Помощь по Теле2, тарифы, вопросы

Первый полет человека в космос стал настоящим прорывом, подтвердив высокий научный и технический уровень СССР и ускорив развитие космической программы в США. Между тем, этому успеху предшествовала трудная работа над созданием межконтинентальных баллистических ракет, прародительницей которых стала разработанная в нацистской Германии "Фау-2".

Сделано в Германии

"Фау-2", известная также как V-2, Vergeltungswaffe-2, A-4, Aggregat-4 и "Оружие возмездия", была создана в нацистской Германии в начале 1940-х годов под руководством конструктора Вернера фон Брауна. Это была первая в мире баллистическая ракета. "Фау-2" поступила на вооружение вермахта в конце Второй мировой войны и использовалась преимущественно для нанесения ударов по городам Великобритании.

Макет ракеты "Фау-2" и картинкой из фильма "Девушка на луне". Фото пользователя Raboe001 с сайта wikipedia.org

Немецкая ракета была одноступенчатой с жидкостным двигателем. Старт V-2 осуществлялся вертикально, а навигация на активном участке траектории осуществлялось автоматической гироскопической системой управления, в состав которой входили программные механизмы и приборы для измерения скорости. Немецкая баллистическая ракета была способна поражать объекты противника на расстоянии до 320 километров, а максимальная скорость полета V-2 достигала 1,7 тысячи метров в секунду. Боеголовка "Фау-2" оснащалась 800 килограммами аммотола.

Немецкие ракеты обладали малой точностью и были ненадежными, применялись в основном для запугивания мирного населения и заметного военного значения не имели. В общей сложности за время Второй мировой войны Германия произвела свыше 3,2 тысячи запусков "Фау-2". От этого оружия погибли около трех тысяч человек, преимущественно из числа мирного населения. Основным же достижением немецкой ракеты была высота ее траектории, достигавшая ста километров.

"Фау-2" является первой в мире ракетой, совершившей суборбитальный космический полет. По окончании Второй мировой войны образцы V-2 попали в руки победителей, которые на ее основе начали разрабатывать собственные баллистические ракеты. Программы, основанные на опыте "Фау-2", вели США и СССР, а позже и Китай. В частности, советские баллистические ракеты Р-1 и Р-2, созданные Сергеем Королевым, в конце 1940-х годов базировались именно на конструкции "Фау-2".

Опыт этих первых советских баллистических ракет в дальнейшем был учтен при создании более совершенных межконтинентальных Р-7, надежность и мощность которых были настолько велики, что их стали использовать не только в военной, но и космической программе. Справедливости ради стоит отметить, что фактически СССР своей космической программой обязан самой первой "Фау-2", выпущенной в Германии, с картинкой из фильма 1929 года "Женщина на Луне", нарисованной на фюзеляже.

Межконтинентальное семейство

В 1950 году Совет Министров СССР принял постановление, в рамках которого начались научно-исследовательские работы в области создания баллистических ракет с дальностью полета в пять-десять тысяч километров. Изначально в программе участвовали больше десяти различных конструкторских бюро. В 1954 году работы по созданию межконтинентальной баллистической ракеты были поручены Центральному конструкторскому бюро №1 под руководством Сергея Королева.

К началу 1957 года ракета, получившая обозначение Р-7, а также испытательный комплекс для нее в районе поселка Тюра-Там были готовы, и начались испытания. Первый запуск Р-7, состоявшийся 15 мая 1957 года, оказался неудачным - вскоре после получения команды на запуск в хвостовом отсеке ракеты возник пожар, и ракета взорвалась. Повторные испытания состоялись 12 июля 1957 года и также были неудачными - баллистическая ракета отклонилась от заданной траектории и была уничтожена. Первая серия испытания была признана полностью проваленной, а в ходе расследований были выявлены конструктивные недостатки Р-7.

Следует отметить, что неполадки были устранены довольно быстро. Уже 21 августа 1957 года был произведен успешный запуск Р-7, а 4 октября и 3 ноября этого же года ракета уже была использована для запуска первых искусственных спутников Земли.

Р-7 была жидкостной двухступенчатой ракетой. Первая ступень представляла собой четыре конических боковых блока длиной 19 метров и наибольшим диаметром три метра. Они располагались симметрично вокруг центрального блока, второй ступени. На каждом блоке первой ступени были установлены двигатели РД-107, созданные ОКБ-456 под руководством академика Валентина Глушко. Каждый двигатель имел шесть камер сгорания, две из которых использовались как рулевые. РД-107 работал на смеси жидкого кислорода и керосина.

В качестве двигателя второй ступени использовался РД-108, конструктивно основанный на РД-107. РД-108 отличался большим количеством рулевых камер и был способен работать дольше силовых установок блоков первой ступени. Запуск двигателей первой и второй ступени производился одновременно во время старта на земле при помощи пирозажигательных устройств в каждой из 32 камер сгорания.

В целом, конструкция Р-7 оказалась настолько удачной и надежной, что на основе межконтинентальной баллистической ракеты было создано целое семейство ракет-носителей. Речь идет о таких ракетах, как "Спутник", "Восток", "Восход" и "Союз". Этими ракетами осуществлялся вывод на орбиту искусственных спутников земли. На ракетах этого семейства свой первый полет в космос осуществили легендарные Белка и Стрелка и космонавт Юрий Гагарин.

"Восток"

Трехступенчатая ракета-носитель "Восток" из семейства Р-7 широко использовалась на первом этапе космической программы СССР. В частности, с ее помощью на орбиту были выведены все космические аппараты серии "Восток", космические аппараты "Луна" (с индексами от 1А, 1В и до 3), некоторые спутники серий "Космос", "Метеор" и "Электрон". Разработка ракеты-носителя "Восток" началась в конце 1950-х годов.

Ракета-носитель "Восток". Фото с сайта sao.mos.ru

Первый запуск ракеты, осуществленный 23 сентября 1958 года, оказался неудачным, как и большинство других пусков первого этапа испытаний. В общей сложности, на первом этапе были произведены 13 запусков, удачными из которых были признаны лишь четыре, включая полет собак Белки и Стрелки. Последующие запуски ракеты-носителя, также созданной под руководством Королева, были преимущественно успешными.

Как и у Р-7, первая и вторая ступени "Востока" состояли из пяти блоков (от "А" до "Д"): четырех боковых длиной 19,8 метра и наибольшим диаметром 2,68 метра и одного центрального длиной 28,75 метра и наибольшим диаметром 2,95 метра. Боковые блоки располагались симметрично вокруг центрального второй ступени. В них использовались уже проверенные жидкостные двигатели РД-107 и РД-108. В состав третьей ступени входил блок "Е" с жидкостным двигателем РД-0109.

