Двигатели мягкой посадки корабля союз
Добавил пользователь Валентин П. Обновлено: 19.09.2024
Научно-исследовательский институт парашютостроения ‒ единственная структура в России, которая разрабатывает все виды парашютов. Благодаря работе института в сегменте космических парашютных систем наша страна ‒ лидер на мировом рынке.
Фото: Роскосмос
В перспективе, новый космический корабль будет доставлять своих пассажиров даже к Луне. В январе этого года первый замглавы Роскосмоса Юрий Урличич на Академических чтениях по космонавтике памяти С.П. Королева сообщил, что беспилотный облет Луны планируется на 2028 год, а пилотируемый – в 2029 году.
Неземные купола: парашюты не для приземления
С самого начала космической эры в НИИ парашютостроения изучались возможности посадки космических аппаратов не только на Землю, но и на другие планеты и их спутники. Парашютные системы для примарсения или прилунения серьезно отличаются от тех, которые используются для приземления – привычные нам законы земной физики здесь не работают.
В отсутствие земной атмосферы, например на других планетах, парашютам приходится раскрываться на огромных, сверхзвуковых скоростях. Поэтому для замедления в чужеродной атмосфере нужны совсем другие конструкции. И даже по своему внешнему виду такие парашюты отличаются от своих земных собратьев. Традиционный купол парашюта когда-то был придуман неслучайно – эта форма обеспечивает наилучшее сопротивление при минимальной площади. Сверхзвук полностью меняет характер обтекания движущегося в воздухе тела. Уже по итогам первых испытаний специалисты поняли – нужно экспериментировать с формой.
Марсианские хроники: первая посадка на Красной планете
Современные технологии сегодня могут предложить множество других решений для третьего, финального этапа примарсения. К примеру, аппараты могут тормозиться сбрасываемыми двигателями или садиться в надувных шарах-амортизаторах, как американские марсоходы Spirit и Opportunity. Но сверхзвуковые парашюты по-прежнему остаются ключевым этапом посадки. И даже если Илону Маску удастся успешно посадить корабль Starship с торможением на двигателях, беспилотные аппараты еще долго будут использовать проверенную временем технологию посадки – сверхзвуковой парашют, а затем торможение двигателями на небольшой скорости.
Предлагаем прочитать фрагмент книги.
Бытовой отсек (БО) изготавливался первоначально из сплава на основе магния, а позднее его стали делать из алюминиевого сплава. Это герметичный обитаемый отсек, который в документах называют орбитальным модулем или орбитальным бытовым отсеком. Его длина — 2,6 метра, диаметр — 2,2 метра, масса составляет около 1300 кг[2], гермообъем — 6,5 м 3 , а доступный для человека внутренний объем — около 4 м 3 . Внутри и снаружи находятся оборудование и аппаратура, которые являются частями различных систем космического корабля, в том числе система жизнеобеспечения (СОЖ) для трех человек экипажа, оборудование для сближения и стыковки, пульт управления различными подсистемами, измерительные устройства, необходимые для выполнения полета, телевизионное оборудование и предметы санитарно-гигиенического обеспечения экипажа.
БО остается присоединенным к кораблю на протяжении всего полета и отделяется лишь непосредственно перед возвращением экипажа на Землю. В верхней части БО имеется узел для стыковки корабля с Международной космической станцией[3], включающий в себя сквозной люк внутренним диаметром 80 см, через который экипаж корабля попадает на станцию. В противоположной части БО находится люк-лаз внутренним диаметром 60 см, через который экипаж корабля проходит внутрь спускаемого аппарата перед запуском на орбиту[4].
СА имеет форму усеченного конуса и напоминает фару старинного автомобиля. Герметичный объем аппарата — 3,85 м 3 , доступный внутренний объем — 2,5 м 3 . Его высота — 2,1 м, диаметр — 2,2 м, а масса — 2900 кг[5]. В его тесном интерьере размещены три ложемента, повторяющие контуры тела, для каждого из космонавтов, которые располагаются в особой позе с поджатыми ногами перед панелью управления, оборудованной дисплеями.
Спускаемый аппарат предназначен для посадки на твердую поверхность, однако может оставаться на плаву в случае непредвиденной посадки на воду. Кроме того, он служит укрытием для экипажа при плохих погодных условиях после приземления, какие, например, могут быть зимой: из практики известны случаи, когда глубокие снежные заносы и метель не давали аварийно-спасательным командам быстро добраться до района приземления. В СА есть органы управления и оборудование для контроля систем корабля в полете, минимальная система жизнеобеспечения, которая задействуется после отделения остальных отсеков корабля, а также аварийные запасы для выживания космонавтов после посадки.
Кроме того, в СА есть системы телевидения и связи, электрические аккумуляторы, система сбора и передачи телеметрической информации. Три ложемента имеют поглощающую удар конструкцию и приподнимаются на амортизаторах незадолго до ожидаемого момента приземления, чтобы смягчить его воздействие на человека. Снаружи СА обшивается теплозащитным покрытием, а его слегка выпуклое основание является теплозащитным экраном, который сбрасывается на атмосферном участке спуска, чтобы открыть сопла твердотопливных двигателей мягкой посадки — они сконструированы так, что срабатывают в последние миллисекунды перед касанием поверхности и замедляют движение аппарата до безопасной скорости.
Специальные герметичные контейнеры в составе СА заключают в себе основной и запасной парашюты, а два иллюминатора позволяют космонавтам видеть, что происходит снаружи. Восемь[6] ЖРД ориентации расположены на внешней стороне СА и предназначены для того, чтобы поддерживать правильную ориентацию аппарата во время спуска вне атмосферы[7]. Их токсичное топливо, перекись водорода, стравливается из баков перед посадкой, когда космический корабль возвращается в плотные слои атмосферы. Верхний люк-лаз СА имеет диаметр 60 см и используется экипажем, чтобы попасть в свои ложементы перед стартом, заходить в спускаемый аппарат и выходить из него в полете, а также чтобы выбраться из СА после приземления.
Открытая ферменная конструкция, на которой при пуске располагается СА, соединяет его со следующим, приборно-агрегатным, отсеком (ПАО). В этой ферме находятся устройства для разделения отсеков, некоторые блоки двигателей ориентации, радиоантенны и электрические разъемы для подключения наземного оборудования перед запуском. Кроме того, в ней же расположены кислородные баллоны для обеспечения пригодной для дыхания атмосферы на борту корабля. Ферма является секцией, соединяющей герметичные БО и СА с приборно-агрегатным отсеком под ними.
Объединенный ПАО имеет следующие размеры: высота — 2,5 м, диаметр — 2,2 м в верхней части, где отсек стыкуется с соединительной фермой, и 2,7 м в нижней части, которой он присоединяется к адаптеру верхней ступени ракеты-носителя. Верхняя часть похожего формой на барабан ПАО герметична и заполнена инертным газом. В ней располагаются стойки с радиооборудованием, системами записи и передачи телеметрии, аккумуляторы и блоки электропитания, система терморегулирования, а также модули управления движением и ориентацией корабля.
В нижнем сегменте цилиндрического ПАО находится негерметичная двигательная секция, которая заключает в себе топливные баки, реактивные двигатели управления ориентацией, сближающе-корректирующий двигатель (СКД) и радиаторы с площадью поверхности 8 м 2 , предназначенные для сброса избыточного тепла излучением в космическое пространство. Снаружи ПАО монтируются антенны радиосвязи и дополнительные датчики системы ориентации. Масса ПАО составляет приблизительно 2600 кг[8].
[7] И самое главное, в верхних слоях атмосферы на этапе торможения с максимальной перегрузкой. С их помощью поддерживается правильная ориентация СА в потоке для следования по управляемой траектории аэродинамического торможения.
- Предстартовой подготовки транспортного корабля;
- выведения на орбиту;
- автономного орбитального полета;
- сближения, причаливания и стыковки с орбитальной станцией;
- маневры на орбите в связке со станцией;
- расстыковки со станцией;
- спуска с орбиты в автоматическом и ручном режимах;
- приземления.
- Четвертый этап (1967-1977) — создание корабля 7К-С.
- Замены бортовых приборов системы управления движением и навигации (СУДН) и системы бортовых измерений (СБИ) на приборы, созданные на основе современной элементной базы и развитого программного обеспечения;
- расширения функциональных возможностей корабля в части управления бортовыми системами от бортовых вычислительных средств (БВС) СУДН и более глубокой интеграции с БВС Российского сегмента Международной космической станции (РС МКС) при использовании мультиплексного канала обмена;
- увеличения возможности по доставке полезного груза за счет снижения массы бортовых систем.
Облик военно-исследовательского корабля 7К-ВИ с точки зрения художника журнала Flieger Revue
Интересно, что проектированием занималась команда специалистов, не связанная с созданием 7К-ОК и 7К-Т. Поначалу разработчики пытались, сохранив общую компоновку, улучшить такие характеристики корабля, как автономность и способность к маневрированию в широких пределах, путём изменения силовой конструкции и мест расположения отдельных модифицированных систем. Однако по мере продвижения проекта стало ясно, что кардинальное улучшение функциональности возможно лишь путём внесения принципиальных изменений.
В 1974 году, когда Минобороны СССР решило отказаться от автономных военно-исследовательских миссий, проект переориентировали на транспортные полёты к орбитальным станциям, а численность экипажа довели до трёх человек, одетых в обновлённые аварийно-спасательные скафандры.
Корабль мог управляться по командной радиолинии или экипажем с использованием новых бортовых устройств ввода и отображения информации. Обновлённая система связи позволяла при автономном полёте связаться с Землёй через станцию, к которой летел корабль, что существенно расширяло зону радиовидимости. Вновь переделали двигательную установку системы аварийного спасения и парашюты (для куполов использовали облегчённый капрон, а для строп — отечественный аналог кевлара).
Корабль-спасатель CRV должны были делать американские фирмы при участии европейских организаций. Графика ЕКА
В очередной раз доработали комплекс средств приземления — он стал более надёжным и позволял уменьшить перегрузки, возникающие после спуска на запасной парашютной системе.
Всего в системе управления движением и навигации корабля новой модификации вместо шести старых приборов общей массой 101 кг установили пять новых массой около 42 кг. Потребление электроэнергии снизилось с 402 до 105 Вт, а производительность и надёжность центральной вычислительной машины выросла. В системе бортовых измерений 30 старых приборов общей массой около 70 кг заменили 14 новыми общей массой примерно 28 кг при той же информативности.
Старая и новая бортовые ЦВМ
В состав системы введена аппаратура спутниковой навигации АСН-КС, способная работать как с отечественной ГЛОНАСС, так и с американской GPS, что обеспечит высокую точность определения скоростей и координат корабля на орбите без привлечения наземных измерительных систем.
В системе бортовых измерений применён модернизированный блок записи информации, выполненный на современной отечественной элементной базе. Существенно изменена система электропитания: более чем на один квадратный метр выросла площадь фотоэлектрических преобразователей солнечных батарей, а их КПД увеличился с 12 до 14%, установлен дополнительный буферный аккумулятор. В результате мощность системы выросла и обеспечивает гарантированное электропитание аппаратуры при стыковке корабля с МКС даже на случай нераскрытия одной из панелей солнечных батарей.
Изменено размещение двигателей причаливания и ориентации комбинированной двигательной установки: теперь программа полета сможет выполняться при отказе одного любого двигателя, а безопасность экипажа будет обеспечена даже при двух отказах в подсистеме двигателей причаливания и ориентации.
В очередной раз повышена точность радиоизотопного высотомера, включающего двигатели мягкой посадки. Доработки системы обеспечения теплового режима позволили исключить нештатное функционирование расхода теплоносителя.
Модернизирована система связи и пеленгации, позволяющая с помощью приёмника ГЛОНАСС/GPS определять координаты места посадки спускаемого аппарата и передавать их поисково-спасательной команде, а также в подмосковный ЦУП по спутниковой системе КОСПАС-SARSAT.
В наименьшей степени изменения затронули конструктив корабля: на корпусе бытового отсека установлена дополнительная защита от микрометеоритов и космического мусора.
Сборка ракеты-носителя для корабля новой серии. Фото Роскосмоса
31 мая в Звёздном городке было принято окончательное решение об основном и дублирующем экипажах: Анатолий Иванишин — командир, Кэтлин Рубенс — бортинженер №1 и Такуя Ониси — бортинженер №2. В состав дублирующего экипажа вошли Олег Новицкий — командир, Пегги Уитсон — бортинженер №1 и Тома Песке — бортинженер №2.
В 03:59 объявлена 30-минутная готовность к пуску, начался перевод колонн обслуживания в горизонтальное положение. В 04:03 мск взведена система аварийного спасения. В 04:08 прошел доклад о выполнении предстартовых операций в полном объёме и эвакуации стартового расчета в безопасную зону.
Варианты корабля для околоземных орбитальных полётов
Читайте также: