В этот день… №1-21 (1-10 августа)



Александр Грищенко Приветствую вас, уважаемые читатели! Начало августа связано, прежде всего, с именем американского основоположника космонавтики Роберта Годдарда. В начале августа, вслед за Юрием Гагариным, совершил орбитальный полёт второй советский космонавт. И в августе продолжался полёт второго экипажа станции «Скайлэб».
 
 
 
1 августа 1923 года – доклад Роберта Годдарда (Robert Goddard) совету попечителей университета Кларка о работах, проведенных с июля 1921 по август 1923 г. (США).

Один из основоположников космонавтики, гражданин США Роберт Годдард, известен не только своими теоретическими работами, но, прежде всего, пионерскими разработками ракетной техники. Достаточно сказать, что первая в мире ракета с ЖРД была построена Годдардом (полетела 16.03.1926).

После окончания Годдардом Вустерского политехнического института (штат Массачусетс) в 1908 году и получения степени бакалавра, он три года посещал Кларковский университет. Причем в первый год одновременно работал преподавателем в институте. С Кларковским университетом, ещё более чем с родным Вустером, Годдард надолго связал свою судьбу – начиная с 1914 и до 1943 г. состоял в нем на службе, сначала преподавателем, потом профессором, а с 1923 г. директором физической лаборатории.

Схема внутреннего охлаждения

Схема внутреннего охлаждения:
1 – профиль температуры газа; 2 – распределение коэффициента избытка окислителя; 3 – ядро потока; 4 – пристеночный слой; 5 – пограничный слой; 6 — стенка

Кларковский университет был основан в 1887 г. на средства местного филантропа. В период, когда в нем учился Годдард, университет собственно и предназначался для продолжения образования молодыми бакалаврами, показавшими неплохие способности в институте. Для подготовки магистерских и докторских диссертаций их принимали в университет без экзаменов. В университете с очень небольшим количеством студентов (в то время около 100 человек), обладавшем прекрасным преподавательским составом и оборудованием физических лабораторий, была очень свободная, демократическая обстановка. Уже в 20-е годы ХХ века университет Кларка вошел в список ста ведущих вузов США.

Именно в стенах университета профессор Годдард начал заниматься экспериментальными работами по ЖРД (примерно с лета 1921 г.). Уже в марте 1922 на стенде заработал первый ЖРД. В отчётах совету попечителей Университета Кларка Годдард перечислял всё сделанное в области ракетных разработок, выполнявшихся в лабораториях университета. При выполнении этих работ профессор столкнулся со всеми проблемами, которые и сегодня решают разработчики ракетных двигателей. И одной из таких проблем была проблема охлаждения камеры сгорания. Поначалу, в камеру устанавливался вкладыш из алундума (абразивный материал на бокситовой основе). Но, видимо, этот способ не дал хорошего результата. В конце 1922 года было опробовано внутреннее охлаждение водой, подаваемой третьим насосом. Два других насоса предназначались для подачи в камеру двигателя окислителя – жидкого кислорода и горючего – эфира. Поток воды закручивался в головке камеры с помощью завихрителя и распылялся вдоль её стенки. Таким образом, впервые было осуществлено пленочное охлаждение камеры ЖРД.

Расположение форсунок на головке двигателя РД-1М

Расположение форсунок на головке двигателя РД-1М:
1 – форсунка горючего; 2 – форсунка окислителя; 3 – форсунка горючего увеличенного расхода; 4 – форсунка окислителя с факелом распыла, направленным внутрь камеры

Схема внутреннего (пленочного) охлаждения с привлечением третьего компонента, ввиду её сложности не была востребована в те годы. Её более простой вариант, с использованием одного из основных компонентов, был реализован в 1946 году в СССР (РД-1М). А. М. Исаев предложил с помощью дополнительных форсунок, расположенных по периферии головки камеры, создавать в пристеночном слое продуктов сгорания избыток одного из компонентов топлива, снижающий тепловой поток от газов к стенке.

У периферийных форсунок окислителя сопла были скошены, что давало возможность направлять конусы распыла к центру, обеспечивая тем самым отсутствие окислителя в периферийном слое. В углах форсуночного квадратного поля были поставлены форсунки с увеличенным расходом горючего, что позволяло надежно прикрыть по две примыкающие к углам форсунки окислителя. Эти, и ряд других решений, позволили поднять ресурс двигателя РД-1М до одного часа. К идее внутреннего (пленочного) охлаждения А. М. Исаев пришёл самостоятельно, в процессе совершенствования самолётного ЖРД РД-1, и без влияния работ Роберта Годдарда. Но первым был американский исследователь.


 

6 августа 1961 года – второй орбитальный полёт советского космонавта Германа Титова (СССР).

При подготовке второго пилотируемого полёта, острую дискуссию С. П. Королёва с руководством ВВС вызвал вопрос продолжительности полёта космонавта. Королёв после совещания с медиками хотел, чтобы полёт длился не менее суток. Руководитель отряда космонавтов, генерал Каманин Н. П., предлагал не более трёх витков. Победила точка зрения Королёва. Космонавт №2 должен был выполнить довольно обширную программу экспериментов, которые, по вполне понятным причинам, проводились впервые в мире. Он должен был дважды опробовать ручное управление кораблём, вести визуальные наблюдения через иллюминаторы и записывать увиденное, проводить сеансы связи при каждом пролёте над СССР по УКВ, а в режиме КВ – два раза в час, делать физзарядку, обедать, ужинать, пользоваться ассенизационным устройством, и, наконец, спать (для чего и нужен был суточный полёт).

Космонавт №2 – Герман Титов после приземленияКандидатура космонавта на суточный полёт была одобрена единодушно – Герман Титов. Жарким утором 6 августа в 9 часов по московскому времени стартовал в космос второй гражданин Советского Союза. Поскольку полёт Титова был намного длительнее полёта Гагарина, то и влияние невесомости на человеческий организм ему пришлось испытать в большей степени. Несмотря на бодрые доклады о хорошей переносимости невесомости, космонавта слегка подташнивало и мутило.

Герман Титов стал первым землянином, который не только спал в космосе, но и проспал вызов из центра управления полётом. Срочно было разработано ТЗ для часовой промышленности на космический будильник.

Приземление 7 августа 1961 г. прошло успешно, не считая того, что при спуске на парашюте космонавт №2 приземлился в десятке метров от железной дороги, по которой шел поезд.

После доставки спускаемого аппарата на завод, была обнаружена нештатная ситуация. После выключения ТДУ гермоплата с кабельными жгутами между СА и приборным отсеком должна была при помощи пиропатронов отстрелиться от СА. Только после этого отстрела происходит разделение самих отсеков. Гермоплата не отстрелилась, и отсеки вошли в атмосферу механически разделенные, но связанные толстым жгутом кабелей. В плотных слоях атмосферы кабель сгорел и дальше все прошло штатно. Это был повтор дефекта 4-го (09.03.1061) и 5-го (25.03.1961) беспилотных космических кораблей.

Первые космонавты СССР – Юрий Гагарин и Герман ТитовИсследование дефекта показало, что причиной стала не схемная ошибка, а неудачная прокладка кабеля. По команде «отделение отсеков» специальный пиронож перерубал кабель, по которому передавалась команда на отстрел платы, на долю секунды раньше, чем эта команда выдавалась. Была допущена ошибка в прокладке кабеля. На последующих кораблях серии 3КА («Восток») этот недостаток был устранен.

Пироклапаны, пироболты, пиротехнические воспламенительные устройства и прочие подобные устройства являются непременным атрибутом жидкостных ракетных двигательных установок (ЖРДУ) и ракетных летательных аппаратов с ЖРДУ. Без этих специфических тепловых машин невозможно обеспечить надежный процесс выведения полезной нагрузки на орбиту и её длительное функционирование.


 

10 августа 1945 года – смерть Роберта Годдарда (США).

Роберт Годдард (Robert H. Goddard, 1882 — 1945) – американский пионер ракетно-космической техники.

Проблемой полёта в космическое пространство Годдард начал интересоваться в юности – в 1899 году.

Роберт ГоддардВ 1909 г. Годдард впервые записал свои соображения и расчёты по проблемам использования ракеты для космических полётов и применения для этой цели различных видов топлив, в том числе жидких.

Интересы Годдарда на ранней стадии его деятельности были весьма разнообразными. В его записях содержатся такие идеи, как использование для полёта магнитного поля Земли; проведение фотосъёмки Луны и Марса с облётных траекторий; производство на Луне кислорода и водорода для использования в качестве ракетного топлива и т.д. Многие из этих идей позже были осуществлены на практике, что говорит о большом творческом даровании Годдарда (всего на его имя зарегистрировано 214 патентов) и его способности к инженерному предвидению.

В январе 1920 года была издана фундаментальная работа Годдарда «Метод достижения предельных высот». В неё вошли результаты теоретических и экспериментальных исследований, выполненных в основном в 1912-1916 гг. Эту работу по праву следует отнести к числу классических в истории ракетно-космической науки и техники.

Начиная с 1917 г. Годдард занимался конструкторскими разработками в области твердотопливных ракет различного типа, и в том числе многозарядной ракеты импульсного горения.

Роберт Годдард у одной из своих ракетВ 1921 г. Годдард решил перейти к экспериментам с ЖРД. Впервые в мире успешный полёт ракеты с ЖРД был осуществлён 16 марта 1926 г. в местечке Обурне (штат Массачусетс).

В дальнейшем Годдард строил и запускал ракеты самых разных конструкций – с вытеснительной системой подачи и с ТНА, с различными видами управляющих устройств и систем наддува. Кроме того, он разрабатывал и испытывал ЖРД с камерами различной формы: прямоугольного сечения, цилиндрическими и сферическими. На ракетах Годдарда использовались не только однокамерные, но и четырёхкамерные ЖРД. Очень многое в области ракетного двигателестроения впервые было предложено и опробовано именно Годдардом.

С началом второй мировой войны Годдард пытался привлечь к своим разработкам внимание военных кругов. Только в 1942 г. он был взят на службу в ВМС США, где вплоть до своей смерти в 1945 г. руководил созданием ЖРД для ускорителей самолетов, занимая пост руководителя исследований в Бюро аэронавтики.


 

1-10 августа 1973 года – продолжение полёта второй экспедиции на ОС «Скайлэб» (Skylab, США).

Выведенный 28.07.1973 г. на околоземную орбиту КК «Аполлон» (Apollo) со вторым экипажем станции весил 14,2 т. Полезная нагрузка (оборудование для ремонта станции и для проведения различных экспериментов) составляла 862 кг. Оборудование для ремонта включало в себя новый экран «зонт» (он не потребовался), комплект из шести запасных гироскопов, запасной теплообменник, телевизионный монитор и два ленточных записывающих устройства. Оборудование для экспериментов включало в себя аквариум с двумя пескарями и 50 икринками пескаря, клетку с двумя пауками, контейнеры с мушками-дрозофилами и мышами и т.д. — предусматривалось исследование влияния невесомости на состояние и поведение этих биологических объектов.

Операция перестыковки основного модуля КК «Аполлон» с лунным модулемПосле выведения на орбиту и выполнения девяти коррекций транспортный корабль сблизился со станцией и через 8 часов 29 минут после старта стыковался с ней с первой попытки. Напоминаем, что на участке выведения возникла утечка в одном из четырёх блоков вспомогательных двигателей транспортного корабля (обзор №1-20 21–31.07.2016), и этот блок выключили.

Реактивная система управления служебного отсека имела 16 управляющих двигателей R-4D (Марквардт МА-109), работающих на топливе четырёхокись азота + аэрозин-50 с коэффициентом весового соотношения компонентов 2.

Реактивная система управления служебного отсека управляла всем кораблем «Аполлон» и состояла из четырёх идентичных функционально независимых, диаметрально расположенных систем А, В, С и D, каждая из которых состоит из четырёх перпендикулярно смонтированных двигателей, топливных баков и арматуры. Такое расположение реактивной системы управления способствует повышению надёжности и позволяет решать все задачи управления: стабилизацию, ориентацию и маневрирование в пространстве по всем трём осям. Эта система играла решающую роль при полётах на Луну.

Топливная система блока ЖРД реактивной системы управления служебного отсекаКаждая из четырёх систем А, В, С и D имеет сферический баллон из титанового сплава, в котором под давлением 28 МПа находится гелий, используемый для вытеснения топливных компонентов из баков. Топливо находится в вытеснительных тефлоновых мешках, внутри которых помещается перфорированная трубка, по которой топливо поступает в магистральный трубопровод при обжатии тефлонового мешка газом наддува. Запас топлива в баках каждой системы составляет 148 кг, причём имеются основные и дополнительные баки, которые функционируют одновременно.

К управляющим двигателям топливо подаётся с помощью отсечных двухпозиционных электроклапанов, которые закрываются только при заправке и проведении контрольных операций, а в остальное время нормально открыты.

Камера сгорания рулевого двигателя R-4D (МА-109) выполнена из молибдена. Форсуночная головка из алюминиевого сплава… Камера сгорания и сопло охлаждаются излучением. ЖРД состоит из двух частей – камеры сгорания с соплом, оканчивающимся сечением с отношением площадей 7:1, и удлинительного сопла. Камера сгорания, изготовленная из молибденовой поковки, имеет кварцевое покрытие. Его назначение – предохранять молибден от окисления. Основные технические характеристики ЖРД R-4D: тяга на Земле – 280 Н, в пустоте – 445 Н; квазиустановившееся давление в камере сгорания – 0,63 МПа; температура в камере сгорания – около 2900 °С, масса двигателя – 2,27 кг.

Камера ЖРД R-4DВ конструкции ЖРД имеется воспламенительная предкамера, возбуждающая горение и сводящая к минимуму детонацию, так как сильные скачки давления могут разрушить ЖРД. Для подавления детонации горючее подводится в камеру на несколько миллисекунд ранее окислителя.

Запуск двигателя начинается с момента подачи электрического сигнала на соленоидные клапаны, открывающие топливные магистрали. Именно клапан окислителя одного из двигателей заклинило на стадии разделения со второй ступенью РН 28.07.1973, что привело к отключению одной из четырёх систем.

Утром 29 июля Алан Бин (Alan Bean) сообщил, что члены экипажа испытывают сильное головокружение, поэтому намеченный на 31 июля первый выход в открытый космос отложили до того времени, когда у астронавтов улучшиться самочувствие. Процесс адаптации завершился лишь 1 августа.

2 августа экипаж увидел хлопья «снега» в иллюминаторе — опять утечка окислителя из другого блока управляющих двигателей. Теперь они имели только два блока ЖРД для маневра. Руководство полётом пришло к выводу, что опасность взрыва исключена, и экипажу разрешили продолжить полёт. Два оставшихся блока сохранили работоспособность до конца расчётного срока пребывания на станции второго экипажа, и запускать спасательный экипаж не потребовалось.

Первый выход в открытый космос состоялся 6 августа, когда у экипажа полностью прекратились симптомы укачивания. Выход Гэрриота (Garriott) и Лусмы (Lousma) продолжался 6 часов 31 минуту. Основной их задачей была установка второго теплозащитного экрана («полог»), поверх развёрнутого первым экипажем экрана «зонт», который раскрылся не полностью и под влиянием ультрафиолетового излучения Солнца начал терять свои теплозащитные свойства. Для установки экрана «полог» астронавтам потребовалось 4 часа, вдвое больше, чем рассчитывали. Кроме того, они произвели замену кассет с плёнкой в комплексе астрономических приборов АТМ.

С 7 августа экипаж приступил к выполнению научных исследований по полной программе, но об этом расскажем в последующих обзорах.


 

При подготовке материалов были использованы следующие источники:

  1. Гансвиндт, Годдард, Эсно-Пельтри, Оберт, Гоман. Пионеры ракетной техники. Избранные труды (1891-1938). – М.: «Наука», 1977.
  2. И. Н. Бубнов. Роберт Годдард 1882-1945. – М.: Наука, 1978.
  3. А. М. Исаев. Первые шаги к космическим двигателям. – М.: Машиностроение, 1978.
  4. Т. М. Мелькумов, Н. И. Мелик-Пашаев, П. Г. Чистяков, А. Г. Шиуков. Ракетные двигатели. – М.: Машиностроение, 1976.
  5. Б. Е. Черток. Ракеты и люди. Горячие дни «холодной войны» – М.: «РТСофт», 2007.
  6. Пилотируемые полеты на Луну, конструкция и характеристики Saturn V Аpollo. Ракетостроение, Том 3. – 1973.
  7. Н. М. Беляев, Н. П. Белик, Е. И. Уваров. Реактивные системы управления космических летательных аппаратов. – М.: Машиностроение, 1979.
  8. Ежегодник Большой Советской Энциклопедии. – 1974.
  9. Иностранные авиационные и ракетные двигатели (по данным иностранной печати). Институт им. П. И. Баранова. – 1967.

 


« »



Оставьте свой комментарий

Вы должны быть авторизованы чтобы оставлять комментарии.

Рейтинг@Mail.ru