Каждый двигатель блоков первой ступени имел тягу в пустоте в один меганьютон и состоял из четырех основных и двух рулевых камер сгорания. При этом каждый боковой блок оснащался дополнительными воздушными рулями для управления полетом на атмосферном участке траектории. Ракетный двигатель второй ступени обладал тягой в пустоте в 941 килоньютон и состоял из четырех основных и четырех рулевых камер сгорания. Силовая установка третьей ступени была способна обеспечивать тягу в 54,4 килоньютона и имела четыре рулевых сопла.

Установка запускаемого в космос аппарата производилась на третьей ступени под головным обтекателем, защищавшим его от неблагоприятного воздействия при прохождении через плотные слои атмосферы. Ракета "Восток" стартовой массой до 290 тонн была способна выводить в космос полезный груз массой до 4,73 тонны. В целом полет проходил по следующей схеме: зажигание двигателей первой и второй ступеней производилось одновременно на земле. После того как заканчивалось топливо в боковых блоках, они отделялись от центрального, продолжавшего свою работу.

После прохождения плотных слоев атмосферы сбрасывался головной обтекатель, а затем происходило отделение второй ступени и запуск двигателя третьей ступени, который отключался с отделением блока от космического аппарата после достижения расчетной скорости, соответствующей выведению корабля на заданную орбиту.

"Восток-1"

Для первого запуска человека в космос использовался космический корабль "Восток-1", созданный для осуществления полетов по околоземной орбите. Разработка аппарата серии "Восток" началась в конце 1950-х годов под руководством Михаила Тихонравова и завершилась в 1961 году. К этому времени было произведено семь испытательных запусков, включая два с манекенами человека и подопытными животными. 12 апреля 1961 года космический корабль "Восток-1", запущенный в 9:07 утра с космодрома Байконур, вывел на орбиту летчика-космонавта Юрия Гагарина. Аппарат выполнил один виток вокруг Земли за 108 минут и совершил посадку в 10:55 в районе деревни Смеловка Саратовской области.

Масса корабля, на котором человек впервые отправился в космос, составляла 4,73 тонны. "Восток-1" имел длину 4,4 метра и максимальный диаметр 2,43 метра. В состав "Востока-1" входил сферический спускаемый аппарат массой 2,46 тонны и диаметром 2,3 метра и конический приборный отсек массой 2,27 тонны и максимальным диаметром 2,43 метра. Масса теплозащиты составляла около 1,4 тонны. Все отсеки были соединены между собой при помощи металлических лент и пиротехнических замков.

В состав аппаратуры космического корабля входили системы автоматического и ручного управления полетом, автоматической ориентации на Солнце, ручной ориентации на Землю, жизнеобеспечения, электропитания, терморегулирования, приземления, связи, а также радиотелеметрическая аппаратура для контроля за состоянием космонавта, телевизионная система, система контроля параметров орбиты и пеленгации аппарата, а также система тормозной двигательной установки.

Приборная панель космического корабля "Восток". Фото с сайта dic.academic.ru

Вместе с третьей ступенью ракеты-носителя "Восток-1" весил 6,17 тонны, а их совместная длина составляла 7,35 метра. Спускаемый аппарат был оснащен двумя иллюминаторами, один из которых размещался на входном люке, а второй - у ног космонавта. Сам космонавт размещался в катапультируемом кресле, в котором он должен был покидать аппарат на высоте семи километров. Была также предусмотрена возможность совместной посадки спускаемого аппарата и космонавта.

Любопытно, что на "Востоке-1" имелся и прибор для определения точного местоположения корабля над поверхностью Земли. Он представлял собой небольшой глобус с часовым механизмом, который и показывал местоположение корабля. При помощи такого прибора космонавт мог принять решение о начале маневра на возвращение.

Схема работы аппарата при выполнении приземления была такова: в конце полета тормозная двигательная установка замедляла движение "Востока-1", после чего происходило разделение отсеков и начиналось отделение спускаемого аппарата. На высоте семи километров космонавт катапультировался: его спуск и спуск капсулы осуществлялись на парашютах раздельно. Так должно было быть по инструкции, но при завершении первого полета человека в космос почти все прошло совершенно иначе.

100 лет назад отцы — основатели космонавтики вряд ли могли себе представить, что космические корабли будут выбрасывать на свалку после одного-единственного полета. Неудивительно, что первые проекты кораблей виделись многоразовыми и зачастую крылатыми. Долгое время - до самого начала пилотируемых полетов - они конкурировали на чертежных досках конструкторов с одноразовыми «Востоками» и «Меркуриями». Увы, большинство многоразовых кораблей так и остались проектами, а единственная система многократного применения, принятая в эксплуатацию (Space Shuttle), оказалась страшно дорогой и далеко не самой надежной. Почему так получилось?

Ракетостроение имеет в своей основе два источника - авиацию и артиллерию. Авиационное начало требовало многоразовости и крылатости, тогда как артиллерийское было склонно к одноразовому применению «ракетного снаряда». Боевые ракеты, из которых выросла практическая космонавтика, были, естественно, одноразовыми.

Когда дело дошло до практики, конструкторы столкнулись с целым комплексом проблем высокоскоростного полета, в числе которых - чрезвычайно высокие механические и тепловые нагрузки. Путем теоретических исследований, а также проб и ошибок инженеры смогли подобрать оптимальную форму боевой части и эффективные теплозащитные материалы. И когда на повестку дня встал вопрос о разработке реальных космических кораблей, проектанты оказались перед выбором концепции: строить космический «самолет» или аппарат капсульного типа, похожий на головную часть межконтинентальной баллистической ракеты? Поскольку космическая гонка шла в бешеном темпе, было выбрано наиболее простое решение - ведь в вопросах аэродинамики и конструкции капсула куда проще самолета.

Быстро выяснилось, что на техническом уровне тех лет сделать капсульный корабль многоразовым практически нереально. Баллистическая капсула входит в атмосферу с огромной скоростью, а ее поверхность может нагреваться до 2 500-3 000 градусов. Космический самолет, обладающий достаточно высоким аэродинамическим качеством, при спуске с орбиты испытывает почти вдвое меньшие температуры (1 300-1 600 градусов), но материалы, пригодные для его теплозащиты, в 1950-1960-е годы еще не были созданы. Единственной действенной теплозащитой была тогда заведомо одноразовая абляционная обмазка: вещество покрытия оплавлялось и испарялось с поверхности капсулы потоком набегающего газа, поглощая и унося при этом тепло, которое в противном случае вызвало бы недопустимый нагрев спускаемого аппарата.

