Двигатели мягкой посадки корабля союз
Обновлено: 17.09.2024
Автор - А. Гринева. Оператор - В. Красаков, Б. Готгельф А. Лебедь. Монтаж - М. Куцкий.
Экипаж космического корабля "Союз ТМА- 19 М" вернулся на Землю из полугодовой экспедиции. Космонавт Юрий Маленченко, астронавт НАСА Тимоти Копра и британец Тимоти Пик приземлились в казахстанской степи. Командир экипажа Юрий Маленченко – космонавт с огромным стажем. Эта посадка уже шестая в его карьере. Есть с чем сравнивать.
"Стандартная средняя посадка, не очень жёсткая, не очень мягкая. Было два соударения. Первый контакт и второй. Через 5 секунд я отстрелил стренги парашюта, и спускаемый аппарат успокоился. То есть нормально все хорошо прошло", — говорит Юрий Маленченко, лётчик-космонавт, Герой России, командир экипажа "Союз ТМА-19М".
При штатном спуске с орбиты экипаж испытывает перегрузки до пяти g – на космонавта как бы давит его пятикратно увеличенный вес. Чтобы перенести такие перегрузки, перед полётом космонавты тренируются на центрифуге. Помогает и специальный ложемент, сделанный индивидуально для каждого космонавта.
"На сегодняшний день наши космонавты все летают в креслах "Казбек", которые устанавливаются на кораблях. И, соответственно, для них изготавливаются индивидуальные ложементы. Не очень удобная поза, но в принципе комфортно, чтобы перенести весь цикл полёта", — рассказывает Артур Ли, начальник конструкторского отдела космической техники НПП "Звезда"
Возвращение на Землю экипажа начинается задолго до касания спускаемого аппарата с землёй. Вначале космонавты готовятся к отстыковке. В это время специалисты ЦУПа внимательно следят за состоянием всех систем и самих космонавтов.
"Мы летим вокруг Земли, мы разворачиваемся против полёта, включаем двигатели и начинаем тормозить. После этого мы начинаем резко идти к Земле. Мы входим в плотные слои атмосферы. Корабль начинает перед входом разделяться. Из трёх частей мы сидим в середине, в спускаемом аппарате-капсуле, и спускаемый аппарат устремляется к Земле. При входе в плотные слои атмосферы начинает тормозиться и гореть, и на нас начинают действовать перегрузки", — говорит Антон Шкаплеров, лётчик-космонавт, Герой России.
На высоте около 50 километров из-за трения, вокруг капсулы образуется плазменная оболочка. Температура за бортом больше 2500 градусов. От перегрева спускаемый аппарат и экипаж спасает термоизоляция.
"Теплозащита достаточно хитрая, если присмотреться, то на корпусе корабля вот такие вот дырочки везде. Дело в том, что при нагревании вот этот очень толстый слой, местами до 50 мм, начинает выпускать из себя газы, и эти газы через дырочки начинают выходить, тем самым газ как бы охлаждает поверхность корабля", — объясняет Павел Виноградов, лётчик-космонавт, заместитель начальника лётно-космического центра РКК "Энергия".
Атмосфера тормозит корабль. И на высоте 10 километров выпускаются парашюты. Корабль снижается со скоростью примерно 9,5-10 м/с, но, тем не менее, для посадки эта скорость очень большая. Поэтому есть система мягкой посадки. В днище корабля установлены двигатели мягкой посадки – шесть небольших твердотопливных двигателей в днище корабля "Союз". Именно благодаря им спускаемый аппарат не разбивается о плотную поверхность Земли.
На пилотируемой космонавтике у нас используются двигатели разделения и отделения головного обтекателя. А для больших ракет изготавливаются двигатели отделения ступеней. Вес такого двигателя 15 килограммов. В космосе имеет значение каждый грамм, поэтому конструкторы разработали такие небольшие, но очень эффективные двигатели.
"Вот мы имеем разрезной макет двигателя мягкой посадки. Он состоит из соплового блока многосопельного, твердотопливных шашек порохового заряда, воспламенителя и устройства для включения двигателя", — рассказывает Виктор Волчков, заместитель главного конструктора МКБ "Искра".
Почти всё в космических кораблях сделано с запасом. Инженеры подготовились к любой нештатной ситуации. Так и конструкция этих двигателей предусматривает многократные перегрузки.
"Конструкция имеет достаточный запас прочности, корпус выдерживает до 600 атмосфер. Это рассчитано для того, если посадка на мягкий грунт типа песка, то возможно забивание сопел, чтобы двигатель не разорвало от давления внутреннего объёма.
Двигатели мягкой посадки обеспечивают комфортное приземление спускаемого аппарата на любую поверхность. Наиболее подходящее место посадки рассчитывается вместе с траекторией спуска. Но специалисты должны быть готовы к любой нештатной ситуации. Несколько лет назад в такой ситуации оказался "Союз ТМА-10".
Олег Котов был бортинженером корабля, который приземлился по баллистической траектории. Через полгода, весной 2008 по такой же траектории вернулся корабль – с экипажем Юрия Маленченко. Тогда место посадки отличалось от расчётного на 400 километров.
"Хотя ощущения, когда ты идёшь в баллистическом спуске, спокойные, ты чувствуешь, что он надёжный. Идет по четкой траектории и отказать ничего не может. Надежный режим", — говорит Юрий Маленченко.
Хладнокровие экипажа и правильные решения – результат не только многолетних тренировок, но и работы техники: шести маленьких двигателей, которые много лет смягчают космонавтам возвращение на землю. Однако посадка на новом корабле "Федерация" станет еще надежнее.
"Новый корабль воплотил в себе все самые лучшие решения, которые были реализованы на "Союзах". Это будет посадка на шасси с использованием двигателей мягкой посадки. Мощные двигатели, на которых мы будем не просто садиться, а маневрировать, уметь подлетать к какой-то площадке. Там будет парашютная система не такая, как на "Союзе", а дальше будет нормальная ракетная мягкая посадка на шасси", — говорит Павел Виноградов.
Более того, эти двигатели позволят успешно сажать космические корабли и на Луну.
Любопытно, но в изначальных планах и "Союзы" и "Аполлоны" должны были стать аппаратами второго поколения. Но в США достаточно быстро осознали, что между последним полетом "Меркурия" и первым полетом "Аполлона" пройдет несколько лет, и для того, чтобы это время не пропало зря, была запущена программа "Джемини". А СССР ответил на "Джемини" своими "Восходами".
Также, для обоих аппаратов главной целью была Луна. США не жалели денег на лунную гонку, потому что до 1966 года СССР имел приоритет во всех значимых космических достижениях. Первый спутник, первые лунные станции, первый человек на орбите и первый человек в открытом космосе - все эти достижения были советскими. Американцы изо всех сил стремились "догнать и перегнать" Советский Союз. А в СССР задача пилотируемой лунной программы на фоне космических побед затмевалась другими насущными задачами, например, надо было догонять США по количеству баллистических ракет. Пилотируемые лунные программы - это отдельный большой разговор, а здесь мы поговорим про аппараты в орбитальной конфигурации, такой, в какой они встретились на орбите 17 июля 1975 года. Также, поскольку корабль "Союз" летает много лет и претерпел множество модификаций, говоря о "Союзе", мы будем иметь в виду версии близкие по времени к полету "Союз-Аполлона".
Средства выведения
Ракета-носитель, про которую обычно редко вспоминают, выводит космический корабль на орбиту и определяет многие его параметры, главными из которых будут максимальный вес и максимальный возможный диаметр.
В СССР для вывода нового корабля на околоземную орбиту решили использовать новую модификацию ракеты семейства "Р-7". На РН "Восход" заменили двигатель третьей ступени на более мощный, что увеличило грузоподъемность с 6 до 7 тонн. Корабль не мог иметь диаметр больше 3 метров, потому что в 60-х годах аналоговые системы управления не могли стабилизировать надкалиберные обтекатели.
Слева схема РН "Союз", справа - старт корабля "Союз-19" миссии "Союз-Аполлон"
В США для орбитальных полетов использовалась специально разработанная для "Аполлонов" РН "Saturn-I" В модификации -I она могла вывести на орбиту 18 тонн, а в модификации -IB - 21 тонну. Диаметр "Сатурна" превышал 6 метров, поэтому ограничения на размер космического корабля были минимальными.
Слева Saturn-IB в разрезе, справа - старт корабля "Apollo" миссии "Союз-Аполлон"
По размерам и весу "Союз" легче, тоньше и меньше "Аполлона". "Союз" весил 6,5-6,8 т. и имел максимальный диаметр 2,72 м. "Аполлон" имел максимальную массу 28 т (в лунном варианте, для околоземных миссий топливные баки были не полностью залиты) и максимальный диаметр 3,9 м.
