В этот день… №2-18 (21-30 апреля)



Александр Грищенко Недавно мы рассказывали о советском космическом телескопе и об американском спутнике-фоторазведчике. А сегодня всё наоборот: американский телескоп на орбите и советский спутник-разведчик.
 
 
 
 
24 апреля 1990 года – старт космического телескопа «Хаббл» (Hubble) на космическом корабле «Дискавери» (Discovery, США).

Ещё в 1962 году в докладе Национальной академии наук США было рекомендовано включить разработку орбитального телескопа в космическую программу. Уже в 1965 году был создан комитет, разрабатывавший перечень научных задач для крупного космического телескопа. С 1968 года НАСА вела работы по созданию такого аппарата с диаметром зеркала 3 м, но в 1974 году конгресс прекратил финансирование проекта. В 1978 году деньги всё же были выделены (36 млн. долларов), но проект немного изменился: диаметр зеркала уменьшился до 2,4 м и программа стала международной. К НАСА подключилось Европейское космическое агентство (ЕКА). Запуск намечался на 1983 год.

Полировка главного зеркала телескопаВ проекте были задействованы многие фирмы и организации, но ведущим учреждением был выбран Космический центр Маршалла.

В начале 1980-х автоматическая орбитальная обсерватория была названа в честь знаменитого американского астронома Эдвина Хаббла.

Пока шло изготовление зеркала телескопа и всех приборов, необходимых для его функционирования, сроки запуска неоднократно откладывались, а стоимость проекта увеличивалась (до 1,175 млрд. долларов).

Сложности были и при создании КА для размещения телескопа (разработка фирмы «Локхид»), что также приводило к переносу сроков старта.

Сборка космического аппарата для телескопа (хорошо видна рама из углепластика, к которой крепятся приборы)Космический аппарат имеет следующие характеристики: длина – 13,3 м; диаметр – 4,3 м; масса с установленными приборами – 12,5 т.

Когда все проблемы были решены и КА с телескопом уже были готовы к запуску (старт намечался на октябрь 1986 года), старт пришлось отложить на несколько лет. 28 января 1986 года произошла катастрофа КК «Челленджер» (Challenger). До выяснения причин и их полного устранения, ни о каких запусках КА с помощью кораблей «Спейс Шаттл» (Space Shuttle) и речи быть не могло.

Старт «Дискавери» 24 апреля 1990 годаПока КА хранился в специальном помещении с очищенной атмосферой, в его комплектацию были внесены изменения: заменили солнечные батареи, была изменена конструкция кормового защитного кожуха с целью облегчения обслуживания на орбите, усовершенствовали бортовой вычислительный комплекс и системы связи. Сохранность космического телескопа в рабочем состоянии в ожидании старта также увеличивала стоимость проекта.

24 апреля 1990 года, после четырёхлетней вынужденной задержки, Спейс Шаттл «Дискавери» успешно стартовал с КА «Хаббл» на борту. На следующий день телескоп был выведен на расчётную орбиту. Её параметры: апогей – 566 км; перигей – 561 км; наклонение орбиты – 28,471°; период обращения – 96,2 мин.

Вид «Хаббла» с борта космического корабля «Дискавери»Затраты на проект к моменту запуска составили 2,5 млрд. долларов (начальный бюджет был 400 млн. долларов). К началу 2000-х общие затраты составляли 6 млрд. долларов и 593 млн. евро.

На момент старта на борту КА «Хаббл» были установлены широкоугольная и планетарная камера, спектрограф высокого разрешения, камера съёмки тусклых объектов, спектрограф тусклых объектов, высокоскоростной фотометр и датчики точного наведения. Но после начала работы телескопа была выявлена существенная погрешность формы главного зеркала (2 мкм). Несмотря на то, что качество снимков было лучше, чем у земных телескопов, но разрешение оказалось ниже запланированного. Выполнение многих пунктов программы научных исследований оказалось под угрозой срыва. Но, к счастью, «Хаббл» был запущен в Шаттловскую эпоху, Вид «Хаббла» с борта космического корабля «Атлантис»и ещё на стадии его проектирования предусматривалось обслуживание на орбите. Первая техническая миссия была запланирована в 1993 году. К моменту её проведения были разработаны корректирующие устройства COSTAR, состоявшие из двух зеркал. Для их установки пришлось демонтировать высокоскоростной фотометр.

В декабре 1993 года состоялся полёт КК «Индевор» (Endeavour, 2.12 – 13.12.1993), в течение которого была восстановлена полная работоспособность «Хаббла». Всего, кстати, было четыре технических миссии по обслуживанию космического телескопа, значительно продлившие активное существование КА. Надеемся, что о некоторых из них мы ещё расскажем.

Рождение звёзд в Туманности Орёл (один из наиболее известных фотоснимков, сделанных Хабблом)

За длительный период работы на орбите космических телескоп «Хаббл» позволил совершить большое количество открытий. Вот только некоторые из них:

  1. получение высококачественных изображений столкновения кометы Шумейкеров-Леви с Юпитером;
  2. получение карты поверхности Плутона и Эриды;
  3. наблюдение ультрафиолетового полярного сияния на Сатурне, Юпитере и Ганимеде;
  4. получены подтверждения теории о сверхмассивных чёрных дырах в центре галактик;
  5. обнаружено наличие эквивалентов гамма-всплесков в оптическом диапазоне и ещё много другой научной информации.

 

26 апреля 1949 года – была впервые испытана экспериментальная камера ЖРД КС-50 «Лилипут» (СССР).

Ещё на стадии освоения немецкого опыта и проектирования ЖРД для ракет Р-1 – Р-5, специалистам ОКБ-456 (главный конструктор В. П. Глушко) было ясно, что существенное улучшение характеристик двигателей возможно только путём создания новой конструкции камеры. Для этого необходимо было выбрать компоненты топлива. Переход от спирта к керосину приводил к повышению температуры газа в камере. Следовательно, материал стенок должен быть теплопроводным, что означало замену стали медью и в перспективе – специально разработанными медными сплавами, которые должны быть жаростойкими и теплопроводными при высоких температурах. Толщина стенок должна быть минимальной (порядка 1 мм). Для улучшения теплоотвода от стенки предлагалось её наружное оребрение.

Экспериментальная камера КС-50 «Лилипут»Имея достаточный опыт создания ЖРД и зная результаты работы своих коллег из других отечественных КБ и НИИ, В. П. Глушко в 1948 году принял решение приступить к разработке ряда конструкций экспериментальных камер с медными стенками.

Первой камерой с оребрённой медной стенкой, припаянной к стальной силовой стенке, стала разработанная в 1948 году камера КС-50. Камера состояла из цилиндрической части диаметром 60 мм и объёмом 1 л, плоской головки с одной двухкомпонентной форсункой и конического сопла с критическим сечением 12 мм. Из-за малых размеров камера получила неофициальное название «Лилипут». Все стенки и днище головки этой камеры со стороны огня изготавливались из чистой меди и охлаждались водой. На наружной поверхности медной стенки имелись выфрезерованные рёбра постоянной ширины по высоте и длине. На цилиндрической части и сопле рёбра располагались по образующим, ширина канавки между соседними рёбрами не превышала 3,5…4 мм. Толщина стенки – донышка канавок между рёбрами выдерживалась в пределах 1…1,5 мм. Пайка проводилась в печах с нейтральной средой, высокотемпературный припой был создан на основе серебра.

Для получения паяного соединения нужной прочности было опробовано несколько марок припоев, различные способы их нанесения на поверхность деталей, различные типы печей для пайки. Разработки шли в тесном контакте технологов с конструкторами. Решались вопросы определения оптимального зазора между деталями в местах пайки, способов прижатия деталей в процессе пайки. Для соединения медных и стальных деталей на торцах каждого узла были впервые отработаны специальные режимы аргоно-дуговой сварки в нейтральной среде. И конструкция, и технологии были пионерскими. Основные решения были затем использованы практически на всех отечественных камерах ЖРД.

Экспериментальная камера ЭД-140Паяная конструкция камеры не только полностью решила проблему обеспечения надёжного охлаждения, но и позволила выдерживать любое давление газов в камере в пределах увязки мощностей ТНА. Эта конструкция камеры дала возможность создавать ЖРД практически любой тяги в пределах её технической целесообразности и обеспечила полёт ракет на любую дальность, а также и вывод полезной нагрузки в космос.

«Лилипут» стала первой камерой нового типа. Она нормально заработала с первого испытания, изготавливалась многие годы и использовалась для опытного подтверждения термодинамических расчётов большого числа перспективных компонентов топлива, включая фторсодержащие окислители, разные суспензионные горючие и другие при давлении газов в камере сгорания до 10 МПа. Тяга камеры 500…1000 Н (в зависимости от давления). Подача компонентов топлива в камеру была вытеснительной, окислитель использовался большей частью газообразным, при околокритическом перепаде давления, что обеспечивало хороший распыл и смешение компонентов топлива, и, соответственно, полноту их сгорания.

За «Лилипутом» последовало создание экспериментальной модельной камеры ЭД-140 тягой 70 кН (1949-1952). Эта камера с профилированным соплом надёжно работала при давлении газов 6 МПа на топливе керосин + кислород. Главной задачей был поиск конструкции смесительной головки, обеспечивающей максимальный удельный импульс тяги. На этой камере были отработаны многие элементы будущих двигателей: смесительная головка, гофрированные проставки в тракте охлаждения, конструкция и технология сварки узлов стыков секции сопла, а также исследованы конструкции щелевого пояса внутреннего охлаждения с тангенциальной закруткой горючего.


 

26 апреля 1962 года – первый удачный запуск советского разведывательного спутника «Зенит-2» (СССР).

Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР №569-264 о создании первого советского спутника-разведчика 2К («Зенит») было принято 22 мая 1959 года. Но родилось оно не на пустом месте. Ещё 30 января 1956 года Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР №149-88 предусматривалась не только разработка и изготовление объекта «Д» (неориентированный ИСЗ массой от 1000 до 1400 кг с научной аппаратурой от 200 до 300 кг), но и проведение научно-исследовательских работ и эскизной проработки объекта «ОД» (ориентированного объекта «Д»), отличающегося целым рядом новых систем и технологий, необходимых для создания как аппаратов с разведывательным оборудованием, так и пилотируемых КК.

Раскрытые антенны аппаратуры радиоразведки спутника «Зенит-2»Для создания такого спутника потребовалось решить целый комплекс проблем, связанных с проведением фотосъёмки в условиях невесомости. После успешных экспериментов по фотосъёмке с заатмосферных высот, в 1958 году Красногорское предприятие по выпуску фотоаппаратуры (КМЗ) приступило к опытно-конструкторским проработкам специальных космических фотоаппаратов. С самого начала были поставлены три целевые задачи: фотосъёмка планет Солнечной системы, обзорное картографирование и видовая разведка земной поверхности.

К 1958 году в ОКБ-1 одновременно шли работы по объектам ОД-1 и ОД-2 – спутником-фоторазведчиком и космическим кораблём для полёта человека по околоземной орбите. Когда техническая реализуемость проектов была подтверждена ЦК КПСС и Совет Министров СССР приняли постановление №569-264. Предполагалось создание автоматического спутника-разведчика, оснащённого фотографической и специальной разведывательной радиоаппаратурой. Информация, полученная при работе аппарата, должна была передаваться по радиоканалу на средства наземного комплекса управления полётом. По завершении орбитального полёта отснятая фотоплёнка доставлялась на Землю.

Одной из важнейших проблем при создании космических аппаратов целевого назначения стало управление их движением после отделения от РН. Для фоторазведчиков требовалась разработка надёжных систем ориентации и управления при входе в атмосферу и в процессе приземления.

ИСЗ фоторазведки «Зенит-2»

ИСЗ фоторазведки «Зенит-2»:
1 – фотоаппаратура; 2 – спускаемый аппарат; 3 – баллоны системы ориентации; 4 – приборный отсек; 5 – антенны телеметрических систем; 6 – ТДУ; 7 – датчик ориентации по Солнцу; 8 – построитель инфракрасной вертикали; 9 – антенна программной радиолинии; 10 – антенны системы радиоразведки

Главный конструктор автономных систем управления для РН, главный инженер НИИ-885 Н. А. Пилюгин, отказался от этой работы, сославшись на большую нагрузку разработками систем для боевых ракет, которые создавались в ОКБ-586 М. К. Янгеля и ОКБ-52 В. Н. Челомея.

Собственных сил для выполнения такой сложной работы у ОКБ-1 не было. Именно тогда, по инициативе С. П. Королёва в ОКБ-1 перевели из НИИ-1 Министерства авиационной промышленности коллектив под руководством Бориса Викторовича Раушенбаха. Кроме того, ОКБ-1 объединили с соседним НИИ-58 (организация по разработке артиллерийского вооружения).

Первоначальные варианты компоновки спутника-разведчика строились на базе приборного отсека и спускаемой капсулы. В первом предполагалось установить фотоаппараты, специальную радиоаппаратуру и основные служебные системы, обеспечивающие функционирование спутника в орбитальном полёте. В конической капсуле находились кассеты с фотоплёнкой и оборудование, необходимое для работы при спуске и поиске после посадки, тормозная двигательная установка, парашюты и радиомаяки. В процессе проектирования рассматривались варианты спутника различной размерности, массой от 1,5 т до 4,5 т, при этом уже на начальном этапе работ в состав полезной нагрузки был включён длиннофокусный (фокусное расстояние объектива примерно 1 метр) фотоаппарат.

В 1959 году, при обсуждении одного из вариантов спутника с приборным отсеком, близким по конструкции к аналогичному отсеку разрабатываемого пилотируемого корабля, С. П. Королёв предложил отказаться от ранее выбранной схемы и принять за основу построения разведчика компоновку корабля, получившего название «Восток». Унифицированная компоновка состояла из большого сферического спускаемого аппарата и приборного отсека конической формы. Вся специальная аппаратура устанавливалась внутри спускаемого аппарата, вся служебная – в приборном отсеке, снабжённом ТДУ для спуска с орбиты. Оптические оси фотоаппаратов были перпендикулярны продольной оси спутника, а съёмка велась через иллюминаторы, прорезанные в крышке одного из двух люков спускаемого аппарата.

Спускаемый аппарат «Зенита-2»Фотосъёмка высокой разрешающей способности с аппарата, движущегося со скоростью около 8000 м/с на высотах 200…400 км, потребовала разработки теоретических основ создания космической фотоаппаратуры, в том числе принципов построения и расчёта оптической системы с длиннофокусными объективами и большими по размерам, нагруженными многослойными иллюминаторами, систем компенсации сдвига изображения и влияния внешних факторов.

КМЗ как головному разработчику фотоаппаратуры пришлось учитывать жёсткие требования заказчика, которые предусматривали установку фотоаппаратов в спускаемый аппарат, иллюминатор которого гарантировал герметичность без искажения кадра. Требовалось также полностью автоматизировать процесс съёмки и протяжки плёнки, обеспечить сохранность её в специальной кассете при спуске на Землю и посадке с ударной перегрузкой до 20 единиц.

В свою очередь, разработчики фотоаппаратуры требовали от проектантов и конструкторов ОКБ-1 обеспечить особые условия для оптики фотоаппаратов. Одним из самых трудных было требование поддержания температуры объектива с отклонением от заданного значения не более чем на 1°С, а скорость изменения температуры не должна была превышать 0,1°С в час. Кроме того, было необходимо вводить в фотоаппарат данные о скорости и высоте полёта. Они использовались в механизме протягивания плёнки для компенсации сдвига изображения. Заданная разрешающая способность снимка могла быть обеспечена только в том случае, если отклонение от заданной скорости компенсационного движения плёнки не приводило к смещению «остановленного» изображения более чем на 0,01 мм.

Вид на отсек аппаратуры спутника «Зенит-2» со снятой крышкойК апрелю 1960 года был разработан эскизный проект экспериментального корабля-спутника «Восток-1» (11Ф61, он же 1К), предназначенного для отработки конструкции и пилотируемого корабля, и разведывательного спутника. Последний получил обозначение 11Ф62 «Восток-2» (аппарат 2К для ведения обзорной фото- и радиоразведки), позднее он был переименован в 11Ф61 «Зенит-2».

Требования к системе управления спутника-разведчика были более жёсткие, чем у пилотируемого корабля, поскольку требовалась точная и детальная информация о расположении целей, для фотосъёмки требовалась постоянная ориентация спутника, «Зенит» управлялся не только по разовым командам, выдаваемым с наземных пунктов, но и по суточной программе работы, закладываемой на борт с помощью командно-программной радиолинии с достаточно высокой пропускной способностью. В системе ориентации впервые была применена схема, включающая особые гироскопические датчики, инфракрасный построитель вертикали и ряд других элементов.

Внешняя компоновка разведчика отличалась от пилотируемого корабля наличием дополнительной цилиндрической проставки посередине приборного отсека и отсутствием антенных устройств в передней части спускаемого аппарата – их место заняли антенны командной радиолинии и специальной аппаратуры на боковой поверхности приборного отсека. А вот ТДУ-1 и часть других систем заимствовались из КК «Восток» без изменений.

Установка спутника на третью ступень РНУже в 1960 году началось полномасштабное проектирование полезной нагрузки «Зенита-2». Специальный фотокомплекс «Фтор-2» состоял из одного фотоаппарата СА-20 с фокусным расстоянием 1 м и одного фотоаппарата СА-10 с фокусным расстоянием 0,2 м. Для оперативной фоторазведки предназначалась фототелевизионная аппаратура «Байкал», а для радиоразведки – аппаратура «Куст-12М». Съёмка велась на фотоплёнку производственного объединения «Свема».

Время активного существования спутника-фоторазведчика определялось в восемь дней, ограничивалось запасами плёнки и рабочего тела для ориентации.

Все вопросы создания новых систем изучались в ОКБ-1 с участием заказчика и широкой кооперации исполнителей с августа 1956 года по декабрь 1960 года. Разработка проекта «Зенит-2» завершилась в июле 1961 года. К этому времени спутник был изготовлен, прошёл значительную часть наземной экспериментальной отработки и был готов к отправке на полигон.

Программа лётных испытаний космического комплекса, включавшего спутник-разведчик «Зенит-2», РН «Восток» (вариант для первых пусков – 8К72К, для серийного использования – 8А92), наземное технологическое электроиспытательное оборудование и программную радиолинию, предусматривала десять пусков.

Учитывая малые мощности завода №88 в Подлипках, выпускавшего изделия ОКБ-1, Постановлением ЦК КПСС и Совета Министров СССР за №470-174 от 13 мая 1961 года все работы по изготовлению аппаратов «Зенит-2» и носителей к ним были переданы в ведение завода №1 (г. Куйбышев, ныне Самара).

Первый запуск разведчика «Зенит-2», изготовленного ещё в Подлипках, был аварийным: стартовавший 11 декабря 1961 года с Байконура носитель 8К72К из-за отказа третьей ступени до орбиты не долетел. Спутник был ликвидирован системой автоматического подрыва объекта.

Аварийный исход пуска подарил разработчикам несколько месяцев для доработки носителя и устранения недостатков целевой аппаратуры.

Следующий запуск состоялся 26 апреля 1962 года. Спутник был выведен на орбиту и получил официальное название «Космос-4». В ходе орбитального полёта из-за стравливания воздуха из баллонов высокого давления через клапан дренажа отказала основная система ориентации. Спускаемый аппарат был возвращён на Землю через трое суток. Несмотря на то, что значительная часть полёта проходила в неориентированном режиме, фотографирование проводилось и удалось получить определённый материал.

Один из фотоснимков, сделанных спутником «Зенит-2»После проявления первых снимков в лаборатории Главного разведывательного управления (ГРУ) стало ясно, что успех достигнут. Операторы, сканируя плёнку электронным пятном, оценили разрешающую способность в 5-7 м для фотоаппарата с фокусным расстоянием 1 м. Это было почти вдвое лучше заданных 10 м. Полученное разрешение ещё не позволяло отличить грузовой автомобиль от железнодорожного вагона, но и такой результат был неплох.

Третий пуск «Зенита-2», выполненный 1 июня 1962 года, был аварийным: опять отказ РН. Программу испытаний скорректировали и дополнили до 13 пусков.

Четвёртый «Зенит-2», запущенный 28 июля 1962 года, вышел на орбиту и получил название «Космос-7». Он работал четверо суток и привёз исключительно ценную информацию. В этом полёте были отсняты районы общей площадью 10 млн. кв. км при разрешающей способности в среднем не хуже 10 м. Напоминаем, что вся площадь США составляет 9,38 млн. кв. км.

Начиная с пятого пуска («Космос-9») все фоторазведчики были разработаны и изготовлены заводом «Прогресс» (завод №1).

В последующих испытательных пусках комплектация целевой аппаратуры изменилась, был увеличен запас фотоплёнки.

Последний полёт по программе испытаний «Зенита-2» («Космос-20») завершился 30 октября 1963 года. 10 марта 1964 года «Зенит-2» был сдан в штатную эксплуатацию. К этому времени в США уже несколько лет эксплуатировались спутники-фоторазведчики, созданные по программе CORONA (обзор №2-12 21–29.02.2017) с разрешением 3,0 м.

Всего было запущено более 80-ти аппаратов: 58 полётов были полностью успешными, 11 – частично успешными, 12 – неудачными. Последний полёт «Зенита-2» начался 12 мая 1970 года.

На смену «Зениту» пришли другие спутники-разведчики, но это уже другая история.


 

При подготовке материалов были использованы следующие источники:

  1. Wilfried Ley, Klaus Wittmann, Willi Hallmann. Handbook of Space Technology. – John Wiley and Sons. Ltd. Publication, 2009.
  2. Вячеслав Рахманин. 75 лет НПО Энергомаш – лидеру ракетного двигателестроения. – Журнал «Двигатель», №4, №5, 2004.
  3. А. Д. Дарон. К истории разработки двигателей первых ступеней ракеты-носителя «Восток». – Из истории авиации и космонавтики, вып. 66.
  4. И. Б. Афанасьев, Д. А. Воронцов. Золотой век космонавтики: мечты и реальность. – М.: Фонд «Русские витязи», 2015.

 


« »



Оставьте свой комментарий

Вы должны быть авторизованы чтобы оставлять комментарии.

Рейтинг@Mail.ru