Попытки разместить в единой капсуле все системы - двигательную установку с топливными баками, системы управления, жизнеобеспечения и энергопитания - вели к быстрому росту массы аппарата: чем больше размеры капсулы, тем больше масса теплозащитного покрытия (в качестве которой использовались, например, стеклотекстолиты, пропитанные фенольными смолами с довольно большой плотностью). Однако грузоподъемность тогдашних ракет-носителей была ограниченна. Решение было найдено в делении корабля на функциональные отсеки. «Сердце» системы обеспечения жизнедеятельности космонавта размещалось в относительно небольшой кабине-капсуле с тепловой защитой, а блоки остальных систем были вынесены в одноразовые отделяемые отсеки, естественно, не имевшие никакого теплозащитного покрытия. К такому решению конструкторов, как представляется, подталкивал и небольшой ресурс основных систем космической техники. Например, жидкостный ракетный двигатель «живет» несколько сотен секунд, а чтобы довести его ресурс до нескольких часов, нужно приложить очень большие усилия.

Предыстория многоразовых кораблей
Одним из первых технически проработанных проектов космического челнока был ракетоплан конструкции Ойгена Зенгера. В 1929 году он выбрал этот проект для докторской диссертации. По замыслу австрийского инженера, которому было всего 24 года, ракетоплан должен был выходить на околоземную орбиту, например, для обслуживания орбитальной станции, а затем возвращаться на Землю с помощью крыльев. В конце 1930-х - начале 1940-х годов в специально созданном закрытом научно-исследовательском институте он выполнил глубокую проработку ракетного самолета, известного как «антиподный бомбардировщик». К счастью, в Третьем рейхе проект реализован не был, но стал отправной точкой для многих послевоенных работ как на Западе, так и в СССР.

Так, в США, по инициативе В. Дорнбергера (руководителя программы V-2 в фашистской Германии), в начале 1950-х годов проектировался ракетный бомбардировщик Bomi, двухступенчатый вариант которого мог бы выходить на околоземную орбиту. В 1957 году американские военные начали работу над ракетопланом DynaSoar. Аппарат должен был выполнять особые миссии (инспекция спутников, разведывательно-ударные операции и др.) и в планирующем полете возвращаться на базу.

В СССР, еще до полета Юрия Гагарина, рассматривалось несколько вариантов крылатых пилотируемых аппаратов многоразового использования, таких как ВКА-23 (главный конструктор В.М. Мясищев), «136» (А.Н. Туполев), а также проект П.В. Цыбина, известный как «лапоток», разработанный по заказу С.П. Королева.

Во второй половине 1960-х годов в СССР в ОКБ А.И. Микояна, под руководством Г.Е. Лозино-Лозинского, велась работа над многоразовой авиационно-космической системой «Спираль», которая состояла из сверхзвукового самолета-разгонщика и орбитального самолета, выводимого на орбиту с помощью двухступенчатого ракетного ускорителя. Орбитальный самолет по размерности и назначению в общих чертах повторял DynaSoar, однако отличался формой и техническими деталями. Рассматривался и вариант запуска «Спирали» в космос с помощью ракеты-носителя «Союз».

Из-за недостаточного технического уровня тех лет ни один из многочисленных проектов многоразовых крылатых аппаратов 1950-1960 годов не вышел из стадии проектирования.

Первое воплощение

И все же идея многоразовости ракетно-космической техники оказалась живучей. К концу 1960-х годов в США и несколько позднее в СССР и Европе был накоплен изрядный задел в области гиперзвуковой аэродинамики, новых конструкционных и теплозащитных материалов. А теоретические исследования подкрепились экспериментами, в том числе полетами опытных летательных аппаратов, самым известным из которых был американский Х-15.

В 1969 году NASA заключило первые контракты с аэрокосмическими компаниями США на исследование облика перспективной многоразовой транспортной космической системы Space Shuttle (англ. - «космический челнок»). По прогнозам того времени, к началу 1980-х годов грузопоток «Земля-орбита-Земля» должен был составить до 800 тонн в год, и шаттлам предстояло ежегодно совершать 50- 60 полетов, доставляя на околоземную орбиту космические аппараты различного назначения, а также экипажи и грузы для орбитальных станций. Ожидалось, что стоимость выведения грузов на орбиту не превысит 1 000 долларов за килограмм. При этом от космического челнока требовалось умение возвращать с орбиты достаточно большие нагрузки, например дорогие многотонные спутники для ремонта на Земле. Надо отметить, что задача возврата грузов с орбиты в некоторых отношениях сложнее вывода их в космос. Например, на кораблях «Союз» космонавты, возвращаясь с Международной космической станции, могут взять менее сотни килограммов багажа.

В мае 1970 года, после анализа полученных предложений, NASA выбрало систему с двумя крылатыми ступенями и выдало контракты на дальнейшую проработку проекта фирмам North American Rockwell и McDonnel Douglas. При стартовой массе около 1 500 тонн она должна была выводить на низкую орбиту от 9 до 20 тонн полезного груза. Обе ступени предполагалось оснащать связками кислородно-водородных двигателей тягой по 180 тонн каждый. Однако в январе 1971 года требования были пересмотрены - выводимая масса выросла до 29,5 тонны, а стартовая- до 2 265 тонн. По расчетам, пуск системы стоил не более 5 миллионов долларов, но вот разработка оценивалась в 10 миллиардов долларов - больше, чем был готов выделить конгресс США (не будем забывать, что США вели в то время войну в Индокитае).

Перед NASA и фирмами-разработчиками встала задача - снизить стоимость проекта по крайней мере вдвое. В рамках полностью многоразовой концепции этого добиться не удалось: слишком сложно было разработать теплозащиту ступеней с объемистыми криогенными баками. Возникла идея сделать баки внешними, одноразовыми. Затем отказались и от крылатой первой ступени в пользу повторно используемых стартовых твердотопливных ускорителей. Конфигурация системы приобрела знакомый всем вид, а ее стоимость, около 5 миллиардов долларов, укладывалась в заданные пределы. Правда, затраты на запуск при этом выросли до 12 миллионов долларов, но это считалось вполне приемлемым. Как горько пошутил один из разработчиков, «челнок спроектировали бухгалтеры, а не инженеры».

