Посадка спускаемого аппарата союз

Обновлено: 07.07.2024

Российские космонавты Сергей Рыжиков, Сергей Кудь-Сверчков и американка Кэтлин Рубинс благополучно вернулись на Землю после полугодовой экспедиции, в 7.41 над кораблем развернулся вытяжной, а затем купол основного парашюта, после чего корабль сел в Казахстане.

После полугодовой вахты на МКС на Землю вернулся экипаж космонавтов составе россиян Сергея Рыжикова и Сергея Кудь-Сверчкова, а также американской астронавтки Кэтлин Рубинс. После их отбытия со станции там остались нести вахту семь человек, в том числе двое российских космонавтов.

Согласно плану Роскосмоса, перед входом в атмосферу от спускаемого аппарата, в котором находился экипаж, отделились бытовой и приборно-агрегатный отсеки, которые сгорели в атмосфере. В минуты полета в плотных слоях атмосферы экипаж пережил перегрузки почти в 4g, что означает, что на них давил вес, в четыре раза превышающий их собственный.

В 7.41 над кораблем развернулся купол вытяжного парашюта, а затем - основного парашюта. Посадка спускаемого аппарата состоялась в 7.56 по московскому времени в 147 километрах юго-восточнее от Жезказгана в Казахстане.

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

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).

Точность посадки космического корабля

Сверхточные посадки или "утраченные технологии" НАСА

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.

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.

Но как говорят в рекламах, это еще не все.

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. .

"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."

Рекомендуется посмотреть , окуда привожу только один фрагмент мнения о нем Юрия Елхова, кинорежиссера, кинооператора, кинопродюсера:

Имена и индексы

Спешка

Сохранились уникальные съемки интерьера и внешнего вида кораблей.

7К-С, 7К-СТ

Новая приборная доска

Косметические изменения кабины — шкалы теперь не механические, а электронные

Союзы ТМ летали с середины 80-х по 2002 год.

Новые большие дисплеи

Корабли этой модификации летали с 2002 по 2010 годы.

К 2010 году стало ясно, что настала пора обновить электронную начинку. Бортовой компьютер массой в центнер — это как-то уже слишком. Сказано — сделано, в модификации ТМА-М массу компьютера и еще нескольких приборов уменьшили вдвое. Энергопотребление также снизилось.

Фото в полном размере

Ну и, наконец, последняя по времени, и похоже, финальная модификация МС. Новая связь без ~~единого разрыва~~ глухих витков, еще более надежные двигатели причаливания и ориентации, модная светодиодная фара, улучшенная противометеоритная защита, увеличенные солнечные панели, дополнительные батареи.

Дополнительная информация

На Землю вернется экипаж в составе космонавта Роскосмоса Александра Мисуркина и участников космического полета из Японии Юсаку Маэзавы и Йозо Хирано.

Дорогие друзья! Желаете всегда быть в курсе последних событий во Вселенной? Подпишитесь на рассылку оповещений о новых статьях, нажав на кнопку с колокольчиком в правом нижнем углу экрана ➤ ➤ ➤

Семьсот шестьдесят миллиметров

Люди прыгали с парашютами начиная с XVIII века. Первоначально это были неудобные и громоздкие конструкции, подходящие разве что для прыжков с воздушного шара. Современный парашют, помещающийся в компактном ранце, придумал Глеб Котельников в 1912 году, и устройства этого типа используются до сих пор.

День воздушно-десантных войск отмечается в честь высадки с воздуха подразделения из 12 военнослужащих на учениях Московского военного округа 2 августа 1930 года. Важной вехой в развитии средств десантирования стало 5 января 1973 года, когда впервые боевая техника приземлилась на парашюте с экипажем внутри.

Что же такое спуск на парашюте с точки зрения физики? Выпрыгнувший из самолета человек падает с ускорением, близким к ускорению свободного падения, очень недолго. Его встречает относительно плотная среда — воздух, сила сопротивления которого растет пропорционально квадрату скорости падения. Очень быстро сила сопротивления воздуха уравновешивает силу тяжести, и скорость парашютиста перестает расти.

Эта равновесная скорость зависит от формы и положения тела в воздухе, от высоты над землей, даже от типа одежды, но у обычного парашютиста, падающего плашмя на высоте нескольких километров, установившаяся скорость падения равна примерно 50 метрам в секунду.

Более массивные объекты с более высокой средней плотностью и меньшей площадью проекции имеют значительно более высокую равновесную скорость. Например, у первой ступени ракеты Falcon 9 перед последним включением двигателя и посадкой она составляет примерно 300 метров в секунду.

В тот момент, когда десантник раскрывает парашют, равновесная скорость резко снижается, поскольку купол парашюта увеличивает сопротивление воздуха. В результате человек может приземлиться без вреда для себя.

Форма привычного нам парашюта выбрана так, чтобы создавать максимальное сопротивление при минимальной площади. За куполом образуется большая зона аэродинамической тени с вихрями. Более быстрое движение воздуха по центру обеспечивается благодаря отверстию, проделанному для снижения амплитуды раскачивания купола (оно было предусмотрено еще в парашюте Котельникова).

Человека такими двигателями не снабдишь, но обычный круглый купол парашюта Д-1-5у обеспечивает скорость снижения около 5 метров в секунду. Это все равно немало и чревато травмой при неосторожном касании поверхности, поэтому парашютистов учат держать ноги вместе и группироваться перед приземлением.

Можно ли спускаемой технике обойтись без двигателей мягкой посадки? Просто увеличивать площадь купола плохая идея — вместе с ней растет и масса парашюта, и чтобы достичь безопасных значений, придется сделать ее нерационально большой.

Снижаем давление

Первая: эффективность применения парашюта резко снижается. Если земного парашютиста в стандартном снаряжении десантировать на Марсе, то, несмотря на раскрытый купол, его ждет удар о поверхность на скорости около 60 метров в секунду (200 километров в час).

Вторая: решить предыдущую проблему, просто взяв парашют побольше, не получится. Дело в том, что низкая плотность означает низкую скорость звука, и это сильно меняет ситуацию. Чтобы объяснить, как именно, нам снова понадобится обратиться к физике.

Если мы двигаемся в вакууме, то можем развивать любую скорость (не выше световой, конечно). Но если нам приходится перемещаться в воздухе, в воде или в любой другой среде, то параметры нашего движения будут ключевым образом зависеть от того, происходит оно быстрее или медленнее скорости распространения звука в этой же среде.

Когда некий объект (например, истребитель) двигается, его энергия передается воздушной среде вокруг него и рассеивается в атмосфере благодаря колебаниям. Все идет хорошо, пока скорость остается дозвуковой.

Когда скорость нашего истребителя в среде становится выше скорости распространения акустических колебаний, воздух уже не может отводить от него энергию так же эффективно, как раньше. Сопротивление резко возрастает, меняется характер обтекания — вокруг объекта возникает тупоугольная ударная волна, фронт которой образован сильно разогретым воздухом под высоким давлением, растет турбулентность.

Компьютерное моделирование потоков воздуха вокруг сверхзвукового парашюта (слева) и фотография с тестов в аэродинамической трубе.

С точки зрения пилота, преодолевающего звуковой барьер, это похоже на то, как будто плотность воздуха резко, скачком возросла и среда начала тормозить самолет намного интенсивнее, чем раньше. Аэродинамические свойства самолета при этом также резко изменятся. Поэтому даже форма сверхзвуковых самолетов значительно отличается от формы дозвуковых.

Теперь представьте, что на сверхзвуковой скорости летит не самолет, а человек — все тот же марсианский десантник. Если на такой скорости он откроет обычный парашют, то купол просто не выдержит нагрузки и разорвется. Поэтому нашему десантнику лучше подождать, пока скорость его падения не снизится до дозвуковой.

Однако сверхзвуковая скорость на Марсе значительно ниже земной — 244 метра в секунду против 340 метров в секунду на Земле (посчитать зависимость скорости звука от высоты на обеих планетах можно здесь). Это значит, что нашему десантнику придется дожидаться безопасной скорости падения значительно дольше, чем в тех же условиях на Земле.

Кстати, сама марсианская атмосфера работает в качестве тормоза намного хуже (смотри выше плохую новость номер один). Предельная скорость падения парашютиста до раскрытия купола на Марсе примерно в шесть раз превысит земную и достигнет 280 метров в секунду около поверхности. И это больше, чем скорость звука на Красной планете.

Марсианский парашютист просто не успеет дождаться момента, когда слабая атмосфера затормозит его падение до дозвуковой скорости и он сможет открыть парашют.

Есть ли выход из этой ситуации? Да, есть: создать сверхзвуковой парашют.

Этап испытаний

На сверхзвуковой скорости радикально меняется характер обтекания тела, движущегося в воздухе. Перед ним формируется скачок уплотнения (ударная волна).

Первые испытания показали, что купола обычных парашютов в таких условиях становятся нестабильными. Инженерам пришлось увеличивать проницаемость купола и экспериментировать с его формой.

Оказалось также, что на работу купола влияет возмущение от впереди летящего полезного груза, а еще необходимо правильно подбирать длину строп, чтобы купол не начал схлопываться. Сверхзвуковой парашют должен выдерживать перегрузку примерно до 10 G и нагрев от скачка давления, а также обеспечивать устойчивое торможение, не схлопываясь и не раскачиваясь.

И СССР и США, собравшись отправлять аппараты для мягкой посадки на Марс, столкнулись с задачей испытания выполняющих ее систем. И если особенности поведения теплозащиты уже были известны по испытаниям боеголовок межконтинентальных ракет и возвращающихся с земной орбиты аппаратов, а финальный этап посадки можно было изучить, сбрасывая аппараты с вертолета, то для проверки работы сверхзвукового парашюта необходимо было подобрать специальные условия.

К счастью, они оказались воспроизводимы на Земле. На высоте 30-40 километров плотность атмосферы не сильно отличается от марсианской, и с помощью ракетных двигателей тестовые стенды можно было разогнать до сверхзвуковых скоростей. В результате инженеры по обе стороны океана пришли к схожим решениям.

Таким образом, испытательные полеты пришлись на завершающую стадию программы, включавшей в себя тесты в аэродинамической трубе, бросковые испытания и проверки пировыбрасывателя.

Последний тип, DGB, оказался наиболее подходящим по тормозящей силе и стабильности для сверхзвукового раскрытия. Именно его и стали ставить на аппараты NASA в последующие десятилетия.

Марс, Венера, Титан

Посадка на Марс сильно отличается от возвращения на Землю. На первом этапе спускаемый аппарат снижает скорость с нескольких километров в секунду до примерно 400 метров в секунду, находясь в аэрооболочке с теплозащитным щитом. Затем раскрывается сверхзвуковой парашют, который тормозит спускаемый аппарат до 60–100 метров в секунду.

Настоящие трудности начались потом — на поверхности планеты давление оказалось почти в 100 атмосфер, а температура достигала почти 500 градусов Цельсия. Поэтому земной аппарат сломался раньше, чем приземлился.

Первый аппарат, достигший поверхности, использовал очень маленький парашют площадью всего 2,8 квадратных метра, причем часть материала купола штатно выгорала, повышая его проницаемость. Расчеты оказались верными, аппарат коснулся поверхности на скорости примерно 16 метров в секунду и проработал на поверхности Венеры 20 минут.

Последующие зонды вообще были спроектированы так, чтобы, затормозив на парашюте, отстреливать его и приземляться на амортизатор. Это позволяло им быстрее спускаться на поверхность, не нагреваясь на высоте и не теряя драгоценного времени работы.

Условия на Титане (спутнике Сатурна) представляют собой любопытное смешение Марса и Венеры. Там на поверхности холодно (примерно -180 градусов Цельсия), а плотность атмосферы требует применения сверхзвукового парашюта.

Читайте также: