Pojazdy zjazdowe. Dlaczego projektanci proponują pokrycie przedziałów zniżania statku kosmicznego warstwą niskotopliwego materiału?

Ruch statek kosmiczny w gęstych warstwach atmosfery ziemskiej, zbliżając się do Ziemi z przestrzeni międzyplanetarnej z drugą prędkością ucieczki, stwarza własne problemy. Przede wszystkim są to niedopuszczalne przeciążenia dla członków załogi. Ochrona takiego statku przed naprężeniami termicznymi również nie jest łatwa.

Hamowanie radzieckich automatycznych stacji międzyplanetarnych serii Zond i Luna, a także amerykańskiego załogowego statku kosmicznego Apollo podczas powrotu z głębokiego kosmosu i schodzenia na Ziemię okazało się możliwe bez niebezpieczeństwa przegrzania i bez dużych przeciążeń podczas dwukrotnego nurkowania do atmosfery ziemskiej. Ocean powietrza otaczający naszą planetę przypomina w pewnym stopniu ocean wody, dlatego też używany jest termin „nurkowanie”, oznaczający wejście statku kosmicznego do atmosfery. Podczas pierwszego nurkowania statek wchodzi w atmosferę na pewną głębokość, a następnie ponownie ją opuszcza w przestrzeń pozbawioną powietrza.

Zastanówmy się, dlaczego statek kosmiczny zbliżając się do Ziemi z drugą prędkością ucieczki musi wykonać dwa nurkowania w oceanie powietrza. Gdyby statek kosmiczny osiągający prędkość 11,2 km/s natychmiast wszedł w atmosferę i poruszał się w niej po stromej trajektorii, nagrzałby się bardzo gorąco i powstałyby w nim duże przeciążenia. Dzięki stromej trajektorii statek szybko dotarłby do niższych, gęstych warstw atmosfery, gdzie nagrzewanie następuje bardzo szybko. Jeżeli trajektoria lotu statku zostanie wybrana jako bardzo płaska, to tak długo poruszając się w rozrzedzonych warstwach atmosfery, czyli wysoko nad Ziemią, mógłby nie spłonąć, ale powietrze w kabinie uległoby znacznemu przegrzaniu. Temperatura w kabinie byłaby tak wysoka, że ​​byłaby nie do przyjęcia nie tylko dla załogi, ale także dla przyrządów zainstalowanych na statku.

Ryż. 18. Lądowanie statku kosmicznego zbliżającego się do Ziemi z drugą prędkością ucieczki, wykorzystując efekt hamowania atmosfery ziemskiej.

Wtedy narodziło się takie rozwiązanie – statek kosmiczny wchodzi do atmosfery, penetruje ją (patrz ryc. 18) i ponownie wychodzi w przestrzeń kosmiczną, czyli w przestrzeń, w której nie ma powietrza. Po pewnym czasie lotu w atmosferze statek oczywiście zmniejszy prędkość. Tor statku w powietrzu podczas pierwszego nurkowania jest tak wykonany, aby statek lecąc z powrotem w przestrzeń miał prędkość nieco mniejszą niż pierwsza prędkość kosmiczna. Po raz kolejny w przestrzeni kosmicznej statek ostygnie, ponieważ jego gorąca powierzchnia zewnętrzna będzie emitować ciepło. Następnie ponownie wchodzi do atmosfery, czyli wykonuje drugie nurkowanie, ale z prędkością mniejszą niż pierwsza prędkość kosmiczna. Po drugim ponownym wejściu statek kosmiczny będzie przemieszczał się w stronę Ziemi w taki sam sposób, jak podczas powrotu z lotu orbitalnego wokół Ziemi.

Ryż. 19. „Korytarz hamowania” statku kosmicznego w atmosferze.

W jaki sposób statek kosmiczny posiadający drugą prędkość ucieczki powinien dostać się do atmosfery, czyli wykonać pierwsze nurkowanie, aby się nie wypalić, a jednocześnie zmniejszyć prędkość z 11,2 km/s do pierwszej prędkości ucieczki? Loty załogowych statków kosmicznych pokazały, że wejście do atmosfery z prędkością ucieczki będzie bezpieczne pod warunkiem, że statek kosmiczny przejdzie przez bardzo wąski korytarz w atmosferze, nie zbaczając w żadnym kierunku (patrz rys. 19). W przypadku statków serii Apollo korytarz ten ma szerokość zaledwie 40 km. Jest to bardzo wąski korytarz, biorąc pod uwagę, że statek kosmiczny zbliża się do niego z prędkością 46 320 km/h z odległości około 300 000 km. Cóż, jeśli statek kosmiczny przeleci poniżej granicy tego korytarza lub powyżej, czego można się spodziewać w tym przypadku?

Jeśli statek przepłynie poniżej ustalonej granicy korytarza wejściowego, wejdzie zbyt głęboko w gęste warstwy atmosfery. Poruszając się przez długi czas w gęstych warstwach powłoki powietrznej Ziemi, ulegnie przegrzaniu i może się wypalić. Sonda po przekroczeniu górnej granicy korytarza przeniknie zbyt małą warstwę atmosfery, która również jest bardzo rozrzedzona, przez co zwolni mniej niż powinna. Po wlocie w przestrzeń pozbawioną powietrza statek będzie miał prędkość mniejszą od drugiej prędkości kosmicznej, ale większą od pierwszej prędkości kosmicznej. W tym przypadku, jak już powiedzieliśmy, trajektoria statku będzie bardzo wydłużoną elipsą. Niebezpieczne jest wejście na korytarz poniżej dopuszczalnego limitu, ale wejście powyżej limitu również jest niebezpieczne. Przecież zanim statek wejdzie w atmosferę, usuwa się z niego prawie wszystko, aby zmniejszyć jego wagę, pozostawiając jedynie pojazd zniżający, w którym znajdują się jedynie to, co niezbędne do utrzymania życia załogi na czas opadania statku do atmosfery. Ziemia trwa. Jak długo statek kosmiczny może latać po wydłużonej elipsie wokół Ziemi? Przecież nie ma już co go teraz spowalniać, aby zmusić go do ponownego wejścia w gęste warstwy atmosfery, paliwo zostało zużyte, silnik został wyrzucony. Statek może poruszać się po takiej trajektorii w nieskończoność od dawna. A na pokładzie są bardzo ograniczone zapasy tlenu niezbędnego do oddychania, wody do picia, pożywienia i źródeł energii elektrycznej.

Tak więc, gdy statek kosmiczny zwolni do prędkości nieco niższej niż pierwsza prędkość kosmiczna, zaczyna spadać, spadając na Ziemię. Wybierając odpowiedni tor lotu w atmosferze można zapewnić, że przeciążenia nie przekroczą wartości dopuszczalnej. Jednak podczas zanurzania ściany statku mogą i powinny nagrzewać się do bardzo wysokiej temperatury. Dlatego bezpieczne zniżanie w atmosferze ziemskiej jest możliwe tylko wtedy, gdy na zewnętrznym poszyciu pojazdu zniżającego znajduje się specjalna ochrona termiczna. Jak zapobiec nagrzaniu ciała powyżej dopuszczalnej wartości, jeśli znajduje się ono pod wpływem bardzo silnego źródła ciepła?

Jeśli umieścisz żeliwną patelnię na kuchence gazowej i ją podgrzejesz, stanie się ona bardzo gorąca i może zmienić kolor na czerwony lub nawet biały, emitując jednocześnie ciepło i światło. Ale spróbuj jeszcze bardziej podgrzać patelnię. Bez względu na to, jak długo będziesz trzymać patelnię na kuchence gazowej, nie będzie możliwe podniesienie jej temperatury powyżej pewnego poziomu. Powstanie stan, w którym ciepło dochodzące z kuchenki gazowej do patelni nie będzie już w stanie zmienić temperatury tej ostatniej. Dlaczego? W końcu ciepło jest stale dostarczane do patelni, która powinna nagrzać się do wyższej temperatury i ostatecznie stopić. Tak się jednak nie dzieje z następującego powodu. Ogrzany metal nie tylko odbiera ciepło z kuchenki gazowej, ale po podgrzaniu do wysokiej temperatury i podgrzaniu do koloru czerwonego lub białego, sam oddaje ciepło do otaczającego powietrza przez promieniowanie. W określonej temperaturze metalu zachodzi równowaga pomiędzy ilością ciepła przekazanego metalowi a ciepłem, które wypromieniowuje do otaczającej przestrzeni. Sam metal stanowi niejako dla siebie ochronę termiczną, dzięki czemu przy danym źródle ciepła nie nagrzewa się powyżej określonej temperatury.

Ten rodzaj ochrony termicznej można w zasadzie stosować w statkach kosmicznych. Na przedniej części pojazdu zjazdowego można zamontować osłonę termiczną wykonaną z bardzo ogniotrwałego metalu, który nie traci wytrzymałości mechanicznej pod wpływem nagrzania do wysokich temperatur. Rozpalona do czerwoności metalowa płyta (osłona termiczna) będzie służyć jako ochrona termiczna pojazdu zniżającego przed działaniem gorących gazów atmosferycznych.

Inną metodą zabezpieczenia termicznego pojazdów zjazdowych jest zastosowanie tzw. ekranów odmgławiających. W czasie upałów człowiek bardzo się poci. Dlaczego?

Ponieważ organizm stosuje bardzo skuteczną metodę ochrony przed przegrzaniem - uwalnia wilgoć przez pory skóry. Wilgoć z powierzchni skóry odparowuje, co wymaga wydatku ciepła (pamiętajmy, że odparowanie 1 kg wody wymaga wydatku 560 kcal ciepła). Zatem cały nadmiar ciepła dostarczany do naszego organizmu podczas upałów jest wydawany nie na ogrzewanie ciała, ale na odparowanie wilgoci z powierzchni skóry, uwalnianej w postaci potu. Skuteczność tej metody usuwania nadmiaru ciepła można ocenić po tym, że temperatura ciała człowieka pozostaje praktycznie stała (36,5°C), gdy temperatura otaczającego powietrza zmienia się w szerokim zakresie (aż do 60°C).

Urządzenie chroniące przed ciepłem modułu zniżania, jakim jest ekran z zamgleniem, może działać na tej samej zasadzie. Na przedniej części można zamontować grubą blachę, która posiada wiele małych otworów, przez które na powierzchnię blachy dostarczana jest ciecz. Najlepiej używać do tego celu wody, gdyż ma ona duże ciepło parowania. Wilgoć wnikająca przez pory odparuje, co pochłania ciepło pochodzące z gorących gazów atmosferycznych.

Osłony termiczne i osłony przeciwmgielne nie są jeszcze używane. We wszystkich urządzeniach powracających na Ziemię po lot kosmiczny, stosuje się inną metodę ochrony przed przepływem ciepła, którą nazywa się ablacyjną. Okazało się to najprostsze, najbardziej niezawodne i skuteczne. Dowiedzmy się, co oznacza jego nazwa - ablacyjna. Jedno słowo – ablacja – łączy w sobie nazwy kilku procesów jednocześnie. Jakie są te procesy? Znamy to topienie solidny związane z pochłanianiem ciepła. Każdy wie, że jeśli podłożysz do ognia garnek ze śniegiem i włożysz do niego termometr, to pokażesz, że temperatura wody powstałej w wyniku topnienia śniegu będzie wynosić około 0°C, aż cały śnieg się roztopi (stopi). W tym procesie całe ciepło jest wydawane na topienie śniegu. Wiadomo, że parowanie cieczy wiąże się również z absorpcją ciepła. Umieść termometr we wrzącej wodzie, a pokaże temperaturę 100°C. Bez względu na to, jak długo będziesz podgrzewać wrzącą wodę, jej temperatura pozostanie na poziomie 100°C, dopóki cała woda się nie zagotuje.

Oczywiście trzeba było kupić lody. Nie tylko zimą, ale także latem może być ciężko i zimno, bardzo zmarznięte. Zamraża się go przy użyciu tzw. suchego lodu. Nazywa się go suchym, ponieważ po podgrzaniu nie tworzy się żadna ciecz, jak podczas podgrzewania zwykły lód. Suchy lód to dwutlenek węgla, który został doprowadzony do stanu stałego poprzez ochłodzenie do temperatury -78° C. Stały dwutlenek węgla ma niezwykłą właściwość: po podgrzaniu nie topi się, ale odparowuje, to znaczy przechodzi z ze stałego do stanu gazowego z pominięciem fazy ciekłej. Proces ten, podczas którego substancja przechodzi ze stanu stałego bezpośrednio do stanu gazowego, nazywa się sublimacją. Sublimację ma nie tylko stały dwutlenek węgla, ale także szereg innych substancji.

