир объявил командир корабля Павел Беляев: "Внимание! Человек вышел в космическое пространство! Человек вышел в космическое пространство!" Телевизионное изображение парящего на фоне транслировалось по всем телеканалам. В это время он удалялся от корабля на расстояние до 5.35 м. Его скафандр расходовал около 30 литров кислорода в минуту при общем запасе в 1666 литров, рассчитанном на 30 минут работы в открытом космосе. Возвращаться на корабль ему было очень трудно. Об этом он говорит в интервью со страниц журнала «Генеральный директор» (№3, 2013 г.): «Из-за деформации скафандра (он раздулся) фаланги пальцев вышли из перчаток, поэтому сматывать фал было очень трудно. Кроме того, войти в шлюз корабля ногами вперед, как положено, стало невозможно. …Паниковать было некогда: до захода в тень оставалось всего пять минут, а в тени смотать фал невозможно. …Я все время думал о том, что случится через пять минут, а что – через тридцать. И действовал исходя из этих соображений».
Общее время первого выхода составило 23 минуты 41 секунду (из них вне корабля 12 минут 9 секунд). Он провел медико-биологические исследования, помог в решении задач космической навигации. По итогам выхода был сделан вывод о возможности работать в открытом космосе.
Из-за внештатной ситуации корабль приземлился в Пермском крае, у деревни Кургановка, на границе Усольского и Соликамского районов 19 марта 1965 г. Их не сразу нашли в глухой уральской тайге. В память об этом событии в Перми появились улицы Беляева, Леонова, шоссе Космонавтов. Через три года космонавты снова побывали здесь. На месте приземления была установлена стела. Алексей Леонов не раз был гостем Перми.
Космонавты стали почетными гражданами Перми. А вообще среди почетных граждан Перми более трети связаны с космической отраслью. Ведь дорога в космос начинается у нас. В марте 1958 г. правительство СССР приняло решение о развертывании производства ракет и ракетных двигателей на пермских предприятиях. 19 крупнейших заводов и конструкторских бюро работали на космос. Ракеты, оснащенные пермскими двигателями, вывели в космос сотни космических аппаратов. Сегодня в Перми действуют три предприятия, на которых собирают отдельные узлы или целые двигатели космических ракет. «Протон-ПМ» производит жидкостные двигатели к ракетам-носителям «Протон». НПО «Искра» выпускает ракетные двигатели на твердом топливе, а Пермский завод «Машиностроитель» занимается изготовлением различных механизмов ракет.
Пермские вузы выпускают специалистов для аэрокосмической отрасли, а ещё проводят исследовательские программы по космической тематике.
В 2013 году коллектив учёных кафедры общей физики физического факультета Пермского Государственного научно-исследовательского университета снова приглашён к участию в реализации Федеральной космической программы России. Вместе со специалистами Ракетно-космической корпорации «Энергия» физики Пермского госуниверситета разработают научную аппаратуру и программу прикладных исследований для новейшего космического аппарата «ОКА-Т».