Школьная энциклопедия. «Федерация»: российский пилотируемый космический корабль

Сегодня полеты в космос не относятся к фантастическим историям, но, к сожалению, современный космический корабль еще очень сильно отличается от тех, которые показывают в фильмах.

Данная статья предназначена для лиц старше 18 лет

А вам уже исполнилось 18?

Космические корабли России и

Космические корабли будущего

Космический корабль: какой он

На

Космический корабль, как он работает?

Масса современных космолетов напрямую связана с тем, как высоко они летают. Главная задача пилотируемых космолетов ‒ безопасность.

Спускаемый аппарат СОЮЗ стал первой космической серией Советского Союза. В этот период между СССР и США шла гонка вооружения. Если сравнивать размеры и подход к вопросу строительства, то руководство СССР делало все для скорейшего покорения космоса. Понятно, почему сегодня не строят аналогичные аппараты. Вряд ли кто-то возьмется строить по схеме, в которой отсутствует личное пространство космонавтов. Современные космолеты оборудованы и комнатами для отдыха экипажа, и спускаемой капсулой, главной задачей которой является в тот момент, как осуществляется посадка, сделать ее максимально мягкой.

Первый космический корабль: история создания

Отцом космонавтики справедливо считается Циолковский. На основе его учений Годдрадпостроил ракетный двигатель.

Ученые, которые трудились в Советском Союзе, стали первыми, кто сконструировал и смог запустить искусственный спутник. Также они стали первыми, кто изобрел возможность запуска в космос живого существа. Штаты осознают, что Союз стал первым, кто создал летательный аппарат, способный выйти в космос с человеком. Отцом ракетостроения справедливо называют Королева, который вошел в историю как тот, кто придумал, как преодолеть земное притяжение, и смог создать первый пилотируемый космический корабль. Сегодня даже малыши знают, в каком году запустили первый корабль с человеком на борту, но мало кто помнит о вкладе Королева в этот процесс.

Экипаж и его безопасность во время полета

Главная задача сегодня — безопасность экипажа, ведь он проводит много времени на высоте полета. При строении летательного устройства важно, из какого металла его делают. В ракетостроении используются следующие типы металлов:

1. Алюминий ‒ позволяет значительно увеличить размеры космолета, поскольку отличается легкостью.
2. Железо ‒ замечательно справляется со всеми нагрузками на корпус корабля.
3. Медь ‒ обладает высокойтеплопроводимостью.
4. Серебро ‒ надежно связывает медь и сталь.
5. Из титановых сплавов изготавливают баки для жидкого кислорода и водорода.

Современная система жизнеобеспечения позволяет создать привычную для человека атмосферу. Многие мальчишки видят, как они летают в космосе, забывая об очень большой перегрузке космонавта при старте.

Самый большой космический корабль в мире

Среди боевых кораблей большой популярностью пользуются истребители и перехватчики. Современный грузовой корабль имеет следующую классификацию:

1. Зонд — это исследовательский корабль.
2. Капсула — грузовой отсек для доставки или спасательных операций экипажа.
3. Модуль — на орбиту выводится беспилотным носителем. Современные модули делятся на 3 категории.
4. Ракета. Прототипом для создания послужили военные разработки.
5. Челнок — многоразовые конструкции для доставки необходимого груза.
6. Станции — самые большие космические корабли. Сегодня в открытом космосе находятся не только русские, но и французские, китайские и другие.

Буран — космический корабль, вошедший в историю

Первым космическим кораблем, вышедшим в космос, стал Восток. После федерация ракетостроения СССР начала выпуск кораблей Союз. Намного позже стали выпускать Клиперы и Русь. На все эти пилотируемые проекты федерация возлагает огромные надежды.

В 1960 году корабль Восток своим полетом доказал возможность выхода человека в космос. 12 апреля 1961 года Восток 1 совершил виток вокруг Земли. А вот вопрос, кто летал на корабле Восток 1, почему-то вызывает затруднение. Может быть дело в том, что мы просто не знаем, что свой первый полет Гагарин совершил именно на этом корабле? В том же году впервые на орбиту вышел корабль Восток 2, в котором находилось сразу два космонавта, один из которых вышел за пределы корабля в космосе. Это был прогресс. А уже в 1965 году Восход 2 смог выйти в открытый космос. История корабля восход 2 была экранизирована.

Восток 3 установил новый мировой рекорд по времени пребывания корабля в космосе. Последним кораблем серии стал Восток 6.

Американский шатл серии Аполлон открыл новые горизонты. Ведь в 1968 Аполлон 11 смог первым приземлиться на Луну. Сегодня существует несколько проектов по разработке космопланов будущего, такие как Гермес и Колумб.

Салют — серия межорбитальных космических станций Советского Союза. Салют 7 известна тем, что потерпела крушение.

Следующим космолетом, история которого вызывает интерес, стал Буран, кстати, интересно, где он сейчас находится. В 1988 году он совершил свой первый и последний полет. После многоразовых разборов и перевозок путь передвижения Бурана потерялся. Известное последнее местонахождение космического корабля Буранв Сочи, работы по нему законсервированы. Однако буря вокруг этого проекта до сих пор не утихла, и дальнейшая судьба заброшенного проекта Буран вызывает интерес у многих. А в Москве внутри макета космолета Буран на ВДНХ создан интерактивный музейный комплекс.

Джемини — серия кораблей американских конструкторов. Заменили проект Меркурий и смогли сделать спираль на орбите.

Американские корабли с названием Спейсшатл стали своеобразными челноками, совершая более 100 полетов между объектами. Вторым Спейсшатлом стал Челенджер.

Не может не заинтересовать история планеты Нибиру, которая признана кораблем-надзирателем. Нибиру уже дважды приближалась на опасное расстояние к Земле, но оба раза столкновения удалось избежать.

Драгон — космолет, который в 2018 году должен был совершить полет на планету Марс. В 2014 году федерация, ссылаясь на технические характеристики и состояние корабля Дракон, отложила запуск. Не так давно произошло еще одно событие: компания Боинг сделала заявление, что также начала разработки по созданию марсохода.

Первым в истории многоразовым кораблем универсалом должен был стать аппарат под названием Заря. Заря — это первая разработка транспортного корабля многоразового использования, на который федерация полагала очень большие надежды.

Прорывом считается возможность использования ядерных установок в космосе. Для этих целей начались работы по транспортно-энергетическому модулю. Параллельно ведутся разработки по проекту Прометей — компактному ядерному реактору для ракет и космолетов.

Китайский корабль Шэньчжоу 11 стартовал в 2016 году с двумя астронавтами, которые должны были провести в космосе 33 дня.

Скорость космического корабля (км/ч)

Минимальной скоростью, с которой можно выйти на орбиту вокруг Земли считается 8 км/с. Сегодня нет надобности разрабатывать самый быстрый в мире корабль, поскольку мы находимся в самом начале космического пространства. Ведь максимальная высота, которой мы смогли достичь в космосе, всего 500 км. Рекорд самого быстрого передвижения в космосе был установлен в 1969 году, и пока побить его не удалось. На космическом корабле Аполлон 10 трое космонавтов, побывав на орбите Луны, возвращались домой. Капсула, которая должна была доставить их из полета, сумела развить скорость 39,897 км/ч. Для сравнения давайте рассмотрим, с какой скоростью летит космическая станция. Максимально она может развиться до 27 600 км/ч.

Заброшенные космические корабли

Сегодня для космолетов, пришедших в негодность, создали кладбище втихом океане, где могут найти свой последний приют десятки заброшенных космических кораблей. Катастрофы космических кораблей

В космосе случаются катастрофы, часто забирающие жизни. Наиболее частыми, как ни странно, являются аварии, которые происходят из-за столкновения с космическим мусором. При столкновении орбита движения объекта смещается и становится причиной крушения и повреждений, часто становящихся причиной взрыва. Самой известной катастрофой является гибель пилотируемого американского корабля Челленджер.

Ядерный двигатель для космических кораблей 2017

Сегодня ученые работают над проектами по созданию атомного электродвигателя. Эти разработки подразумевают покорение космоса с помощью фотонных двигателей. Российские ученные планируют уже в скором будущем приступить к испытаниям термоядерного двигателя.

Космические корабли России и США

Стремительный интерес к космосу возник в годы Холодной войны между СССР и США. Американские ученые признали в российских коллегах достойных соперников. Советское ракетостроение продолжало развиваться, и после распада государства его приемником стала Россия. Конечно, космолеты, накоторых летают российские космонавты, значительно отличаются от первых кораблей. Более того, сегодня, благодаря успешным разработкам американских ученых, космические корабли стали многоразовыми.

Космические корабли будущего

Сегодня все больший интерес вызывают проекты, в результате которых человечество сможет совершать более длительные путешествия. Современные разработки уже готовят корабли к межзвездным экспедициям.

Место, откуда запускают космические корабли

Увидеть своими глазами запуск космического корабля на старте — мечта многих. Возможно, это связано с тем, что первый запуск не всегда приводит к желаемому результату. Но благодаря Интернету мы можем увидеть, как взлетает корабль. Учитывая тот факт, что наблюдающим за запуском пилотируемого корабля следует находиться достаточно далеко, мы можем представить, что находимся на взлетной площадке.

Космический корабль: какой он внутри?

Сегодня, благодаря музейным экспонатам, мы воочию можем увидеть устройство таких кораблей, как Союз. Конечно, изнутри первые корабли были очень простыми. Интерьер более современных вариантов выдержан в спокойных тонах. Устройство любого космического корабля обязательно пугает нас множеством рычажков и кнопочек. И это добавляет гордости за тех, кто смог запомнить, как устроен корабль, и, тем более, научился управлять им.

На каких космических кораблях летают сейчас?

Новые космические корабли своим внешним видом подтверждают, что фантастика стала действительностью. Сегодня никого уже не удивишь тем, что стыковка космических кораблей — реальность. И мало кто помнит о том, что первая в мире такая стыковка произошла еще в далеком 1967 году...

Под многоразовым космическим кораблём подразумевается такой аппарат, конструкция которого позволяет повторно использовать весь корабль или его основные части. Первым опытом в этой сфере стал «космический челнок» Space Shuttle. Затем задачу создания аналогичного аппарата поставили советским учёным, в результате чего появился «Буран».

В обеих странах проектируют и другие аппараты. На данный момент самым заметным примером проектов такого типа является частично многоразовый Falcon 9 от компании SpaceX с возвращаемой первой ступенью.

Сегодня поговорим о том, зачем подобные проекты разрабатывали, как они показали себя с точки зрения эффективности и какие перспективы у этого направления космонавтики.

История космических челноков началась в 1967 году, до первого пилотируемого полёта по программе «Аполлон». 30 октября 1968 года НАСА обратилось к американским космическим компания с предложением проработать многоразовую космическую систему с целью снижения затрат на каждый пуск и на каждый килограмм полезного груза, выведенного на орбиту.

Правительству предложили несколько проектов, но каждый из них стоил не менее пяти миллиардов долларов США, так что Ричард Никсон отверг их. Планы у НАСА были крайне амбициозные: проект подразумевал работу орбитальной станции, на которую, и с которой, челноки постоянно возили бы полезные грузы. Также челноки должны были запускать и возвращать спутники с орбиты, обслуживать и ремонтировать спутники на орбите, проводить пилотируемые миссии.

Финальные требования к кораблю выглядели так:

• Грузовой отсек 4,5х18,2 метра
• Возможность горизонтального маневра на 2000 км (маневр самолета в горизонтальной плоскости)
• Грузоподъёмность 30 тонн на низкую околоземную орбиту, 18 тонн на полярную орбиту

Решением стало создание шаттла, инвестиции в который должны были окупиться благодаря выводу на орбиту спутников на коммерческой основе. Для успеха проекта было важно максимально снизить стоимость вывода каждого килограмма груза на орбиту. В 1969 году создатель проекта говорил о снижении стоимости до 40-100 американских долларов за килограмм, в то время как для Сатурн-V этот показатель составлял 2000 долларов.

Для запуска в космос шаттлы использовали два твердотопливных ракетных ускорителя и три собственных маршевых двигателя. Твердотопливные ракетные ускорители отделялись на высоте 45 километров, затем приводнялись в океан, ремонтировались и использовались повторно. Главные двигатели используют жидкий водород и кислород в подвесном топливном баке, который отбрасывался на высоте 113 километров, после чего частично сгорал в атмосфере.

Первым прототипом «Спейс Шаттла» стал «Энтерпрайз», названный так в честь корабля из сериала «Звёздный путь». Корабль проверяли на аэродинамичность и тестировали на способность приземлиться при планировании. В космос первым отправилась «Колумбия» 12 апреля 1981 года. Фактически это тоже был испытательный пуск, хотя при этом на борту находился экипаж в составе двух астронавтов: командира Джона Янга и пилота Роберта Криппена. Тогда всё сложилось удачно. К сожалению, именно этот шаттл потерпел крушение в 2003 году с семью членами экипажа, на 28 пуске. Такая же судьба была у «Челленджера» - он выдержал 9 пусков, а на десятом - потерпел крушение. 7 членов экипажа погибли.

Хотя НАСА в 1985 году планировали по 24 запуска ежегодно, за 30 лет использования шаттлов они взлетали и вернулись 135 раз. Два из них - неудачно. Рекордсменом по количеству пусков стал шаттл «Дискавери» - он пережил 39 стартов. «Атлантис» выдержал 33 пуска, «Колумбия» - 28, «Индевор» - 25 и «Челленджер» - 10.

«Челленджер», 1983 год

Шаттлы «Дискавери», «Атлантис» и «Индевор» использовались для доставки грузов на Международную космическую станцию и на станцию «Мир».

Стоимость доставки грузов на орбиту в случае со Спейс шаттлами оказалась самой высокой за всю историю космонавтики. Каждый пуск стоил от 500 миллионов до 1,3 миллиардов долларов, каждый килограмм - от 13 до 17 тысяч долларов. Для сравнения, одноразовая ракета-носитель «Союз» способна выводить в космос грузы по цене до 25 тысяч долларов за килограмм. Программа «Спейс Шаттл» планировалась как самоокупаемая, но в итоге стала одной из самых убыточных.

Шаттл «Атлантис», готовый к экспедиции STS-129 по доставке оборудования, материалов и запчастей на Международную космическую станцию. Ноябрь 2009 года

Последний полёт по программе «Спейс Шаттл» состоялся в 2011 году. 21 июля того года Землю вернулся «Атлантис». Последняя посадка «Атлантиса» ознаменовала собой конец целой эпохи. Подробно о том, что планировали, и что получилось в программе «Спейс Шаттл», читайте в этой статье.

В СССР решили, что характеристики «Спейс шаттла» позволяют похищать с орбиты советские спутники или целую космическую станцию: челнок мог выводить на орбиту 29,5 тонн груза, а спускать - 14,5 тонн. С учётом планов в 60 пусков в год это 1770 тонн ежегодно, хотя на тот момент США не отправляли в космос и 150 тонн за год. Спускать предполагалось 820 тонн в год, хотя обычно с орбиты ничего не спускалось. Чертежи и фото шаттла позволяли предположить, что американский корабль может с помощью ядерных боеприпасов атаковать СССР из любой точки околоземного пространства, находясь вне зоны радиовидимости.

Для защиты от возможного нападения на станциях «Салют» и «Алмаз» установили модернизированную автоматическую 23-миллиметровую пушку НР-23. А чтобы не отставать от американских братьев в военнизированном космосе, в Союзе начали разработку орбитального корабля-ракетоплана многоразовой космической системы «Буран».

Разработка многоразовой космической системы началась в апреле 1973 года. Сама идея имела множество сторонников и противников. Руководитель института Минобороны по военному космосу подстраховался и сделал сразу два отчёта - в пользу и против программы, и оба эти отчёта оказались на столе Д. Ф. Устинова, Министра обороны СССР. Он связался с Валентином Глушко, ответственным за программу, но тот отправил на встречу вместо себя своего сотрудника в «Энергомаше» - Валерия Бурдакова. После разговора на тему военных возможностей «Спейс Шаттла» и советского аналога, Устинов подготовил ршение, по которому разработка многоразового космического корабля получила самый высокий приоритет. За создание корабля принялось созданное для этих целей НПО «Молния».

Задачами «Бурана» по плану Минобороны СССР были: противодействие мероприятиям вероятного противника по расширению использования космического пространства в военных целях, решение задач в интересах обороны, народного хозяйства и науки, проведение военно-прикладных исследований и экспериментов с использованием оружия на известных и новых физических принципах, а также выведение на орбиту, обслуживание и возвращение на землю космических аппаратов, космонавтов и грузов.

В отличие от НАСА, которое рискнуло экипажем во время первого пилотируемого полёта шаттла, свой первый полёт «Буран» совершил в автоматическом режиме с помощью бортового компьютера на базе IBM System/370. 15 ноября 1988 года состоялся пуск, ракета-носитель «Энергия» вывела космический корабль на околоземную орбиту с космодрома Байконур. Корабль совершил два витка вокруг Земли и произвёл посадку на аэродроме «Юбилейный».

Во время посадки произошло происшествие, которое показало, насколько умной получилась автоматическая система. На высоте 11 километров корабль совершил резкий манёвр и описал петлю с разворотом на 180 градусов - то есть сел, зайдя с другого конца посадочной полосы. Это решение автоматика приняла после получения данных о штормовом ветре, чтобы зайти по наиболее выгодной траектории.

Автоматический режим был одним из главных отличий от шаттла. Кроме того, шаттлы садились с неработающим двигателем и не могли несколько раз заходить на посадку. Для спасения экипажа в «Буране» предусмотрели катапульту для первых двух пилотов. По сути конструкторы из СССР скопировали конфигурацию шаттлов, чего не отрицали, но сделали ряд крайне полезных нововведений с точки управления аппаратом и безопасности экипажа.

К сожалению, первый полёт «Бурана» стал последним. В 1990 году работу приостановили, а в 1993 - полностью закрыли.

Как иногда случается с предметами гордости нации, версия 2.01 «Байкал», которую хотели отправить в космос, гнил долгие годы на причале Химкинского водохранилища.

К истории вы могли прикоснуться в 2011 году. Более того, тогда от этой истории люди даже куски обшивки и теплозащитного покрытия могли оторвать. В том году корабль доставили из Химок в Жуковский, чтобы реставрировать и представить на МАКСе через пару лет.

«Буран» изнутри

Доставка «Бурана» из Химок в Жуковский

«Буран» на МАКСе, 2011 год, через месяц после начала реставрации

Несмотря на экономическую нецелесообразность, которую показала программа «Спейс Шаттл», США решили не отказываться от проектов по созданию многоразовых космических кораблей. В 1999 году НАСА вместе с Boeing начало разработку беспилотника X-37. Существуют версии, по которым аппарат предназначен для обкатки технологий будущих космических перехватчиков, способных выводить из строя другие аппараты. К такому мнению склоняются эксперты в США.

Аппарат совершил три полёта максимальной продолжительностью 674 суток. В данный момент он совершает четвёртый полёт, дата запуска - 20 мая 2015 года.

Орбитальная летающая лаборатория Boeing X-37 несёт массу полезного груза до 900 килограммов. По сравнению со «Спейс Шаттлом» и «Бураном», способными нести до 30 тонн при взлёта, Boeing - малыш. Но у него и цели другие. Начало минишаттлам положил австрийский физик Эйген Зенгер, когда в 1934 году приступил к разработке дальнего ракетного бомбардировщика. Проект закрыли, вспомнив о нём в 1944 году, к концу Второй мировой войны, но спасать Германию от поражения с помощью такого бомбардировщика было поздно. В октябре 1957 года идею продолжили американцы, запустив программу X-20 Dyna-Soar.

Орбитальный самолёт X-20 был способен после выхода на суборбитальную траекторию нырнуть в атмосферу до высоты 40-60 километров с целью сделать фото или сбросить бомбу, после чего вернуться в космос на подъёмной силе от крыльев.

Проект закрыли в 1963 году в пользу гражданской программы Gemini и военного проекта орбитальной станции MOL.

Ракеты-носители Titan для вывода X-20 на орбиту

Макет X-20

В СССР в 1969 году начали строить «БОР» - беспилотный орбитальный ракетоплан. Первый пуск провели без теплозащиты, из-за чего аппарат сгорел. Второй ракетоплан разбился из-за нераскрывшихся парашютов после успешного торможения об атмосферу. В следующих пяти пусков только один раз БОР не вышел на орбиту. Несмотря на потери аппаратов, каждый новый старт приносил важные для дальнейшей разработки данные. С помощью БОР-4 в 1980-х годах тестировали теплозащиту для будущего «Бурана».

В рамках программы «Спираль», для которой строили «БОР», предполагалось разработать самолёт-разгонник, который бы поднимался на высоту 30 километров на скорости до 6 скоростей звука, чтобы вывести орбитальный аппарат на орбиту. Эта часть программы не состоялась. Минобороны требовала аналог американского шаттла, так что силы бросили на «Буран».

БОР-4

БОР-4

Если советский «Буран» был частично скопирован с американского «Спейс Шаттла», то в случае с «Dream Chaser» всё произошло с точностью до наоборот: заброшенный проект «БОР», а именно ракетоплан версии «БОР-4», стал основой для создания многоразового космического корабля от компании SpaceDev. Вернее, «Space Chaser» основан на скопированном орбитальном самолёте HL-20.

Работы над «Бегущим за мечтой» начались в 2004 году, а в 2007 году SpaceDev договорились с United Launch Alliance об использовании для запуска ракет «Атлас-5». Первые успешные испытания в аэродинамической трубе прошли в 2012 году. Первый лётный прототип сбросили с вертолёта с высоты 3,8 километра 26 октября 2013 года.

Грузовая версия корабля по планам конструкторов сможет доставлять на Международную космическую станцию до 5,5 тонн, а возвращать до 1,75 тонны.

Свой вариант многоразовой системы в 1985 году начали разрабатывать немцы - проект назывался «Зенгер». В 1995 году, после разработки двигателя, проект закрыли, так как он дал бы выгоду только в 10-30% по сравнению с европейской ракетой-носителем «Ариан 5».

Летательный аппарат HL-20

«Dream Chaser»

На смену одноразовым «Союзам» в России с 2000 годов начали разрабатывать многоцелевой космический корабль «Клипер». Система стала промежуточным звеном между крылатыми шаттлами и баллистической капсулой «Союза». В 2005 году в целях сотрудничества с Европейским космическим агентством была представлена новая версия - крылатый «Клипер».

Аппарат может выводить на орбиту 6 человек и до 700 килограммов груза, то есть превосходит по этим параметрам «Союз» в два раза. На данный момент нет информации о том, что работа проекта продолжается. Вместо этого в новостях пишут о новом многоразовом корабле – «Федерация».

Многоцелевой космический корабль «Клипер»

Пилотируемый транспортный корабль «Федерация» должен придти на смену пилотируемым «Союзам» и грузовикам «Прогрессам». Его планируют использовать в том числе для полёта на Луну. Первый запуск запланирован на 2019 год. В автономном полёте аппарат должен будет способен находиться до 40 суток, а при стыковке с орбитальной станции он сможет работать до 1 года. На данный момент завершена разработка эскизного и технического проектов, идёт разработка рабочей документации по созданию корабля первого этапа.

Система состоит из двух основных модулей: возвращаемого аппарата и двигательного отсека. В работе применят идеи, которые ранее использовали для «Клипера». Корабль сможет доставлять до 6 человек на орбиту и до 4 человек на Луну.

Параметры аппарата «Федерация»

Одним из самых заметных в СМИ на данный момент многоразовых проектов являются разработки SpaceX - транспортный корабль Dragon V2 и ракета-носитель Falcon 9.

Falcon 9 является частично возвращаемым аппаратом. Ракета-носитель состоит из двух ступеней, первая из которых имеет систему для возврата и вертикального приземления на посадочную площадку. Последний запуск не был удачным - 1 сентября 2016 года произошла авария.

Многоразовый пилотируемый корабль Dragon V2 сейчас готовят к тестированию на безопасность для астронавтов. В 2017 году планируют провести беспилотный запуск аппарата на ракете Falcon 9.

Многоразовый пилотируемый корабль Dragon V2

В рамках подготовки к полёту экспедиции на Марс в США разработали многоразовый космический корабль Orion. Сборку корабля завершили в 2014 году. Первый беспилотный полёт аппарата состоялся 5 декабря 2014 года и прошёл успешно. Теперь НАСА готовится к дальнейшим пускам, в том числе с экипажем.

Авиация, как правило, подразумевает многоразовое использование летательных аппаратов. Таким же свойством в будущем должны будут обладать и космические аппараты, но для этого предстоит решить ряд проблем, включая экономические. Каждый запуск многоразового корабля должен выходить дешевле, чем строительство одноразового. Необходимо использовать такие материалы и технологии, которые позволят повторно запускать аппараты после минимального ремонта, а в идеале - вообще без ремонта. Возможно, космические корабли в будущем станут обладать одновременно как характеристиками ракеты, так и самолёта.

Подробности Категория: Встреча с космосом Опубликовано 05.12.2012 11:32 Просмотров: 16952

Пилотируемый космический корабль предназначен для полетов в космическое пространство одного или нескольких человек и безопасного возвращения на Землю после исполнения задания.

При конструировании данного класса космических аппаратов одной из главных задач является создание безопасной, надёжной и точной системы возвращения экипажа на земную поверхность в виде бескрылого спускаемого аппарата (СА) или космоплана. Космоплан - орбитальный самолёт (ОС), воздушно-космический самолёт (ВКС) - это крылатый летательный аппарат самолетной схемы, выходящий или выводимый на орбиту искусственного спутника Земли посредством вертикального или горизонтального старта и возвращающийся с неё после выполнения целевых задач, совершая горизонтальную посадку на аэродром, активно используя при снижении подъемную силу планера. Сочетает в себе свойства как самолета, так и космического корабля.

Важной особенностью пилотируемого космического корабля является наличие системы аварийного спасения (САС) на начальном этапе выведения ракетой-носителем (РН).

Проекты советских и китайских космических кораблей первого поколения не имели полноценной ракетной САС - вместо неё, как правило, использовалось катапультирование кресел экипажа (космический корабль «Восход» не имел и этого). Крылатые космопланы также не оснащены специальной САС, а также могут иметь катапультируемые кресла экипажа. Также космический корабль обязательно должен быть оснащён системой жизнеобеспечения (СЖО) экипажа.

Создание пилотируемого космического корабля – задача высокой сложности и стоимости, поэтому их имеют только три страны: Россия, США и Китай. А многоразовые системы пилотируемых космических кораблей имеют только Россия и США.

Некоторые страны работают над созданием своих пилотируемых космических кораблей: Индия, Япония, Иран, КНДР, а также ESA (Европейское космическое агентство, созданное в 1975 г. в целях исследования космоса). ESA состоит из 15 постоянных членов, иногда, в некоторых проектах, к ним присоединяются Канада и Венгрия.

Космические корабли первого поколения

«Восток»

Это серии советских космических кораблей, предназначенных для пилотируемых полётов по околоземной орбите. Создавались под руководством генерального конструктора ОКБ-1 Сергея Павловича Королёва с 1958 по 1963 год.

Основные научные задачи, стоявшие для корабля «Восток»: изучение воздействий условий орбитального полёта на состояние и работоспособность космонавта, отработка конструкции и систем, проверка основных принципов построения космических кораблей.

История создания

Весной 1957 г. С. П. Королёв в рамках своего ОКБ организовал специальный отдел № 9, предназначенный для проведения работ по созданию первых искусственных спутников Земли. Отдел возглавил соратник Королёва Михаил Клавдиевич Тихонравов . Вскоре, параллельно с разработкой искусственных спутников, в отделе начали выполняться исследования по вопросу создания пилотируемого корабля-спутника. Ракетой-носителем должна была стать королёвская «Р-7». Расчёты показывали, что она, оснащённая третьей ступенью, могла вывести на низкую околоземную орбиту груз массой около 5 тонн.

На ранней стадии разработки расчеты делали математики Академии наук. В частности, было отмечено, что результатом баллистического спуска с орбиты может стать десятикратная перегрузка .

С сентября 1957 по январь 1958 г. в отделе Тихонравова исследовались все условия осуществления задачи. Было обнаружено, что равновесная температура крылатого космического корабля, обладающего наивысшим аэродинамическим качеством, превышает возможности тепловой устойчивости доступных к тому времени сплавов, а использование крылатых вариантов конструкции приводило к снижению величины полезной нагрузки. Поэтому от рассмотрения крылатых вариантов отказались. Наиболее приемлемым способом возвращения человека было его катапультирование на высоте нескольких километров и дальнейший спуск на парашюте. Отдельное спасение спускаемого аппарата при этом можно было не проводить.

В ходе медицинских исследований, проведённых в апреле 1958 г., испытания лётчиков на центрифуге показали, что при определённом положении тела человек способен переносить перегрузки до 10 G без серьёзных последствий для своего здоровья. Поэтому выбрали сферическую форму спускаемого аппарата для первого пилотируемого корабля.

Сферическая форма спускаемого аппарата являлась простейшей и наиболее изученной симметричной формой, сфера обладает стабильными аэродинамическими свойствами при любых возможных скоростях и углах атаки. Смещение центра масс в кормовую часть сферического аппарата позволяло обеспечить его правильную ориентацию во время баллистического спуска.

Первый корабль «Восток-1К» отправился в автоматический полёт в мае 1960 г. Позже была создана и отработана модификация «Востк-3КА», полностью готовая к пилотируемым полётам.

Помимо одной аварии ракеты-носителя на старте, по программе было запущено шесть беспилотных аппаратов, а в дальнейшем ещё шесть пилотируемых космических кораблей.

На кораблях программы осуществлены первые в мире пилотируемый космический полёт («Восток-1»), суточный полёт («Восток-2»), групповые полёты двух кораблей («Восток-3» и «Восток-4») и полёт женщины-космонавта («Восток-6»).

Устройство космического корабля «Восток»

Общая масса космического корабля - 4,73 тонны, длина - 4,4 м, максимальный диаметр - 2,43 м.

Корабль состоял из сферического спускаемого аппарата (массой 2,46 тонны и диаметром 2,3 м), также выполняющего функции орбитального отсека, и конического приборного отсека (массой 2,27 тонны и максимальным диаметром 2,43 м). Отсеки механически соединялись между собой при помощи металлических лент и пиротехнических замков. Корабль оснащался системами: автоматического и ручного управления, автоматической ориентации на Солнце, ручной ориентации на Землю, жизнеобеспечения (рассчитаной на поддержание внутренней атмосферы, близкой по своим параметрам к атмосфере Земли в течение 10 суток), командно-логического управления, электропитания, терморегулирования и приземления. Для обеспечения задач по работе человека в космическом пространстве корабль снабжался автономной и радиотелеметрической аппаратурой для контроля и регистрации параметров, характеризующих состояние космонавта, конструкции и систем, ультракоротковолновой и коротковолновой аппаратурой для двусторонней радиотелефонной связи космонавта с наземными станциями, командной радиолинией, программно-временным устройством, телевизионной системой с двумя передающими камерами для наблюдения за космонавтом с Земли, радиосистемой контроля параметров орбиты и пеленгации корабля, тормозной двигательной установкой ТДУ-1 и другими системами. Вес космического корабля вместе с последней ступенью ракеты-носителя составлял 6,17 тонны, а их длина в связке - 7,35 м.

Спускаемый аппарат имел два иллюминатора, один из которых размещался на входном люке, чуть выше головы космонавта, а другой, оснащённый специальной системой ориентации, в полу у его ног. Космонавт, одетый в скафандр, размещался в специальном катапультируемом кресле. На последнем этапе посадки, после торможения спускаемого аппарата в атмосфере, на высоте 7 км, космонавт катапультировался из кабины и совершал приземление на парашюте. Кроме того, была предусмотрена возможность приземления космонавта внутри спускаемого аппарата. Спускаемый аппарат имел собственный парашют, однако не был оснащён средствами выполнения мягкой посадки, что грозило оставшемуся в нём человеку серьёзным ушибом при совместном приземлении.

В случае отказа автоматических систем космонавт мог перейти на ручное управление. Корабли «Восток» не были приспособлены для полётов человека на Луну, а также не допускали возможности полёта людей, не прошедших специальной подготовки.

Пилоты космических кораблей «Восток»:

«Восход»

На освободившееся от катапультного кресла место устанавливались два или три обычных кресла. Поскольку теперь экипаж приземлялся в спускаемом аппарате, то для обеспечения мягкой посадки корабля помимо парашютной системы был установлен твердотопливный тормозной двигатель, срабатывавший непосредственно перед касанием земли от сигнала механического высотомера. На корабле «Восход-2», предназначенном для выхода в открытый космос, оба космонавта были одеты в скафандры «Беркут». Дополнительно была установлена надуваемая шлюзовая камера, которая сбрасывалась после использования.

Космические корабли «Восход» выводились на орбиту ракетой-носителем «Восход», также разработанной на базе РН «Восток». Но система носителя и корабля «Восход» в первые минуты после запуска не имела средств спасения при аварии.

По программе «Восход» были совершены следующие полёты:

«Космос-47» - 6 октября 1964 г. Беспилотный испытательный полёт для отработки и тестирования корабля.

«Восход-1» - 12 октября 1964 г. Первый космический полёт более чем с одним человеком на борту. Состав экипажа - космонавт-пилот Комаров, конструктор Феоктистов и врач Егоров .

«Космос-57» - 22 февраля 1965 г. Беспилотный испытательный полёт для отработки корабля для выхода в космос, завершился неудачей (подорван системой самоуничтожения из-за ошибки командной системы).

«Космос-59» - 7 марта 1965 г. Беспилотный испытательный полёт аппарата другой серии («Зенит-4») с установленным шлюзом корабля «Восход» для выхода в космос.

«Восход-2» - 18 марта 1965 г. Первый выход в открытый космо с. Состав экипажа - космонавт-пилот Беляев и космонавт-испытатель Леонов .

«Космос-110» - 22 февраля 1966 г. Испытательный полёт для проверки работы бортовых систем при длительном орбитальном полёте, на борту были две собаки - Ветерок и Уголёк , полёт продолжался 22 дня.

Космические корабли второго поколения

«Союз»

Серия многоместных космических кораблей для полетов по околоземной орбите. Разработчик и изготовитель корабля - РКК «Энергия» (Ракетно-космическая корпорация «Эне́ргия» имени С. П. Королёва . Головная организация корпорации находится в городе Королёве, филиал - на космодроме Байконур). Как единая организационная структура возникла в 1974 г. под руководством Валентина Глушко.

История создания

Ракетно-космический комплекс «Союз» начал проектироваться в 1962 г. в ОКБ-1 как корабль советской программы для облёта Луны. Сначала предполагалось, что к Луне по программе «А» должна была отправиться связка из космического корабля и разгонных блоков 7К, 9К, 11К . В дальнейшем проект «А» был закрыт в пользу отдельных проектов облёта Луны с использованием корабля «Зонд»/7К-Л1 и высадки на Луне с использованием комплекса Л3 в составе орбитального корабля-модуля 7К-ЛОК и посадочного корабля-модуля ЛК. Параллельно лунным программам на базе того же 7К и закрытого проекта околоземного корабля «Север» начали делать 7К-ОК - многоцелевой трехместный орбитальный корабль (ОК), предназначенный для отработки операций маневрирования и стыковки на околоземной орбите, для проведения различных экспериментов, в том числе по переходу космонавтов из корабля в корабль через открытый космос.

Испытания 7К-ОК начались в 1966 г. После отказа от программы полётов на кораблях «Восход» (с уничтожением задела трёх из четырёх готовых кораблей «Восход») конструкторы корабля «Союз» потеряли возможность отработать на нём решения для своей программы. Наступил двухгодичный перерыв в пилотируемых запусках в СССР, во время которого американцы активно осваивали космическое пространство. Первые три беспилотных пуска кораблей «Союз» оказались полностью либо частично неудачными, были обнаружены серьёзные ошибки в конструкции корабля. Однако четвёртый пуск был предпринят пилотируемым («Союз-1» с В. Комаровым ), который оказался трагическим - космонавт погиб при спуске на Землю. После аварии «Союза-1» конструкция корабля была полностью переработана для возобновления пилотируемых полётов (было выполнено 6 беспилотных пусков), и в 1967 г. состоялась первая, в целом удачная, автоматическая стыковка двух «Союзов» («Космос-186» и«Космос-188»), в 1968 г. были возобновлены пилотируемые полёты, в 1969 г. состоялись первая стыковка двух пилотируемых кораблей и групповой полёт трёх кораблей сразу, а в 1970 г. - автономный полет рекордной длительности (17,8 суток). Первые шесть кораблей «Союз» и («Союз-9») были кораблями серии 7К-ОК. Также готовился к полётам вариант корабля «Союз-Контакт» для отработки систем стыковки кораблей-модулей 7К-ЛОК и ЛК лунного экспедиционного комплекса Л3. В связи с недоведением лунно-посадочной программы Л3 до стадии пилотируемых полётов, необходимость полётов Союза-Контакта отпала.

В 1969 г. началась работа над созданием долговременной орбитальной станции (ДОС) «Салют». Для доставки экипажа был спроектирован корабль 7КТ-ОК (Т - транспортный). Новый корабль отличался от предыдущих наличием стыковочного узла новой конструкции с внутренним люком-лазом и дополнительными системами связи на борту. Третий корабль этого типа («Союз-10») не выполнил поставленную перед ним задачу. Стыковка со станцией была осуществлена, но в результате повреждения стыковочного узла люк корабля был заблокирован, что сделало невозможным переход экипажа на станцию. Во время четвёртого полёта корабля этого типа («Союз-11») из-за разгерметизации на участке спуска погибли Г. Добровольский, В. Волков и В. Пацаев , так как они были без скафандров. После аварии «Союза-11» от развития 7К-ОК/7КТ-ОК отказались, корабль был переделан (внесены изменения в компоновку СА для размещения космонавтов в скафандрах). Из-за возросшей массы систем жизнеобеспечения новый вариант корабля 7К-Т стал двухместным, лишился солнечных батарей. Этот корабль стал «рабочей лошадкой» советской космонавтики 1970-х: 29 экспедиций на станции «Салют» и«Алмаз». Версия корабля 7К-ТМ (М - модифицированный) использовалась в совместном полёте с американским «Аполлоном» по программе ЭПАС. Четыре корабля «Союз», официально стартовавшие после аварии «Союза-11», имели в своей конструкции солнечные батареи различных типов, однако это были другие версии корабля «Союз» - 7К-ТМ («Союз-16», «Союз-19»), 7К-МФ6 («Союз-22») и модификация 7К-Т - 7К-Т-АФ без стыковочного узла («Союз-13»).

С 1968 г. были модифицированы и произведены космические корабли серии «Союз» 7К-С . 7К-С дорабатывался в течение 10 лет и к 1979 году стал кораблём 7К-СТ «Союз Т» , причём в небольшой переходный период космонавты летали одновременно на новом 7К-СТ и устаревшем 7К-Т.

Дальнейшая эволюция систем корабля 7К-СТ привела к модификации 7К-СТМ «Союз ТМ» : новая двигательная установка, улучшенная парашютная система, система сближения и т. д. Первый полёт «Союз ТМ» был совершён 21 мая 1986 г. к станции «Мир», последний «Союз ТМ-34» - в 2002 г. к МКС.

В настоящее время эксплуатируется модификация корабля 7К-СТМА «Союз ТМА» (А - антропометрический). Корабль по требованиям NASA был доработан применительно к полётам на «МКС». На нём могут работать космонавты, которые не смогли бы поместиться в «Союз ТМ» по росту. Пульт космонавтов был заменён на новый, с современной элементной базой, улучшена парашютная система, уменьшена теплозащита. Последний запуск корабля данной модификации «Союз ТМА-22» состоялся 14 ноября 2011 г.

Кроме «Союз ТМА», сегодня для полётов в космос используются корабли новой серии 7К-СТМА-М «Союз ТМА-М» («Союз ТМАЦ») (Ц - цифровой).

Устройство

Корабли этой серии состоят из трёх модулей: приборно-агрегатного отсека (ПАО), спускаемого аппарата (СА), бытового отсека (БО).

В ПАО находится комбинированная двигательная установка, топливо для неё, служебные системы. Длина отсека 2,26 м, основной диаметр 2,15 м. Двигательная установка состоит из 28 ДПО (двигатели причаливания и ориентации) по 14 на каждом коллекторе, а также сближающе-корректирующего двигателя (СКД). СКД предназначен для орбитального маневрирования и схода с орбиты.

Система энергоснабжения состоит из солнечных батарей и аккумуляторов.

В спускаемом аппарате находятся места для космонавтов, системы жизнеобеспечения, управления, парашютная система. Длина отсека 2,24 м, диаметр 2,2 м. Бытовой отсек имеет длину 3,4 м, диаметр 2,25 м. Он оснащен стыковочным узлом и системой сближения. В герметичном объёме БО располагаются грузы для станции, иная полезная нагрузка, ряд систем жизнеобеспечения, в частности туалет. Через посадочный люк на боковой поверхности БО космонавты входят в корабль на стартовой позиции космодрома. БО может быть использован при шлюзовании в открытый космос в скафандрах типа «Орлан» через посадочный люк.

Новая модернизированная версия «Союз ТМА-МС»

Обновление затронет практически каждую систему пилотируемого корабля. Основные пункты программы модернизации космического корабля:

• энергоотдача солнечных батарей, будет повышена за счёт применения более эффективных фотоэлектрических преобразователей;
• надёжность сближения и стыковки корабля с космической станцией за счёт изменения установки двигателей причаливания и ориентации. Новая схема этих двигателей позволит выполнить сближение и стыковку даже в случае отказа одного из двигателей и обеспечить спуск пилотируемого корабля при любых двух отказах двигателей;
• новая система связи и пеленгации, которая позволит помимо улучшения качества радиосвязи, облегчить поиск спускаемого аппарата, приземлившегося в любой точке Земного шара.

На модернизированном «Союз ТМА-МС» будут установлены датчики системы ГЛОНАСС. На этапе парашютирования и после посадки спускаемого аппарата его координаты, полученные по данным ГЛОНАСС/GPS, будут передаваться по спутниковой системе Коспас-Сарсат в ЦУП.

«Союз ТМА-МС» станет последней модификацией «Союза ». Корабль будет использоваться для пилотируемых полётов до тех пор, пока на смену ему не придёт корабль нового поколения. Но это уже совсем другая история…

Интересно посмотреть, как разные люди решают одну и ту же задачу. У каждого есть свой опыт, свои начальные условия, но, когда цель и требования схожие, решения этой задачи функционально похожи друг на друга, хотя могут различаться в конкретной реализации. В конце 50-х годов и СССР и США стали разрабатывать пилотируемые корабли для первых шагов в космос. Требования были схожими - экипаж один человек, время нахождения в космосе - до нескольких суток. Но вот аппараты получились разные, и, как мне кажется, было бы интересно их сравнить.

Введение

Ни СССР, ни США не знали, что ждет человека в космосе. Да, в полётах на самолёте можно воспроизвести невесомость, но длительностью всего ~30 секунд. Что будет с человеком при длительной невесомости? Врачи пугали невозможностью дышать, пить, видеть (якобы глаз должен потерять свою форму из-за неверной работы глазных мышц), соображать (пугали сумасшествием или потерей сознания). Знание о космических частицах высокой энергии приводило к мыслям о радиационных поражениях (и даже после полётов регулярно в газетах всплывали жуткие версии о лучевой болезни летавших космонавтов). Поэтому первые корабли были рассчитаны на небольшое время нахождения в космосе. Длительность первых полётов измерялась минутами, последующих - часами, или витками вокруг Земли (один виток - примерно 90 минут).

Средства выведения

Главным фактором, влияющим на дизайн корабля была грузоподъемность ракеты-носителя. И двухступенчатая Р-7, и «Атлас» могли вывести на низкую околоземную орбиту примерно 1300 кг. Но для «семерки» успели отработать в лунных пусках 1959 года третью ступень - блок «Е», повысив грузоподъемность трехступенчатой ракеты до 4,5 тонн. А США всё никак не могли отработать базовый двухступенчатый «Атлас», и первый теоретически возможный вариант «Атлас-Аджена» полетел только в начале 1960 года. В результате получился анекдот - советские «Востоки» весили 4,5 тонны, а масса «Меркурия» была сравнима с массой «Спутника-3» - 1300 кг.

Внешние элементы конструкции

Рассмотрим сначала наружную часть кораблей:

«Восток»

«Меркурий»

Форма корпуса

«Восток» на участке выведения находился под сбрасываемым обтекателем. Поэтому конструкторов не волновала аэродинамичность форм корабля, а также можно было спокойно размещать антенны, баллоны, жалюзи терморегуляции и прочие хрупкие элементы на поверхности аппарата. А особенности конструкции блока «Е» определили характерный конический «хвост» корабля.

«Меркурий» же не мог позволить себе тащить на орбиту тяжелый обтекатель. Поэтому корабль имел аэродинамическую коническую форму, и все чувствительные элементы типа перископа были убираемыми.

Теплозащита

При создании «Востока» конструкторы исходили из решений, дающих максимальную надежность. Поэтому форму спускаемого аппарата выбрали в виде шара. Неравномерность распределения веса обеспечивала эффект «ваньки-встаньки», когда спускаемый аппарат самостоятельно, без какого-либо управления, устанавливался в правильное положение. А теплозащита наносилась на всю поверхность спускаемого аппарата. При торможении о плотные слои атмосферы воздействие на поверхность шара было неравномерным, поэтому слой теплозащиты имел различную толщину.

Слева: обтекание сферы на гиперзвуковой скорости (в аэродинамической трубе), справа: неравномерно обгоревший спускаемый аппарат «Восток-1».

Коническая форма «Меркурия» означала, что теплозащита потребуется только снизу. С одной стороны, это экономило вес, с другой стороны, неверная ориентация корабля при входе в плотные слои атмосферы означала высокую вероятность его разрушения. На верхней части корабля стоял специальный аэродинамический спойлер, который должен был перевернуть «Меркурий» кормой вперед.

Слева: конус на гиперзвуковой скорости в аэродинамической трубе, справа: теплозащита «Меркурия» после посадки.

Что любопытно, материал теплозащиты был схожим - на «Востоке» пропитанная смолой асбестовая ткань, на «Меркурии» - стекловолокно и резина. В обоих случаях тканеподнобный материал с наполнителем сгорал послойно, а наполнитель испарялся, создавая дополнительный слой теплозащиты.

Тормозная система

Тормозной двигатель «Востока» был недублированным. С точки зрения безопасности это было не очень хорошим решением. Да, «Востоки» запускались так, чтобы в течение недели затормозиться естественным образом об атмосферу, но, во-первых, уже в полёте Гагарина орбита была выше расчетной, что фактически «выключало» эту резервную систему, а во-вторых, естественное торможение означало посадку где угодно от 65 градуса северной широты до 65 градуса южной широты. Причина этого конструктивная - два ЖРД в корабль не влезали, а твердотопливные двигатели тогда не были освоены. Надежность ТДУ повышала максимальная простота конструкции. Бывали случаи, когда ТДУ давала чуть меньший импульс, чем нужно, но полного отказа не было ни разу.

ТДУ «Востока»

На «Меркурии» за теплозащитным щитом стоял блок двигателей разделения и торможения. Оба типа двигателей были установлены в трех экземплярах для большей надежности. Двигатели разделения включались сразу после выключения двигателей ракеты-носителя для того, чтобы корабль отошёл от ракеты-носителя на безопасное расстояние. Тормозные двигатели включались для схода с орбиты. Для того, чтобы вернуться с орбиты, было достаточно одного сработавшего тормозного двигателя. Блок двигателей крепился на стальных лентах и сбрасывался после торможения.

ТДУ «Меркурия»

Система посадки

На «Востоках» пилот садился отдельно от корабля. На высоте 7 км космонавт катапультировался и садился самостоятельно на парашюте. Для большей надежности, парашютная система была дублирована.

На «Меркуриях» использовалась идея посадки на воду. Вода смягчала удар, а большой флот США не испытывал трудностей с поиском капсулы в океане. Для смягчения удара о воду раскрывался специальный воздушный мешок-амортизатор.

История показала, что посадочные системы оказались самыми опасными в проектах. Гагарин чуть не сел в Волгу, Титов приземлился рядом с поездом, Попович чуть не поломался на камнях. Гриссом чуть не утонул вместе с кораблем, а Карпентера искали больше часа и уже начали считать погибшим. В последующих кораблях не было ни катапультирования пилота, ни подушки-амортизатора.

Системы аварийного спасения

Штатная система катапультирования космонавта на «Востоке» могла работать как система спасения на начальном участке траектории. В обтекателе было отверстие для посадки космонавта и аварийного катапультирования. Парашют мог не успеть раскрыться в случае аварии на первых секундах полёта, поэтому справа от стартового стола была натянута сетка, которая должна была смягчить падение.

Сетка внизу на переднем плане

На большой высоте корабль должен был отделиться от ракеты, используя штатные средства разделения.
На «Меркуриях» стояла система аварийного спасения, которая должна была увести капсулу от разрушающейся ракеты начиная от старта и до конца плотных слоёв атмосферы.

В случае аварии на большой высоте использовалась штатная система разделения.
Катапультируемые кресла в качестве системы спасения использовались на «Джемини», а также испытательных полётах «Спейс Шаттла». САС в стиле «Меркурия» стояла на «Аполлонах» и до сих пор ставится на «Союзы».

Двигатели ориентации

В качестве рабочего тела для ориентации на корабле «Восток» использовался сжатый азот. Главным достоинством системы была простота - газ содержался в шар-баллонах и выпускался с помощью простой системы.
На корабле «Меркурий» использовалось каталитическое разложение концентрированной перекиси водорода. С точки зрения удельного импульса это выгоднее сжатого газа, но запасы рабочего тела на «Меркуриях» были крайне малы. Активно маневрируя, можно было потратить весь запас перекиси меньше чем за один виток. А ведь её запас нужно было сохранить для операций по ориентации при посадке… Астронавты негласно соревновались между собой, кто потратит меньше перекиси, а увлекшийся фотографией Карпентер попал в серьезную переделку - он неэкономно тратил рабочее тело на ориентацию и перекись закончилась в процессе посадки. К счастью, высота была ~20 км и катастрофы не случилось.
В дальнейшем перекись как рабочее тело использовалась на первых «Союзах», а затем все перешли на высококипящие компоненты НДМГ/АТ.

Система терморегуляции

На «Востоках» использовались жалюзи, которые то открывались, увеличивая излучающую площадь корабля, то закрывались.
На «Меркуриях» стояла система, использующая испарение воды в вакууме. Она была компактней и легче, но проблем с ней было больше, например, в полёте Купера она знала только два состояния - «жарко» и «холодно».

Внутренние элементы конструкции

Внутренняя компоновка корабля «Восток»:

Внутренняя компоновка корабля «Меркурий»:

Панель инструментов

Панели инструментов нагляднее всего показывают разницу подходов в проектировании. «Восток» делали проектировщики ракет, поэтому его панель инструментов отличается минимумом элементов управления:

Фотография

Левая панель.

Основная панель.

«Меркурий» же делали бывшие конструкторы самолётов, да и астронавты прилагали усилия к тому, чтобы кабина была для них привычной. Поэтому элементов управления гораздо больше:

Фотография.

Схема.

В то же время схожесть задач породила одинаковые приборы. И на «Востоке» и на «Меркурии» был глобус с часовым механизмом, показывающий текущее положение аппарата и расчетное место посадки. И на «Востоках» и на «Меркуриях» были индикаторы этапов полёта - на «Меркуриях» это «Управление полётными операциями» на левой панели, на «Востоках» - индикаторы «Спуск-1», «Спуск-2», «Спуск-3» и «Приготовиться к катапультированию» на центральной панели. На обоих кораблях была система ручной ориентации:

«Взор» на «Востоках». Если на периферийной части со всех сторон горизонт, а Земля в центре движется снизу вверх, то ориентация на торможение правильная.

Перископ на «Меркуриях». Отметки показывают правильную ориентацию на торможение.

Система жизнеобеспечения

На обоих кораблях полет производился в скафандрах. В «Востоке» поддерживалась атмосфера близкая к земной - давление 1 атм, в воздухе кислород и азот. На «Меркуриях» для экономии веса атмосфера была чисто кислородная при пониженном давлении. Это добавляло неудобств - астронавту нужно было около двух часов перед пуском дышать в корабле кислородом, при выведении нужно было стравливать атмосферу из капсулы, затем перекрывать вентиляционный клапан, а при посадке снова открывать его для повышения давления вместе с атмосферным.
Санитарно-гигиеническая система была более продвинутая на «Востоках» - летая несколько суток была возможность удовлетворения большой и малой потребностей. На «Меркурии» стояли только мочеприемники, от больших гигиенических проблем спасала специальная диета.

Электросистема

Оба корабля использовали энергию аккумуляторов. «Востоки» были повыносливее, на «Меркуриях» суточный полёт Купера завершался в условиях отказа доброй половины приборов.

Заключение

Оба типа кораблей были вершиной техники своих стран. Будучи первыми, оба типа имели как удачные решения, так и неудачные. Идеи, заложенные в «Меркурий» живут в системах спасения и конических капсулах, а внуки «Востока» до сих пор летают - «Фотоны» и «Бионы» используют такие же сферические спускаемые аппараты:


В целом, «Востоки» и «Меркурии» оказались хорошими кораблями, позволившими сделать первые шаги в космос, и избежавшими фатальных происшествий. Подробности Категория: Встреча с космосом Опубликовано 10.12.2012 10:54 Просмотров: 7003

Пилотируемые космические корабли имеют только три страны: Россия, США и Китай.

Космические корабли первого поколения

«Меркурий»

Так называлась первая пилотируемая космическая программа США и серия космических кораблей, использовавшихся в этой программе (1959-1963 гг.). Генеральный конструктор корабля - Max Faget. Для полётов по программе «Меркурий» был создан первый отряд астронавтов НАСА. Всего выполнено 6 пилотируемых полетов по этой программе.

Это одноместный орбитальный пилотируемый корабль, выполненный по схеме капсулы. Кабина изготовлена из титано-никелевого сплава. Объем кабины - 1,7м 3 . Астронавт располагается в ложементе и находится в скафандре все время полета. Кабина оснащена средствами информации на приборной доске и органами управления. Ручка управления ориентацией корабля находится у правой руки пилота. Визуальный обзор обеспечивается иллюминатором на входном люке кабины и обзорным широкоугольным перископом с изменяемой кратностью увеличения.

Корабль не предназначен для манёвра с изменением параметров орбиты, он оснащён системой реактивного управления для разворота по трём осям и тормозной двигательной установкой. Управление ориентацией корабля на орбите - автоматическое и ручное. Вход в атмосферу осуществляется по баллистической траектории. Ввод тормозного парашюта происходит на высоте 7 км, основного - на высоте 3 км. Приводнение происходит с вертикальной скоростью порядка 9 м/с. После приводнения капсула сохраняет вертикальное положение.

Особенностью корабля «Меркурий» является широкое использование резервного ручного управления. На орбиту корабль «Меркурий» выводили ракеты «Редстоун» и «Атлас» с весьма небольшой грузоподъемностью. Из-за этого масса и габариты кабины пилотируемой капсулы «Меркурий» были крайне ограничены и существенно уступали по техническому совершенству советским кораблям «Восток.

Цели полетов космических кораблей «Меркурий» были различными: отработка системы аварийного спасения, испытание абляционного теплозащитного экрана, его отстрел, телеметрия и связь по всей траектории полета, суборбитальный полет человека, орбитальный полет человека.

В рамках программы «Меркурий» в США летали шимпанзе Хэм и Энос.

«Джемини»

Космические корабли серии «Джемини» (1964-1966 гг.) продолжили серию кораблей «Меркурий», но превосходили их по возможностям (2 члена экипажа, большее время автономного полёта, возможность изменения параметров орбиты и т. д.). В ходе программы были отработаны методы сближения и стыковки, впервые в истории осуществлена стыковка космических аппаратов. Было произведено несколько выходов в открытый космос, установлены рекорды длительности полёта. Всего по этой программе было совершено 12 полетов.

Корабль «Джемини» состоит из двух основных частей - спускаемого аппарата, в котором размещён экипаж, и негерметичного приборно-агрегатного отсека, где находятся двигатели и другое оборудование. Форма спускаемого аппарата подобна кораблям серии «Меркурий». Несмотря на некоторое внешнее сходство двух кораблей, «Джемини» значительно превосходит «Меркурий» по возможностям. Длина корабля - 5,8 метра, максимальный внешний диаметр - 3 метра, масса - в среднем 3810 килограммов. Корабль выводился на орбиту ракетой-носителем Titan II. На момент появления «Джемини» был самым большим космическим кораблём.

Первый запуск корабля состоялся 8 апреля 1964 года, а первый пилотируемый запуск - 23 марта 1965 года.

Космические корабли второго поколения

«Аполлон»

«Аполло́н» - серия американских 3-местных космических кораблей, которые использовались в программах полётов к Луне «Аполлон», орбитальной станции «Скайлэб» и советско-американской стыковки ЭПАС. Всего по этой программе совершен 21 полет. Основное назначение - доставка астронавтов на Луну, но космические корабли этой серии выполняли и другие задачи. На Луну высаживались 12 астронавтов. На «Аполлоне-11» осуществлена первая посадка на Луну (Н. Армстронг и Б. Олдрин в 1969 г.)

«Аполлон» - единственная на данный момент серия космических кораблей в истории, на которых люди покидали пределы низкой околоземной орбиты и преодолевали притяжение Земли, а также единственная, которая позволила совершить успешную посадку астронавтов на Луну и их возвращение на Землю.

Космический корабль «Аполлон» состоит из командного и служебного отсеков, лунного модуля и системы аварийного спасения.

Командный отсек является центром управления полётом. Все члены экипажа в течение полёта находятся в командном отсеке, за исключением этапа высадки на Луну. Он имеет форму конуса со сферическим основанием.

Командный отсек имеет герметическую кабину с системой жизнеобеспечения экипажа, систему управления и навигации, систему радиосвязи, систему аварийного спасения и теплозащитный экран. В передней негерметизированной части командного отсека размещены стыковочный механизм и парашютная система посадки, в средней части 3 кресла астронавтов, пульт управления полётом и системой жизнеобеспечения и радиооборудование; в пространстве между задним экраном и гермокабиной размещено оборудование реактивной системы управления (РСУ).

Стыковочный механизм и деталь лунного модуля с внутренней нарезкой совместно обеспечивают жёсткую стыковку командного отсека с лунным кораблём и образуют туннель для перехода экипажа из командного отсека в лунный модуль и обратно.

Система жизнеобеспечения экипажа обеспечивает поддержание в кабине корабля температуры в пределах 21-27 °C, влажности от 40 до 70 % и давления 0,35 кг/см². Система рассчитана на 4-суточное увеличение продолжительности полёта сверх расчётного времени, необходимого для экспедиции на Луну. Поэтому предусматривается возможность регулировки и ремонта силами экипажа, одетого в скафандры.

Служебный отсек несёт основную двигательную установку и системы обеспечения корабля «Аполлон».

Система аварийного спасения. Если возникнет аварийная ситуация при старте ракеты-носителя «Аполлон» или потребуется прекратить полет в процессе выведения корабля «Аполлон» на орбиту Земли, спасение экипажа осуществляется отделением командного отсека от ракеты-носителя с последующей посадкой его на Землю на парашютах.

