В этот день… №3-30 (21-31 августа)



Александр Грищенко Очень часто технические объекты, предназначенные для решения одних и тех же функций, но создаваемые в разных странах, имеют больше общего, чем отличного. В качестве примеров можно привести сверхзвуковые пассажирские самолёты Ту-144 и «Конкорд», орбитальные корабли многократного применения «Спейс Шаттл» и «Буран». Мы расскажем ещё об одном примере технического сходства пилотируемых орбитальных аппаратов, разрабатывавшихся в середине 60-х годов в США и СССР.
 

25 августа 1965 года – директива Президента США Джонсона о постройке пяти пилотируемых ОС MOL (США).

В 1959 году в США была принята амбициозная программа постройки орбитальной станции, получившей название MOL (Manned Orbiting Laboratory). Прямой перевод обозначал её как «обитаемую орбитальную лабораторию», однако главной целью была доставка на орбиту военного оборудования. В качестве вторичных заданий предполагались исследования в области длительного влияния невесомости на человеческий организм, апробация замкнутой системы жизнеобеспечения, испытания двигательных установок нового типа.

Станция создавалась не на пустом месте – в качестве основы были взяты наработки по проекту «Джемини» (Gemini) (обзор №1-03 1–15.12.2015). Согласно проекту от июня 1959 года предполагалось, что станция будет собираться из трёх частей: основного блока, корабля с экипажем и возвращаемой капсулы Gemini B. Интересной деталью была возможность стыковки к основному блоку двигательной установки одного из промежуточных блоков ракеты Titan-3 – в этом случае станция получала бы возможность пилотируемых манёвров.

Один из ранних вариантов ОС MOLОднако работы сдерживались отсутствием официального одобрения и, соответственно, финансов. В начале зимы 1963 года ситуация изменилась: 10  декабря 1963 года Роберт Макнамара (министр обороны США) объявил об аннулировании проекта Х-20 «Дайна-Сор» (обзор №2-32 11–20.09.2017) в пользу лётных испытаний моделей аппаратов с несущим корпусом и создания пилотируемой орбитальной лаборатории MOL с передачей в программу оставшихся финансовых средств.

Официальная точка зрения, обозначенная в начале работ по проекту, гласила, что задачи лаборатории состояли из следующих пунктов:

  • опознавание спутников – как визуально астронавтами, так и с использованием автономных дистанционно-управляемых аппаратов, снабжённых детекторами радиации, телекамерами и другими приборами;
  • вывод спутников из строя, например, изменение их орбиты с помощью струи газов из двигателей лаборатории;
  • фоторазведка наземных объектов с немедленной передачей информации в центр сбора данных;
  • радиотехническая разведка с возможностью быстрой перенастройки аппаратуры астронавтами в случае изменения частоты регистрируемых сигналов;
  • обнаружение запуска ракет по ИК и УФ излучению двигателей;
  • оценка ущерба в случае ядерного нападения;
  • обнаружение подводных лодок с помощью ИК устройств и радиолокаторов;
  • сборка в космосе больших антенн, оптических концентраторов и т.д.;
  • изучение проблем связи при наличии ионизированной оболочки;
  • медико-биологические эксперименты.

Общая масса станции предполагалась в пределах 5,5…6,5 т, в том числе экспериментального оборудования – 2 т. Общий объём гермоотсеков – 28 м3. Экипаж станции – 2 человека. Станцию предполагалось выводить на круговую орбиту высотой 300-350 км с наклонением к плоскости экватора 30°.

Схема ОС MOLВ марте 1964 года руководство созданием лаборатории было возложено на Отдел космических систем Космического командования AFSC (Air Force Space Command) и на заместителя начальника Отдела по пилотируемым системам бригадного генерала Джозефа Блеймейера.

На первом этапе лаборатории представляла собой разновидность двухместного пилотируемого космического аппарата, включающего возвращаемый аппарат Gemini B и экспериментальный модуль MTM (Mission Test Module), запускаемые одновременно РН Titan-3С. При выведении экипаж находился в Gemini B, на орбите переходил в МТМ, где в течение 15-30 дней проводили эксперименты, требующие участия человека-оператора, а затем возвращается в Gemini B и спускается на Землю. Экспериментальный модуль оставался на орбите, некоторое время, продолжая эксперименты автономно.
По мнению разработчиков, запуск экипажа вместе со станцией уменьшал затраты на изготовление носителей и максимально увеличивал оперативность и безопасность эксплуатации.

Переход астронавтов из Gemini B в МТМ предполагался через люк, прорезанный в теплозащитном экране корабля, и ход сообщения в переходнике станции MOL.

В июне 1964 года программе MOL подключили фирмы «Дуглас» (Douglas), «Дженерал Электрик» (General Electric) и «Мартин» (Martin), а срок запуска станции определён на 1967–1968 годы.

Обсерватория на горе Маунт-ХопкинсВ то же время, глава Комитета по аэронавтике и космонавтике сенатор К. Р. Андерсон уверял, что проект MOL будет более успешным и экономически выгоднее, если строить его не на базе морально устаревающего Gemini B, а на базе более новых кораблей Apollo. В этом был свой смысл, однако такой шаг означал, что большинство узлов и агрегатов станции придётся делать заново. Президент Л. Джонсон разумно отверг это предложение и поддержал Министерство Обороны, стоявшее за постройку полноценной орбитальной станции на основе Gemini B. В поддержку прежнего проекта было выделено ещё 1,5 миллиарда долларов.

Полностью проект MOL был готов в 1965 году и представлял собой следующее. Станция была выполнена в виде цилиндра с полной длиной 12,7 метра и максимальным диаметром 3 метра. Масса станции составляла 8620 кг. Установленный на MOL единственный маневровый двигатель имел минимальный запас топлива и мог работать не более 255 секунд. Снабжение электропитанием производилось посредством кислородно-водородных топливных элементов (модификация электрохимических генераторов (ЭХГ), основного блока корабля «Аполлон»). Рассматривались и другие энергетические источники – панели солнечных батарей или радиоизотопная энергоустановка. Расчётный срок эксплуатации на орбите ограничивался 40 днями.

Лишь в июле 2014 года стало известно, что подлинным хозяином проекта было Национальное разведывательное управление (NRO). Для представителей американского разведывательного сообщества MOL нужна была как оперативный спутник, в котором астронавты играли роль обслуживающего персонала при мощном фотоаппарате, предназначенном для получения изображения целей на территории Советского Союза со сверхвысоким разрешением, позволяющем разглядеть на снимке объекты размером с футбольный мяч. Этой оптической системе было присвоено кодовое название КН-10 DORIAN.

Многозеркальный телескоп ММТБольшую часть рабочего модуля занимал крупногабаритный катадиоптрический телескоп, снабжённый зеркально-линзовым объективом. Оптическая система представляла собой усовершенствованный вариант классической двухзеркальной трубы Ньютона, однако кроме первичного и вторичного имела ещё два перенаправляющих зеркала.

Контракт на создание и изготовление оптической системы КН-10 DORIAN получила фирма Eastman Kodak. Стоимость данного контракта до сих пор не разглашена, однако, если учесть, что на камеру системы КН-9 приходилось более половины от общего бюджета программы, КН-10 явно не был дешёвым.

КН-10 имел первичный и вторичный окуляры, через которые экипаж мог видеть объекты на Земле со столь большим увеличением, что можно было разглядеть людей, идущих на городской улице.

Плёнка фотоаппарата находилась на катушках, которые могли выниматься из него по мере необходимости. Отснятые кадры можно было возвращать на Землю в капсулах, установленных в переходнике между лабораторным отсеком и кораблём, либо упаковывать в «блок хранения данных» и брать с собой в тесную кабину Gemini B в конце миссии.

Уже после закрытия программы шесть готовых первичных зеркал (каждое диаметром 1,8 м) от объективов аппаратуры КН-10 DORIAN были переданы ВВС для создания уникального астрономического инструмента – многозеркального телескопа ММТ, построенного Аризонским университетом и Смитсоновским институтом на горе Маунт-Хопкинс (шт. Аризона, США) на высоте 2600 метров над уровнем моря.

Так изображали ОС MOL в открытых публикацияхПо некоторым данным, разрешение КН-10 могло достигать 10 см! Правда, на практике из-за атмосферных искажений оно оказалось несколько хуже: согласно некоторым источникам – около 23 см. Однако до сих пор неизвестно, как астронавты должны были выполнять свою работу, как выполнялись процедуры определения местоположения и нацеливания аппаратуры.

Хотя оптическая камера и считалась главным инструментом станции, MOL также была предназначена для ведения радиоэлектронной разведки с помощью антенны, способной улавливать сигналы от советских радаров и, возможно, даже наземных систем радиосвязи.

В марте 1966 года на авиаракетной базе Ванденберг Западного испытательного полигона началось строительство стартовой площадки №6 (SLC 6) для ракеты Titan-3С, которая должна была вывести станцию на орбиту. В качестве резервной планировалось использовать стартовую площадку CL-40 на мысе Канаверэл в штате Флорида, но этот вариант будет принят позднее.

В скором времени военные определились с основным подрядчиком – им стала фирма Douglas, с которой в феврале 1967 года заключили контракт на изготовление станции. В то же время НАСА передало ВВС капсулу Gemeni В и другое оборудование для подготовки будущих экипажей MOL.

Всего успели набрать три группы космонавтов.

Вроде, проект развивался успешно, и причин для волнений не было, однако в конце 1967 года выяснилось, что конструкторы не уложатся в отведённые им весовые ограничения – ещё год назад при постройке макета расчётная масса составила 9680 кг. К марту 1968 года удалось построить и отправить на статические испытания основной блок MOL, который не предназначался для отправки в космос. Первый запуск был намечен на 16 декабря 1969 года, но уже тогда было ясно, что его придётся перенести, по меньшей мере на один год. Далее события развивались крайне неудачно.

После бурных дебатов о будущем проекта вывод MOL на орбиту отложили на 1970 год. Теперь планы были такими:

  • 1 декабря 1970 года – первый беспилотный запуск системы Gemini-B/Titan-3M без основного блока орбитальной станции MOL;
  • 1 июня 1971 года – второй беспилотный запуск системы Gemini-B/Titan-3M без основного блока орбитальной станции MOL;
  • 1 февраля 1972 года – запуск MOL с экипажем на борту, который должны были пробыть 30 дней на орбите;
  • 1 ноября 1972 года – второй пилотируемый запуск по программе MOL;
  • 1 августа 1973 года – третий пилотируемый запуск по программе MOL;
  • 1 мая 1974 года – четвёртый пилотируемый запуск по программе MOL, на станцию должен был отправиться экипаж из бывших лётчиков морской авиации Richard H. Truly и Robert Crippen;
  • 1 февраля 1975 года – пятый пилотируемый запуск по программе MOL.

За это время предстояло провести модернизацию ракеты Titan-3 в плане увеличения её грузоподъёмности за счёт навесных ускорителей. В результате общая стоимость проекта выросла до 2,2 миллиардов долларов. В условиях «лунной гонки» такие расходы были просто непосильны для военных и в 1969 году все работы по орбитальной станции стали сворачивать.


 

30 августа 1984 года – первый полёт третьего шаттла «Дискавери» (США).

После «Колумбии» и «Челленджера», третьим шаттлом отправившемся на орбиту, был «Дискавери». Также, как и его «систершипы», он предназначался не только для выведения различных КА, но и для проведения необходимых ремонтных работ или инспекции спутников, а в перспективе, и для обеспечения орбитальной станции. Все эти операции требовали маневрирования в космическом пространстве, для чего маршевые двигатели SSME не годились.

Старт «Дискавери»Первый раз двигатели орбитального маневрирования обязательно включались на участке довыведения (в качестве доразгонных двигателей). После сброса топливного бака, скорость орбитального корабля ещё недостаточна для выхода на устойчивую низкую круговую орбиту (по сути, челнок выходит на баллистическую траекторию) и требуется дополнительный разгонный импульс для выведения на орбиту. Этот импульс выдаётся через 90 секунд после отделения бака – в момент, когда челнок продолжая движение по баллистической траектории, достигает её апогея. В некоторых полётах для этой цели использовалось два последовательных включения двигателей на разгон (один импульс увеличивал высоту апогея, другой формировал круговую орбиту).

Второе обязательное включение двигателей орбитального маневрирования производится на посадке. Выдача тормозного импульса на сход с орбиты происходит примерно за половину витка до места посадки, при этом челнок летит кормой вперёд. Продолжительность работы двигателей орбитального маневрирования составляет около 3 минут. Характеристическая скорость, отнимаемая от орбитальной скорости челнока – 322 км/час. Такого торможения достаточно для того, чтобы перигей орбиты оказался в пределах атмосферы.

Схема орбитального корабля (в хвостовой части – два ЖРД орбитального маневрирования)Двигательная установка для орбитального маневрирования, разработанная фирмой «Аэроджет», имеет тягу 26700 Н при давлении в камере сгорания 0,86 МПа. Соотношение компонентов 1,65. Величина удельного импульса в пустоте 3100 м/с. Топливные компоненты: четырёхокись азота (окислитель) и монометилгидразин (горючее).

Как видно из пневмогидравлической схемы этой двигательной установки с вытеснительной системой подачи, надёжность достигается резервированием. Клапаны в магистралях наддува и подачи компонентов дублированы. Клапаны открываются пневматически, а закрываются под действием пружины. Сдвоенные соленоиды и электрические соединения обеспечивают надёжность пневматического открытия клапанов. Двигательный блок включает камеру сгорания, сопло, клапаны и карданный подвес с рулевыми приводами. Камера сгорания охлаждается регенеративно горючим, которое протекает в одном направлении по 120 каналам, выфрезерованным в огневой стенке из нержавеющей стали с никелевым покрытием. У смесительной головки в камере предусмотрены 12 акустических полостей двух типов, которые обеспечивают устойчивую работу двигателя. Смесительная головка, приваренная к камере сгорания, имеет 1284 форсуночных отверстия для впрыска диаметром 0,76 мм со столкновением струй одного компонента. Пневмогидравлическая схема двигателя (показан один блок) системы орбитального маневрированияРадиационно охлаждаемый насадок сопла соединён с регенеративно охлаждаемой камерой сгорания в сечении со степенью расширения 6, и его выходное сечение соответствует степени расширения 55. Сопло выполнено из никелевого сплава и защищено специальным покрытием. Рулевые приводы обеспечивают поворот камеры сгорания в плоскости тангажа на угол ±7° и в плоскости рыскания на угол ±6° при скорости поворота 3°/с.

Кроме того, система орбитального маневрирования включала два ряда двигателей реактивной системы управления (в носовой и кормовой части орбитального корабля), о которых мы расскажем в последующих обзорах.

«Дискавери» благополучно отлетал до полного отказа от ракетно-космической системы «Спейс Шаттл». Всего им было совершено 39 космических полётов. Все другие челноки летали меньше.


 

31 августа 1968 года – совещание в Совмине СССР по космическому кораблю 7К-ВИ (СССР).

Примерно в те же годы, когда разворачивались работы по ОС MOL в США, в СССР осуществлялись работы по аналогичному проекту. Независимо друг от друга и американские и советские проектанты пришли к единым решениям для КА военного назначения.

Первоначально для проведения широкого круга экспериментов военного характера в ОКБ-1 (С. П. Королёв) началась разработка КК «Север». Однако её быстро свернули, предположив, что следующим шагом с околоземной орбиты будет полёт к Луне или планетам (прежде всего, к Марсу). Предполагалось, что для создания межпланетных кораблей потребуется освоить операции поиска, сближения и стыковки КА. Освоение метода сборки на орбите было призвано «обеспечить… удержание преимущественного положения в решении как военных, так и научно-исследовательских задач…», таких, как:

  • ведение оперативной детальной разведки предварительно обследованных районов территории вероятного противника с использованием манёвра на орбите;
  • осуществление сближения с космическими аппаратами и кораблями и их опознавание на орбитах с помощью пилотируемых спутников многоразового действия, обладающих возможностью манёвра на орбите;
  • обслуживание обитаемых спутников-разведчиков и спутников станций в части доставки и смены экипажей и материально-технического оборудования.

Космический корабль 7К-ВИ на стапелях завода-изготовителяЭти, и некоторые другие задачи, были прописаны в Постановлении ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 16 апреля 1962 года за №346-160 «О важнейших разработках межконтинентальных баллистических и глобальных ракет и носителей космических объектов».

Задачи были весьма значительные, и поэтому, в конце 1962 года С. П. Королёв счёл возможным подключить коллектив филиала №3 (г. Куйбышев, ныне Самара) к пилотируемой тематике. Руководитель филиала, Д. И. Козлов согласился на это с настороженностью и без большого желания. Куйбышевское предприятие за прошедшие годы освоило производство боевых ракет Р-7, Р-7А, Р-9, самостоятельно разработало носитель «Восток-2» (8А92), провело лётные испытания и серийно выпускало спутник «Зенит-2». Тем не менее, филиал взялся за новую для себя пилотируемую тематику.

Разработка военно-исследовательского корабля, получившего индекс 7К-ВИ, должна была дать возможность космонавтам получить опыт активной работы в космосе в таких областях, как ведение наблюдения и разведки с орбиты, инспекции, перехвата и отражения атаки вражеских спутников.

Конструкторы филиала постарались максимально возможно заимствовать удачные решения, реализованные в прототипе – корабле 7К (7К-ОК). В то же время, для решения целевых задач, была принципиально изменена конструктивно-компоновочная схема корабля.

Экипаж военно-исследовательского корабля состоял из двух космонавтов, которым предполагалось создать более комфортные условия для активной работы, чем были на прототипе. Поэтому корабль 7К-ВИ компоновался по схеме, которая была выбрана и американцами для MOL: «спускаемый аппарат – бытовой (лабораторный) отсек – приборный отсек – агрегатный отсек». Такая схема позволяла увеличить полезный объём обитаемой части бытового отсека до 11 м3 по сравнению с 5 м3 на корабле-прототипе.

Кроме того, делалась безопаснее и функционально надёжнее схема использования системы аварийного спасения (САС) – теперь её двигатель уносил от аварийного носителя непосредственно спускаемый аппарат, а не связку в виде СА и бытового отсека, как в кораблях 7К-ОК. Масса спасаемой части стала почти вдвое меньше, что при штатном двигателе САС обеспечивало увод СА от аварийного носителя на большее расстояние.

Корабли 7К-ВИ (слева) и 7К-ОК (справа)Принятая компоновка обусловила необходимость обеспечить переход космонавтов в лабораторный отсек через лобовой теплозащитный экран СА. Для этого в нём нужно было прорезать люк. С этой задачей специалисты филиала №3 справились (как и их американские коллеги), найдя подходящее конструктивное решение.

Основу целевого оборудования корабля составлял оптический визир с фотоаппаратом, установленный на боковом иллюминаторе лабораторного отсека. На внешней поверхности лабораторного отсека на длинной штанге крепился пеленгатор для обнаружения приближающихся спутников-перехватчиков и для ведения радиотехнической разведки. Кроме того, на спускаемом аппарате предполагалось установить скорострельную пушку разработки конструкторского бюро точного машиностроения (КБТМ) под руководством А. Э. Нудельмана, приспособленную для стрельбы в вакууме. Наводить пушку можно было, управляя всем кораблём; для прицеливания в спускаемом аппарате имелся специальный визир.

Для эффективного использования 7К-ВИ должен был обладать повышенной манёвренностью и малым временем успокоения переходных процессов – то есть способностью быстро разворачиваться вокруг центра масс, быстро корректировать параметры орбиты и быстро принимать устойчивое положение. Поэтому пришлось отказаться от солнечных батарей. Химические источники тока на месяц активного существования корабля не подходили – были слишком тяжелы. Поэтому остановились на радиоизотопных термоэлектрогенераторах (РИТЭГ), которые преобразовывали в электрическую энергию тепло, получаемое при радиоактивном распаде плутония. Два генератора торчали из хвостовой части корабля. Чтобы генераторы не сгорали при входе в атмосферу во время возвращения корабля на Землю, их заключили в спускаемые капсулы, обеспечивающие торможение в атмосфере и жёсткую посадку. После обнаружения капсул их предполагалось утилизировать.

Так 7К-ВИ должен был выглядеть на орбитеКосмический корабль собирались оснастить бортовым компьютером, который должен был координировать работу бортового комплекса управления и всех служебных систем 7К-ВИ. Правда, внедрить эту разработку в проект 7К-ВИ так и не успели.

К середине 1967 года в филиале №3 были готовы деревянный макет корабля, динамический стенд для отработки пушки, разработан и успешно защищён перед экспертной комиссией эскизный проект, разработана и готова к запуску в производство вся конструкторская документация по кораблю и ракете-носителю.
В сентябре 1966 года в Центре подготовки космонавтов (ЦПК) была сформирована группа для полётов на КК 7К-ВИ.

31 августа 1967 года в Совмине СССР прошло большое совещание по ходу работ по 7К-ВИ, где Д. И. Козлов доложил, что первый беспилотный корабль будет готов к испытательному полёту во второй половине 1968 года.

Практически одновременно корабль был включён в тематический план Министерства обороны.

Но уже в феврале следующего, 1968 года, Министерство обороны отказалось от 7К-ВИ. И причин у такого решения было несколько.

Во-первых, военные пришли к выводу о бесперспективности применения пилотируемых кораблей данной размерности для эффективного решения большей части задач оборонного характера. В это время в ОКБ-52 В. Н. Челомея начались работы по орбитальной пилотируемой станции (ОПС) «Алмаз» (обзор №1-18 1–10.07.2016, обзор №3-10 1–10.02.2018).

Во-вторых, в ОКБ-1 было предложено построить орбитальную исследовательскую станцию «Союз-ВИ» (11Ф730), состоящую из орбитального блока ОБ-ВИ (11Ф731) и корабля снабжения 7К-С (11Ф732) на базе уже летающего «Союза» (7К-ОК). Орбитальный блок должен был делать Куйбышев, транспортный корабль – Подлипки. Но из этого ничего не вышло. Работы по станции 11Ф730 длились всего около двух лет и не вышли из бумажной фазы. Конец им положил проект долговременной орбитальной станции (ДОС 17К), начатый в декабре 1969 года.

Опыт 7К-ВИ был использован при разработке принципиально нового спутника фотографической разведки «Янтарь-2К», но это уже совсем другая история.


 

При подготовке материалов были использованы следующие источники:

  1. И. Б. Афанасьев, Д. А. Воронцов. Золотой век космонавтики: мечты и реальность. – М.: Фонд «Русские витязи», 2015.
  2. А. М. Первушин. Битва за звезды: Космическое противостояние. – М.: ООО «Издательство АСТ», 2003.
  3. И. Тимнат. Ракетные двигатели на химическом топливе. – М.: «Мир», 1990.

 


«



Оставьте свой комментарий

Вы должны быть авторизованы чтобы оставлять комментарии.

Рейтинг@Mail.ru