Полномасштабная разработка Space Shuttle, порученная фирме North American Rockwell (позднее Rockwell International), началась в 1972 году. К моменту ввода системы в эксплуатацию (а первый полет «Колумбии» состоялся 12 апреля 1981 года - ровно через 20 лет после Гагарина) это был во всех отношениях технологический шедевр. Вот только затраты на его разработку превысили 12 миллиардов долларов. На сегодня стоимость одного пуска достигает и вовсе фантастических 500 миллионов долларов! Как же так? Ведь многоразовое в принципе должно быть дешевле одноразового (по крайней мере, в пересчете на один полет)?

Во-первых, не оправдались прогнозы по объемам грузопотока - он оказался на порядок меньше ожидавшегося. Во-вторых, компромисс между инженерами и финансистами не пошел на пользу эффективности челнока: стоимость ремонтно-восстановительных работ для ряда агрегатов и систем достигла половины стоимости их производства! Особенно дорого обходилось обслуживание уникальной керамической теплозащиты. Наконец, отказ от крылатой первой ступени привел к тому, что для повторного использования твердотопливных ускорителей пришлось организовывать дорогостоящие поисково-спасательные операции.

Кроме того, шаттл мог работать только в пилотируемом режиме, что существенно удорожало каждую миссию. Кабина с астронавтами не отделяется от корабля, из-за чего на некоторых участках полета любая серьезная авария чревата катастрофой с гибелью экипажа и потерей челнока. Это случилось уже дважды - с «Челленджером» (28 января 1986 года) и «Колумбией» (1 февраля 2003 года). Последняя катастрофа изменила отношение к программе Space Shuttle: после 2010 года «челноки» будут выведены из эксплуатации. На смену им придут «Орионы», внешне весьма напоминающие своего дедушку - корабль «Аполлон» - и обладающие многоразовой спасаемой капсулой экипажа.

«Гермес», Франция/ЕКА, 1979-1994. Орбитальный самолет, запускаемый вертикально ракетой «Ариан-5», садящийся горизонтально с боковым маневром до 1 500 км. Стартовая масса - 700 т, орбитальная ступень - 10-20 т. Экипаж - 3-4 человека, выводимый груз - 3 т, возвращаемый - 1,5 т

Челноки нового поколения

С момента начала реализации программы Space Shuttle в мире неоднократно предпринимались попытки создания новых многоразовых кораблей. Проект «Гермес» начали разрабатывать во Франции в конце 1970-х годов, а потом продолжили в рамках Европейского космического агентства. Этот небольшой космический самолет, сильно напоминавший проект DynaSoar (и разрабатываемый в России «Клипер»), должен был выводиться на орбиту одноразовой ракетой «Ариан-5», доставляя к орбитальной станции несколько человек экипажа и до трех тонн грузов. Несмотря на достаточно консервативную конструкцию, «Гермес» оказался Европе не по силам. В 1994 году проект, на который израсходовали около 2 миллиардов долларов, был закрыт.

Куда более фантастично выглядел проект беспилотного воздушно-космического самолета с горизонтальным взлетом и посадкой HOTOL (Horizontal Take-Off and Landing), предложенный в 1984 году фирмой British Aerospace. По замыслу, этот одноступенчатый крылатый аппарат предполагалось оснастить уникальной двигательной установкой, сжижающей в полете кислород из воздуха и использующей его в качестве окислителя. Горючим служил водород. Финансирование работ со стороны государства (три миллиона фунтов стерлингов) через три года прекратилось из-за необходимости огромных затрат на демонстрацию концепции необычного двигателя. Промежуточное положение между «революционным» HOTOL и консервативным «Гермесом» занимает проект воздушно-космической системы «Зенгер» (Sanger), разработанный в середине 1980-х годов в ФРГ. Первой ступенью в нем служил гиперзвуковой самолет-разгонщик с комбинированными турбопрямоточными двигателями. После достижения 4-5 скоростей звука с его спины стартовали либо пилотируемый воздушно-космический самолет «Хорус», либо одноразовая грузовая ступень «Каргус». Однако и этот проект не вышел из «бумажной» стадии, в основном по финансовым причинам.

Американский проект NASP был представлен президентом Рейганом в 1986 году как национальная программа воздушно-космического самолета. Этот одноступенчатый аппарат, который в прессе часто называли «Восточным экспрессом», имел фантастические летные характеристики. Их обеспечивали прямоточные воздушно-реактивные двигатели со сверхзвуковым горением, которые, по утверждениям специалистов, могли работать при числах Маха от 6 до 25. Однако проект столкнулся с техническими проблемами, и в начале 1990-х годов его закрыли.

Советский «Буран» подавался в отечественной (да и в зарубежной) печати как безусловный успех. Однако, совершив единственный беспилотный полет 15 ноября 1988 года, этот корабль канул в Лету. Справедливости ради надо сказать, что «Буран» оказался не менее совершенен, чем Space Shuttle. А в отношении безопасности и универсальности применения даже превосходил заокеанского конкурента. В отличие от американцев советские специалисты не питали иллюзий по поводу экономичности многоразовой системы - расчеты показывали, что одноразовая ракета эффективнее. Но при создании «Бурана» основным был иной аспект - советский челнок разрабатывался как военно-космическая система. С окончанием «холодной войны» этот аспект отошел на второй план, чего не скажешь про экономическую целесообразность. А с ней у «Бурана» было плохо: его пуск обходился, как одновременный старт пары сотен носителей «Союз». Судьба «Бурана» была решена.

За и против

Несмотря на то что новые программы разработки многоразовых кораблей появляются как грибы после дождя, до сих пор ни одна из них не принесла успеха. Ничем окончились упомянутые выше проекты Hermes (Франция, ЕКА), HOTOL (Великобритания) и Sanger (ФРГ). «Завис» между эпохами МАКС - советско-российская многоразовая авиационно-космическая система. Потерпели неудачу и программы NASP (Национальный аэрокосмический самолет) и RLV (Многоразовая ракета-носитель) - очередные попытки США создать МТКС второго поколения на замену Space Shuttle. В чем же причина такого незавидного постоянства?