Внешний вид
"Союз" и "Аполлон" реализовывали ставшую уже стандартной схему деления корабля на отсеки. Оба корабля имели приборно-агрегатный отсек (в США он называется сервисным модулем), спускаемый аппарат (командный модуль). Спускаемый аппарат "Союза" получился очень тесным, поэтому на корабль был добавлен бытовой отсек, который также мог использоваться как шлюзовая камера для выхода в открытый космос. В миссии "Союз-Аполлон" американский корабль также имел третий модуль, специальную шлюзовую камеру для перехода между кораблями.
"Союз" по советской традиции запускался целиком под обтекателем. Это позволяло не заботиться об аэродинамике корабля на выведении и располагать на наружной поверхности хрупкие антенны, датчики, солнечные батареи и прочие элементы. Также, бытовой отсек и спускаемый аппарат покрыты слоем космической теплоизоляции. "Аполлоны" продолжали американскую традицию - аппарат на выведении был закрыт лишь частично, носовую часть прикрывала баллистическая крышка, выполненная конструктивно вместе с системой спасения, а с хвостовой части корабль был закрыт переходником-обтекателем.
"Союз-19" в полете, съемка с борта "Аполлона". Темно-зеленое покрытие - теплоизоляция
"Аполлон", съемка с борта "Союза". На маршевом двигателе, похоже, местами вспучилась краска
"Союз" более поздней модификации в разрезе
"Аполлон" в разрезе
Форма спускаемого аппарата и теплозащита
Спуск корабля "Союз" в атмосфере, вид с земли
Спускаемые аппараты "Союза" и "Аполлона" похожи друг на друга больше, чем это было в предыдущих поколениях космических кораблей. В СССР конструкторы отказались от сферического спускаемого аппарата - при возвращении с Луны он потребовал бы очень узкого коридора входа (максимальная и минимальная высота, между которыми нужно попасть для успешной посадки), создал бы перегрузку свыше 12 g, а район посадки измерялся бы десятками, если не сотнями, километров. Конический спускаемый аппарат создавал подъемную силу при торможении в атмосфере и, поворачиваясь, менял ее направление, управляя полетом. При возвращении с земной орбиты перегрузка снижалась с 9 до 3-5 g, а при возвращении с Луны - с 12 до 7-8 g. Управляемый спуск серьезно расширял коридор входа, повышая надежность посадки, и очень серьезно уменьшал размеры района посадки, облегчая поиск и эвакуацию космонавтов.
Расчет несимметричного обтекания конуса при торможении в атмосфере
Спускаемые аппараты "Союза" и "Аполлона"
Диаметр 4 м, выбранный для "Аполлона", позволил сделать конус с углом полураствора 33°. Такой спускаемый аппарат имеет аэродинамическое качество порядка 0,45, а его боковые стенки практически не нагреваются при торможении. Но его недостатком были две точки устойчивого равновесия - "Аполлон" должен был входить в атмосферу ориентированным дном по направлению полета, потому что в случае входа в атмосферу боком, он мог перевернуться в положение "носом вперед" и погубить астронавтов. Диаметр 2,7 м для "Союза" делал такой конус нерациональным - слишком много места пропадало впустую. Поэтому был создан спускаемый аппарат типа "фара" с углом полураствора всего 7°. Он эффективно использует пространство, имеет только одну точку устойчивого равновесия, но его аэродинамическое качество ниже, порядка 0,3, а для боковых стенок требуется теплозащита.
В качестве теплозащитного покрытия использовались уже освоенные материалы. В СССР применяли фенол-формальдегидные смолы на тканевой основе, а в США - эпоксидную смолу на матрице из стеклопластика. Механизм работы был одинаковый - теплозащита обгорала и разрушалась, создавая дополнительный слой между кораблем и атмосферой, а сгоревшие частицы принимали на себя и уносили тепловую энергию.
Материал теплозащиты "Аполлона" до и после полета
Двигательная система
И "Аполлоны" и "Союзы" имели маршевые двигатели для коррекции орбиты и двигатели ориентации для изменения положения корабля в пространстве и выполнения точных маневров по стыковке. На "Союзе" система орбитального маневрирования была установлена впервые для советских космических кораблей. По каким-то причинам конструкторы выбрали не очень удачную компоновку, когда маршевый двигатель работал от одного топлива (НДМГ+АТ), а двигатели причаливания и ориентации - от другого (перекись водорода). В сочетании с тем, что на "Союзе" баки вмещали 500 кг топлива, а на "Аполлоне" 18 тонн, это привело к разнице запаса характеристической скорости на порядок - "Аполлон" мог изменить свою скорость на 2800 м/с, а "Союз" только на 215 м/с. Больший запас характеристической скорости даже недозаправленного "Аполлона" делал его очевидным кандидатом на активную роль при сближении и стыковке.
Корма "Союза-19", хорошо видны сопла двигателей
Двигатели ориентации "Аполлона" крупным планом
Система посадки
Системы посадки развивали наработки и традиции соответствующих стран. США продолжали сажать корабли на воду. После экспериментов с системами посадки "Меркуриев" и "Джемини" был выбран простой и надежный вариант - на корабле стояли два тормозных и три основных парашюта. Основные парашюты были резервированы, и безопасная посадка обеспечивалась при отказе одного из них. Такой отказ произошел при посадке "Аполлона-15", и ничего страшного не случилось. Резервирование парашютов позволило отказаться от индивидуальных парашютов астронавтов "Меркурия" и катапультных кресел "Джемини".
Схема посадки "Аполлона"
В СССР традиционно сажали корабль на сушу. Идеологически система посадки развивает парашютно-реактивную посадку "Восходов". После сброса крышки парашютного контейнера срабатывают последовательно вытяжной, тормозной и основной парашюты (на случай отказа системы установлен запасной). Корабль спускается на одном парашюте, на высоте 5,8 км сбрасывается теплозащитный экран, а на высоте ~1 м срабатывают реактивные двигатели мягкой посадки (ДМП). Система получилась интересная - работа ДМП создает эффектные кадры, но комфортность посадки изменяется в очень широком диапазоне. Если космонавтам везет, то удар о землю практически неощутим. Если нет, то корабль может чувствительно удариться о землю, а если совсем не повезет, то еще и опрокинется на бок.
Схема посадки
Совершенно нормальная работа ДМП
Дно спускаемого аппарата. Три круга сверху - ДМП, еще три - с противоположной стороны
Система аварийного спасения
Любопытно, но, идя разными путями, СССР и США пришли к одинаковой системе спасения. В случае аварии специальный твердотопливный двигатель, стоявший на самом верху ракеты-носителя, отрывал спускаемый аппарат с космонавтами и уносил его в сторону. Посадка производилась штатными средствами спускаемого аппарата. Такая система спасения оказалась самой хорошей из всех использованных вариантов - она простая, надежная и обеспечивает спасение космонавтов на всех этапах выведения. В реальной аварии она применялась один раз и спасла жизни Владимира Титова и Геннадия Стрекалова, унеся спускаемый аппарат от горящей в стартовом сооружении ракеты.
Слева направо САС "Аполлона", САС "Союза", различные версии САС "Союза"
Система терморегуляции
В обоих кораблях использовалась система терморегуляции с теплоносителем и радиаторами. Покрашенные в белый цвет для лучшего излучения тепла радиаторы стояли на сервисных модулях и даже выглядели одинаково:
Средства обеспечения ВКД
И "Аполлоны" и "Союзы" проектировали с учетом возможной необходимости внекорабельной деятельности (выхода в открытый космос). Конструкторские решения также были традиционными для стран - США разгерметизировали весь командный модуль и выходили наружу через стандартный люк, а СССР использовал бытовой отсек в качестве шлюзовой камеры.
ВКД "Аполлона-9"
Система стыковки
И "Союз" и "Аполлон" использовали стыковочное устройство типа "штырь-конус". Поскольку при стыковке активно маневрировал корабль, и на "Союзе" и на "Аполлоне" были установлены штыри. А для программы "Союз-Аполлон", чтобы никому не было обидно, разработали универсальный андрогинный стыковочный агрегат. Андрогинность означала, что могли состыковаться любые два корабля с такими узлами (а не только парные, один со штырем, другой с конусом).
Стыковочный механизм "Аполлона". Он, кстати, использовался и в программе "Союз-Аполлон", с его помощью командный модуль стыковался со шлюзовой камерой
Схема стыковочного механизма "Союза", первая версия
"Союз-19", вид спереди. Хорошо виден стыковочный узел
Кабина и оборудование
По составу оборудования "Аполлон" заметно превосходил "Союз". Прежде всего, в состав оборудования "Аполлона" конструкторы сумели добавить полноценную гиростабилизированную платформу, которая с высокой точностью хранила данные о положении и скорости корабля. Далее, командный модуль имел мощный и гибкий для своего времени компьютер, который при необходимости можно было бы перепрограммировать прямо в полете (и такие случаи известны). Интересной особенностью "Аполлона" было также отдельное рабочее место для астронавигации. Оно использовалось только в космосе и было расположено под ногами астронавтов.
Панель управления, вид с левого кресла
Панель управления. Слева расположены органы управления полетом, по центру - двигателями ориентации, сверху аварийные индикаторы, снизу связь. В правой части индикаторы топлива, водорода и кислорода и управление электропитанием
Несмотря на то, что оборудование "Союза" было проще, оно было самым продвинутым для советских кораблей. На корабле впервые появился бортовой цифровой компьютер, а в состав систем корабля входило оборудование для автоматической стыковки. Впервые в космосе использовались многофункциональные индикаторы на электронно-лучевой трубке.
Панель управления кораблей "Союз"
Панорама спускаемого аппарата корабля "Союз-35"
Система жизнеобеспечения
Система жизнеобеспечения была традиционной для стран. В США использовалась кислородная атмосфера при пониженном давлении, в СССР - кислородно-азотная смесь при атмосферном давлении. Эта ситуация делала невозможной прямую стыковку кораблей. Пришлось делать специальный шлюзовой отсек. Причем если из "Аполлона" в "Союз" можно было перейти очень быстро, то для обратного перехода приходилось три часа сидеть в шлюзовом отсеке, дыша чистым кислородом, чтобы удалить из крови азот. Даже советские комбинезоны становились пожароопасными в атмосфере "Аполлонов", и пришлось разрабатывать специальную ткань, в которой советские космонавты смогли бы навестить "Аполлон". Как показала практика, неудобства кислородной атмосферы перевесили ее достоинства, уже на Спейс Шаттлах атмосфера была близка к земной, и сейчас на чисто кислородной атмосфере никто не летает.
Специфика атмосферы означала, что на старте "Аполлона" астронавты должны были быть в скафандрах. На "Союзах" же летали в спортивных костюмах до катастрофы "Союза-11", после чего для безопасности старт и посадка стали происходить только в скафандрах.
С точки зрения удобства кабина "Союза" маленькая и тесная, но это компенсируется бытовым отсеком.
Бытовые удобства на "Союзе" были заметно лучше - на "Аполлонах" стоял очень некомфортный туалет.
Система электропитания
"Аполлоны" использовали очень удобную для полетов длительностью 2-3 недели систему - топливные элементы. Водород и кислород, соединяясь, вырабатывали энергию, а полученная вода использовалась экипажем. На "Союзах" в разных версиях стояли разные источники энергии. Были варианты с топливными элементами, а для полета "Союз-Аполлон" на корабле установили солнечные батареи.
Заключение
И "Союзы" и "Аполлоны" оказались по-своему очень удачными кораблями. "Аполлоны" успешно слетали к Луне и станции "Скайлэб". А "Союзы" получили крайне долгую и успешную жизнь, став основным кораблем для полетов к орбитальным станциям, с 2011 года они возят на МКС и американских астронавтов, и будут возить их, как минимум, до 2018 года.
Но за этот успех была заплачена очень дорогая цена. И "Союз" и "Аполлон" стали первыми кораблями, в которых погибли люди. Что еще печальнее, если бы конструкторы, инженеры и рабочие меньше спешили и после первых успехов не перестали бы бояться космоса, то Комаров, Добровольский, Волков, Пацаев, Гриссом, Уайт и Чеффи были бы живы.
Введение
Средства выведения
Ракета-носитель, про которую обычно редко вспоминают, выводит космический корабль на орбиту и определяет многие его параметры, главными из которых будут максимальный вес и максимальный возможный диаметр.
Внешний вид
Форма спускаемого аппарата и теплозащита
Расчет несимметричного обтекания конуса при торможении в атмосфере
В качестве теплозащитного покрытия использовались уже освоенные материалы. В СССР применяли фенол-формальдегидные смолы на тканевой основе, а в США — эпоксидную смолу на матрице из стеклопластика. Механизм работы был одинаковый — теплозащита обгорала и разрушалась, создавая дополнительный слой между кораблем и атмосферой, а сгоревшие частицы принимали на себя и уносили тепловую энергию.
Двигательная система
Система посадки
Схема посадки
Совершенно нормальная работа ДМП
Дно спускаемого аппарата. Три круга сверху — ДМП, еще три — с противоположной стороны
Система аварийного спасения
Любопытно, но, идя разными путями, СССР и США пришли к одинаковой системе спасения. В случае аварии специальный твердотопливный двигатель, стоявший на самом верху ракеты-носителя, отрывал спускаемый аппарат с космонавтами и уносил его в сторону. Посадка производилась штатными средствами спускаемого аппарата. Такая система спасения оказалась самой хорошей из всех использованных вариантов — она простая, надежная и обеспечивает спасение космонавтов на всех этапах выведения. В реальной аварии она применялась один раз и спасла жизни Владимира Титова и Геннадия Стрекалова, унеся спускаемый аппарат от горящей в стартовом сооружении ракеты.
Система терморегуляции
В обоих кораблях использовалась система терморегуляции с теплоносителем и радиаторами. Покрашенные в белый цвет для лучшего излучения тепла радиаторы стояли на сервисных модулях и даже выглядели одинаково:
Средства обеспечения ВКД
Система стыковки
Кабина и оборудование
Панель управления, вид с левого кресла
Панель управления. Слева расположены органы управления полетом, по центру — двигателями ориентации, сверху аварийные индикаторы, снизу связь. В правой части индикаторы топлива, водорода и кислорода и управление электропитанием
Система жизнеобеспечения
Система электропитания
Заключение
ВСПОМОГАТЕЛЬНЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ РДТТ
В настоящее время эти двигатели широко используются в системах аварийного спасения (САС) и мягкой посадки космических кораблей, для управления полетом КА, в системах разделения ступеней и сброса головных обтекателей РН, для раскрутки студеней РН и т. д. Их широкое применение прежде всего вызвано простотой конструкции, быстротой срабатывания и высокой надежностью, что особенно важно при спасении экипажей пилотируемых космических кораблей в аварийных ситуациях
В результате срабатывания САС корабль может подниматься на высоту до 1200 м и отбрасываться от места старта на расстояние до 3 км (в зависимости от направления ветра).
После отделения корабля от РН на безопасное расстояние предусматривался сброс фермы с РДТТ увода, уже выполнившим свою задачу. Для этого предназначался другой РДТТ (тоже с тремя соплами), который мог развивать тягу 3,6 кН в течение 1,5 с. При нормальном ходе полета САС сбрасывалась на определенной высоте, а РН с кораблем продолжали полет.
1 — РДТТ увода корабля; 2 — РДТТ сброса САС; 3 — ферма; 4 — космический корабль; 5 — РДТТ отделения корабля от РН на орбите; 6 — РДТТ торможения корабля при сходе с орбиты
1 — РДТТ для управления траекторией полета (отвода корабля в сторону); 2 — РДТТ сброса САС; 3 — РДТТ увода корабля; 4 — отсек с экипажем
После срабатывания пиропатронов, когда кресла с космонавтами оказывались вне корабля, включались вмонтированные в кресла РДТТ (продолжительность работы 0,27 с, полный импульс 8,4 кН с), которые отбрасывали кресла вперед под углом 49° к продольной оси корабля. Максимальное ускорение при катапультировании 24 g. Согласно расчетам в случае аварии при старте эти РДТТ должны были обеспечить отбрасывание кресел с космонавтами в сторону от ракеты на 150 м. При проведенных экспериментах кресла отбрасывались на 300 м в сторону и на 140 м вверх.
После отбрасывания кресло отделяется, развертывается надувной баллон, обеспечивающий стабилизацию и торможение кресла, а затем раскрываются парашюты. Посадка экипажа осуществлялась на воду.
Рама, имеющая форму усеченной четырехгранной пирамиды высотой около 3 м, сварена из труб (титановый сплав) и крепилась к отсеку экипажа подрывными болтами. РДТТ, предназначенный для отбрасывания отсека экипажа вверх (вперед), имел четыре сопла, установленных под углом 35° к продольной оси двигателя. Длина РДТТ 4,6 м, диаметр 0,66 м, масса 2,18 т (без топлива — 0,73 т). Тяга РДТТ 700 кН, продолжительность работы 6 с, создаваемое ускорение 9 g.
