В этот день… №1-05 (1-15 января)



Александр ГрищенкоС Новым годом, дорогие друзья! Желаем Вам здоровья, счастья и творческих успехов! В наступившем 2016 году мы продолжаем знакомить Вас со знаковыми событиями мировой истории ракетной техники.
 

 
 

2 января 1959 года – первый старт космического объекта в район Луны (СССР). В этот день была запущена автоматическая лунная станция «Луна-1». Правда, в средствах массовой информации было объявлено, что в СССР была запущена искусственная планета «Мечта». Дело в том, что задачей аппарата Е-1 (это его подлинное название), было прямое попадание в Луну. Но вот в Луну в тот раз и не попали. О причинах промаха – чуть позже. Следует сказать, что это была уже не первая попытка выполнения этой миссии. Две предыдущие, выполнявшиеся в 1958 году, также не увенчались успехом. В случае запуска «Мечты» успех, хоть и частичный, всё же был. Это был первый в мире старт космического аппарата за пределы околоземной орбиты! Впервые была достигнута вторая космическая скорость – 11,2 км/с. И впервые в СССР успешно сработала третья ступень (блок «Е») ракеты-носителя 8К72 – трёхступенчатый вариант ракеты Р-7.
Схема блока «Е» и полезной нагрузки ракеты 8К72Работа двигательной установки третьей ступени, а точнее, момент её выключения, в значительной степени влиял на вероятность встречи с Луной. Так, погрешность в определении скорости ракеты на 1 м/с (0,01 % от величины полной скорости) приводит к смещению точки встречи на 250 км. Отклонение вектора скорости от расчётного направления на одну угловую минуту приводит к смещению точки встречи на 200 км. Десятисекундное отклонение времени старта с Земли от расчётного дает такой же результат.

Один из участников создания двигателя третьей ступени ракеты-носителя (РН), работавший в 60-90-е годы преподавателем 21-й кафедры ХАИ (доцент В. П. Гуськов), рассказывал нам, студентам пятого курса, о том, что причиной непопадания был не полностью учтённый импульс последействия при выключении двигателя. Но Б. Е. Черток в своих воспоминаниях описывает более сложную цепь причин, не позволившую выполнить основную цель полёта.

«Луна-1». Мемориальный музей космонавтики в МосквеХотя, повторюсь, неудача была относительной. Ведь кроме технических достижений, при полёте «Луны-1» были получены и вполне приличные научные результаты. Так, было обнаружено, что Луна обладает очень маленьким магнитным полем. Кроме того, при старте РН был проведён эксперимент по образованию искусственной «натриевой кометы».

Двигатель для блока «Е» создавался в кооперации двух организаций – ОКБ-1 (главный конструктор С. П. Королёв) и Государственного Союзного ОКБ по разработке и созданию авиационных ЖРД и совершенствованию поршневых авиационных двигателей (главный конструктор С. А. Косберг). Такое длинное наименование тогда имело КБ «Химавтоматики» (КБХА). Личное знакомство двух главных конструкторов произошло 10 февраля 1958 года. Камера сгорания с высотным соплом была разработана в отделе главного специалиста по двигателям ОКБ-1 – Михаила Васильевича Мельникова. Турбонасосный агрегат, газогенератор, регуляторы двигателя и пр. разрабатывали в Воронеже (ведущий конструктор – В. П. Кошельников). ЖРД РД-0105 был разработан в рекордно короткий срок – 9 месяцев. Применение двигателя позволило увеличить массу ИСЗ с 1400 до 4500 кг.

ЖРД РД-0105Конструктивно двигатель был выполнен по открытой схеме как однокамерный блок. Титановое сопло стыковалось с камерой фланцевым соединением. Газогенератор, работающий на основных компонентах (тоже впервые), вырабатывал рабочее тело для турбины ТНА. Газогенераторный газ после турбины, проходя через газовые дроссели, оснащённые приводами, обеспечивал управление блоком. Режим работы двигателя поддерживался и изменялся регулятором в линии окислителя газогенератора и дросселем соотношения компонентов топлива в линии горючего камеры. Воспламенение топлива осуществлялось пороховыми шашками на штативе, устанавливаемом через сопло, а в газогенераторе – пирозапальниками. Для наддува баков блока имелся испаритель жидкого кислорода и смеситель, в котором балластировался генераторный газ.