МАКС, СССР/Россия, с 1985 года. Многоразовая система с воздушным стартом, посадка горизонтальная. Взлетная масса - 620 т, вторая ступень (с топливным баком) - 275 т, орбитальный самолет - 27 т. Экипаж - 2 человека, полезная нагрузка - до 8 т. По утверждению разработчиков (НПО «Молния»), МАКС - наиболее близкий к реализации проект многоразового корабля

По сравнению с одноразовой ракетой-носителем создание «классической» многоразовой транспортной системы обходится крайне дорого. Сами по себе технические проблемы многоразовых систем решаемы, но стоимость их решения очень велика. Повышение кратности использования требует порой весьма значительного увеличения массы, что ведет к повышению стоимости. Для компенсации роста массы берутся (а зачастую изобретаются с нуля) сверхлегкие и сверхпрочные (и более дорогие) конструкционные и теплозащитные материалы, а также двигатели с уникальными параметрами. А применение многоразовых систем в области малоизученных гиперзвуковых скоростей требует значительных затрат на аэродинамические исследования.

И все же это вовсе не значит, что многоразовые системы в принципе не могут окупаться. Положение меняется при большом количестве пусков. Допустим, стоимость разработки системы составляет 10 миллиардов долларов. Тогда, при 10 полетах (без затрат на межполетное обслуживание), на один запуск будет отнесена стоимость разработки в 1 миллиард долларов, а при тысяче полетов - только 10 миллионов! Однако из-за общего сокращения «космической активности человечества» о таком числе пусков остается только мечтать… Значит, на многоразовых системах можно поставить крест? Тут не все так однозначно.

Во-первых, не исключен рост «космической активности цивилизации». Определенные надежды дает новый рынок космического туризма. Возможно, на первых порах окажутся востребованными корабли малой и средней размерности «комбинированного» типа (многоразовые версии «классических» одноразовых), такие как европейский Hermes или, что нам ближе, российский «Клипер». Они относительно просты, могут выводиться в космос обычными (в том числе, возможно, уже имеющимися) одноразовыми ракетами-носителями. Да, такая схема не сокращает затраты на доставку грузов в космос, но позволяет сократить расходы на миссию в целом (в том числе снять с промышленности бремя серийного производства кораблей). К тому же крылатые аппараты позволяют резко уменьшить перегрузки, действующие на космонавтов при спуске, что является несомненным достоинством.

Во-вторых, что особенно важно для России, применение многоразовых крылатых ступеней позволяет снять ограничения на азимут пуска и сократить затраты на зоны отчуждения, выделяемые под поля падения фрагментов ракет-носителей.

«Клипер», Россия, с 2000 года. Разрабатываемый новый космический корабль с многоразовой кабиной для доставки экипажа и грузов на околоземную орбиту и орбитальную станцию. Вертикальный запуск ракетой «Союз-2», посадка горизонтальная либо парашютная. Экипаж - 5-6 человек, стартовая масса корабля - до 13 т, посадочная масса - до 8,8 т. Ожидаемый срок первого пилотируемого орбитального полета - 2015 год

Гиперзвуковые двигатели
Наиболее перспективным типом двигательных установок для многоразовых воздушно-космических самолетов с горизонтальным взлетом некоторые специалисты считают гиперзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ГПВРД), или, как их чаще называют, прямоточные воздушно-реактивные двигатели со сверхзвуковым горением. Схема двигателя крайне проста - у него нет ни компрессора, ни турбины. Поток воздуха сжимается поверхностью аппарата, а также в специальном воздухозаборнике. Как правило, единственной подвижной частью двигателя является насос подачи горючего.

Основная особенность ГПВРД в том, что при скоростях полета, в шесть и более раз превышающих скорость звука, поток воздуха не успевает затормозиться во впускном тракте до дозвуковой скорости, и горение должно происходить в сверхзвуковом потоке. А это представляет известные сложности - обычно топливо не успевает сгорать в таких условиях. Долгое время считалось, что единственное горючее, пригодное для ГПВРД - водород. Правда, в последнее время получены обнадеживающие результаты и с горючими типа керосинов.

Несмотря на то что гиперзвуковые двигатели исследуются с середины 1950-х годов, до сих пор не изготовлено ни одного полноразмерного летного образца: сложность расчетов газодинамических процессов при гиперзвуковых скоростях требует проведения дорогостоящих натурных летных экспериментов. Кроме того, нужны жаропрочные материалы, стойкие к окислению при больших скоростях, а также оптимизированная система топливоподачи и охлаждения ГПВРД в полете.

Существенный недостаток гиперзвуковых двигателей - они не могут работать со старта, аппарат до сверхзвуковых скоростей надо разгонять другими, например, обычными турбореактивными двигателями. И, конечно, ГПВРД работает только в атмосфере, так что для выхода на орбиту понадобится ракетный двигатель. Необходимость ставить несколько двигателей на один аппарат значительно усложняет конструкцию воздушно-космического самолета.

Многогранная многократность

Варианты конструктивной реализации многоразовых систем весьма разнообразны. При их обсуждении не стоит ограничиваться только кораблями, надо сказать и о многоразовых носителях - грузовых многоразовых транспортных космических системах (МТКС). Очевидно, что для снижения стоимости разработки МТКС надо создавать беспилотными и не перегружать их избыточными, как у шаттла, функциями. Это позволит существенно упростить и облегчить конструкцию.

С точки зрения простоты эксплуатации наиболее привлекательны одноступенчатые системы: теоретически они значительно надежнее многоступенчатых, не требуют никаких зон отчуждения (например, проект VentureStar, создававшийся в США по программе RLV в середине 1990-х годов). Но их реализация находится «на грани возможного»: для создания таковых требуется снизить относительную массу конструкции не менее чем на треть по сравнению с современными системами. Впрочем, и двухступенчатые многоразовые системы могут обладать вполне приемлемыми эксплуатационными характеристиками, если использовать крылатые первые ступени, возвращаемые к месту старта по-самолетному.

Вообще МТКС в первом приближении можно классифицировать по способам старта и посадки: горизонтальному и вертикальному. Часто думают, что системы с горизонтальным стартом имеют преимущество, поскольку не требуют сложных пусковых сооружений. Однако современные аэродромы не способны принимать аппараты массой более 600-700 тонн, и это существенно ограничивает возможности систем с горизонтальным стартом. Кроме того, трудно представить себе космическую систему, заправленную сотнями тонн криогенных компонентов топлива, среди гражданских авиалайнеров, взлетающих и садящихся на аэродром по расписанию. А если учесть требования к уровню шума, то становится очевидным, что для носителей с горизонтальным стартом все равно придется строить отдельные высококлассные аэродромы. Так что у горизонтального взлета здесь существенных преимуществ перед вертикальным стартом нет. Зато, взлетая и садясь вертикально, можно отказаться от крыльев, что существенно облегчает и удешевляет конструкцию, но вместе с тем затрудняет точный заход на посадку и ведет к росту перегрузок при спуске.

В качестве двигательных установок МТКС рассматриваются как традиционные жидкостные ракетные двигатели (ЖРД), так и различные варианты и комбинации воздушно-реактивных (ВРД). Среди последних есть турбопрямоточные, которые могут разгонять аппарат «с места» до скорости, соответствующей числу Маха 3,5-4,0, прямоточные с дозвуковым горением (работают от М=1 до М=6), прямоточные со сверхзвуковым горением (от М=6 до М=15, а по оптимистичным оценкам американских ученых, даже до М=24) и ракетно-прямоточные, способные функционировать во всем диапазоне скоростей полета - от нулевых до орбитальных.

Воздушно-реактивные двигатели на порядок экономичнее ракетных (из-за отсутствия окислителя на борту аппарата), но при этом имеют и на порядок большую удельную массу, а также весьма серьезные ограничения на скорость и высоту полета. Для рационального использования ВРД требуется совершать полет при больших скоростных напорах, защищая при этом конструкцию от аэродинамических нагрузок и перегрева. То есть, экономя топливо - самую дешевую компоненту системы, - ВРД увеличивают массу конструкции, которая обходится гораздо дороже. Тем не менее ВРД, вероятно, найдут применение в относительно небольших многоразовых аппаратах горизонтального старта.

Наиболее реалистичными, то есть простыми и относительно дешевыми в разработке, пожалуй, являются два вида систем. Первый - типа уже упомянутого «Клипера», в которых принципиально новым оказался только пилотируемый крылатый многоразовый аппарат (или большая его часть). Небольшие размеры хоть и создают определенные трудности в части теплозащиты, зато уменьшают затраты на разработку. Технические проблемы для таких аппаратов практически решены. Так что «Клипер» - это шаг в правильном направлении.

Второй - системы вертикального пуска с двумя крылатыми ракетными ступенями, которые могут самостоятельно вернуться к месту старта. Особых технических проблем при их создании не ожидается, да и подходящий стартовый комплекс можно, наверное, подобрать из числа уже построенных.

Подводя итог, можно полагать, что будущее многоразовых космических систем безоблачным не будет. Им придется отстаивать право на существование в суровой борьбе с примитивными, но надежными и дешевыми одноразовыми ракетами.

Дмитрий Воронцов, Игорь Афанасьев

СССР заслуженно удерживала в мире титул мощнейшей космической державы. Первый спутник выведенный на орбиту Земли, Белка и Стрелка, полёт в космос первого человека – более чем веские причины для этого. Но были в советской космической истории научные прорывы и трагедии неизвестные широкой публике. О них-то и пойдёт речь в нашем обзоре.

1. Межпланетная станция «Луна-1»

Межпланетная станция «Луна-1», которая была запущена 2 января 1959 года, стала первым космическим аппаратом, успешно достигнувшим окрестностей Луны. 360-килограммовый космический аппарат вез груз из советской символики, которую предполагалось разместить на поверхности Луны, чтобы продемонстрировать превосходство советской науки. Тем не менее, корабль промахнулся мимо Луны, пройдя в 6000 километрах от ее поверхности.

Во время полета к Луне был проведен эксперимент по созданию «искусственной кометы» - станция выпустила облако паров натрия, которое в течение нескольких минут светилось и позволяло наблюдать станцию с Земли, как звезду 6 величины. Что интересно, «Луна-1» была по крайней мере пятой попыткой СССР по запуску космического аппарата к естественному спутнику Земли, первые 4 окончились неудачей. Радиосигналы от станции прекратились через три дня после запуска. Позже в 1959 году зонд «Луна-2» достиг поверхности Луны, совершив жесткую посадку.

Запущенный 12 февраля 1961 года советский космический зонд «Венера-1» стартовал к Венере, чтобы совершить посадку на ее поверхности. Как и в случае с Луной, это был не первый запуск – аппарат 1ВА № 1 (который также окрестили «Спутником-7») потерпел неудачу. Хотя сам зонд должен был сгореть при входе в атмосферу Венеры, планировалось, что спускаемая капсула достигнет поверхности Венеры, что сделало бы ее первым объектом антропогенного происхождения на поверхности другой планеты.

Первоначальный запуск прошел хорошо, но через неделю связь с зондом была утеряна (предположительно, по причине перегрева датчика направления на Солнце). В итоге неуправляемая станция прошла в 100 000 километрах от Венеры.

Станция «Луна-3», запущенная 4 октября 1959 года, была третьим космическим аппаратом, успешно отправленным к Луне. В отличие от предыдущих двух зондов программы «Луна», этот был оснащен камерой, которая была предназначена для того, чтобы впервые в истории снять обратную сторону Луны. К сожалению, камера была примитивной и сложной, поэтому снимки получились некачественными.

Радиопередатчик был настолько слаб, что первые попытки передачи изображений на Землю не удались. Когда станция приблизилась к Земле, совершив облет вокруг Луны, были получены 17 фото, на которых ученые обнаружили, что «невидимая» сторона Луны гористая, а отличие от той, которая повернута к Земле.

4. Первая успешная посадка на другой планете

17 августа 1970 года стартовала автоматическая научно-исследовательская космическая станция «Венера-7», которая должна была высадить на поверхность Венеры спускаемый аппарат. Чтобы выжить в атмосфере Венеры как можно дольше, спускаемый аппарат был изготовлен из титана и оснащен тепловой изоляцией (предполагалось, что давление у поверхности может достигать значения 100 атмосфер, температура - 500 °C, а скорость ветра у поверхности - 100 м/с).

Станция достигла Венеры, а аппарат начал спуск. Однако, тормозной парашют спускаемого аппарата разорвался, после чего он в течение 29 минут падал, в конце концов врезавшись в поверхность Венеры. Считалось, что аппарат не мог выжить при подобном ударе, но позже анализ регистрируемых радиосигналов показал, что зонд передавал показания температуры с поверхности в течение 23 минут после жесткого приземления.

5. Первый искусственный объект на поверхности Марса

«Марс-2» и «Марс-3» - две автоматических межпланетных станции – близнеца, которые были запущены в мае 1971 года к Красной планете с разницей в несколько дней. Поскольку США опередили Советский Союз, первыми достигнув орбиты Марса («Маринер-9», который также стартовал в мае 1971 года, опередил два советских зонда на две недели и стал первым космическим аппаратом на орбите другой планеты), СССР хотел совершить первое приземление на поверхность Марса.

Спускаемый аппарат «Марса-2» разбился о поверхность планеты, а спускаемый аппарат «Марса-3» сумел совершить мягкую посадку и начал передавать данные. Но передача прекратилась через 20 секунд из-за сильной пылевой бури на поверхности Марса, в результате чего СССР лишился первых четких снимков, сделанных на поверхности планеты.

6. Первый автоматический аппарат, доставивший внеземное вещество на Землю

Поскольку американские астронавты «Аполлона-11» уже привезли на Землю первые образцы лунного вещества, СССР принял решение запустить на Луну первый автоматизированной космический зонд для сбора лунного грунта и возврата на Землю. Первый советский аппарат «Луна-15», который должен был достигнуть поверхности Луны в день запуска «Аполлона-11», при попытке посадки разбился.

Перед этим 5 попыток также были неудачными из-за проблем с ракетой-носителем. Тем не менее, «Луна-16», шестой советский зонд, был успешно запущен после «Аполлона-11» и «Аполлона-12». Приземлилась станция в районе море Изобилия. После этого она взяла пробы грунта (в количестве 101 грамма) и вернулась на Землю.

7. Первый трехместный космический аппарат

Запущенный 12 октября 1964 года «Восход-1» стал первым космическим кораблем, экипаж которого составлял более одного человека. Хотя «Восход» был разрекламирован, как инновационный космический корабль, на самом дел он был слегка измененной версией «Востока», на котором впервые в космосе побывал Юрий Гагарин. У США на тот момент не было даже двухместных кораблей.

«Восход» считался небезопасным даже советскими конструкторами, поскольку место для трех членов экипажа было освобождено за счет того, что в конструкции отказались от катапультных кресел. Также кабина была настолько тесной, что космонавты находились в ней без скафандров. В результате, если бы кабина разгерметизировалась, то экипаж бы погиб. Кроме того, новая система посадки, состоящий из двух парашютов и допотопной ракеты, была испытана всего один раз перед запуском.

8. Первый космонавт африканского происхождения

18 сентября 1980 года в рамках восьмой экспедиции к орбитальной научной станции «Салют-6» стартовал космический корабль «Союз-38». Его экипаж состоял из советского космонавта Романенко Юрия Викторовича и исследователя Арнальдо Тамайо Мендеса, кубинского летчика, который стал первым человеком африканского происхождения, отправившимся в космос. Мендес пребывал на борту «Салюат-6» в течение недели, где принял участие в 24 экспериментах в области химии и биологии.

9. Первая стыковка с необитаемым объектом

11 февраля 1985 года после полугодового отсутствия на космической станции «Салют-7» людей связь с ней внезапно прервалась. Замыкание привело к тому, что все электрические системы «Салюта-7» выключились, а температура на станции упала до -10 °C.

В попытке спасти станцию, к ней была направлена экспедиция на переоборудованном под эти цели космическом корабле «Союз Т-13», который пилотировал самый опытный советский космонавт Владимир Джанибеков. Автоматизированная система стыковки не работала, поэтому нужно было проводить ручную стыковку. Стыковка прошла успешно, а работы по восстановлению космической станции проходили в течение нескольких дней.

10. Первая человеческая жертва в космосе

30 июня 1971 года Советский Союз с нетерпением ожидал возвращения трех космонавтов, который провели на станции «Салют-1» 23 дня. Но после приземления корабля «Союз-11» изнутри не доносилось ни единого звука. Когда капсулу вскрыли снаружи, внутри обнаружили трех мертвых космонавтов, на лицах которых были темно-голубые пятна, а из носа и ушей текла кровь.

По данным следствия, трагедия произошла сразу же после отделения спускаемого аппарата от орбитального модуля. В кабине корабля произошла разгерметизация, после чего космонавты задохнулись.

Космические корабли, которые конструировались на заре космической эры, кажутся раритетами по сравнению с . А ведь возможно, эти проекты будут реализованы.

Луне суждено было стать тем небесным телом, с которым связаны едва ли не самые эффективные и впечатляющие успехи человечества за пределами Земли. Непосредственное изучение естественного спутника нашей планеты началось со старта советской лунной программы. 2 января 1959 года автоматическая станция «Луна-1» впервые в истории осуществила полет к Луне.

Первый запуск спутника к Луне (Луна-1) был огромным прорывом в области освоения космоса, но главная цель, перелет с одного небесного тела на другое так и не была достигнута. Запуск Луны-1 дал очень много научной и практической информации в области космических полетов к другим небесным телам. При полете «Луны-1» впервые была достигнута вторая космическая скорость и получены сведения о радиационном поясе Земли и космическом пространстве. В мировой печати космический аппарат «Луна-1» получил название «Мечта».

Все это было учтено при запуске следующего спутника Луна-2. В принципе Луна-2 практически полностью повторяла свою предшественницу Луну-1, те же научные приборы и оборудование позволяли заполнять данные о межпланетном пространстве и корректировать данные, полученные Луной-1. Для Запуска так же использовался РН 8К72 Луна с блоком «Е». 12 сентября 1959 года в 6:39 с космодрома Байконур РН Луна была запущена АМС Луна-2. И уже 14 сентября в 00 часов 02 минуты 24 секунды по московскому времени Луна-2 достигла поверхности Луны, совершив первый в истории полет с Земли на Луну.

Автоматический межпланетный аппарат достиг поверхности Луны восточнее «Моря Ясности», вблизи кратеров Аристил, Архимед и Автолик (селенографические широта +30°, долгота 0°). Как показывает обработка данных по параметрам орбиты, последняя ступень ракеты также достигла поверхности Луны. На борту Луны-2 были помещены три символических вымпела: два в автоматическом межпланетном аппарате и один - в последней ступени ракеты с надписью «СССР сентябрь 1959». Внутри Луны-2 находился металлический шар, состоящий из пятигранников-вымпелов, и при ударе о лунную поверхность шар разлетался на десятки вымпелов.

Размеры: Полная длина составляла 5.2 метра. Диаметр самого спутника 2.4 метра.

РН: Луна (модификация Р-7)

Масса: 390,2 кг.

Задачи: Достижение поверхности Луны (выполнена). Достижение второй космической скорости (выполнена). Преодолеть тяготение планеты Земля (выполнена). Доставка вымпелов «СССР» на поверхность Луны (выполнена).

ПУТЕШЕСТВИЕ В КОСМОС

«Луна» - наименование советской программы исследования Луны и серии космических аппаратов, запускаемых в СССР к Луне начиная с 1959 года.

Космические аппараты первого поколения («Луна-1» - «Луна-3») совершали перелет с Земли к Луне без предварительного выведения на орбиту искусственного спутника Земли, проведения коррекций на траектории Земля - Луна и торможения вблизи Луны. Аппараты осуществили пролет Луны («Луна-1»), достижение Луны («Луна-2»), ее облет и фотографирование («Луна-3»).

Космические аппараты второго поколения («Луна-4» - «Луна-14») запускались с использованием более совершенных методов: предварительного выведение на орбиту искусственного спутника Земли, затем старт к Луне, коррекции траектории и торможение в окололунном пространстве. При запусках отрабатывались полет к Луне и посадка на ее поверхность («Луна-4» - «Луна-8»), мягкая посадка («Луна-9» и «Луна-13») и перевод на орбиту искусственного спутника Луны («Луна-10», «Луна-11», «Луна-12», «Луна-14»).

Более совершенные и тяжелые космические аппараты третьего поколения («Луна-15» - «Луна-24») осуществляли перелет к Луне по схеме, используемой аппаратами второго поколения; при этом для увеличения точности посадки на Луну предусмотрена возможность проведения нескольких коррекций на траектории полета от Земли к Луне и на орбите искусственного спутника Луны. Аппараты «Луна» обеспечили получение первых научных данных о Луне, отработку мягкой посадки на Луну, создание искусственных спутников Луны, взятие и доставку на Землю проб грунта, транспортировку на поверхность Луны лунных самоходных аппаратов. Создание и запуск разнообразных автоматических лунных аппаратов является особенностью советской программы исследования Луны.

ЛУННАЯ ГОНКА

Начал «игру» СССР, запустив в 1957 году первый искусственный спутник. США сразу же включились в нее. В 1958 году американцы поспешно разработали и запустили свой ИСЗ, а заодно и образовали «во благо всех» - так звучит девиз организации - НАСА. Но к тому времени Советы обогнали соперников еще больше - отправили в космос собаку Лайку, которая хоть и не вернулась, но зато собственным героическим примером доказала возможность выживания на орбите.

На разработку спускаемого модуля, способного доставить живой организм обратно на Землю, ушло почти два года. Требовалось доработать конструкции, чтобы они выдерживали уже два «путешествия сквозь атмосферу», создать качественную герметичную и устойчивую к высоким температурам обшивку. А главное - нужно было рассчитать траекторию и спроектировать двигатели, которые бы обезопасили космонавта от перегрузок.

Когда же это все было сделано, возможность проявить героическую собачью натуру получили Белка и Стрелка. Они со своей задачей справились - вернулись живыми. Меньше чем через год по их следам полетел Гагарин - и тоже вернулся живым. Американцы в том 1961-м в безвоздушное пространство отправили только шимпанзе Хэма. Правда, 5 мая того же года суборбитальный полет совершил Алан Шепард, но международным сообществом это достижение космическим полетом признано не было. Первый «настоящий» американский астронавт - Джон Гленн - в космосе оказался только в феврале 62-го.

Казалось бы, США безнадежно отстали от «мальчишек с соседнего континента». Триумфы СССР следовали один за другим: первый групповой полет, первый человек в открытом космосе, первая женщина в космосе… И даже до естественного спутника Земли советские «Луны» добрались первыми, заложив основы столь важной для нынешних исследовательских программ методики гравитационных маневров и сфотографировав обратную сторону ночного светила.

Но выиграть в такой игре можно было, лишь уничтожив команду противника, физически или морально. Американцы же уничтожаться не собирались. Напротив - еще в 1961-м году, сразу после полета Юрия Гагарина, НАСА с благословления свежеизбранного Кеннеди взяла курс на Луну.

Решение было рискованным - СССР добивались своего шаг за шагом, планомерно и последовательно, и все равно не обходилось без провалов. А космическое агентство США решило сделать прыжок через ступеньку, если не через целый лестничный пролет. Но Америка компенсировала свою, в известном смысле, наглость тщательной проработкой лунной программы. «Аполлоны» тестировались на Земле и на орбите, в то время как ракеты-носители и лунные модули СССР «проверялись боем» - и не выдерживали проверок. В итоге тактика США оказалась результативнее.

Но ключевым фактором, ослабившим Союз в лунной гонке, был раскол внутри «команды с советского двора». Королев, на воле и энтузиазме которого держалась космонавтика, сперва, после своей победы над скептиками утратил монополию на принятие решений. Конструкторские бюро вырастали, как грибы после дождя на неиспорченном сельхозобработкой черноземе. Началось распределение задач, и каждый руководитель, что научный, что партийный, считал себя наиболее компетентным. Поначалу само утверждение лунной программы запоздало - отвлекшиеся на Титова, Леонова и Терешкову политики занялись ею только в 1964-м, когда американцы уже три года как размышляли над своими «Аполлонами». А затем отношение к полетам на Луну оказалось недостаточно серьезным - они не имели таких военных перспектив, как запуски ИСЗ Земли и орбитальных станций, а финансирования требовали куда большего.

Проблемы с деньгами, как это обычно бывает, «добили» грандиозные лунные проекты. С самого старта программы Королеву посоветовали занижать цифры перед словом «рублей», потому что реальные суммы никто бы не одобрил. Если бы разработки шли столь же успешно, как и прежние, такой подход себя бы оправдал. Партийное руководство все же умело считать и не стало бы закрывать перспективное дело, в которое уже вложено слишком много. Но в сочетании с бестолковым разделением труда нехватка средств привела к катастрофическим отставаниям от графика и экономии на испытаниях.

Возможно, впоследствии ситуацию удалось бы выправить. Космонавты горели энтузиазмом, даже просили отправить их к Луне на кораблях, не выдержавших тестовых полетов. Конструкторские бюро, за исключением находившегося под руководством Королева ОКБ-1, продемонстрировали несостоятельность своих проектов и сами собой тихо ушли со сцены. Стабильная в 70-х годах экономика СССР позволяла выделить дополнительные средства на доработку ракет, особенно если к делу подключились бы военные. Однако в 1968-м американский экипаж облетел Луну, а в 1969-м Нил Армстронг сделал свой маленький победный шаг в космической гонке. Советская лунная программа для политиков утратила смысл.

Подробности Категория: Встреча с космосом Опубликовано 05.12.2012 11:32 Просмотров: 17631

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…