В этот день… №3-11 (11-20 февраля)



Александр Грищенко «Тихо, тихо ползи,
Улитка, по склону Фудзи
Вверх, до самых высот!»

Исса

В своём трёхстишии Кобаяси Исса сформулировал программу последовательного совершенствования ракетной техники, которой руководствуются не только японские инженеры.

 
11 февраля 1984 года – испытание на орбите индивидуального ракетного аппарата для перемещения астронавта (США).

Для различной внекорабельной деятельности космонавтам нужен не только скафандр, но и индивидуальный ракетный аппарат (т.н. «космический мотоцикл»). Такое устройство должно позволить человеку перемещаться в космическом пространстве в свободном режиме, без связи с КК или ОС с помощью фала.

Впервые в мире такой аппарат был испытан американским астронавтом Брюсом Маккэндлессом (Bruce McCandless), членом экипажа Шаттла «Челленджер». Свободный полёт с использованием ранцевого ракетного аппаратаПолёт многоразового КК продолжался с 3 по 11 февраля 1984 года. Испытывались два индивидуальных ранцевых ракетных аппарата (Manned Maneuvering Unit – MMU). Вторым испытателем такого устройства был астронавт Роберт Стюарт (Robert Stewart). Всего, в общей сложности, оба астронавта провели 12 часов за бортом «Челленджера». Ими отрабатывалась техника снятия с орбиты, ремонта и заправки топливом искусственных спутников. Были моменты, когда астронавты удалялись от Шаттла почти на 100 метров.

Из 18 лет службы в отряде астронавтов Маккэндлес, инженер-электронщик, 16 лет посвятил проектированию этого аппарата, построенного компанией «Мартин Мариетта корпорейшен» (Martin Marietta Corporation) по заказу НАСА. Ранцевый ракетный аппарат, изготовленный из алюминия, весил 148 кг. Он приводился в движение 24 ракетными микродвигателями. Рабочее тело – азот, который находится в двух алюминиевых баках в количестве 5,9 кг. Запасов рабочего тела хватало для шестичасового индивидуального полёта. В подлокотники аппарата вмонтированы рычаги ручного управления. Максимальная скорость аппарата около одного метра в секунду.

Кроме испытаний индивидуальных ранцевых ракетных аппаратов, экипаж «Челленджера» должен был вывести на орбиты два спутника связи. Однако бортовые двигательные установки на них не сработали, и оба спутника не вышли на заданные орбиты.

Впервые в истории полётов Шаттлов «Челленджер» вернулся на Землю в то же место, откуда он взлетел, т.е. на мыс Канаверал. Это было одной из главных задач полёта, поскольку такая схема полёта экономила время и средства при подготовке корабля к новым миссиям. До этого полёта многоразовые корабли приземлялись на базе Эдвардс на западе США.
Астронавт с ранцевым ракетным аппаратомИспытания ранцевого аппарата Брюсом Маккэндлесом


 

16 февраля 1971 года – первый запуск ИСЗ ракетой Мu-4S-2 (Япония).

Тяжёлый носитель Н-II и его современные модификации – это сегодняшний день японской космонавтики. Но ещё полвека тому назад японская космическая техника выглядела намного скромнее. Однако, и с помощью весьма небольших твердотопливных ракет-носителей японским инженерам удавалось запускать на околоземную орбиту искусственные спутники.

Поражение во второй мировой войне и последовавший за этим запрет на широкий спектр научно-технических исследований не позволяли проводить сколько-нибудь серьёзных работ в области ракетостроения. Когда в 1954 г. запрет был снят, профессор Токийского университета Хидео Итокава (Hideo Itokawa) вместе с энтузиастами и студентами «Института промышленных наук» (Institute of Industrial Science) сделал крошечную пороховую ракету длиной 23 и диаметром 1,8 см. Более 150 таких малюток было запущено, главным образом в горизонтальном положении, чтобы получить опыт проектно-конструкторской отработки.

Хидео Итокава с одной из первых пороховых ракетРешение японского правительства об участии страны в научной программе предстоящего Международного геофизического года (МГГ) позволило развернуть разработку ракет на более солидной основе.

В августе 1955 г. группа Итокавы провела пуски новых двухступенчатых изделий серии Baby-S (от Simple – простейший) длиной 134 и диаметром 7,5 см. В сентябре шесть Baby-T (от Telemetry – телеметрический) уже передали на наземные станции информацию о параметрах полёта. Наконец, в октябре-ноябре 1955 г. на борту трёх Baby-R (от Recovery – возвращаемый) совершили полёт 16-мм фотокамеры (съёмка подстилающей поверхности с высоты до 5000 м).

Итокава смог заинтересовать ракетами японскую промышленность, и компания Nissan Motor стала его главным подрядчиком. Правительство обещало финансовую помощь, и японские разработчики успешно спроектировали зондирующую ракету Карра («Каппа»). Лётные испытания варианта Карра-1 длиной 2,26 м начались в сентябре 1956 г. По мере того, как группа Итокавы создавала новые двигатели твёрдого топлива и соединяла их в различные комбинации, диапазон вариантов этих ракет ширился. В 1957 г. двухступенчатая Карра-4 уже измеряла интенсивность космических лучей и скорость ветра в верхних слоях атмосферы в рамках программы МГГ.

16 июня 1958 г. полетела двухступенчатая Карра-6, которая при массе 360 кг могла нести груз 7-10 кг на высоту до 60 км. К сентябрю 1960 г. совершили полёт 13 таких ракет. Далее пошли улучшенные варианты Карра-6Н (High Performance – высокая эффективность) и намного более крупная Карра-8. Последние, обладая неплохими техническими характеристиками и сравнительно низкой стоимостью, стали пользоваться спросом и за пределами Японии. Так, в 1965 г. десять таких ракет приобрела Индонезия. Закупали «Каппы» Югославия и Индия. Используя РДТТ с корпусом из высокопрочной стали и более эффективное топливо, трёхступенчатая Карра-9М в 1962 г. смогла поднять ПГ массой 80 кг на высоту более 300 км.

К началу 1960-х гг. исследования и успехи Итокавы привлекли внимание (и финансовую поддержку) правительственных учреждений, включая Управление по науке и технике, Министерство почты и связи и Министерство транспорта. Каждое из них имело собственные идеи относительно направления японских космических усилий. Участвующая в деле влиятельная Федерация экономических организаций «Кайданрен» (Keidan-ren) склонила премьер-министра страны Сато Еисаку (Sato Eisaku) просить помощи у Соединённых Штатов, несмотря на «патриотические» желания министерств разрабатывать и строить спутники и ракеты-носители целиком «у себя».

Подготовка к первому запуску ракеты Mu-4SМы уже рассказывали о первом японском спутнике (обзор №1-07 01–15.02.2016). Но «Осуми» (Ohsumi) не сделал никаких открытий: он был не научным КА, а всего лишь телеметрическим контейнером ракеты. Ракету «Лямбда-4С» не предполагалось далее эксплуатировать в качестве космической РН, и «Осуми» стал первым и последним спутником, запущенным ею. Для использования в качестве штатной РН готовилась более мощная ракета серии «Мю».

Работы по РН этой серии начались в ISAS в 1963 г. Первый вариант Mu-4S – комбинация четырёх специально созданных РДТТ – был значительно мощнее «Лямбды». Носитель не имел автономной бортовой системы управления – полет ракеты шёл по радиокомандам с Земли. Двигатели нижних ступеней оснащались системой управления вектором тяги, верхняя ступень стабилизировалась закруткой. Оторвать ракету от земли помогали восемь СТУ, испытанных ещё на «Лямбде».

ЛКИ ракеты Mu с «живой» первой ступенью начались 31 октября 1966 г. Через три года суборбитальный полет совершил трёхступенчатый прототип.

Первая попытка орбитального запуска Mu-4S-1 была предпринята 25 января 1970 г., т.е. ещё до старта «Лямбды-4С», но окончилась неудачей — не включился двигатель четвертой ступени. Погиб аппарат MS-F1 (или «Научный спутник №1»), который нёс три прибора для исследования ионосферы, два приёмника солнечного излучения и блок датчиков энергичных частиц. К счастью, имелся его дублёр. Перед запуском этого второго экземпляра ISAS решил провести дополнительные эксплуатационные испытания носителя Mu-4S с технологическим ПГ MS-T1. 16 февраля 1971 г. Mu-4S-2 вывел этот аппарат на орбиту высотой ~1000 км. Спутник получил название «Tansei» или «Светло-синий» (цвет здания Токийского университета).

Наконец, 28 сентября 1971 г. аппарат MS-F2 массой 65 кг стал первым японским научным спутником (получил после выхода на орбиту название «Shinsei» или «Новая Звезда»).

У ракеты Mu-4S есть «наследник» – лёгкая РН J-1, но о ней расскажем в последующих обзорах.


 

17 февраля 1996 года – старт космического аппарата, осуществившего впервые в мире посадку на астероид (США).

Космический аппарат NEARПосле успешных полётов космических аппаратов на Луну, Марс и Венеру пришёл черёд и малых планет – астероидов. В конце ХХ века появилась техническая возможность осуществить посадку автоматического аппарата на одну из малых планет. Эта возможность и была реализована в американском проекте NEAR (Near Earth Asteroid Rendezvous). Это был первый из серии малых «малобюджетных» (предусматривалась стоимость менее 150 млн. долларов) автоматических КА. Аппарат должен был долететь до орбиты вокруг астероида Эрос в январе 1999 года и изучать его в течение одного года.

Научные цели полёта включали в себя измерения характеристик астероида (размеры, объём, массу, гравитационное поле), определения характеристик поверхности (состав поверхности, геология, морфология), и определения внутренних свойств (магнитное поле).

Научные приборы весили 55 кг и потребляли 48 Вт электрической мощности. Исследовательская аппаратура включала в себя мультиспектральный телескоп, гамма-спектрометр, инфракрасный спектрограф, магнитометр, твердотельный лазерный дальномер.

Одна из модификаций RS-27 - ЖРД RS-27AКА имел трёхосную стабилизацию и систему пассивного теплового контроля. Четыре панели солнечных батарей обеспечивали электрическую мощность 1600 Вт. Антенна дальней космической связи, диаметром 1,5 м, обеспечивала надёжную передачу информации. Реактивная система управления состояла из одного двигателя тягой 440 Н, четырёх тягой 22 Н и семи тягой 4,4 Н. Рабочее тело – гидразин.

14 февраля 2000 года КА начал свои витки вокруг астероида и завершил свою миссию 12 февраля 2001 года мягкой посадкой на его поверхность.
Для запуска КА NEAR использовалась РН «Дельта». Модификация «Дельта-7925» состояла из трёх ступеней – первая и вторая ступени – жидкостные, третья – твердотопливная. Кроме того, ракета имела девять твердотопливных стартовых ускорителей: «Кастор-IVA» (Castor-IVA) на модификации «Дельта-6925» или GEM (Graphite Epoxi Motors) фирмы Hercules. Тяга каждого из ускорителей GEM – 487,6 кН, а ускорителя Castor-IVA – 478,3 кН.

II ступень РН “Дельта» с ЖРД AJ-10-118KПоскольку РН «Дельта» представляет собой пример последовательного совершенствования известной конструкции РН «Тор-Дельта», стоит немного остановиться на ЖРД первой и второй ступеней. Это модификации двигателей, созданных ещё в середине 50-х годов ХХ века.

На первой ступени установлен ЖРД фирмы «Рокитдайн» (Rocketdyne) RS-27С, работающий на жидком кислороде и керосине RP-1. Двигатель продолжал линию развития ЖРД LR79-NA (обзор №1-09 01–15.03.2016 и №1-24 01–10.09.2016). Но форсированный ЖРД имел более высокие параметры: тяга в пустоте – 1054 кН, тяга на уровне моря – 890 кН; удельный импульс в пустоте – 2960 м/с, удельный импульс на уровне моря – 2500 м/с; время работы – 265 с; давление в камере сгорания – 4,8 МПа; температура продуктов сгорания в камере сгорания – 3315°С; коэффициент соотношения компонентов – 2,245; массовый расход окислителя – 250 кг/с; массовый расход горючего – 111 кг/с; масса сухого двигателя – 1091 кг. Камера двигателя изготовлена из 347 трубок. Материал трубок – нержавеющая сталь. Охлаждение камеры – регенеративное. Охладитель – горючее.Схема РН «Дельта-6925, 7925»

Вторая ступень оснащалась также модификацией другого известного ЖРД – AJ-10-118K. Двигатель AJ-10 был спроектирован первоначально для РН «Авангард», а затем его модификации применялись на РН «Тор-Эйбл» (обзор №1-09 01–15.03.2016) и «Дельта», а также в качестве двигателя командного модуля КК «Аполлон» (обзор №1-04 16–31.12.2015).

Топливо самовоспламеняющееся, двухкомпонентное: горючее – Аэрозин-50, окислитель – четырёхокись азота. Система подачи топлива – вытеснительная. Основные технические параметры: тяга двигателя в пустоте – 43,7 кН; удельный импульс в пустоте – 3125 м/с; давление в камере сгорания – 0,7 МПа; степень расширения сопла – 40; время работы – 115 с; сухой вес – 90 кг. Камера выполнена из алюминиевых трубок. В качестве охладителя используется окислитель.

Так американские ровесники советских РД-107 и РД-108 дожили до 90-х годов ХХ века. Как ни удивительно, но ракетное двигателестроение оказалось довольно консервативной областью техники.


 

При подготовке материалов были использованы следующие источники:

  1. David Darling. The Complete Book of Spaceflight From Apollo 1 to Zero Gravity. – John Wiley & Sons, Ink. 2003.
  2. Журнал «Америка», №333, март, 1984.
  3. И. Б. Афанасьев, А. Н. Лавренов. Большой космический клуб. – М.: «РТСофт», 2006.
  4. С. П. Уманский. Ракеты-носители. Космодромы. – М.: «Рестарт+», 2001.
  5. А. В. Амброжевич. Развитие транспортных систем с ЖРДУ. – Харьков: Рукопись, 2007.

 


« »



Оставьте свой комментарий

Вы должны быть авторизованы чтобы оставлять комментарии.

Рейтинг@Mail.ru