Основные технические данные двигателя: тяга в пустоте – 49,5 кН; давление в камере сгорания – 4,5 МПа; удельный импульс – 3200 м/с; время работы – 454 с; сухая масса – 130 кг.

При разработке двигателя впервые был решен ряд принципиально новых технических задач:

  • отработан метод надёжного запуска в пустоте;
  • разработан и внедрён новый принцип существенного повышения антикавитационных качеств центробежных насосов;
  • отработан и применён газогенератор, работающий на основных компонентах топлива;
  • применён способ наддува топливных баков газами, вырабатываемыми в специальных агрегатах двигателя из основных компонентов топлива.

В последующем, применение ЖРД РД-0105 позволило не только попасть в Луну, но также облететь её и сфотографировать обратную сторону спутника Земли.

Промах 2 января 1959 г. составил 6000 км – примерно полтора поперечника Луны. Причиной промаха было запоздавшее отключение двигателя второй ступени ракеты-носителя. Возможные ошибки автономной системы выключения ЖРД от интегратора продольных ускорений были больше допустимых. Поэтому, решили использовать радиосистему управления для выключения двигателя по измерениям скорости и координат. Но, по вине наземных пунктов управления, радиокоманда опоздала. Соответственно, двигатель третьей ступени также включился и выключился с опозданием. Ошибка была исправлена, и в сентябре того же 1959 года лунный аппарат «Луна-2» попал в цель!

А вот почему в 1958 году трёхступенчатая ракета потерпела две аварии, мы расскажем в своё время. История эта очень любопытная и поучительная.


 

3 января 1959 года — умер С. А. Косберг. Семён Ариевич Косберг был основателем и главным конструктором ОКБ-154 (ныне КБХА). Герой Социалистического Труда, лауреат ленинской премии, доктор технических наук. С. А. Косберг родился в 1903 году в г. Слуцке Минской губернии в семье кузнеца. Семён Ариевич КосбергУчился в училище, работал кузнецом и слесарем, служил в Красной Армии. Закончил Московский авиационный институт и с 1931 года работал в Центральном институте авиационного моторостроения, где прошёл путь от инженера до начальника крупного исследовательского отдела. В 1940 году был назначен заместителем главного конструктора ОКБ завода №33. В 1941 году назначен главным конструктором основанного им ОКБ завода №296 (в дальнейшем – ОКБ-154, ныне КБХА).

С. А. Косберг тесно сотрудничал с генеральными конструкторами авиационной техники А. Д. Швецовым, А. А. Микулиным, В. Я. Климовым, А. М. Люлькой, В. А. Добрыниным, С. А. Лавочкиным, А. Н. Туполевым, с главными конструкторами ракетно-космических систем С. П. Королёвым, В. Н. Челомеем.

Под руководством С. А. Косберга были созданы первые ЖРД, позволившие осуществить запуск в космическое пространство первого космонавта Земли Ю. А. Гагарина, а также вывести космические корабли для исследования Луны, Венеры, Марса.

В начале 1965 года С. А. Косберг погиб в результате автомобильной катастрофы при исполнении служебных обязанностей.

Память о С. А. Косберге увековечена – его именем назван кратер на обратной стороне Луны.


 

8 января 1973 года – запущена автоматическая межпланетная станция (АМС) «Луна-21» (СССР), которая 16 января 1973 года совершила посадку на Луне на восточной окраине Моря Ясности внутри кратера Лемонье. Всего в 172 км к югу за месяц до неё сел лунный модуль «Аполлон-17» (Apollo). Какой аппарат был доставлен на Луну 16 января 1973 года, будет рассказано в следующем выпуске исторического обзора. А сегодня речь пойдет о ракетном двигателе первой ступени РН «Протон», которая использовалась для запусков тяжелых АМС.

Ракета-носитель «Протон» начала успешно летать с 1965 года. Первоначально это была двухступенчатая МБР УР-500. РН «Протон-К»Для запуска тяжёлых полезных нагрузок использовались трёхступенчатые модификации РН «Протон-К» (8К82К), в том числе и с разгонным блоком «ДМ». Из несостоявшегося «боевого прошлого» ракеты остались применяемые топливные компоненты – четырёхокись азота и несимметричный диметилгидразин. Двигатель первой ступени РД-253 создавался в 1961-1965 гг. в ГДЛ-ОКБ (ныне НПО «Энергомаш»).

Двигатель РД-253 – однокамерный, качающийся, с дожиганием генераторного газа. Эта схема позволила значительно повысить давление в камере сгорания и обеспечить высокую степень полноты сгорания, а также реализацию равномерного и равновесного истечения продуктов сгорания из сопел с большой степенью ЖРД РД-253расширения. ЖРД содержит камеру, ТНА, газогенератор, агрегаты автоматики и другие элементы. После насосов окислитель с небольшой частью горючего направляется в газогенератор, а остальная часть горючего – в тракт проточного охлаждения камеры. Окислительный генераторный газ после турбины поступает по газоводу в камеру сгорания, где дожигается с горючим, прошедшим тракт охлаждения.

Камера ЖРД имеет связанные оболочки и состоит из форсуночной головки и корпуса с оребрённой внутренней стенкой и гофрированными проставками в сопловой части. Имеет дополнительную защиту от прогара жаростойким керамическим покрытием и газожидкостной плёнкой, создаваемой подачей горючего из тракта охлаждения через два пояса внутреннего охлаждения. Удельный тепловой поток, поступающий в стенку камеры, достигает 120 МВт/м2. ТНА содержит два топливных шнекоцентробежных насоса с двухсторонними входами и осевую реактивную турбину, расположенные на двух валах: на одном – насос окислителя и турбина, на другом – насос горючего. Крутящий момент между валами передаётся через промежуточный короткий гибкий вал. Насос горючего – двухступенчатый, первая ступень питает камеру, вторая – газогенератор. Во входной магистрали окислителя установлен эжектор. Мощность ТНА – 18,74 МВт, частота вращения – 231 об/с.

Схема ЖРД РД-253Газогенератор – сферической формы, охлаждается окислителем. В газогенератор поступает около 70% всего топлива и вырабатывается газ с температурой 780 К и давлением 24 МПа.

Давление в топливных магистралях достигает 40 МПа, поэтому в конструкции двигателя широко применяются сварные соединения. В основных магистралях предусмотрено лишь 11 разъёмов. В отличие от большинства, ранее разработанных конструкций, отсутствуют дополнительные рабочие тела. Операции включения и выключения выполняются с помощью надёжных пироклапанов (9 штук). ЖРД РД-253 регулируется по тяге и соотношению компонентов. Для этого в магистралях установлены регулятор и дроссель, работающие от электроприводов. Наддув баков топливных компонентов осуществляется газами, генерируемыми в небольших газогенераторах. Узлы крепления ЖРД к РН обеспечивают возможность поворота его в вертикальной плоскости с целью управления вектором тяги.

Двигатель РД-253 получился весьма надёжным и долговечным. Этому поспособствовало наличие опыта, полученного конструкторами КБ при проектировании и доводке ЖРД с дожиганием РД-220, РД-221, РД-222 и РД-223, которые были созданы в 1960-1961 г.г. У них были сходные с РД-253 характеристики (внутрикамерное давление, тяга и т. п.). Существенное отличие заключалось в выборе окислителя. Это была азотная кислота, а не тетраоксид азота. Эти двигатели предлагались на первоначальной стадии разработки сверхтяжёлого носителя Н-1, но были отвергнуты по ряду причин. Но, как видите, задел не пропал зря.


 

11 января 1967 года запущен спутник связи «Интелсат-2» (Intelsat, США). Это не был первый запуск спутников этой серии. Спутник Early Bird, т.е. «Интелсат-1», был запущен ещё 6 января 1965 г. Однако, нам кажется, что это, вполне рядовое событие, является примером неброской, но очень полезной работы по освоению космического пространства.