Лунный модуль имеет две ступени: посадочную и взлётную. Посадочная ступень, оборудованная самостоятельной двигательной установкой и шасси, используется для снижения лунного корабля с орбиты Луны и мягкой посадки на лунную поверхность, а также служит стартовой площадкой для взлётной ступени. Взлётная ступень с герметичной кабиной для экипажа и самостоятельной двигательной установкой после завершения исследований стартует с поверхности Луны и на орбите стыкуется с командным отсеком. Разделение ступеней осуществляется при помощи пиротехнических устройств.

«Шэньчжоу»

Программа космических пилотируемых полётов КНР. Работы по программе начались в 1992 г. Первый пилотируемый полёт корабля «Шэньчжоу-5» сделал Китай в 2003 г. третьей в мире страной, самостоятельно отправившей человека в космос. Космический корабль «Шэньчжоу» во многом повторяет российский космический корабль «Союз»: он имеет точно такую же компоновку модулей, что и «Союз» - приборно-агрегатный отсек, спускаемый аппарат и бытовой отсек; примерно такие же размеры, что и «Союз». Вся конструкция корабля и все его системы примерно идентичны советским космическим кораблям серии «Союз», а орбитальный модуль построен с использованием технологий, использовавшихся в серии советских космических станций «Салют».

Программа «Шэньчжоу» включала три этапа:

• запуск беспилотных и пилотируемых космических кораблей на околоземную орбиту при обеспечении гарантированного возвращения спускаемых аппаратов на Землю;
• выход тайкунавтов в открытый космос, создание автономной космической станции для кратковременного пребывания экспедиций;
• создание крупных космических станций для долговременного пребывания экспедиций.

Миссия успешно выполняется (совершено 4 пилотируемых полета) и является в настоящее время открытой.

Многоразовые транспортные космические корабли

Спейс шаттл, или просто шаттл («космический челнок») - американский многоразовый транспортный космический корабль. Шаттлы использовались в рамках государственной программы «Космическая транспортная система». Подразумевалось, что шаттлы будут «сновать, как челноки» между околоземной орбитой и Землёй, доставляя полезные грузы в обоих направлениях. Программа просуществовала с 1981 по 2011 год. Всего было построено пять шаттлов: «Колумбия» (сгорел при посадке в 2003 г.), «Челленджер» (взорвался во время запуска в 1986 г.), «Дискавери» , «Атлантис» и «Индевор» . В 1975 г. был построен корабль-прототип «Энтерпрайз» , но он никогда не запускался в космос.

Шаттл запускался в космос при помощи двух твердотопливных ракетных ускорителей и трёх собственных маршевых двигателей, которые получали топливо из огромного внешнего бака. На орбите шаттл осуществлял маневры за счёт двигателей системы орбитального маневрирования и возвращался на Землю как планёр. При разработке предусматривалось, что каждый из шаттлов должен был до 100 раз стартовать в космос. На практике же они использовались значительно меньше, к закрытию программы в июле 2011 г. больше всего полётов совершил шаттл «Дискавери» - 39.

«Колумбия»

«Колумбия» - первый экземпляр корабля системы «Спейс Шаттл», летавший в космос. Ранее построенный прототип «Энтерпрайз» летал, но только в пределах атмосферы для отработки посадки. Строительство «Колумбии» было начато в 1975 г., и 25 марта 1979 г. «Колумбия» была передана в эксплуатацию НАСА. Первый пилотируемый полёт многоразового транспортного космического корабля «Колумбия STS-1» состоялся 12 апреля 1981 г. Командиром экипажа был ветеран американской космонавтики Джон Янг, пилотом - Роберт Криппен. Полёт был (и остается) уникальным: самый первый, фактически испытательный запуск космического корабля, проводился с экипажем на борту.

«Колумбия» была тяжелее шаттлов, построенных позже, поэтому у неё не было стыковочного модуля. «Колумбия» не могла стыковаться ни со станцией «Мир», ни с МКС.

Последний полёт «Колумбии», STS-107, проходил с 16 января по 1 февраля 2003 г. Утром 1 февраля при входе в плотные слои атмосферы корабль разрушился. Все семь членов экипажа погибли. Комиссия по расследованию причин катастрофы пришла к выводу, что причиной стало разрушение наружного теплозащитного слоя на левой плоскости крыла челнока. При старте 16 января этот участок теплозащиты был поврежден падением на него куска теплоизоляции кислородного бака.

«Челленджер»

«Челленджер» - многоразовый транспортный космический корабль НАСА. Изначально он предназначался только для испытательных целей, но затем был переоборудован и подготовлен для запусков в космос. Первый раз «Челленджер» стартовал 4 апреля 1983 г. В общей сложности выполнил 9 успешных полётов. Потерпел катастрофу при десятом запуске 28 января 1986 г., все 7 членов экипажа погибли. Последний старт челнока был запланирован на утро 28 января 1986 г., за стартом «Челленджера» наблюдали миллионы зрителей по всему миру. На 73-й секунде полёта, на высоте 14 км произошёл отрыв левого твердотопливного ускорителя от одного из двух креплений. Провернувшись вокруг второго, ускоритель пробил основной топливный бак. Из-за нарушения симметрии тяги и сопротивления воздуха корабль отклонился от оси и был разрушен аэродинамическими силами.

«Дискавери»

Многоразовый транспортный космический корабль НАСА, третий шаттл. Первый полёт совершил 30 августа 1984 г. Шаттл «Дискавери» доставил на орбиту космический телескоп «Хаббл» и участвовал в двух экспедициях по его обслуживанию.

С «Дискавери» были запущены зонд «Улисс» и три ретрансляционных спутника.

На шаттле «Дискавери» совершил полет и российский космонавт Сергей Крикалев 3 февраля 1994 г. В течение восьми суток экипаж корабля «Дискавери» выполнил много различных научных экспериментов в области материаловедения, биологических экспериментов и наблюдений поверхности Земли. Крикалёв выполнил значительную часть работ с дистанционным манипулятором. Совершив 130 витков и пролетев 5486215 километров, 11 февраля 1994 г. шаттл совершил посадку в космическом центре имени Кеннеди (штат Флорида). Таким образом, Крикалёв стал первым российским космонавтом, совершившим полёт на американском шаттле. А всего с 1994 по 2002 год было выполнено 18 орбитальных полётов космических многоразовых кораблей «Спейс шаттл», в экипажи которых были включены 18 российских космонавтов.

На шаттле «Дискавери» (STS-95) 29 октября 1998 г. отправился в свой второй полёт астронавт Джон Гленн, которому в тот момент было 77 лет.

Шаттл «Дискавери» завершил свою 27-летнюю карьеру последним приземлением 9 марта 2011 г. Он сошел с орбиты, спланировал к космическому центру имени Кеннеди во Флориде и благополучно приземлился. Шаттл был передан в Национальный музей авиации и космонавтики Смитсоновского института в Вашингтоне.

«Атлантис»

«Атла́нтис» - многоразовый транспортный космический корабль НАСА, четвёртый спейс шаттл. При строительстве «Атлантиса» были внесены множество улучшений по сравнению с его предшественниками. Он легче шаттла «Колумбия» на 3,2 тонны и на его строительство потребовалось в два раза меньше времени.

Первый полёт «Атлантис» совершил в октябре 1985 г., это был один из пяти полётов для министерства обороны США. Начиная с 1995 года, «Атлантис» совершил семь полётов к российской космической станции «Мир». Был доставлен дополнительный стыковочный модуль для станции «Мир» и осуществлялась смена экипажей станции «Мир».

С ноября 1997 по июль 1999 года «Атлантис» был модифицирован, в нём было сделано около 165 усовершенствований. С октября 1985 по июль 2011 года шаттл «Атлантис» совершил 33 космических полёта, в состав его экипажей входило 189 человек. Последний 33-й запуск осуществлен 8 июля 2011 г.

«Индевор»

«Индевор» - многоразовый транспортный космический корабль НАСА, пятый и последний космический челнок. Первый полёт «Индевор» совершил 7 мая 1992 г. В 1993 г. на «Индеворе» была совершена первая экспедиция по обслуживанию космического телескопа «Хаббл». В декабре 1998 г. «Индевор» доставил на орбиту первый американский модуль Unity для МКС.

С мая 1992 по июнь 2011 г. шаттл «Индевор» совершил 25 космических полётов. 1 июня 2011г. шаттл в последний раз приземлился на космодроме на мысе Канаверал во Флориде.

Программа «Космическая транспортная система» была завершена в 2011 г. Все действующие шаттлы были списаны после их последнего полёта и отправлены в музеи.

За 30 лет эксплуатации пять шаттлов совершили 135 полётов. На шаттлах в космос было поднято 1,6 тыс. тонн полезных грузов. 355 астронавтов и космонавтов летали на шаттлах в космос.