В случае возникновения аварийной ситуации одновременно должен был включаться другой РДТТ, предназначенный для отбрасывания отсека с экипажем в сторону. Этот РДТТ длиной 0,6 м, диаметром 0,23 м и массой 23 кг развивал тягу 15,1 кН и работал в течение 0,5 с. После прекращения работы этих двух РДТТ включался двухсопловой РДТТ для сброса САС. При длине 1,5 м и массе 0,25 т он развивал тягу 150 кН и работал менее 1 с.
После отбрасывания САС отсек экипажа спускался на парашютах. Для того чтобы парашюты, размещенные в верхней части отсека с экипажем, могли развернуться, отсек специальным образом ориентировался и спускался днищем вперед. Если аварийная ситуация возникла бы при старте или на начальном участке полета (до высоты 36 км), ориентацию отсека экипажа обеспечивали специальные аэродинамические поверхности, смонтированные на верхней части корпуса САС. До окончания работы РДТТ увода корабля эти поверхности прижаты к корпусу, а затем раскрываются.
САС могла отделяться от отсека с экипажем лишь после того, как будет обеспечена заданная ориентация отсека. Если аварийная ситуация возникла бы на высотах 36–80 км, где плотность атмосферы недостаточна для эффективной работы аэродинамических поверхностей, САС отделялась от отсека экипажа сразу после окончания работы РДТТ увода, а заданная ориентация отсека обеспечивалась с помощью смонтированных в нем ЖРД системы ориентации.
При отсутствии аварийной ситуации при старте и на начальном участке полета по достижении высоты около 80 км рама с двигателями отделяется от отсека с экипажем, для чего должны были включаться РДТТ для сброса САС и отвода корабля в сторону.
Затем отстреливался (вместе с соответствующей рамой крепления) маршевый РДТТ перевода аппарата на траекторию спуска и включалась вторая пара РДТТ (время работы 0,26 с), чтобы остановить вращение аэродинамического конуса. Сопла РДТТ этой пары направлены в противоположную сторону по сравнению с соплами РДТТ первой пары.
После аэродинамического торможения аппарата включался РДТТ для сброса крышки парашютной системы и ввода вытяжного парашюта (тяга 6,5 кН). Время работы РДТТ 0,24 с. Одновременно отстреливался аэродинамический тормозной конус и вытяжной парашют вытаскивал основной. Последний вытягивал из парашютного контейнера РДТТ увода парашютной системы, (тяга 9 кН), чтобы парашюты не накрыли спускаемый аппарат, и РДТТ мягкой посадки (тяга 56 кН).
1 — аэродинамический тормозной конус; 2 — РДТТ ввода в действие вытяжного парашюта; 3 — РДТТ перевода аппарата на траекторию спуска; 4 — основной парашют; 5 — спускаемый аппарат
Затем срабатывал высотометр, установленный на спускаемом аппарате, и разделялись РДТТ увода и РДТТ мягкой посадки. Первый отбрасывал парашют в сторону (время его работы 1 с), а с помощью второго осуществлялась мягкая посадка спускаемого аппарата на поверхность Марса (время его работы 1,1 с). После окончания работы РДТТ мягкой посадки отстреливался нижний полутор парашютного контейнера и включались два боковых РДТТ (общая тяга 1 кН, время работы 4 е), установленных на корпусе РДТТ мягкой посадки. Их задача — отвести (отбросить) РДТТ мягкой посадки в сторону во избежание ударения его о корпус спускаемого аппарата.
При сгорании топлива в камере РДТТ образуются газы с высоким давлением (около 13 МПа), что позволяет достаточно эффективно использовать потенциальную химическую энергию топлива. Корпус РДТТ и деталь крепления сопла изготовлены из алюминиевого сплава, выходная часть сопла — стальная, неохлаждаемая, горловина сопла — графитовая.
РДТТ систем аварийного спасения и мягкой посадки советских космических кораблей
"Восток". Поскольку основная опасность грозила космонавту на старте и при посадке, были приняты меры по оснащению корабля специальными системами безопасности. Особенности спасения на старте при взрыве и пожаре на РН, которые носят быстротечный характер, потребовали создания автоматики включения средств спасения. Эта автоматика в определенной последовательности вводила в действие пиротехнические средства отстрела крышки-люка корабля и включала два РДТТ, укрепленных на катапультируемом кресле с космонавтом. РДТТ обеспечивали удаление космонавта из очага пожара на расстояние в несколько сотен метров. После этого вводилась в действие парашютная система посадки.
В отличие от американского космического корабля "Джемини", где катапультируемые кресла с РДТТ использовались только как средства спасения космонавтов в аварийных случаях, на корабле "Восток" катапультирование можно было использовать и при посадке. В этом случае на высоте около 7 км сбрасывалась крышка-люк спускаемого аппарата (по сигналам от бародатчиков) и производилось катапультирование космонавта. После этого вводился в действие тормозной парашют, а затем открывался основной. Спускаемый аппарат имел и независимую парашютную систему, которая включала вытяжной и основной парашюты. ,
Из шести запусков кораблей "Восток" все прошли успешно, и посадка осуществлялась в заданном районе, что подтвердило высокую надежность РН и космического корабля, а также большую эффективность мероприятий, направленных на обеспечение безопасности полетов.
"Восход" . Этот тип корабля значительно отличался от своего прототипа - корабля "Восток". Убедившись в высокой надежности последнего, конструкторы отказались и от громоздкого и тяжелого катапультируемого кресла. Изменилась также и система посадки. Она теперь включала следующие операции: на высоте около 5 км отстреливалась крышка парашютного контейнера и вводилась в действие парашютная система, когда скорость снижения спускаемого аппарата уже уменьшилась за счет торможения в атмосфере до 220 м/с. Примерно через 6 мин корабль достигал поверхности Земли, и перед касанием с грунтом включалась тормозная двигательная установка с РДТТ, которая снижала скорость приземления практически до нуля.
Использование РДТТ мягкой посадки началось с 1964 г. при полете корабля "Восход-1".
"Союз" . Для быстрого покидания зоны пожара или взрыва, когда экипаж находится в спускаемом аппарате в режиме проверок бортовых систем, на корабле "Союз" предусмотрена специальная аварийная система покядания старта. Эта система аварийного спасения (САС) корабля "Союз" стала применяться с 1967 г., с появлением более усовершенствованного варианта трехступенчатой РН "Восток". САС может вводиться на конечном этапе предстартовой подготовки, когда обслуживающий персонал уже покинул стартовую позицию, а фермы обслуживания РН и космического корабля разведены. С помощью этой системы корабль уводится из аварийной зоны на высоту, достаточную для отделения спускаемого аппарата и введения в действие парашютной системы посадки.
Двигательная установка САС корабля "Союз" представляет собой установку из РДТТ трех типов (см. рис. на первой странице обложки). В верхней части системы расположен многосопловой РДТТ отделения САС и обтекателя, защищающего корабль от аэродинамического нагрева во время прохождения ракетой плотных слоев атмосферы. Непосредственно к обтекателю крепится основной РДТТ (тяга 750 кН, масса топливного заряда 1 т) с 12 соплами, развернутыми под углом 30, к продольной оси РН. Под обтекателем этого двигателя находятся четыре РДТТ управления, которые обеспечивают разворот и увод спускаемого аппарата и орбитального отсека корабля в сторону от опасной зоны,
В результате срабатывания САС корабль можеч подниматься на высоту до 1200 м и отбрасываться от места старта на расстояние до 3 км (в зависимости от направления ветра).
РДТТ нашли "применение в системах приземления космического корабля "Союз" (наряду с парашютной системой). Посадка спускаемого аппарата происходит так. Непосредственно у Земли, за 10 мин до посадки, отделяется уже ненужный передний теплозащитный экран, закрывающий двигатели мягкой посадки, расположенные в лобовой части спускаемого аппарата. При этом экипаж начинает готовиться к приземлению и взводится система амортизации кресел, в которых группируются космонавты. У самой Земли, на высоте около 1 м, включается шесть РДТТ мягкой посадки (тяга несколько килоньютонов, масса заряда РДТТ 9 кг, время работы доли секунды). Эти двигатели окончательно гасят скорость, с которой спускаемый аппарат снижается на парашюте (примерно 7-8 м/с), практически до 0 м/с
Читайте также: