В этот день… №1-11 (1-15 апреля)



Александр Грищенко Здравствуйте, уважаемые друзья!
Апрель месяц! Весна и первый полёт человека в космос!! Больше, кажется, и добавить нечего. Но Вы узнаете и о других, не менее важных, космических событиях начала апреля.

 

 
 
1 апреля 1960 года – запуск первого метеорологического ИСЗ серии «ТИРОС» (TIROS, США).

О запуске первого в мире метеорологического спутника уже упоминалось в обзоре №1-08 16–29.02.2016. Пришло время рассказать о нём подробнее. «ТИРОС» (сокращённо от Television Infra-Red Observation Satellite) – спутник для наблюдений с телевизионным и инфракрасным оборудованием, предназначенный для получения изображений облачного покрова и измерения теплового излучения Земли.

Старт РН «Тор-Эйбл стар»Серия космических аппаратов «ТИРОС»/«ЭССА»/«ИТОС»/«НОАА» была разработана и создана отделением «Астроэлектроникс» (Astroelectronics) фирмы «Рэдио корпорейшн оф Америка» (Radio Corporation of America) под техническим руководством Центра космических полётов им. Годдарда (НАСА), а эксплуатировалась Национальным управлением по исследованию океанов и атмосферы.

Масса первого ИСЗ «ТИРОС» составляла 128 кг. Корпус представлял собой 18-гранную призму высотой 0,56 м и максимальным поперечным размером 1,07 м. Электропитание мощностью 18 Вт осуществлялось от солнечных батарей (9000 элементов) и никель-кадмиевых аккумуляторных батарей (ёмкость 295 Вт·ч). Стабилизировался спутник на орбите вращением с частотой 9-12 об/мин. Ось вращения располагалась в плоскости орбиты. Телекамеры размещались на днище. Ориентация камер на Землю, а солнечных батарей на Солнце не была постоянной. На спутнике было две телекамеры: одна с широкоугольным объективом (разрешение 2,4–3,2 км) и вторая – с телеобъективом (разрешение 0,32–0,8 км). Все телекамеры работали сеансами по заложенной с Земли программе; изображение записывалось на борту и считывалось при проходе ИСЗ в зоне видимости специально оборудованных станций на территории США. Помимо телекамер, на спутнике было два ИК-радиометра для измерения температуры облачного покрова и поверхности Земли.

ИСЗ «ТИРОС-1»Для вывода на орбиту ИСЗ «ТИРОС-1» применялась ракета-носитель «Тор-Эйбл стар» (Thor-Able star). В отличие от РН «Тор-Эйбл» (обзор №1-09 1-15.03.2016) новая модификация ракеты была двухступенчатой. Первая ступень – ракета «Тор», а вторая ступень – ракета «Эйбл стар» (стартовой массой 2 т, длиной 5,3 м, диаметром 1,4 м). Вторая ступень оснащалась ЖРД AJ-10-104, работавшем на несимметричном диметилгидразине и красной дымящей азотной кислоте. Основные характеристики двигателя: тяга в пустоте – 34 кН; удельный импульс – 2727 м/с; давление в камере сгорания – 1,47 МПа; соотношение компонентов топлива – 2,8. Эти значения практически не отличались от значений параметров двигателя AJ-10-101. За счёт чего удалось обеспечить доставку на орбиту высотой 480 км полезной нагрузки массой 360 кг? Дело в том, что ступень «Эйбл стар» выполняла функции разгонного блока. Это была первая американская ступень, имевшая возможность повторного запуска в космосе. Первый активный участок работы «Эйбл стар» длился 250 с, а второй после 20-минутного перерыва — около 50 с. Пространственная стабилизация ступени на пассивном участке полёта поддерживалась реактивными соплами. Рабочее тело системы стабилизации – азот. Повторный запуск маршевого ЖРД позволил повысить точность формирования рабочих орбит выводимых грузов. Поэтому в 1960—1965 гг. полёты ракеты «Тор-Эйбл стар» были связаны с выведением навигационных спутников «Транзит». Несмотря на меньшую стоимость, по сравнению с разгонным блоком «Аджена» (Agena), «Эйбл стар» использовалась не очень долго (до 1965 г.). Всего РН «Тор-Эйбл стар» совершила 19 полётов, из них 14 – успешные.

Фотоснимки, выполненные ИСЗ «ТИРОС-1»Период обращения «ТИРОСа» вокруг Земли составлял 99 минут. Большую часть этого времени телекамеры спутника были направлены в пространство, так как положение оси спутника, благодаря гироскопически стабилизированному вращению, неизменно в любой точке орбиты. Однако устройство, контролирующее затворы объективов, и два небольших противовеса, выпускаемые спутником для снижения начальной скорости вращения со 136 до 36 об/мин, обеспечивали возможность телефотосъёмки и достаточную отчётливость снимков. В случае чрезмерного замедления, установленные на «ТИРОСе» микро РД могли ускорить вращение.


 

6 апреля 1936 года – первый запуск стратосферной ракеты «АвиаВНИТО» (СССР).

АвиаВНИТО – авиационное отделение Всесоюзного научно-технического общества. Именно эта организация курировала разработку ракеты с ЖРД, предназначенной для достижения больших высот (стратосферная). Ещё в 1934 г. Л. К. Корнеевым, А. И. Полярным и Л. С. Душкиным (сотрудники Кислородный ЖРД 12к (вариант 4)МосГИРДа), независимо от созданного к этому времени РНИИ, был разработан эскизный проект ракеты КПД-1 на жидком кислороде и этиловом спирте. Подача жидкого кислорода в двигатель осуществлялась вытеснением из бака под действием испаряющегося кислорода. Для интенсификации процесса испарения жидкого кислорода был применён теплообменник — змеевик, расположенный внутри кислородного бака; по змеевику протекал кислород, нагревшийся предварительно в рубашке камеры двигателя. Подача спирта осуществлялась при помощи воздушного аккумулятора давления. Из-за отсутствия средств реализовать эту ракету не удалось.

Варианты ЖРД 12кНемного ранее, после успешного пуска ракеты «ГИРД-09», проектировалась ракета «ГИРД-05», рассчитанная под двигатель ОРМ-50 конструкции В. П. Глушко, работавший на азотной кислоте и керосине. Ракета была построена в конце 1933 года в период реорганизации – создании РНИИ на базе ГДЛ и ГИРД. «ГИРД-05» прошла стендовые испытания, но в небо так и не поднялась.

Оба этих незавершённых проекта и стали прототипами ракеты «АвиаВНИТО». Для неё был использован керамический двигатель 12к, конструкции Л. С. Душкина, с тягой в 300 кг (2950 Н), работавший на жидком кислороде и 96% спирте, продолжительностью работы 60 секунд.

Работы по созданию керамической облицовки проводились совместно с Харьковским институтом огнеупоров.

Система подачи топливных компонентов – вытеснительная (от баллона с азотом). Давление в камере сгорания – 0,5…0,8 МПа.
Ракета «АвиаВНИТО»Ракета «АвиаВНИТО» имела длину 3,225 м, диаметр – 0,3 м, начальный вес – 97 кг, из которых 32,6 кг топливо, а 10 кг – полезный груз. В головной части ракеты размещался парашют, который должен был открываться по сигналу гироприбора, при определённом угле отклонения её продольной оси от вертикали. В приборном отсеке также устанавливался аппарат для замера высоты полёта, созданный на основе барографа.

Первый пуск «АвиаВНИТО» был осуществлён 6 апреля 1936 года из пускового станка ракеты «07» с короткими направляющими. Ракеты вышла из него, не набрав большой скорости, и полетела, поворачиваясь против ветра. Парашют раскрылся до окончания работы двигателя и не дал ей подняться достаточно высоко.

Пусковой станок усовершенствовали и 15 августа 1937 года был произведён успешный пуск ракеты «АвиаВНИТО» на высоту около 3 км (увы, не стратосфера), что являлось на тот момент вполне приличным результатом.


 

11 апреля 1970 года начался полёт космического корабля «Аполлон-13» (Apollo, США). Вместо запланированной высадки астронавтов в районе кратера Фра-Мауро Джеймс Ловелл (James Lovell), Фред Хейс (Fred Haise) и Джек Суайгерт (Jack Swigert) облетели Луну и вернулись на Землю. Причиной невыполнения миссии была авария, произошедшая 13 апреля!

Аварийный «Аполлон-13» облетает Луну (картина художника Роберта Маккола)Правда, неприятности начались ещё на старте. ЖРД F-1 первой ступени РН «Сатурн-V» (Saturn) выключились на 0,4 с ранее положенного времени. Во время работы двигателей J-2 второй ступени ракеты-носителя, на центральном двигателе было зафиксировано снижение тяги и появление сильных низкочастотных колебаний (14-16 Гц). Это привело к выключению центрального двигателя на 2 мин 12,4 с раньше срока. Наружные двигатели J-2 проработали на 34 секунды больше расчётного времени. Третья ступень проработала на 9,2 секунды дольше расчётного. Тем не менее, высота орбиты и скорость полёта оказались меньше расчётных значений. Проанализировав количество топлива в баках третьей ступени, было принято решение продолжать полёт. «Аполлон-13» отправился к Луне.

После всех, как оказалось, мелких неприятностей, 13 апреля взорвался кислородный бак в служебном отсеке. Кислород, предназначавшийся для топливных элементов и системы жизнеобеспечения командного отсека, был потерян. Хорошо, что это было на траектории полёта к Луне, а не обратно – не были израсходованы энергоресурсы лунной кабины. Экипаж перебрался из командного отсека в лунный модуль. После облёта Луны, с помощью ЖРД лунной кабины, четырежды проводили коррекцию орбиты для того, чтобы обеспечить приводнение в нужном районе Тихого океана. Многие ответственные операции в этом полёте выполнялись нетрадиционным способом.

Схема входа в атмосферу КК «Аполлон-13»Для отстыковки двигательного отсека от корабля были задействованы двигатели ориентации лунного модуля. Предварительно корабль был развернут на 45° по отношению к направлению своего движения. Двигатели ориентации сообщили импульс по оси корабля таким образом, что он начал перемещаться вперёд двигательным отсеком. После этого сработали пиротехнические устройства, разъединяющие двигательный отсек и отсек экипажа, а двигатели системы ориентации придали кораблю противоположно направленный импульс. После расхождения и увода двигательного отсека, астронавты смогли сфотографировать повреждения.

Панель корпуса длиной 4 м и шириной 1,5 м была вырвана взрывом. Также было повреждено сопло маршевого двигателя. Служебный отсек полностью был выведен из строя. К счастью, отсек экипажа не пострадал, иначе 17 апреля экипаж не вернулся бы на Землю.

Послеполётное расследование аварии позволило составить подробную картину развития событий, приведших к аварии. В октябре 1968 года кислородный бачок №2 для двигательного отсека корабля на заводе фирмы «Норт Американ Роквелл» (North American Rockwell) уронили с небольшой высоты (примерно 5 см) и при этом видимо произошло повреждение продувочного штуцера. Этот факт не был доведён до сведения лиц, ответственных за предстартовую подготовку.

Аварийный служебный отсек КК «Аполлон-13»27 марта 1970 года, за две недели до старта, во время репетиции запуска, в бачки был залит жидкий кислород. После испытаний жидкий кислород должен быть вытеснен из бачков сжатым воздухом, подаваемым через продувочный штуцер. Из бачка №2, вследствие упомянутого повреждения штуцера, вытеснить кислород не удалось. Тогда решили включить нагреватели в бачке, для того, чтобы газифицировать кислород, а газ стравить из бачка. К нагревателям подвели ток напряжением 65 вольт. По достижении определённой температуры контакты начали размыкаться, и в этот момент между ними возникла электрическая дуга, которая вызвала сварку контактов, замкнув их. Термостаты перестали выполнять свою роль и температура в бачке (о чём операторы не подозревали) достигла величины, при которой произошло отслоение изоляции на проводах, ведущих к вентиляторам, перемешивающим кислород в бачке.

Астронавты Хейс, Суайгерт и Ловелл на борту корабля «Иводзима»На третьи сутки полёта корабля «Аполлон-13» при включении вентиляторов произошло короткое замыкание оголённых проводов, от искры в кислородной атмосфере произошло возгорание тефлоновой изоляции бачка. Пламя по изоляции достигло головной части бачка, где в него входит жгут проводов. Загорелась изоляция этих проводов, в результате чего было выжжено отверстие, куда устремился кислород под высоким давлением. Газ сорвал панель двигательного отсека и повредил кислородный бачок №1.

Изначально термостаты были рассчитаны на напряжение 28 вольт. Изменение технического задания на изготовление кислородных баков в 1962 году не предусматривало использование стандартного для наземного оборудования напряжения 65 вольт. Это несоответствие на вине фирм-изготовителей и НАСА.

Затраты на модификацию корабля «Аполлон-14» с целью предотвращения возможности аналогичной аварии составили около пятнадцати миллионов долларов.


 

12 апреля 1961 года – первый в мире пилотируемый полет в космос (СССР).

Ещё 29 марта 1961 года Государственная комиссия заслушала предложение С. П. Королёва о полёте человека в космос. Было принято решение о запуске пилотируемого КК «Восток» (3КА) по готовности в период 10-20 апреля. 8 апреля государственная комиссия утвердила первое в истории задание человеку на космический полет: «выполнить одновитковый полёт вокруг Земли на высоте 180-230 километров продолжительностью 1 час 30 минут с посадкой в заданном районе. Цель полёта – проверить возможность пребывания человека на специально оборудованном корабле, проверить оборудование корабля в полёте, проверить связь корабля с Землёй, убедиться в надёжности средств приземления корабля и космонавта». В тот же день Юрий Гагарин был утверждён основным пилотом корабля, а Герман Титов – его дублёром.

Юрий Гагарин в космическом скафандреСтарт корабля с космонавтом на борту состоялся 12 апреля в 9 ч 06 мин 59,7 с. Отделение КК от РН произошло в 9 часов 18 минут 07 секунд.

В 11.00 Юрий Гагарин после благополучного катапультирования (на «Востоках» не была предусмотрена мягкая посадка космонавта внутри кабины) приземлился недалеко от деревни Смеловка Энгельсского района Саратовской области. Так молодой (27 лет) старший лейтенант (на момент старта) советских ВВС Юрий Гагарин навечно остался во всемирной истории!

Но 12 апреля, как и 9 и 25 марта, при пусках беспилотных «Востоков», проявился неприятный отказ – несвоевременное отделение кабель-мачты, связывающей спускаемый аппарат и сгорающий в атмосфере приборный отсек. После выключения ТДУ, при входе в атмосферу, обе части КК были механически разделены, но связаны толстым кабелем. Окончательное разделение происходило только после сгорания кабель-мачты. Такой нештатный режим разделения приводил к перелёту относительно предполагаемого района приземления КК.

Схема полёта КК «Восток»Причина отказа крылась в ТДУ. При её включении начинался наддув баков горючего и окислителя сжатым азотом из шар-баллонов. Давление подавалось не на жидкость, а в разделительные мешки баков. Эти мешки обеспечивали прижатие жидкости к всасывающим горловинам в условиях невесомости. Горючее и окислитель из баков поступали на входы насосов ТНА, который для запуска предварительно раскручивался пороховой шашкой. Топливные компоненты под давлением одновременно поступают в камеру сгорания ив газогенератор, где происходит их самовоспламенение. Газогенератор своим горячим газом подхватывает раскрутку турбины, и насосы подают в камеру сгорания топливо для выхода двигателя на устойчивый режим.

При запуске двигателя возникает ускорение, прижимающее компоненты в баках к заборным горловинам. Наддув баков продолжается подачей газа непосредственно на зеркало компонентов топлива в баках. Для этого срабатывали пироклапаны, которые подавали газ наддува непосредственно в баки, минуя ненужные разделительные мешки.

По расчётам баллистиков, двигатель должен выдать тормозной импульс 136 м/с. Достижение этой скорости контролировал интегратор, который измерял кажущуюся скорость и должен был выдать команду на выключение ТДУ. Расчётное время работы ТДУ, соответствующее скорости 136 м/с, составляло 41 с. В действительности, расчётной величины скорости, на которую был настроен интегратор, достичь не удалось и штатная главная электрическая команда выключения ТДУ от интегратора не выдавалась. Двигатель прекратил работу на 1 секунду раньше расчётного времени. Топливо прекратило поступать в двигатель до достижения расчётной величины скорости. Причиной этого было неполное закрытие обратного клапана, служащего для предварительной продувки камеры сгорания. Через незакрытый клапан часть горючего, поступающего из ТНА в камеру сгорания, нештатно попала в полость разделительного мешка в баке горючего. Горючее, оказавшись в мешке, уже не могло попасть в камеру сгорания. Нерасчётная потеря горючего привела к прекращению работы двигателя на 1 секунду раньше достижения расчётного значения тормозного импульса. Интегратор не успел выдать команду на штатное выключение двигателя. Результатом стал недобор импульса примерно на 4 м/с (132 м/с вместо 136 м/с). Из-за недобора импульса не произошло штатное исполнение главной команды: не запустился цикл программно-временного устройства (ПВУ) «Гранит», который формирует последующие команды, в том числе разделение отсеков корабля.

С. П. Королёв и Ю. А. ГагаринПо завершению работы ТДУ возникло возмущение, которое привело к вращению корабля по всем трём осям со скорость 30 град/с. Поскольку штатной команды на выключение двигателя не было, то все тракты подачи компонентов остались открытыми. Газ наддува и окислитель под давлением порядка 6 МПа продолжали поступать в камеру сгорания и рулевые сопла, создавая мощное возмущение по всем осям.

Дублирующая команда на выключение двигателя пришла от ПВУ через 4 секунды после расчётной. Она перекрыла продувки, создававшие возмущения.

Через 10 минут после прекращения работы двигателя корабль достиг верхней границы атмосферы и начался разогрев его поверхности. Сработали термодатчики, которые дали команду на отделение спускаемого аппарата от приборно-агрегатного отсека. А далее все происходило штатно.


 

12 апреля 1981 года – первый старт космического корабля многократного применения «Колумбия» (Columbia, США).

С этого полёта началась эпоха пилотируемых КК «Спейс Шаттл» (Space Shuttle) – космических челноков, предназначенных для доставки на орбиты (высотой 200-500 км) грузов различного назначения. Многоразовая транспортная космическая система (МТКС) предназначалась для проведения на орбите различных исследований, технических экспериментов (в том числе военного характера), обслуживания обращающихся на орбите КА, доставки на Землю результатов исследований с борта этих объектов, а также самих КА с целью ремонта или модификации и последующего вывода их на орбиту.

В составе «Шаттла» имеются два твердотопливных ускорителя, центральный топливный бак, орбитальный самолёт с ЖРД (II ступень).

Схема МТКС «Спейс Шаттл»: 1 – кабина экипажа и носовой ЖРД орбитального маневрирования; 2 – блок 2-х ЖРД орбитального маневрирования; 3 – блок 3-х ЖРД SSME орбитального самолёта (II ступени); 4 – стартовые твердотопливные ускорители (I ступень)Заказчиком и ответственным исполнителем системы «Спейс Шаттл» является НАСА, орбитального самолёта компания «Роквелл» (Rockwell), твердотопливных ускорителей – компания «Тиокол» (Thiokol), подвесного бака – «Мартин Мэриетта» (Martin Marietta).

Стартовая масса «Шаттла» более 2000 т. Орбитальный самолёт мог доставить на орбиту полезную нагрузку 24,4 т (высота орбиты 200 км, наклонение орбиты 28°). Сухой вес самолёта 69 т.

Предварительные работы по созданию МТКС начались ещё в 1967 году, до полёта КК «Аполлон». В 1972 году была принята концепция системы, которая и была воплощена в металле. Концепция, с которой связаны и уникальные достижения, и не менее уникальные провалы. Некоторые, крайне неудачные решения, воплощённые в МТКС «Спейс Шаттл», были повторены и советской системе «Энергия»-«Буран». Детально о МТКС «Спейс Шаттл» расскажем в последующих обзорах.

Общий вид и схема полёта: 1 – старт; 2 – отделение твердотопливных ускорителей; 3 – отделение топливного бака; 4 – выход на орбиту; 5 – манёвры на орбите; 6 – торможение; 7 – вход в атмосферу; 8 - посадкаПервый испытательный полёт первого космического корабля МТКС «Спейс Шаттл», названного «Колумбией», проходил с 12 по 14 апреля 1981 года. Экипаж корабля – ветеран отряда астронавтов Джон Янг (John Young) и новичок в космосе Роберт Криппен (Robert Crippen). Для Джона Янга это был уже пятый космический полёт (два на КК «Джемини» (Gemini), два на «Аполлонах»). Кстати, он испытывал и первый пилотируемый «Джемини-3» (обзор №1-10 16–31.03.2016).

Успешное завершение полёта внушало оптимизм и уверенность в системе «Спейс Шаттл». Может быть, серьёзные неполадки на этой стадии помогли бы спасти 14 астронавтов, погибших позднее на борту двух кораблей «Спейс Шаттл» в 1986 г. («Челленджер», Challenger) и 2003 г. («Колумбия»)?

Старт «Колумбии» 12 апреля 1981 годаНа фотографии топливный бак выкрашен в белый цвет. Это делалось только на первых двух стартах КК «Колумбия». Все последующие запуски «Шаттлов» (а их было всего 135) совершались с неокрашенным баком. Слой краски на баке длиной 47 м и диаметром 8,4 м весил достаточно много и поэтому решили обойтись без него.

Между прочим, старт 12 апреля состоялся не потому, что США хотели затмить космические достижения Советского Союза, в частности полёт Юрия Гагарина. «Колумбия» должна была взлететь 10 апреля, но запуск перенесли по техническим причинам.


 

При подготовке материалов были использованы следующие источники:

  1. Журнал «Америка», №53, февраль, 1960.
  2. А. М. Первушин. Битва за звезды: Ракетные системы докосмической эры. – М.: ООО «Издательство АСТ», 2003.
  3. Космонавтика. Энциклопедия. – М.: «Советская Энциклопедия», 1985.
  4. Б. Е. Черток. Ракеты и люди. Горячие дни «холодной войны» – М.: «РТСофт», 2007.
  5. С. П. Уманский. Ракеты-носители. Космодромы. – М.: «Рестарт+», 2001.
  6. Журнал «Америка», №167, сентябрь, 1970.
  7. А. В. Амброжевич. Развитие транспортных систем с ЖРДУ. – Харьков: Рукопись, 2007.

 


« »



Оставьте свой комментарий

Вы должны быть авторизованы чтобы оставлять комментарии.

Рейтинг@Mail.ru