Czy jest coś podobnego z jednej strony w procesach topienia i wrzenia, a z drugiej w procesie sublimacji? Jeść. Cechą charakterystyczną procesów wrzenia i topienia jest stała temperatura. Sublimacja zachodzi również w stałej temperaturze. Stały suchy lód, niezależnie od tego, jak go podgrzejesz, zawsze będzie miał temperaturę -78°C. Całe ciepło, które zostanie do niego dostarczone, zostanie wydane na jego sublimację, czyli tworzenie się pary z substancji stałej. Oczywiście, jeśli najpierw stopi się stały dwutlenek węgla, tj. przekształci się w stan ciekły(i można to zrobić pod pewnymi warunkami), a następnie ciecz odparowuje, całkowita ilość ciepła zużyta na topienie, a następnie odparowanie będzie równa ciepłu, które musiałoby zostać wydane na bezpośrednie przekształcenie stałego dwutlenku węgla w postać stan gazowy. Inaczej mówiąc, ciepło sublimacji danej substancji jest równe sumie ciepła parowania i topnienia. W konsekwencji ciepło sublimacji substancji jest zawsze większe niż ciepło jej topnienia lub parowania wzięte osobno. Doszliśmy już do zdefiniowania terminu „ablacja”.

Jeżeli na zewnętrzną powierzchnię pojazdu zniżającego zostanie nałożona warstwa jakiejkolwiek substancji, która po podgrzaniu podczas opadania pojazdu w gęstych warstwach atmosfery stopi się, wyparuje, sublimuje lub w końcu nagrzeje się bardzo , wówczas straci wytrzymałość mechaniczną, a przepływ powietrza będzie niewielki i będzie odrywany od powierzchni obiektu kosmicznego. Procesom tym towarzyszy absorpcja ciepła, które jest usuwane z powierzchni pojazdu zniżającego. Ablacja to proces usuwania substancji w postaci stałej, ciekłej lub gazowej z powierzchni ciała poddawanej ogrzewaniu.

Jakie podstawowe wymagania muszą spełniać materiały ablacyjne? Wymagania dla ablacyjnych materiałów termoochronnych są określone, po pierwsze, przez ich cel - usunięcie jak największej ilości ciepła przy minimalnym zużyciu masy substancji, a po drugie, przez warunki, w jakich materiał termoochronny znajduje się, zanim zacznie spełnić swój główny cel.

Pojazd zniżający znajduje się w przestrzeni kosmicznej, zanim rozpocznie opadanie na Ziemię. Podczas lotu orbitalnego temperatura zewnętrznej powłoki statku kosmicznego może wahać się od +95°C po stronie oświetlonej przez Słońce do -180°C po stronie zacienionej. Podczas lotu w przestrzeni kosmicznej statek wielokrotnie zmienia swoje położenie względem Słońca, przez co jego ściany albo się nagrzewają, albo ochładzają. Do czego to może prowadzić? Spróbuj wlać wrzącą wodę do zwykłej szklanki. Szkło pęknie. Do tego zjawiska prowadzi zwykle gwałtowna zmiana temperatury ciała, które ma wysoki współczynnik rozszerzalności cieplnej i niską przewodność cieplną. W związku z tym, aby powłoka termoizolacyjna w przestrzeni kosmicznej nie pękła na skutek gwałtownej zmiany temperatury, musi mieć minimalny współczynnik rozszerzalności cieplnej, tj. po podgrzaniu nie powinna znacznie zwiększać swojego rozmiaru, a gdy schłodzony, wręcz przeciwnie, nie powinien znacznie się zmniejszać.

Powiedzieliśmy już, że przestrzeń kosmiczna to niezwykle głęboka próżnia (prawie absolutna). Próżnia sprzyja uwalnianiu lotnych składników z substancji. W powłoce termoochronnej nie powinny znajdować się substancje lotne, w przeciwnym razie podczas długiego pobytu w przestrzeni kosmicznej powłoka termoizolacyjna może zmienić swój skład, a co za tym idzie jej właściwości mechaniczne i inne.

W kosmosie statek dość często napotyka roje drobnych cząstek – pyłu meteorytowego. Uderzenia tych drobnych cząstek nie mogą spowodować mechanicznego zniszczenia powłoki termoochronnej, ale materiał powłoki może zostać uszkodzony w wyniku tarcia takich cząstek. Musi więc charakteryzować się dużą odpornością na zużycie, czyli małą wrażliwością na ścierne działanie substancji meteorycznej. W przestrzeni kosmicznej powłoka termoochronna będzie również narażona na działanie promieni kosmicznych, promieniowania i szeregu innych czynników.

Oddziaływanie wszelkich czynników kosmicznych na powłokę termoochronną w planowanym czasie lotu statku nie powinno znacząco zmieniać jej właściwości. W każdym przypadku materiał termoizolacyjny musi zachować swoje właściwości w takim stopniu, aby spełnił swój cel - zapewnić bezpieczne zejście pojazdu zniżającego na Ziemię. Podstawowe wymagania dotyczące materiałów termoizolacyjnych są oczywiście określone przez warunki ich pracy podczas opadania, gdy pojazd zniżający przechodzi przez gęste warstwy atmosfery, gdzie jest narażony zarówno na działanie mechaniczne, jak i termiczne. Przede wszystkim materiały termoochronne muszą charakteryzować się wysokim ciepłem porywania (nazywa się to efektywną entalpią). Oznacza to, że po dostarczeniu na nią masa substancji jest odprowadzana z powierzchni powłoki termoochronnej duża ilość ciepło. Wartość materiałów termoizolacyjnych zależy głównie od wartości efektywnej entalpii. Im większa entalpia efektywna, tym lepszy materiał chroniący przed ciepłem.

Jasne jest oczywiście, dlaczego ta wartość jest tak ważna. Przecież im wyższa efektywna entalpia substancji, z której wykonana jest powłoka termoochronna, tym mniejsza masa z innymi równe warunki będzie musiał zostać nałożony na powierzchnię pojazdu zniżającego. Widzieliśmy już, jak ważna jest masa obiektów unoszonych w przestrzeń kosmiczną. Ponadto należy pamiętać, że masowa powłoka termoizolacyjna stanowi czasami nawet 50% całkowitej masy pojazdu zjazdowego.

Efektywna entalpia jest głównym wskaźnikiem jakości materiału osłony termicznej, ale nie jedynym. Powłoka termoizolacyjna musi wytrzymywać duże obciążenia mechaniczne, w przeciwnym razie może zapaść się pod wpływem strumienia powietrza wpływającego na urządzenie. Wreszcie materiały chroniące przed ciepłem muszą mieć niską przewodność cieplną. Ciepło z pojazdu zniżającego należy usunąć tak, aby wewnątrz niego, w którym znajduje się załoga i niezbędne przyrządy, temperatura nie wzrosła powyżej wartości dopuszczalnej. O temperaturze wewnątrz pojazdu zniżającego decyduje ilość ciepła, która przejdzie z zewnątrz, przez jego powłokę, czyli przewodność cieplna ściany pojazdu, a w szczególności nałożonej na nią powłoki. Oczywiście im niższa przewodność cieplna powłoki termoizolacyjnej, tym mniej ciepła będzie przepływać wewnątrz urządzenia.

Jak pokazuje praktyka, nie da się połączyć w jednym materiale wysokiej efektywnej entalpii, dużej wytrzymałości i niskiej przewodności cieplnej. Aby uzyskać powłokę termoochronną o wymaganych właściwościach, należy ją wykonać z kilku warstw różnych materiałów. Warstwa zewnętrzna wykonana jest z materiału o wysokiej entalpii efektywnej i odpowiednio dużej wytrzymałości mechanicznej. Druga warstwa wykonana jest z materiału, który ma niską wytrzymałość mechaniczną i stosunkowo niską wartość entalpii, ale ma niską przewodność cieplną. Druga warstwa powłoki jest chroniona przed działaniem gorących gazów atmosferycznych i ich ciśnieniem przez warstwę zewnętrzną. Materiał drugiej powłoki jest główną przeszkodą w przenikaniu ciepła z zewnętrznej warstwy termicznej powłoki ochronnej, która ma bardzo wysoką temperaturę, do metalowego korpusu pojazdu zjazdowego.

Jaką temperaturę może mieć zewnętrzna warstwa powłoki termoochronnej? Powiedzieliśmy już, że temperatura gazów powstających w gorącej warstwie powietrza sprężonego przez lecący w stronę Ziemi pojazd opadający sięga 8000°K. Powłoka termoizolacyjna nałożona na przednią część pojazdu zjazdowego ma bezpośredni kontakt z tą warstwą i nagrzewa się. Jednakże temperatura powierzchni materiału ablacyjnego, z którego wykonana jest powłoka termoochronna, jest zawsze znacznie niższa od temperatury gazów, z którymi się styka. Co więcej, w pewnym stopniu nie zależy to od temperatury gorących gazów w atmosferze. Temperatura powierzchni powłoki termoizolacyjnej zależy głównie od właściwości materiału, z którego jest wykonana. Wyjaśnijmy to. Temperatura płomienia palnika gazowego = 800°C. Postaw pusty czajnik na palniku. Po pewnym czasie nagrzeje się do temperatury niemal równej temperaturze płomienia palnika. Teraz napełnijmy czajnik wodą i również go podgrzejmy. Temperatura czajnika, niezależnie od tego jak długo stoi na ogniu, nie przekroczy 100°C. A jeśli do czajnika wlejemy alkohol, który ma temperaturę wrzenia 76°C, to ścianki czajnika nie będą w stanie nagrzać się powyżej 76°C, choć temperatura płomienia palnika pozostanie taka sama - 800°C C.

Odparowanie przez gotowanie jest zasadniczo rodzajem ablacji, podczas którego materia jest odprowadzana poprzez absorpcję ciepła. Przecież ochrona nadwozia pojazdu zjazdowego przed przegrzaniem za pomocą ablacyjnej powłoki termoochronnej odbywa się w taki sam sposób, jak ochrona ścianek czajnika przed przegrzaniem przez parującą w nim ciecz. Maksymalna temperatura, do której można ogrzać ścianki czajnika, zależy od temperatury wrzenia znajdującej się w nim cieczy. O temperaturze powierzchni powłoki termoizolacyjnej mającej kontakt z gazami ogrzanymi do temperatury 8000° K będzie decydować temperatura, w której materiał termoizolacyjny przechodzi ze stanu stałego w stan gazowy. Istnieje możliwość produkcji materiałów termoochronnych różne temperatury przejście w stan gazowy (temperatury sublimacji). W praktyce budowy statków kosmicznych najczęściej stosuje się materiały o temperaturze sublimacji 2500 - 3500°C. Podstawą tych materiałów są tzw. żywice epoksydowe lub formaldehydowe. Aby nadać im wytrzymałość mechaniczną, dodaje się do nich żywice nici szklane, włókno szklane, azbest lub inne substancje ogniotrwałe.

W normalnych warunkach takie mieszane materiały mają większą twardość i wytrzymałość. Po podgrzaniu do temperatury sublimacji (2500 - 3500°C) przechodzą w stan gazowy i ulegają częściowemu zwęgleniu. Temperaturę nagrzewania zewnętrznej powierzchni powłoki termoizolacyjnej można zmieniać (w pewnych granicach) poprzez zmianę składu materiału termoizolacyjnego. Powstaje pytanie: dlaczego w praktyce stosuje się materiały ablacyjne, które w temperaturze około 3000°C przechodzą ze stanu stałego w stan gazowy? Czy nie jest niebezpieczne nagrzanie zewnętrznej ściany modułu zniżania do tak wysokiej temperatury? Wydawać by się mogło, że im niższa temperatura powłoki pojazdu zniżającego, tym bezpieczniejszy będzie zjazd. W rzeczywistości okazuje się odwrotnie – stosowanie materiałów termoochronnych o niższej temperaturze sublimacji niż obecnie stosowane materiały jest nieopłacalne. Przecież im niższa temperatura tworzenia się gazu, tym większa warstwa powłoki termoochronnej powinna odparować podczas opadania. W związku z tym konieczne będzie zwiększenie masy warstwy powłoki termoochronnej, co prowadzi do wzrostu ciężaru, co, jak wiemy, jest niepożądane.

Nieopłacalne jest także stosowanie materiałów żaroodpornych o wyższej temperaturze sublimacji (tj. powyżej 2500 - 3500°C). Zastosowanie materiałów żaroodpornych o wysokiej temperaturze sublimacji oznacza nagrzanie górnych warstw powłoki termoochronnej do wyższych temperatur. A wiadomo, że przy danej izolacji termicznej ilość ciepła przechodzącego przez nią będzie tym większa, im większa będzie różnica temperatur pomiędzy jej częścią zewnętrzną i wewnętrzną. W rezultacie do metalowej obudowy pojazdu zjazdowego z taką powłoką termoochronną napłynie więcej ciepła, co doprowadzi do większego nagrzania wszystkiego, co się w niej znajduje. Aby zapobiec przegrzaniu przedziału, w którym przebywa załoga, konieczne będzie zwiększenie grubości warstwy termoizolacyjnej, co wpłynie również na masę statku.

Obliczenia i praktyka wykazały, że najmniejszą masę pojazdu zjazdowego, przy niezmienionych pozostałych parametrach, uzyskuje się, stosując powłokę termoochronną o temperaturze sublimacji nie wyższej niż 3500°C i nie niższej niż 2500°C powłoka termoochronna modułu zniżania statku kosmicznego Apollo, na której amerykańscy astronauci wracając z Księżyca lecą na Ziemię z drugą prędkością ucieczki, wykonana z materiału na bazie żywicy epoksydowej. Grubość warstwy termoochronnej nałożonej na powierzchnię pojazdu zjazdowego nie jest wszędzie taka sama. Największą grubość wykonano na powierzchni czołowej, gdzie sięga 66 mm, a najmniejszą – w dolnej części (23 mm). Jest to po prostu grubość materiału, która może zostać ablowana (ablowana) podczas procesu podgrzewania. Całkowita grubość powłoki termoizolacyjnej chroniącej metalowy korpus przed nagrzaniem w przedniej części pojazdu zniżającego statku kosmicznego Apollo wynosi 450 mm, czyli prawie pół metra.

Jest to grubość materiału osłony termicznej, przez którą musi przejść ciepło pochodzące z gorących gazów atmosferycznych, aby dotrzeć do metalowej obudowy urządzenia i ogrzać znajdujące się w nim powietrze. Ogrzanie jest głównym niebezpieczeństwem w przypadku zanurzenia się statku w atmosferę. Pomimo ogromnej grubości warstwy termoizolacyjnej i termoizolacyjnej, część ciepła nadal przechodzi do wnętrza pojazdu zjazdowego. Ponadto wewnątrz aparatu powstaje ciepło w wyniku czynności życiowych członków załogi i pracy sprzętu. Kiedy statek leci w przestrzeń kosmiczną, nadmiar ciepła, jak widzieliśmy, jest usuwany przez system kontroli termicznej. Spaliny powstają w wyniku chłodzenia powietrza cieczą, która z kolei jest chłodzona w wężownicy umieszczonej w przestrzeni.

Podczas zejścia na Ziemię, gdy urządzenie znajduje się w atmosferze, wykluczona jest ta metoda usuwania z niego nadmiaru ciepła. Na zewnątrz pojazdu opadającego nie panuje próżnia, jak w przestrzeni kosmicznej, ale przepływ gazu podgrzanego do ogromnych temperatur. Specjalne badania wykazały, że człowiek może wytrzymać temperaturę 71°C przez 67 minut bez większych szkód dla organizmu. A jeśli ciało człowieka zostanie najpierw przechłodzone jedynie o 1°C, będzie ono w stanie wytrzymać określoną temperaturę przez 114 minut. Średni czas zejścia z orbity na Ziemię wynosi 20 – 25 minut, czyli jest to znacznie mniej niż czas, w którym człowiek jest w stanie wytrzymać temperaturę 71°C.

Jednak temperatura atmosfery wewnątrz pojazdu zniżającego, na skutek nagrzewania zewnętrznego i ciepła wytwarzanego przez przyrządy, może okazać się wyższa niż 70°C, a to już będzie niebezpieczne dla zdrowia i życia członków załogi. Dlatego wszystkie pojazdy zniżające wyposażone są w systemy kontroli temperatury, które mogą działać także podczas opadania pojazdu w gęstych warstwach atmosfery ziemskiej. System kontroli termicznej działający podczas opadania pojazdu opadającego zasadniczo różni się od systemu kontroli termicznej działającego, gdy statek kosmiczny znajduje się w przestrzeni pozbawionej powietrza. Zasada jego działania polega na odprowadzeniu ciepła poprzez odparowanie cieczy. Parowanie cieczy następuje na skutek ciepła zawartego w komorze pojazdu zjazdowego. Powstałe opary są odprowadzane za burtę aparatu. Ciecz stosowana w układzie kontroli termicznej pojazdu zniżającego musi posiadać następujące właściwości: posiadać wysokie ciepło parowania i niska temperatura wrzenie. Niektóre gazy skroplone, w szczególności amoniak, mają takie właściwości. Ciekły amoniak wrze w temperaturze -33°C, ale znajdujący się w cylindrze pod ciśnieniem kilku atmosfer pozostaje ciekły w normalnej temperaturze pokojowej.

Co się stanie, jeśli stopniowo zmniejszysz ciśnienie w zbiorniku z ciekłym amoniakiem za pomocą zaworu? Amoniak zacznie wrzeć i ulatnia się w stanie gazowym. Powstawaniu gazu z cieczy towarzyszy absorpcja ciepła. Skąd pochodzi ciepło potrzebne do odparowania amoniaku? Z środowisko. Balon wkrótce stanie się zimny. Ciepłe powietrze pomieszczenie nagrzeje cylinder, a on z kolei odda ciepło parującemu amoniaku. W ten sposób stopniowo całe powietrze w pomieszczeniu może zostać schłodzone do pożądanej temperatury; Aby to zrobić, oczywiście będziesz musiał odparować pewną ilość amoniaku. Chłodzenie powietrza w pomieszczeniu pojazdu zniżającego, w którym przebywa załoga, odbywa się w ten sam sposób, jedynie pary substancji odparowujące w specjalnym urządzeniu nie są wyrzucane do przedziału, lecz są odprowadzane rurami za burtę aparat.

Choć atmosfera ziemska jest przyczyną bardzo silnego nagrzewania się pojazdu zniżającego podczas jego opadania na Ziemię, jednocześnie pełni ona rolę środka hamującego. Za pomocą atmosfery można „gasić” ogromne prędkości kosmiczne. Ale czy możliwe jest bezpieczne wylądowanie pojazdu opadającego, jeśli jest on spowalniany jedynie przez atmosferę? Oczywiście, że nie. Skok z okna na pierwszym piętrze nie stwarza żadnego zagrożenia, ale nie każdy skoczy z drugiego piętra. Skakanie z trzeciego piętra i wyżej jest niebezpieczne. Pod wpływem grawitacji, która wytwarza przyspieszenie, prędkość lądowania osoby skaczącej z okna wysokiego budynku osiąga taką wartość, że może się rozbić. Jaką prędkość powinien mieć pojazd zniżający w chwili lądowania, aby jego uderzenie w Ziemię nie było niebezpieczne zarówno dla członków załogi, jak i zainstalowanego w nim sprzętu? Najlepiej oczywiście lądować tak, aby prędkość pojazdu w momencie kontaktu z powierzchnią Ziemi wynosiła zero lub w żadnym przypadku nie przekraczała 2 m/s. W tych warunkach lądowanie będzie miękkie i całkowicie bezpieczne zarówno dla załogi, jak i konstrukcji aparatu.

Uderzenie dość mocne, ale jednak dopuszczalne, będzie odczuwalne, jeśli lądowanie nastąpi przy prędkości zbliżania się do powierzchni Ziemi wynoszącej 5 - 6 m/s. A co jeśli prędkość będzie większa? Wiadomo, że jest to niekorzystne zarówno dla załogi, jak i sprzętu.

Zaczynając od określonej wysokości, moduł opadania zachowuje się jak zwykłe ciało spadające na Ziemię z określoną prędkością początkową. Prędkość jego opadania w porównaniu do pierwszej prędkości ucieczki będzie niewielka. Przykładowo ciało zrzucone z samolotu lecącego na wysokości 2000 m wyląduje z prędkością 200 m/s (v² = √2gH). 200 m/s to niewielka prędkość, ale z taką prędkością na pewno nie da się wylądować. Jak zapewnić bezpieczne lądowanie?

Będąc już nie w kosmosie, ale blisko Ziemi, możesz skorzystać ze zwykłych, ziemskich środków. Spadochron to sprawdzona metoda zejścia z wysokości na Ziemię. To prawda, że ​​\u200b\u200bzejście statku kosmicznego na spadochronie po utracie znacznej części prędkości z powodu hamowania atmosfery nie następuje w taki sam sposób, jak zejście spadochroniarza skaczącego z samolotu. Pojazd zniżający zazwyczaj posiada na pokładzie dwa spadochrony główne i trzeci pomocniczy. Pierwszy, hamujący spadochron (jest znacznie mniejszy od drugiego) otwiera się w czasie, gdy statek kosmiczny porusza się z prędkością około 250 m/s. Jego zadaniem jest nieznaczne zmniejszenie prędkości pojazdu, dlatego też spadochron ten nazywany jest spadochronem hamującym.

Drugi, główny spadochron służy zapewnieniu płynnego lądowania pojazdu na Ziemi. Rozmiar jego czaszy jest kilkakrotnie większy niż spadochronu hamującego, dzięki czemu efekt hamowania jest znacznie większy. Dlaczego nie puszczono od razu dużego spadochronu? Tego nie da się zrobić. Przy dużych prędkościach zostanie poddany zbyt dużym naprężeniom i może pęknąć. Dlaczego potrzebujesz spadochronu pomocniczego? Jego zadaniem jest wyciągnięcie spadochronu głównego z gniazda, w którym jest on umieszczony. Główny spadochron ma duży rozmiar i duża masa. Zrzucenie go z boku pojazdu zjazdowego wymaga dużego wysiłku. Spadochron pomocniczy jest niewielkich rozmiarów i wyciągnięcie go z gniazda nie jest zbyt trudne. Ten niewielki spadochron mocowany jest do pierścienia drugiego, głównego spadochronu. Kiedy spadochron pomocniczy otwiera się w powietrzu, ciśnienie strumienia powietrza na jego czaszy wytwarza siłę wystarczającą do wyciągnięcia spadochronu głównego z gniazda.

System spadochronowy zapewnia zejście i lądowanie pojazdu zniżającego, podczas którego uderzeniu w Ziemię nie towarzyszą wstrząsy niebezpieczne dla załogi. Jednak lądowanie ze spadochronami nie zapewnia miękkiego lądowania. To prawda, że ​​jeśli spadochron był bardzo duży, lądowanie można było wykonać miękko (to znaczy z prędkością lądowania nie większą niż 2 m/s). Istnieje inny, bardziej akceptowalny sposób zapewnienia miękkiego lądowania, który nie wymaga dużego zwiększenia masy pojazdu zniżającego. Na pokładzie urządzenia można mieć silnik odrzutowy, który należy włączyć w momencie, gdy urządzenie znajdzie się na wysokości 1 – 2 m nad powierzchnią Ziemi. Kierunek ciągu silnika musi być przeciwny do kierunku ruchu aparatu. Ciąg silnika można tak dobrać, aby jego praca na zadany czas (najczęściej ułamek sekundy) całkowicie uniemożliwiła upadek urządzenia na Ziemię z wysokości 0,2 – 0,15 m. Urządzenie będzie sprawiało wrażenie, jakby wisiało w powietrzu przez jakiś czas moment. Gdy silnik przestanie działać, lądownik opadnie na Ziemię. Ale z jakiej wysokości? Tylko 0,2 - 0,15 m. Upadek z takiej wysokości nie spowoduje ostrego uderzenia, lądowanie będzie miękkie i całkowicie bezpieczne.

Zejście na Ziemię bez użycia silników hamujących powoduje jedynie pewną twardość lądowania, ale takie zejście jest nadal bezpieczne. Ale niektóre ciała niebieskie, w szczególności Księżyc, nie mają atmosfery. W związku z tym niemożliwe jest opuszczenie obiektu kosmicznego na powierzchnię Księżyca za pomocą spadochronów. Bezpieczne zejście obiektów kosmicznych na planety, które nie mają odpowiednio gęstej atmosfery, można zapewnić jedynie za pomocą silników hamujących.

Czy tak łatwo jest wsadzić człowieka do słoika, czy o projektowaniu załogowego statku kosmicznego 3 stycznia 2017

Statek kosmiczny. Z pewnością wielu z Was, słysząc to zdanie, wyobraża sobie coś ogromnego, złożonego i gęsto zaludnionego, całe miasto w kosmosie. Tak kiedyś wyobrażałem sobie statki kosmiczne i liczne filmy i książki science fiction aktywnie się do tego przyczyniają.

To chyba dobrze, że twórców filmowych ogranicza jedynie wyobraźnia, w przeciwieństwie do projektantów technologii kosmicznych. Przynajmniej w filmach możemy cieszyć się gigantycznymi tomami, setkami przedziałów i tysiącami członków załogi...

Rozmiar prawdziwego statku kosmicznego wcale nie jest imponujący:

Zdjęcie przedstawia radziecki statek kosmiczny Sojuz-19, zabrany przez amerykańskich astronautów ze statku kosmicznego Apollo. Widać, że statek jest dość mały, a biorąc pod uwagę, że przestrzeń mieszkalna nie zajmuje całego statku, oczywiste jest, że musi być tam dość ciasno.

Nie jest to zaskakujące: duże rozmiary- to jest duża masa, a masa jest wrogiem numer jeden w astronautyce. Dlatego projektanci statków kosmicznych starają się, aby były jak najlżejsze, często kosztem komfortu załogi. Zwróć uwagę, jak ciasny jest statek Sojuz:

Amerykańskie statki pod tym względem nie różnią się szczególnie od rosyjskich. Na przykład oto zdjęcie Eda White'a i Jima McDivitta na statku kosmicznym Gemini.

Jedynie załogi promu kosmicznego mogły pochwalić się jakąkolwiek swobodą poruszania się. Do dyspozycji mieli dwa stosunkowo przestronne przedziały.

Kabina załogi (właściwie kabina sterownicza):

Pokład środkowy (jest to przedział mieszkalny z miejscami do spania, toaletą, schowkiem i śluzą):

Radziecki statek Buran, podobny pod względem wielkości i układu, niestety nigdy nie latał w trybie załogowym, podobnie jak TKS, który nadal ma rekordową objętość mieszkalną spośród wszystkich kiedykolwiek zaprojektowanych statków.

Ale przestrzeń mieszkalna to nie jedyne wymagania dotyczące statku kosmicznego. Słyszałem takie wypowiedzi: „Wsadzili człowieka do aluminiowej puszki i wysłali go, aby kręcił się wokół Matki Ziemi”. To sformułowanie jest oczywiście błędne. Czym więc statek kosmiczny różni się od zwykłej metalowej beczki?

Oraz fakt, że statek kosmiczny musi:
- Zapewnij załodze oddychający sprzęt mieszanina gazów,
- Usunąć wydychany przez załogę dwutlenek węgla i parę wodną z przestrzeni mieszkalnej,
- Upewnij się, że jest to akceptowalne dla załogi reżim temperaturowy,
- posiadać szczelną objętość wystarczającą na całe życie załogi,
- Zapewniają możliwość kontroli orientacji w przestrzeni i (opcjonalnie) możliwość wykonywania manewrów orbitalnych,
- Posiadać zapasy żywności i wody niezbędne do życia załogi,
- Zapewnić możliwość bezpiecznego powrotu załogi i ładunku na ziemię,
- Bądź tak lekki, jak to możliwe
- Posiadać system ratownictwa awaryjnego, który pozwala na powrót załogi na ziemię w przypadku sytuacji awaryjnej na każdym etapie lotu,
- Bądź bardzo niezawodny. Jedna awaria sprzętu nie powinna skutkować odwołaniem lotu, każda druga awaria nie powinna zagrażać życiu załogi.

Jak widać, nie jest to już prosta beczka, ale złożone urządzenie technologiczne, wypełnione różnorodnym sprzętem, posiadające silniki i zapas paliwa do nich.

Oto przykład modelu radzieckiego statku kosmicznego Wostok pierwszej generacji.

Składa się z uszczelnionej kapsuły kulistej i stożkowej komory na instrumenty. Prawie wszystkie statki mają taki układ, w którym większość instrumentów jest umieszczona w oddzielnym, bezciśnieniowym przedziale. Jest to konieczne, aby zaoszczędzić na wadze: gdyby wszystkie urządzenia zostały umieszczone w szczelnej komorze, komora ta okazałaby się dość duża, a ponieważ trzeba ją trzymać w środku ciśnienie atmosferyczne i wytrzymywać znaczne obciążenia mechaniczne i termiczne podczas wchodzenia w gęste warstwy atmosfery podczas schodzenia na ziemię, jego ściany muszą być grube i mocne, co czyni całą konstrukcję bardzo ciężką. A nieszczelny przedział, który po powrocie na Ziemię oddzieli się od pojazdu opadającego i spłonie w atmosferze, nie potrzebuje mocnych, ciężkich ścian. Pojazd zjazdowy, pozbawiony przy powrocie zbędnych przyrządów, okazuje się mniejszy i odpowiednio lżejszy. Nadano mu również kulisty kształt, aby zmniejszyć masę, ponieważ ze wszystkich ciał geometrycznych o tej samej objętości, kula ma najmniejszą powierzchnię.

Jedynym statkiem kosmicznym, w którym cały sprzęt umieszczono w szczelnie zamkniętej kapsule, był amerykański Mercury. Oto jego zdjęcie w hangarze:

W tej kapsule zmieściłaby się jedna osoba, i to z trudem. Zdając sobie sprawę z nieefektywności takiego rozwiązania, Amerykanie wykonali kolejną serię statków Gemini z odłączanym, bezciśnieniowym przedziałem przyrządowym. To jest na zdjęciu tył biały statek:

Swoją drogą, w biały Ta komora została pomalowana nie bez powodu. Faktem jest, że przez ściany przedziału przechodzi wiele rur, przez które krąży woda. Jest to system usuwania nadmiaru ciepła odbieranego ze Słońca. Woda pobiera ciepło z wnętrza przedziału mieszkalnego i przekazuje je na powierzchnię przedziału przyrządowego, skąd ciepło jest wypromieniowywane w przestrzeń. Aby te grzejniki mniej się nagrzewały w trybie bezpośrednim promienie słoneczne, pomalowano je na biało.

Na statkach Wostok grzejniki znajdowały się na powierzchni stożkowego przedziału przyrządów i były zamykane żaluzjami przypominającymi żaluzje. Otwierając różną liczbę przepustnic, można było regulować wymianę ciepła przez grzejniki, a tym samym reżim temperaturowy wewnątrz statku.

Na statkach Sojuz i ich odpowiednikach towarowych Progress system odprowadzania ciepła jest podobny do systemu Gemini. Zwróć uwagę na kolor powierzchni przedziału przyrządów. Oczywiście biały :)

Wewnątrz przedziału oprzyrządowania znajdują się silniki główne, silniki manewrowe o niskim ciągu, zapasy paliwa do tego wszystkiego, akumulatory, źródła tlenu i wody oraz część elektroniki pokładowej. Anteny do komunikacji radiowej, anteny zbliżeniowe, różne czujniki orientacji i panele słoneczne są zwykle instalowane na zewnątrz.

W module zniżania, który pełni jednocześnie funkcję kabiny statku kosmicznego, znajdują się tylko te elementy, które są potrzebne podczas opadania pojazdu w atmosferze i miękkiego lądowania, a także to, co powinno być w bezpośrednim dostępie załogi: panel sterowania, stację radiową, awaryjne źródło tlenu, spadochrony, kasety z wodorotlenkiem litu do usuwania dwutlenku węgla, silniki miękkiego lądowania, podpory (fotele dla astronautów), zestawy ratunkowe na wypadek lądowania w miejscu niezgodnym z projektem, i oczywiście sami astronauci.

Statki Sojuz mają inny przedział - domowy:

Zawiera to, co potrzebne podczas długiego lotu, ale z czego można zrezygnować na etapie wynoszenia statku na orbitę i podczas lądowania: instrumenty naukowe, zapasy żywności, sprzęt kanalizacyjny i sanitarny (toaleta), skafandry kosmiczne do zajęć pozakołowych, śpiwory i inne artykuły gospodarstwa domowego.

Znany jest przypadek statku kosmicznego Sojuz TM-5, kiedy w celu oszczędzania paliwa przedział gospodarstwa domowego został ostrzelany nie po wydaniu impulsu hamowania w celu deorbitacji, ale wcześniej. Tylko nie było impulsu hamowania: system kontroli położenia zawiódł, a następnie nie można było uruchomić silnika. W rezultacie astronauci musieli pozostać na orbicie przez kolejny dzień, a toaleta pozostała w zniszczonym pomieszczeniu gospodarczym. Trudno opisać, jakich niedogodności doświadczyli astronauci w ciągu tych dni, dopóki w końcu nie udało im się bezpiecznie wylądować. Po tym incydencie postanowiliśmy zrezygnować z takiego oszczędzania paliwa i po hamowaniu ostrzeliwać przedział gospodarstwa domowego wraz z przedziałem oprzyrządowania.

Tyle zawiłości było w „banku”. W kolejnych artykułach omówimy osobno każdy typ statku kosmicznego ZSRR, USA i Chin. Czekać na dalsze informacje.

15 lipca minęła 40. rocznica misji Apollo-Sojuz, historycznego lotu często uważanego za koniec wyścigu kosmicznego. Po raz pierwszy dwa statki zbudowane na przeciwległych półkulach spotkały się i zacumowały w przestrzeni kosmicznej. Sojuz i Apollo były już statkami kosmicznymi trzeciej generacji. Do tego czasu zespoły projektowe osiągnęły już sukces w pierwszych eksperymentach, a nowe statki musiały długo przebywać w kosmosie i wykonywać nowe, złożone zadania. Myślę, że ciekawie będzie zobaczyć, do jakich rozwiązań technicznych doszły zespoły projektowe.

Wstęp

To ciekawe, ale w pierwotnych planach zarówno Sojuz, jak i Apollo miały stać się urządzeniami drugiej generacji. Jednak Stany Zjednoczone szybko zorientowały się, że między ostatnim lotem Merkurego a pierwszym lotem Apolla upłynie kilka lat i aby nie zmarnować tego czasu, uruchomiono program Gemini. A ZSRR odpowiedział Bliźniakom swoimi Woschodami.

Ponadto w przypadku obu urządzeń głównym celem był Księżyc. Stany Zjednoczone nie szczędziły wydatków na wyścigu księżycowym, ponieważ do 1966 roku ZSRR miał pierwszeństwo we wszystkich znaczących osiągnięciach kosmicznych. Pierwszy satelita, pierwsze stacje księżycowe, pierwszy człowiek na orbicie i pierwszy człowiek w przestrzeni kosmicznej – wszystkie te osiągnięcia były sowieckie. Amerykanie starali się „dogonić i wyprzedzić” Związek Radziecki. A w ZSRR zadanie załogowego programu księżycowego na tle zwycięstw kosmicznych zostało przyćmione innymi pilnymi zadaniami, na przykład konieczne było dogonienie Stanów Zjednoczonych pod względem liczby rakiety balistyczne. Załogowe programy księżycowe to osobna wielka rozmowa, ale tutaj porozmawiamy o pojazdach w konfiguracji orbitalnej, takiej jak ta, w której spotkały się na orbicie 17 lipca 1975 roku. Ponadto, ponieważ statek kosmiczny Sojuz lata od wielu lat i przeszedł wiele modyfikacji, mówiąc o Sojuzie, będziemy mieli na myśli wersje zbliżone czasowo do lotu Sojuz-Apollo.

Środki ekstrakcyjne

Rakieta nośna, o której zwykle rzadko się pamięta, umieszcza statek kosmiczny na orbicie i determinuje wiele jego parametrów, z których najważniejsze to maksymalna masa i maksymalna możliwa średnica.

W ZSRR, aby wynieść nowy statek kosmiczny na niską orbitę okołoziemską, postanowiono zastosować nową modyfikację rodziny rakiet R-7. W rakiecie nośnej „Woskhod” silnik trzeciego stopnia został zastąpiony mocniejszym, co zwiększyło ładowność z 6 do 7 ton. Statek nie mógł mieć średnicy większej niż 3 metry, gdyż w latach 60. analogowe systemy sterowania nie były w stanie ustabilizować ponadkalibrowych owiewek.

Po lewej stronie schemat rakiety nośnej Sojuz, po prawej wystrzelenie statku kosmicznego Sojuz-19 z misji Sojuz-Apollo.

W USA do lotów orbitalnych wykorzystano rakietę nośną Saturn-I, opracowaną specjalnie dla Apollo, w wersji -I mogła wynieść na orbitę 18 ton, a w wersji -IB - 21 ton. Średnica Saturna przekroczyła 6 metrów, więc ograniczenia dotyczące wielkości statku kosmicznego były minimalne.

Po lewej stronie przekrój Saturna-IB, po prawej wystrzelenie statku kosmicznego Apollo w ramach misji Sojuz-Apollo.

Pod względem wielkości i wagi Sojuz jest lżejszy, cieńszy i mniejszy niż Apollo. „Sojuz” ważył 6,5–6,8 tony i miał maksymalną średnicę 2,72 m. „Apollo” miał maksymalną masę 28 ton (w wersji księżycowej w przypadku misji blisko Ziemi zbiorniki paliwa nie były całkowicie napełnione) i maksymalną średnicę. o długości 3,9 m.

Wygląd

„Sojuz” i „Apollo” wdrożyły obecnie standardowy schemat podziału statku na przedziały. Obydwa statki posiadały przedział oprzyrządowania (w USA nazywany modułem serwisowym) i moduł zniżania (moduł dowodzenia). Pojazd zstępujący Sojuz okazał się bardzo ciasny, dlatego do statku dodano przedział mieszkalny, który można również wykorzystać jako śluzę powietrzną podczas spacerów kosmicznych. W misji Sojuz-Apollo amerykański statek posiadał także trzeci moduł, specjalną komorę śluzy powietrznej do przejścia między statkami.

Zgodnie z radziecką tradycją, Sojuz został wystrzelony w całości pod owiewką. Dzięki temu można było nie martwić się o aerodynamikę statku podczas startu i umieścić delikatne anteny, czujniki, panele słoneczne i inne elementy na zewnętrznej powierzchni. Również przedział mieszkalny i moduł zniżający pokryte są warstwą izolacji termicznej pomieszczenia. Apollos kontynuował amerykańską tradycję – rakieta nośna była tylko częściowo zamknięta, dziób przykryty był osłoną balistyczną, zaprojektowaną konstrukcyjnie wraz z systemem odzyskiwania, a część ogonową statku przykryto owiewką adapterową.

Sojuz-19 w locie, sfilmowany z Apollo. Ciemnozielona powłoka - izolacja termiczna

„Apollo”, filmowanie z Sojuza. Wygląda na to, że farba na silniku głównym miejscami się wybrzuszyła.

„Sojuz” późniejszej modyfikacji w sekcji

„Apollo” w sekcji

Kształt lądownika i ochrona termiczna

Opuszczenie statku kosmicznego Sojuz w atmosferę, widok z ziemi

Lądowniki Sojuz i Apollo są do siebie bardziej podobne niż w poprzednich generacjach statków kosmicznych. W ZSRR projektanci zrezygnowali z pojazdu zniżającego sferycznie – powrót z Księżyca wymagałby bardzo wąskiego korytarza wejściowego (maksymalna i minimalna wysokość, pomiędzy jaką trzeba się wznieść, aby pomyślnie wylądować), powodowałby przeciążenie ponad 12 g, a obszar lądowania będzie mierzony w dziesiątkach, jeśli nie setkach, ale kilometrach. Pojazd o stożkowym zniżaniu wytwarzał siłę nośną podczas hamowania w atmosferze i skręcając, zmieniał swój kierunek, kontrolując lot. Po powrocie z orbity Ziemi przeciążenie spadło z 9 do 3-5 g, a po powrocie z Księżyca - z 12 do 7-8 g. Kontrolowane zniżanie znacznie rozszerzyło korytarz wejściowy, zwiększając niezawodność lądowania, i bardzo poważnie zmniejszyło wielkość obszaru lądowania, ułatwiając poszukiwania i ewakuację astronautów.

Obliczanie asymetrycznego przepływu wokół stożka podczas hamowania w atmosferze

Lądowniki Sojuz i Apollo

Wybrana dla Apollo średnica 4 m umożliwiła wykonanie stożka o kącie półotwarcia wynoszącym 33°. Taki pojazd zjazdowy charakteryzuje się współczynnikiem siły nośnej wynoszącym około 0,45, a jego ściany boczne praktycznie nie nagrzewają się podczas hamowania. Jednak jego wadą były dwa punkty stabilnej równowagi - Apollo musiał wejść do atmosfery dnem skierowanym w kierunku lotu, ponieważ gdyby wszedł do atmosfery bokiem, mógłby przewrócić się do pozycji nosem i zabić astronautów. Średnica Sojuza wynosząca 2,7 m sprawiała, że ​​taki stożek był irracjonalny – zmarnowano zbyt dużo miejsca. Dlatego stworzono pojazd zjazdowy typu „reflektor” z kątem półotwarcia wynoszącym zaledwie 7°. Efektywnie wykorzystuje przestrzeń, ma tylko jeden punkt stabilnej równowagi, ale stosunek siły nośnej do oporu jest niższy, rzędu 0,3, a ściany boczne wymagają zabezpieczenia termicznego.

Jako powłokę termoochronną zastosowano już opracowane materiały. W ZSRR na bazie tkaniny stosowano żywice fenolowo-formaldehydowe, a w USA żywicę epoksydową na osnowie z włókna szklanego. Mechanizm działania był ten sam – zabezpieczenie termiczne paliło się i zapadało, tworząc dodatkową warstwę pomiędzy statkiem a atmosferą, a spalone cząstki pochłaniały i odprowadzały energię cieplną.

Materiał termoochronny Apollo przed i po locie

Układ napędowy

Zarówno Apollo, jak i Sojuz posiadały silniki napędowe do korekcji orbity oraz stery strumieniowe umożliwiające zmianę pozycji statku kosmicznego w przestrzeni i wykonywanie precyzyjnych manewrów dokowania. Na Sojuzie po raz pierwszy dla radzieckiego statku kosmicznego zainstalowano system manewrowania orbitą. Z jakiegoś powodu projektanci wybrali niezbyt udany układ, w którym silnik główny pracował na jednym paliwie (UDMH+AT), a silniki cumownicze i orientacyjne na innym (nadtlenku wodoru). W połączeniu z faktem, że w zbiornikach Sojuza mieściło się 500 kg paliwa, a w Apollo 18 ton, dało to rząd wielkości różnicę w charakterystycznej rezerwie prędkości – Apollo mógł zmieniać prędkość o 2800 m/s, a Sojuz „tylko przy 215 m/s. Większy zapas charakterystycznej prędkości nawet niedostatecznie zatankowanego Apollo uczynił go oczywistym kandydatem do aktywnej roli podczas spotkań i dokowania.

Rufa Sojuza-19, dysze silnika są wyraźnie widoczne

Zbliżenie na silniki sterujące Apollo

System lądowania

Systemy lądowania rozwinęły rozwój i tradycje poszczególnych krajów. Stany Zjednoczone nadal uziemiały statki. Po eksperymentach z systemami lądowania Mercury i Gemini wybrano prostą i niezawodną opcję - statek miał dwa spadochrony hamulcowe i trzy główne. Spadochrony główne były zbędne, a w przypadku awarii jednego z nich zapewnione było bezpieczne lądowanie. Taka awaria miała miejsce podczas lądowania Apollo 15 i nic strasznego się nie wydarzyło. Redundancja spadochronów umożliwiła wyeliminowanie potrzeby stosowania indywidualnych spadochronów dla astronautów Mercury i foteli wyrzutowych Gemini.

Schemat lądowania Apolla

W ZSRR tradycją było lądowanie statku na lądzie. Ideologicznie system lądowania rozwija lądowanie Voskhodów ze spadochronem. Po opuszczeniu pokrywy pojemnika spadochronu następuje sekwencyjne uruchomienie spadochronu pilota, hamulca i głównego (w przypadku awarii systemu instalowany jest zapasowy). Statek schodzi na jednym spadochronie, na wysokości 5,8 km zrzucana jest osłona termiczna, a na wysokości ~1 m silniki odrzutowe miękkie lądowanie (SLM). System okazał się ciekawy – działanie DMP tworzy spektakularne strzały, jednak komfort lądowania waha się w bardzo szerokim zakresie. Jeśli astronauci będą mieli szczęście, wpływ na ziemię będzie prawie niezauważalny. Jeśli nie, to statek może mocno uderzyć o ziemię, a przy całkowitym pechu również przewróci się na bok.

Schemat sadzenia

Całkowicie normalne działanie DMP

Spód pojazdu zjazdowego. Trzy koła na górze - DMP, trzy kolejne - po przeciwnej stronie

System ratownictwa awaryjnego

To ciekawe, ale ZSRR i USA, podążając różnymi drogami, doszły do ​​tego samego systemu zbawienia. W razie wypadku specjalny silnik na paliwo stałe, umieszczony na samej górze rakiety nośnej, oderwie pojazd opadający wraz z astronautami i wyniesie go. Lądowanie odbyło się przy użyciu standardowych środków pojazdu zniżającego. Ten system ratunkowy okazał się najlepszy ze wszystkich zastosowanych opcji - jest prosty, niezawodny i zapewnia ratunek astronautom na wszystkich etapach wynurzania. W prawdziwym wypadku został użyty raz i uratował życie Władimirowi Titowowi i Giennadijowi Strekałowowi, odbierając moduł zniżania od rakiety płonącej w ośrodku startowym.

Od lewej do prawej SAS „Apollo”, SAS „Sojuz”, różne wersje CAC „Sojuz”

Układ termoregulacji

Na obu statkach zastosowano system kontroli termicznej obejmujący chłodziwo i grzejniki. Grzejniki, pomalowane na biało dla lepszej emisji ciepła, zostały umieszczone na modułach serwisowych i nawet wyglądały tak samo:

Sposoby zapewnienia EVA

Zarówno Apollo, jak i Sojuz zostały zaprojektowane z uwzględnieniem ewentualnej potrzeby zajęć pozakołowych (spacerów kosmicznych). Rozwiązania konstrukcyjne były również tradycyjne dla krajów - USA rozhermetyzowały cały moduł dowodzenia i wyszły na zewnątrz przez standardowy właz, a ZSRR wykorzystał przedział gospodarstwa domowego jako śluzę powietrzną.

Apollo 9 EVA

System dokowania

Zarówno Sojuz, jak i Apollo korzystały z urządzenia dokującego typu pin-to-cone. Ponieważ statek aktywnie manewrował podczas dokowania, zainstalowano kręgle zarówno na Sojuzie, jak i na Apollo. A dla programu Sojuz-Apollo, aby nikt się nie obraził, opracowali uniwersalną androgyniczną jednostkę dokującą. Androgynia oznaczała, że ​​mogły dokować dowolne dwa statki z takimi węzłami (a nie tylko pary, jeden ze sworzniem, drugi ze stożkiem).

Mechanizm dokujący Apollo. Nawiasem mówiąc, wykorzystano go również w programie Sojuz-Apollo, za jego pomocą moduł dowodzenia został zadokowany w śluzie

Schemat mechanizmu dokującego Sojuza, wersja pierwsza

„Sojuz-19”, widok z przodu. Punkt dokowania jest wyraźnie widoczny

Kabina i wyposażenie

Pod względem wyposażenia Apollo był zauważalnie lepszy od Sojuza. Przede wszystkim projektanci mogli dodać do wyposażenia Apollo pełnoprawną platformę stabilizowaną żyroskopowo, która z dużą dokładnością przechowywała dane o pozycji i prędkości statku. Co więcej, moduł dowodzenia miał jak na swoje czasy mocny i elastyczny komputer, który w razie potrzeby można było przeprogramować bezpośrednio w locie (a takie przypadki są znane). Ciekawostką Apollo było także osobne stanowisko do nawigacji kosmicznej. Używano go wyłącznie w kosmosie i znajdował się pod stopami astronautów.

Panel sterowania, widok z lewego siedzenia

Panel sterowania. Sterowanie lotem znajduje się po lewej stronie, silniki kontroli położenia przestrzennego pośrodku, wskaźniki awaryjne na górze, a łączność na dole. Po prawej stronie znajdują się wskaźniki paliwa, wodoru i tlenu oraz zarządzanie mocą

Pomimo tego, że sprzęt Sojuz był prostszy, był najbardziej zaawansowany statki radzieckie. Na statku po raz pierwszy zastosowano komputer cyfrowy, a w jego systemach zastosowano urządzenia umożliwiające automatyczne dokowanie. Po raz pierwszy w kosmosie zastosowano wielofunkcyjne wskaźniki na lampie elektronopromieniowej.

Panel sterowania statku kosmicznego Sojuz

Układ zasilania

Apollo zastosował bardzo wygodny system dla lotów trwających 2-3 tygodnie – ogniwa paliwowe. Wodór i tlen po połączeniu wytwarzały energię, a powstałą wodę wykorzystywała załoga. Sojuzy miały różne źródła zasilania w różnych wersjach. Dostępne były opcje z ogniwami paliwowymi, a podczas lotu Sojuz-Apollo na statku zainstalowano panele słoneczne.

Wniosek

Zarówno Sojuz, jak i Apollo okazały się na swój sposób bardzo udanymi statkami. Misje Apollo pomyślnie poleciały na Księżyc i stację Skylab. A Sojuz cieszył się niezwykle długim i udanym życiem, stając się głównym statkiem obsługującym loty na stacje orbitalne; od 2011 r. przewozi amerykańskich astronautów na ISS i będzie ich przewoził co najmniej do 2018 r.

Za ten sukces zapłacono jednak bardzo wysoką cenę. Zarówno Sojuz, jak i Apollo stały się pierwszymi statkami, na których zginęli ludzie. Jeszcze smutniejsze jest to, że gdyby projektanci, inżynierowie i robotnicy mniej się spieszyli i po pierwszych sukcesach nie przestali bać się przestrzeni, to Komarow, Dobrowolski, Wołkow, Patsajew, Grissom, White i Cheffi

2.50: „Zejście SA z wysokości od 90 do 40 km jest wykrywane i towarzyszą temu stacje radarowe”.

Zapamiętaj te dane radarowe.

Powrócimy do nich, gdy będziemy omawiać, co i jak ZSRR mógł monitorować Apollo 50 lat temu i dlaczego nigdy tego nie zrobił.

Wideo na żywo

Włącz napisy w języku rosyjskim.

Załogowe lądowanie statku kosmicznego

Wstęp

Warto od razu wspomnieć, że organizacja lotu załogowego różni się znacznie od misji bezzałogowych, jednak w każdym razie wszelkie prace nad dynamicznymi operacjami w przestrzeni kosmicznej można podzielić na dwa etapy: projektowy i operacyjny, jedynie w przypadku misji załogowych są to etapy z reguły zajmują znacznie więcej czasu. W artykule skupiono się głównie na części operacyjnej, gdyż prace nad projektem balistycznym zniżania trwają i obejmują różnorodne badania mające na celu optymalizację różnych czynników wpływających na bezpieczeństwo i komfort załogi podczas lądowania.

Za 40 dni

Trwają pierwsze przybliżone obliczenia zniżania w celu ustalenia miejsc lądowania. Dlaczego to się robi? Obecnie regularne kontrolowane zejście rosyjskich statków można przeprowadzić jedynie do 13 stałych lądowisk zlokalizowanych na terenie Republiki Kazachstanu. Fakt ten nakłada wiele ograniczeń, związanych przede wszystkim z koniecznością wstępnej akceptacji wszystkich dynamicznych operacji z naszymi partnerami zagranicznymi. Główne trudności pojawiają się podczas sadzenia jesienią i wiosną - wynika to z prac rolniczych na obszarach sadzenia. Fakt ten trzeba wziąć pod uwagę, gdyż oprócz zapewnienia bezpieczeństwa załodze konieczne jest także zapewnienie bezpieczeństwa miejscowej ludności oraz służbom poszukiwawczo-ratowniczym (SRS). Oprócz standardowych lądowisk istnieją również lądowiska podczas opadania balistycznego, które również muszą być przystosowane do lądowania.

Za 10 dni

Wstępne obliczenia trajektorii opadania są aktualizowane z uwzględnieniem najnowszych danych na temat aktualnej orbity ISS i charakterystyki zadokowanego statku kosmicznego. Faktem jest, że od momentu wystrzelenia do zejścia upływa dość długi okres czasu, a charakterystyka centrowania masy urządzenia się zmienia; ponadto duży wpływ ma fakt, że wraz z kosmonautami ładunek ze stacji powrót na Ziemię, co może znacząco zmienić położenie środka masy pojazdu zniżającego. W tym miejscu należy wyjaśnić, dlaczego jest to ważne: kształt statku kosmicznego Sojuz przypomina reflektor, tj. Nie posiada żadnych elementów sterujących aerodynamiką, jednak aby uzyskać wymaganą dokładność lądowania konieczne jest kontrolowanie trajektorii lotu w atmosferze. W tym celu Sojuz posiada gazodynamiczny układ sterowania, ale nie jest on w stanie skompensować wszystkich odchyleń od nominalnej trajektorii, dlatego do konstrukcji pojazdu sztucznie dodano dodatkowy ciężarek wyważający, którego celem jest przesuń środek nacisku ze środka masy, co pozwoli Ci kontrolować trajektorię opadania poprzez przewrót w rolce. Zaktualizowane dane dotyczące schematu głównego i zapasowego przesyłane są do MSS. Na podstawie tych danych przelatuje się wszystkie obliczone punkty i wyciąga się wniosek o możliwości lądowania w tych obszarach.

Za 1 dzień

Trwa ustalanie trajektorii zniżania z uwzględnieniem najnowszych pomiarów pozycji ISS oraz prognozy warunków wiatrowych na lądowisku głównym i rezerwowym. Należy to zrobić ze względu na fakt, że na wysokości około 10 km otwiera się system spadochronowy. W tym momencie system kontroli zniżania wykonał już swoje zadanie i nie może w żaden sposób skorygować trajektorii. Tak naprawdę na urządzenie wpływa jedynie znoszenie wiatru, którego nie można zignorować. Poniższy rysunek przedstawia jedną z opcji modelowania znoszenia wiatru. Jak widać po założeniu spadochronu trajektoria lotu bardzo się zmienia. Znoszenie wiatru może czasami sięgać nawet 80% dopuszczalnego promienia koła dyspersyjnego, dlatego bardzo ważna jest dokładność prognozy pogody.

W dniu zejścia:
Oprócz służb balistycznych i poszukiwawczo-ratowniczych w zapewnienie zejścia statku kosmicznego na ziemię zaangażowanych jest wiele innych jednostek, m.in.:

• usługi zarządzania statkami transportowymi;
• usługa kontroli ISS;
• służba odpowiedzialna za zdrowie załogi;
• usługi telemetryczne i dowodzenia itp.

Dopiero po raporcie o gotowości wszystkich służb kierownicy lotów mogą podjąć decyzję o wykonaniu zniżania zgodnie z zaplanowanym programem.
Następnie zamyka się właz transferowy i statek odłącza się od stacji. Za oddokowanie odpowiada osobna usługa. Tutaj należy wcześniej obliczyć kierunek oddokowania, a także impuls, jaki należy przyłożyć do urządzenia, aby zapobiec kolizji ze stacją.

Przy obliczaniu trajektorii opadania brany jest również pod uwagę schemat wydokowania. Po oddokowaniu statku pozostaje jeszcze trochę czasu do włączenia silnika hamującego. W tym czasie sprawdzany jest cały sprzęt, dokonywane są pomiary trajektorii i określany jest punkt lądowania. To ostatni moment, kiedy można coś jeszcze wyjaśnić. Następnie włączany jest silnik hamulca. Jest to jeden z najważniejszych etapów zejścia, dlatego jest stale monitorowany. Takie środki są konieczne, aby w przypadku sytuacji awaryjnej zrozumieć, jaki scenariusz należy dalej postępować. Podczas normalnego przetwarzania impulsów po pewnym czasie przedziały statku kosmicznego zostają rozdzielone (pojazd zniżający zostaje oddzielony od przedziałów gospodarstwa domowego i przedziałów przyrządowych, które następnie spalają się w atmosferze).

Jeżeli po wejściu w atmosferę system kontroli zniżania uzna, że ​​nie jest w stanie zapewnić lądowania pojazdu zniżającego w punkcie o wymaganych współrzędnych, wówczas statek „załamuje się” w opadaniu balistycznym. Ponieważ wszystko to dzieje się w plazmie (nie ma komunikacji radiowej), określenie, po jakiej trajektorii porusza się urządzenie, możliwe jest dopiero po wznowieniu komunikacji radiowej. Jeżeli nastąpi zejście balistyczne, konieczne jest szybkie ustalenie zamierzonego miejsca lądowania i przekazanie go służbom poszukiwawczo-ratowniczym. W przypadku standardowego kontrolowanego zniżania, statek jest jeszcze w locie przez specjalistów PSS i to widać na żywo zejście urządzenia na spadochronie, a przy odrobinie szczęścia nawet działanie silników miękkiego lądowania (jak na zdjęciu).

Następnie możesz pogratulować wszystkim, krzyknąć „hura”, otworzyć szampana, przytulić itp. Prace balistyczne zostają oficjalnie zakończone dopiero po odbiorze Współrzędne GPS punkty lądowania. Jest to konieczne do oceny chybienia po locie, dzięki czemu możemy ocenić jakość naszej pracy.
Zdjęcia pochodzą ze strony: www.mcc.rsa.ru

Dokładność lądowania statku kosmicznego

Ultraprecyzyjne lądowania, czyli „zagubione technologie” NASA

Oryginał został wzięty z

Oprócz

Oryginał został wzięty z

Powtarzam po raz kolejny, że zanim zaczniemy swobodnie mówić o najgłębszej starożytności, gdzie 100 500 żołnierzy niepohamowanie odbywało gwałtowne, przymusowe marsze po dowolnie wybranym terenie, warto poćwiczyć „na kotach” © „Operacja Y”, na przykład na wydarzeniach w połowie sto lat temu - „Amerykańskie loty na Księżyc”.

Obrońcy NASA o coś szaleli. A minął niecały miesiąc, odkąd niezwykle wypromowana blogerka Greencat, która okazała się czerwona, wypowiedziała się na ten temat:

"Zostaliśmy zaproszeni na GeekPicnic, żeby porozmawiać o kosmicznych mitach. Wziąłem oczywiście najpopularniejszy i najbardziej popularny: mit o spisku księżycowym. W ciągu godziny szczegółowo sprawdziliśmy najczęstsze nieporozumienia i najczęstsze pytania: dlaczego gwiazd nie widać, dlaczego powiewa flaga, gdzie kryje się księżycowa gleba, jak udało się zgubić filmy rejestrujące pierwsze lądowanie, dlaczego tego nie robią silniki rakietowe F1 i inne pytania."

Napisałem mu komentarz:

"Mały, Chobotow! Do pieca obaleń „flaga się trzęsie - nie ma gwiazd - zdjęcia są sfałszowane”!
Lepiej wyjaśnij tylko jedną rzecz: jak Amerykanie „wracając z Księżyca” z drugiej prędkości ucieczki wylądowali z dokładnością +-5 km, co było wciąż nieosiągalne nawet przy pierwszej prędkości ucieczki, z orbity bliskiej Ziemi ?
Znowu „utracone technologie NASA”? G-d-g„Nie otrzymałem jeszcze odpowiedzi i wątpię, czy będzie coś rozsądnego, to nie jest chichotanie i chichotanie na temat flagi i okna kosmicznego.

Pozwól mi wyjaśnić, na czym polega zasadzka. sztuczna inteligencja Popow w artykule „” pisze: „Według NASA „księżycowy” Apollos nr 8,10-17 spadł z odchyleniami od obliczonych punktów 2,5; 2,4; 3; 3,6; 1,8; 1; 1,8; 5,4; i odpowiednio 1,8 km; średnio ± 2 km, co oznacza, że ​​​​okrąg uderzenia Apollosa był rzekomo wyjątkowo mały - średnica 4 km.

Nawet teraz, 40 lat później, nasze sprawdzone Sojuzy lądują dziesięć razy mniej dokładnie (ryc. 1), chociaż trajektorie opadania Apolla i Sojuza są identyczne pod względem fizycznym.”:

Więcej szczegółów znajdziesz w:

„... nowoczesna dokładność lądowania Sojuza jest zapewniona dzięki temu, co przewidziano w 1999 r. podczas projektowania ulepszonego Sojuza - TMS” zmniejszenie wysokości rozłożenia systemów spadochronowych w celu poprawy dokładności lądowania (15–20 km wzdłuż promienia okręgu całkowitego rozproszenia punktów lądowania).

Od końca lat 60. XX wieku do XXI wieku dokładność lądowania Sojuza podczas normalnego, standardowego opadania mieściła się w zakresie ± 50-60 km od obliczonego punktu zgodnie z przewidywaniami z lat 60.

Naturalnie zdarzały się też sytuacje awaryjne, np. w 1969 r. lądowanie „” z Borysem Wołynowem na pokładzie nastąpiło 600 km od obliczonego punktu.

Przed Sojem, w epoce Wostoka i Woskhoda, odchylenia od obliczonego punktu były jeszcze bardziej gwałtowne.

Kwiecień 1961 Yu. Gagarin okrąża Ziemię. Z powodu awarii układu hamulcowego Gagarin wylądował nie w planowanym rejonie w pobliżu kosmodromu Bajkonur, ale 1800 km na zachód, w rejonie Saratowa.

Marzec 1965 P. Belyaev, A. Leonov 1 dzień 2 godziny 2 minuty Pierwszy na świecie spacer kosmiczny człowieka, nie powiodła się automatyzacja Lądowanie odbyło się w pokrytej śniegiem tajdze, 200 km od Permu, z dala od obszarów zaludnionych. Astronauci spędzili w tajdze dwa dni, dopóki nie odkryli ich ratownicy („Trzeciego dnia nas stamtąd wyciągnęli”). Stało się tak, ponieważ helikopter nie mógł wylądować w pobliżu. Następnego dnia wyposażono lądowisko dla helikoptera, 9 km od miejsca lądowania astronautów. Nocleg odbył się w domu z bali zbudowanym na miejscu lądowania. Astronauci i ratownicy dotarli do helikoptera na nartach.”

Bezpośrednie zniżanie, takie jak Sojuz, byłoby z powodu przeciążeń nie do pogodzenia z życiem kosmonautów Apollo, ponieważ musieliby wygasić drugą prędkość kosmiczną, a bezpieczniejsze zejście przy użyciu schematu dwóch nurkowań dałoby rozproszenie na poziomie miejsce lądowania setki, a nawet tysiące kilometrów:

Oznacza to, że gdyby Apollos spadł z nierealistyczną precyzją, nawet jak na dzisiejsze standardy, w prostym schemacie pojedynczego nurkowania, wówczas astronauci albo spaliliby się z powodu braku wysokiej jakości ochrony ablacyjnej, albo zmarli/odnieśli poważne obrażenia w wyniku przeciążenia.

Jednak liczne programy telewizyjne, filmowe i fotograficzne niezmiennie rejestrowały, że astronauci programu Apollo, którzy zstąpili z drugiej prędkości kosmicznej, byli nie tylko żywi, ale także bardzo pogodni i energiczni.

I to pomimo faktu, że Amerykanie w tym samym czasie nie mogli normalnie wystrzelić nawet małpy na niską orbitę okołoziemską, patrz.

Czerwony Greencat Witalij Egorow, który tak zaciekle broni mitu „Amerykanie na Księżycu”, jest płatnym propagandystą, specjalistą ds. Public relations prywatnej firmy kosmicznej Dauria Aerospace, która jest zakorzeniona w Technoparku Skołkowo w Moskwie i faktycznie istnieje na amerykańskich pieniądzach ( podkreślenie dodane):

„Firma powstała w 2011 roku. Licencję Roscosmos na prowadzenie działalności kosmicznej otrzymała w 2012 roku. Do 2014 roku miała oddziały w Niemczech i USA. Na początku 2015 roku działalność produkcyjna została praktycznie ograniczona wszędzie z wyjątkiem Rosji. Firma zajmuje się tworzeniem małych statków kosmicznych (satelitów) i sprzedażą komponentów do nich. Dauria Aerospace w 2013 roku pozyskał 20 milionów dolarów inwestycji z funduszu venture capital I2bf. Pod koniec 2015 roku spółka sprzedała amerykańskiemu koncernowi dwa ze swoich satelitów. otrzymując w ten sposób pierwszy dochód ze swojej działalności."

"Na jednym ze swoich regularnych „wykładów” Jegorow arogancko obnosił się, uśmiechając się swoim zwykłym czarującym uśmiechem, faktem, że amerykański fundusz „I2BF Holdings Ltd.” Target I2BF-RNC Strategic Resources Fund pod patronatem NASA zainwestował 35 milionów dolarów w spółkę DAURIA AEROSPACE.

Okazuje się, że pan Jegorow to nie tylko temat Federacja Rosyjska, ale pełnoprawnym obcokrajowcem, którego działalność finansowana jest ze środków amerykańskich, czego gratuluję wszystkim dobrowolnym rosyjskim sponsorom crowdfundingu BOOMSTARTER, którzy zainwestowali swoje ciężko zarobione pieniądze w projekt zagranicznej firmy, która ma bardzo określone podłoże ideologiczne natura."

Katalog wszystkich artykułów w czasopismach:

Dodaj jako znajomego i subskrybuj aktualizacje. Przyjaciel wszystkich

Zespół Atlanty

Pytanie 1.Dlaczego projektanci proponują pokrycie przedziałów zniżania statku kosmicznego warstwą niskotopliwego materiału?

Pojazd zniżający to urządzenie przeznaczone do miękkiego lądowania na Ziemi lub innym ciele Układu Słonecznego w celu ochrony ludzi lub sprzętu naukowego przed dużymi przeciążeniami i przepływami ciepła podczas hamowania atmosferycznego.

Ze względu na swoją konstrukcję pojazdy opadające statków kosmicznych tworzą dwie duże grupy. Są to pojazdy zniżające przeznaczone do lądowania na planetach mających atmosferę zbliżoną do ziemskiej i gęstszą oraz pojazdy zniżające przeznaczone do lądowania na ciałach Układu Słonecznego nieposiadających atmosfery. Te pierwsze obejmują przede wszystkim powłokę termoochronną, która chroni pojazd zjazdowy przed przegrzaniem podczas hamowania w górnych warstwach atmosfery. Na końcowym etapie hamowania zwykle stosuje się system spadochronowy, aby zapewnić miękkie lądowanie pojazdu zniżającego.

Oprócz zniszczenia pojazdu zniżającego, spadające ciało nagrzewa się do monstrualnych temperatur na skutek przemiany ogromnej energia kinetyczna w cieple. Energia kinetyczna poruszającego się ciała rośnie wraz ze wzrostem prędkości nie liniowo, ale proporcjonalnie do kwadratu prędkości. Na przykład podczas podgrzewania metali do stopienia, a następnie gotowania ich aż do całkowitego odparowania, na każdy kilogram masy potrzebne będzie 8 MJ dla żelaza, 6,5 MJ dla miedzi, 7,16 MJ dla magnezu, 11,6 MJ dla aluminium.

Projektanci statków kosmicznych stanęli przed zadaniem zapewnienia bezpiecznego powrotu astronautów na Ziemię. Jedno z rozwiązań: wyhamowanie statku kosmicznego, wydatkowanie znacznej energii i zapewnienie wystarczająco skutecznej ochrony termicznej statku kosmicznego przed jego nagrzaniem podczas hamowania w atmosferze planety. Naturalną chęcią było tutaj zmniejszenie ilości energii zużywanej na hamowanie lub – ze względu na duże przepływy energii – zapewnienie ochrony termicznej stosunkowo małej masie, ale oczywiście nie kosztem zmniejszenia bezpieczeństwa lotu astronautów podczas zstępując na Ziemię.

Problem ten można łatwo rozwiązać, ograniczając się do zadania ratowania nie całego statku kosmicznego, a jedynie jego części, zwanej modułem opadania. W tym oddzielnym przedziale całkiem możliwe jest umieszczenie niezbędnego sprzętu do badania innych planet, a także astronautów i materiałów dostarczonych na Ziemię po załogowym locie.

Większość energii kinetycznej pojazdu opadającego, zamienionej w energię cieplną podczas hamowania w atmosferze, powinna zostać rozproszona w środowisko zewnętrzne i tylko niewielka jego część może zostać wchłonięta przez masę konstrukcji lub pochłonięta przez systemy chroniące ciepło urządzenia. Przy łagodnych trajektoriach opadania w atmosferze poziom przeciążeń i intensywność nagrzewania są mniejsze, jednak w wyniku wydłużenia czasu opadania wzrasta całkowity udział energii cieplnej dostarczanej do powierzchni aparatu.

Podczas hamowania statku kosmicznego energia cieplna przedostaje się do atmosfery z jego powierzchni na dwa główne sposoby - w wyniku konwekcji w warstwie granicznej oraz w wyniku promieniowania z czoła fali uderzeniowej. Przednie zewnętrzne warstwy ochrony termicznej sublimują, tj. wyparowują i są porywane przez strumień powietrza, tworząc świetlistą smugę w atmosferze. Wysoka temperatura w fali uderzeniowej jonizuje cząsteczki powietrza w atmosferze – pojawia się plazma. Koc plazmowy pokrywa większą część pojazdu zniżającego i niczym ekran zakrywa pojazd zniżający pędzący przez atmosferę, pozbawiając w ten sposób komunikację z astronautami lub kompleksem radiowym automatycznego pojazdu podczas lądowania. Ponadto w warunkach lądowych jonizacja powstaje z reguły na wysokościach 120–15 km, maksymalnie w zakresie 80–40 km.

Prawie cała energia przekazana statkowi kosmicznemu przez rakietę nośną musi zostać rozproszona w atmosferze podczas zwalniania. Jednakże pewna część tej energii powoduje nagrzewanie się pojazdu opadającego podczas jego przemieszczania się przez atmosferę. Bez wystarczającej ochrony jego metalowa konstrukcja spala się po wejściu do atmosfery, a urządzenie przestaje istnieć. Zabezpieczenie termiczne musi być dobrym izolatorem energii cieplnej, tj. mają niską zdolność przenoszenia ciepła i są odporne na ciepło. Niektóre rodzaje materiałów sztucznych – tworzywa sztuczne – spełniają te wymagania. Pojazd zjazdowy przykryty jest osłoną termoochronną, zwykle wykonaną z tych sztucznych materiałów, składającą się z kilku warstw. Ponadto warstwa zewnętrzna składa się zwykle ze stosunkowo mocnego tworzywa sztucznego z wypełnieniem grafitowym jako materiałem najbardziej ogniotrwałym, a następna warstwa termoizolacyjna jest najczęściej wykonana z tworzywa sztucznego z wypełnieniem z włókna szklanego. Aby zmniejszyć masę izolacji termicznej, z reguły jej poszczególne warstwy są wykonane w kształcie plastra miodu, porowate, ale o wystarczająco dużej wytrzymałości.

Powłoka termoochronna musi być wystarczająco gruba, aby chronić metalową konstrukcję lądownika. A to już stanowi znaczny procent masy dopuszczalnej dla pojazdu zjazdowego. I tak dla modułu zniżania statku kosmicznego Wostok, który miał masę 2460 kg, masa zabezpieczenia termicznego wynosiła 800 kg, jego korpus miał kształt kuli o średnicy 2,3 m i był wykonany ze stopów aluminium. Z zewnątrz cały kadłub, za wyjątkiem okien, pokryto osłoną termiczną, na którą nałożono warstwę izolacji termicznej niezbędnej do normalnego funkcjonowania statku podczas lotu orbitalnego.

Istnieje ochrona ablacyjna (od angielskiej ablacji - ablacja; usuwanie masy) - technologia ochrony statku kosmicznego, ochrona termiczna oparta na sublimacji materiału o niskiej temperaturze topnienia. Część poszycia rakiety jest czasami wykonana z porowatego materiału, do którego pod ciśnieniem doprowadzana jest łatwo odparowująca ciecz. Jako powłoki stosuje się różne żywice z wypełniaczami ogniotrwałymi, porowate metale ogniotrwałe z wypełniaczami niskotopliwymi i grafit.

Stopy niskotopliwe to stopy metali o niskiej temperaturze topnienia, nieprzekraczającej temperatury topnienia cyny. Do otrzymania stopów niskotopliwych stosuje się ołów, bizmut, cynę, kadm, tal, rtęć, ind, gal, a czasem i cynk. Przy pokryciu pojazdu zniżającego materiałami topliwymi ciepło jest zużywane na ogrzewanie materiału stałego, topienie, podgrzewanie cieczy i odparowywanie. W ten sposób ciepło jest usuwane z urządzenia.

Pytanie 2.Czy można używać dalej stacja kosmiczna zegar wahadłowy?
Wahadło sprężynowe w zegarek na rękę będzie działać bez zmian. Wahadła fizyczne i matematyczne zamiast oscylować, będą się obracać wokół punktu zawieszenia.

Zjawisko nieważkości występuje w dowolnym lokalnym (tj. o małych wymiarach przestrzennych) układzie odniesienia, gdy znajduje się on w stanie swobodnego spadku (porusza się jedynie pod wpływem sił grawitacyjnych). Przykładem takiego układu jest stacja orbitalna: wpływ tarcia górnych warstw atmosfery na jej ruch jest niewielki, a wielkość stacji niewielka w porównaniu z odległościami, przy których zauważalnie zmienia się pole grawitacyjne Ziemi.

Wewnątrz stacji panuje stan nieważkości i można łatwo odtworzyć eksperymenty ze spadającym wahadłem. To wyjaśnia niesamowite zjawiska zaobserwowane na stacji orbitalnej. Zegar wahadłowy zamarza, krople wody nie spadają, ale powoli „unoszą się” wewnątrz kabiny, ołówek przekręcony ręką astronauty nadal wiruje w miejscu „w powietrzu”. Ogólnie rzecz biorąc, znikają pojęcia podłogi i sufitu, „góry” i „dna”.

W nieważkości zanikają jedynie siły nacisku ciał na siebie, ale grawitacja Ziemi nadal działa na wszystkie ciała. Przy zerowej grawitacji należy używać zegarów sprężynowych, ponieważ zegary wahadłowe i piaskowe nie będą działać przy zerowej wadze.

Zegary wahadłowe otrzymały tę nazwę, ponieważ regulatorem w nich jest wahadło. Wykonywane są jako montowane na podłodze, na ścianie i specjalne (podstawowe astronomiczne i elektryczne).

W zależności od rodzaju silnika zegary wahadłowe mogą być obciążone lub sprężynowe. Silnik obciążnikowy stosowany jest w zegarach podłogowych i ściennych, a silnik sprężynowy w zegarach ściennych i stołowych. Zegary wahadłowe dostępne są w różnych rozmiarach i wzorach, proste i złożone, na przykład z dodatkowymi urządzeniami, takimi jak wybijaki i kalendarze. Najprostszą konstrukcją zegarów wahadłowych jest chodzik.

Mechanizm zegarów wahadłowych jest jednym z najczęściej stosowanych słynny przykład mechaniczny układ samooscylacyjny. W urządzeniu tym oscylacje wahadła utrzymywane są poprzez okresowe popychanie zębami koła zapadkowego połączonego z wiszącym ciężarkiem. Zasada działania tego mechanizmu jest typowa dla układów samooscylacyjnych – praca stałej siły zewnętrznej (grawitacja działająca na ciężarek) okresowo kompensuje straty energia mechaniczna wahadło.

Pierwsze wzmianki o zegarach wieżowych w Europie pochodzą z przełomu XIII i XIV wieku. Pierwsze mechanizmy zegarowe napędzane były energią opadającego ciężaru. Mechanizm napędowy składał się z gładkiego drewnianego wału i owiniętej wokół niego konopnej liny zakończonej kamieniem, a później metalowym ciężarkiem. Dzięki ciężarowi ciężaru lina zaczęła się rozwijać i obracać wał. Na wale zamontowano duże lub główne koło zębate, które zazębiło się z zębatkami mechanizmu przekładni. W ten sposób obrót z wału został przeniesiony na mechanizm zegarka.

Druga połowa XV wieku datuje się na pierwsze wzmianki o produkcji zegarków z silnikiem sprężynowym, co utorowało drogę do powstania zegarków miniaturowych. Źródłem energii napędowej w zegarku sprężynowym była nawinięta i rozwijająca się sprężyna, będąca elastyczną, starannie utwardzaną stalową taśmą owiniętą wokół wału wewnątrz bębna. Zewnętrzny koniec sprężyny mocowano do haka w ściance bębna, wewnętrzny koniec był połączony z wałem bębna. Próbując się rozłożyć, sprężyna powodowała obrót bębna i związanego z nim koła zębatego, co z kolei przekazywało ten ruch na układ kół zębatych aż do regulatora włącznie.

Po raz pierwszy pomysł zastosowania wahadła w najprostszych przyrządach do pomiaru czasu przyszedł do wielkiego włoskiego naukowca Galileo Galilei. Istnieje legenda, że ​​w 1583 roku dziewiętnastoletni Galileusz, będąc w katedrze w Pizie, zauważył kołysanie się żyrandola. Licząc uderzenia pulsu zauważył, że czas jednego oscylacji żyrandola pozostaje stały, choć kołysanie staje się coraz mniejsze.

Pytanie 3.Czy w stanie nieważkości można pić wodę ze szklanki?

Przed pierwszymi lotami w kosmos dla naukowców było w dużej mierze zagadką, jak zorganizować spożycie pożywienia w stanie nieważkości. Wiadomo było, że ciecz albo zbierze się w kulę, albo rozleje się po ścianach, zwilżając je. Proponowano przygotowanie pożywienia w postaci pożywnej pasty-pasztetu, umieszczając go w tubkach, z których astronauta powinien wyciskać go bezpośrednio do ust. Astronautę poproszono o wyssanie wody ze statku.

W warunkach nieważkości płyny „nie chcą” wypełniać szklanek, garnków i innych naczyń. „Nie chcą” posłusznie przyjąć formy naczynia, do którego się je wlewa. Nie, ciecze trzepoczą w powietrzu, zbierając się w zgrabne, kuliste krople! Dlatego astronauci nie powinni pić ze szklanek ani jeść zupy z misek. Muszą wycisnąć płyn bezpośrednio do ust z tubki podobnej do tubki pasty do zębów, tylko większej.

Praktyka w dużej mierze potwierdziła te założenia, ale wprowadziła też kilka istotnych zmian. Okazało się, że wygodnie jest jeść z rurek, ale jeśli będziesz ostrożny, możesz jeść jedzenie w jego ziemskiej formie. Astronauci zabrali ze sobą smażone mięso i kromki chleba. Na statku „Woskhod” załoga otrzymywała cztery posiłki dziennie. A podczas lotu Bykowskiego widzowie telewizyjni widzieli, jak je zielona cebula, pił wodę z plastikowej butelki i ze szczególną przyjemnością jadł vobla. Poza tym woda dziwnie zachowuje się w przestrzeni, nieustannie rozbijając się na kropelki wielkości orzecha włoskiego, które przyklejają się do skórki.

Picie wody w kosmosie nie jest łatwym zadaniem. Ponieważ woda nie wypływa w warunkach mikrograwitacji, cały płyn z pojemników wypija się przez słomkę. Bez tego astronauci musieliby „odgryźć” małe kawałki bańki pływającej wody.

Ale na ISS stworzyli kubek, który pozwala pić w stanie nieważkości. Amerykański astronauta, który był na ISS, stworzył kubek, który pozwala pić w stanie nieważkości. Autor wynalazku Donald Petit powiedział, że w podobnej technologii powstają zbiorniki paliwa do statków kosmicznych latających w stanie nieważkości: w przekroju kubek przypomina kroplę – ma ostrą krawędź i pozwala pić z To.

Urządzenie działa w oparciu o zjawisko oddziaływania cieczy z powierzchnią, które na Ziemi odpowiada za zamoczenie, rozprowadzenie cieczy po powierzchni, a także za jej ruch przez kapilary. Przy zerowej grawitacji efekt ten pozwala, aby kawa i inne napoje nie tylko pozostały w filiżance, ale także umożliwiały uniesienie się płynu w górę rynny w kierunku konsumenta. Petit ma nadzieję, że jego wynalazek urozmaici życie astronautów.
Pytanie 4.Który astronauta jako pierwszy poleciał w przestrzeń kosmiczną?

Pierwszym, który wyleciał w przestrzeń kosmiczną 18 marca 1965 r. ze statku kosmicznego Woskhod 2, był podpułkownik Sił Powietrznych ZSRR (obecnie generał dywizji, pilot-kosmonauta ZSRR) Aleksiej Arkhipowicz Leonow (ur. 20 maja 1934 r.). statku na odległość do 5 m i spędził 12 min 9 s na otwartej przestrzeni poza komorą śluzy. W ten sposób rozpoczęła się nowa era podboju kosmosu.

Wykorzystany do pierwszego wyjścia skafander kosmiczny Berkut był typu wentylacyjnego i zużywał około 30 litrów tlenu na minutę przy łącznym zapasie 1666 litrów, przewidzianym na 30 minut pobytu astronauty w przestrzeni kosmicznej. Z powodu różnicy ciśnień skafander spuchł i znacznie zakłócał ruchy astronauty, co w szczególności bardzo utrudniło Leonowowi powrót do Woschodu-2.

Całkowity czas pierwszego wyjścia wyniósł 23 minuty 41 sekund (z czego 12 minut 9 sekund znajdowało się poza statkiem) i na podstawie jego wyników wyciągnięto wniosek o zdolności człowieka do wykonywania różnych prac w przestrzeni kosmicznej.

Pierwszym amerykańskim astronautą, który wyszedł w przestrzeń kosmiczną, był Edward White, który odbył spacer kosmiczny podczas lotu na statku kosmicznym Gemini IV 3 czerwca 1965 roku. Ponieważ statki serii Gemini nie miały śluzy powietrznej, załoga musiała całkowicie rozhermetyzować kabinę statku, aby wyjść. Łączny czas pierwszego zjazdu wyniósł 36 minut.

Pierwszą kobietą, która poleciała w kosmos, była Swietłana Jewgiejewna Savitskaya. Wyjście odbyło się 25 lipca 1984 r. z orbitalnej stacji kosmicznej Salut-7.

Pierwszą Amerykanką, która odbyła podróż w kosmos, była Catherine Sullivan, która odbyła spacer kosmiczny 11 października 1984 roku podczas lotu STS-41G na statku kosmicznym Challenger.

Spacer kosmiczny europejskiego astronauty odbył się 9 grudnia 1988 r. Przeprowadził go Francuz Jean-Loup Chretien podczas swojego trzytygodniowego pobytu na radzieckiej stacji kosmicznej Mir.

Pierwszy spacer kosmiczny bez uwięzi wykonał amerykański astronauta Bruce McCandless 7 lutego 1984 r. podczas lotu Challengerem STS-41B.

Najdłuższy spacer kosmiczny odbył 11 marca 2001 roku Amerykanka Susan Helms i trwał 8 godzin i 53 minuty.

Rekord liczby wyjść (16) i całkowitego czasu pobytu (82 godziny 22 minuty) w przestrzeni kosmicznej należy do rosyjskiego kosmonauty Anatolija Sołowjowa.

Pierwszym chińskim taikonautą, który wyleciał w przestrzeń kosmiczną, był Zhai Zhigang, który 27 września 2008 roku odbył spacer kosmiczny podczas lotu statkiem kosmicznym Shenzhou-7. Łączny czas pierwszego zjazdu wyniósł 21 minut.