Спутник «Интелсат-1»«Интелсат» — пример очень успешной коммерческой работы в космосе. Эта международная компания была создана для организации глобальной коммерческой спутниковой связи 20 августа 1964 года. Первоначально в организации доминировали США, тем более что и спутники системы «Интелсат» в основном разрабатывались американскими фирмами. Средства выведения в 60-70 годы ХХ века также были американскими. После появления РН семейства «Ариан» (Ariane) ситуация начала изменяться в пользу Европы. Спутники системы «Интелсат» размещаются на стационарной орбите. Первые серии спутников («Интелсат-1», «Интелсат-2», «Интелсат-3»), массой от 68 кг до 293 кг, выводились на переходную орбиту с помощью РН «Торад-Дельта» (Thorad-Delta). Для перевода на стационарную орбиту служил твердотопливный ракетный двигатель спутника, а для ориентации на орбите – двигатели малой тяги, работающие на продуктах разложения перекиси водорода, а позже – на продуктах разложения гидразина. Применение гидразина позволило не только поднять удельный импульс двигателя примерно на 40%, но и повысить надёжность работы.

В настоящее время «Интелсат» — коммерческая компания, имеющая спутниковую группировку из более чем 50 спутников. Спутники непрерывно совершенствуются, увеличивается их масса и, соответственно, технические возможности. Сейчас уже применяются спутники «Интелсат-27». Совершенствуются и средства выведения. В качестве ракет-носителей использовались РН «Зенит-3SL» (Украина) и «Протон-М» (Россия).


 

12 января 1907 года – день рождения С. П. Королёва. С именем академика Сергея Павловича Королёва связаны эпохальные события человеческой цивилизации: запуск первого искусственного спутника Земли, достижение Луны и Венеры, полёт в космос первого человека Сергей Королев, Москва, 1927 год– Юрия Алексеевича Гагарина. Много замечательного было сделано Сергеем Павловичем до этих свершений и после них.

В последние десятилетия вышло немало книг о творческой биографии этого выдающегося человека. Не будем их пересказывать. Но одну, очень краткую оценку его деятельности, я всё же процитирую: «Оглядываясь сейчас на весь жизненный путь Королёва, начиная с юношеского увлечения планеризмом и кончая его последними днями, невольно хочется охватить всю его С. П. Королев на полигоне Капустин Яр, 1953 годдеятельность одной фразой, показать самую существенную черту его характера. Вероятно, этой чертой будет… стремление делать необычное». Это написал Борис Викторович Раушенбах, один из пионеров отечественной ракетной техники, знавший С. П. Королёва еще с тридцатых годов ХХ века по совместной работе в РНИИ (Реактивном научно-исследовательском институте).

Конечно, Королёв был не один. В СССР работала целая ракетная промышленность в тесной кооперации с научно-исследовательскими учреждениями, с учебными институтами, с военными заказчиками. Кроме ОКБ-1 были и другие, не менее квалифицированные проектные структуры. Но Королёв во многом был первый. И, главное, он был первым в создании работоспособного коллектива увлечённых своим делом людей, которые и создали тот научно-технический задел, который до сих пор используется в разных странах мира.

Многое ещё мог сделать академик Королёв, если бы не трагический исход хирургической операции 14 января 1966 года!


 

14 января 1969 года – старт космического корабля (КК) «Союз-4» с космонавтом В. А. Шаталовым. 15 января 1969 года на орбиту был выведен КК «Союз-5» с экипажем: командир корабля Б. В. Волынов, бортинженер А. С. Елисеев, инженер-исследователь Е. В. Хрунов. На следующий день, 16 января, были произведены автоматическое сближение кораблей и их ручная стыковка. Это была первая в мире стыковка двух пилотируемых космических кораблей! На орбите была собрана первая в мире экспериментальная пилотируемая орбитальная станция. После стыковки Алексей Елисеев и Евгений Хрунов в скафандрах с автономными системами жизнеобеспечения совершили выход в космическое пространство продолжительностью 37 минут и переход в «Союз-4».

Схема КК «Союз-4»Первые КК «Союз» серии К7-ОК готовились в рамках программы полёта на Луну. Эти многоцелевые трёхместные орбитальные корабли (ОК), предназначались для отработки операций маневрирования и стыковки на околоземной орбите, для проведения различных экспериментов, в том числе и по переходу космонавтов из корабля в корабль через открытый космос. В конце 60-х годов в СССР ещё не успели разработать стыковочный агрегат с внутренним переходом через люк-лаз, что было предусмотрено в конструкции американского КК «Аполлон».

Так как 7К-ОК не был транспортным кораблём, и от него не требовалось длительное время пребывания на орбите, его корректирующая тормозная двигательная установка КТДУ-35 использовала топливные компоненты с относительно малым временем хранения в баках. Точнее, один из компонентов — азотную кислоту (окислитель). В качестве горючего был выбран несимметричный диметилгидразин.

Макет стыковки КК «Союз-4» и «Союз-5»Двигательная установка обеспечивала маневрирование КК на орбите ИСЗ (в том числе при сближении с другим КК) и торможение КК при спуске на Землю. КТДУ включает в себя два ЖРД – основной С5.60 0000-0 и резервный С5.35 2000-0, который должен работать при отказе основного или при недопустимых отклонениях в работе вспомогательных двигателей. Самовоспламеняющиеся компоненты размещаются в четырех сферических баках, которые наддуваются азотом. Для предотвращения смешения азота с компонентами топлива в баках установлены эластичные разделители. Азот также используется и для управления агрегатами автоматики двигательной установки. Подача компонентов в камеру двигателя – турбонасосная.

Основной ЖРД – однокамерный. Его технические характеристики: тяга – 4,09 кН; удельный импульс – 2725 м/с; внутрикамерное давление – 3,92 МПа; время работы – 500 с; коэффициент соотношения компонентов – 1,85; сухая масса двигателя – 305 кг; число включений – до 25 (при длительности работы от долей секунды до нескольких сотен секунд).

Резервный ЖРД – двухкамерный с рулевыми соплами, работающими на генераторном газе. Его технические характеристики – тяга – 4,03 кН; удельный импульс – 2650 м/с.

КТДУ-35Через десять лет после полёта КК «Союз-4» и «Союз-5», резервный ЖРД сыграл свою спасительную роль. Он позволил вернуться на Землю экипажу КК «Союз-33» (10-12.04.1979). Космонавты Николай Рукавишников (СССР) и Георгий Иванов (НРБ), летевшие на орбитальную станцию «Салют-6», не смогли с ней состыковаться по причине выхода из строя основного двигателя КТДУ-35. Так как тяга резервного двигателя меньше, чем тяга основного, экипажу при посадке пришлось испытать десятикратные перегрузки! Разрабатывая двигательную установку в 1962-1967 гг., специалисты КБ «Химмаш» резервировали двигатель, что делается крайне редко. Но, как видите, такое решение себя оправдало.

ТНА двигателя С5.60Наиболее сложным агрегатом ЖРД С5.60 была, пожалуй, не камера, а турбонасосный агрегат. При сухой массе всего 1,39 кг, он обладал выдающимися на то время характеристиками: частота вращения ротора – 875 об/с; расход газа – 0,102 кг/с; мощность – 33,1 кВт.; коэффициент полезного действия турбины – 0,36; окружная скорость на среднем диаметре лопаток турбины – 291 м/с. Ротор осевой одноступенчатой турбины не имел своих опор (см. рисунок). Давление на выходе из насосов – 10 МПа.

Не зря специалисты конструкторских бюро, разрабатывающие агрегаты подачи топливных компонентов, говорят: «Кто делает ТНА, тот делает и весь двигатель!»


 

При подготовке материалов были использованы следующие источники:

  1. Б. Е. Черток. Ракеты и люди. Подлипки – Капустин Яр – Тюратам. – М.: «РТСофт», 2011.
  2. Космонавтика. Маленькая энциклопедия. – М.: «Советская Энциклопедия», 1968.
  3. Космонавтика. Энциклопедия. – М.: «Советская Энциклопедия», 1985.
  4. КБ химавтоматики. Страницы истории. Том 1. – Воронеж, 1995.
  5. С. П. Уманский. Ракеты-носители. Космодромы. – М.: «Рестарт+», 2001.
  6. Двигатели 1944-2000 авиационные, ракетные, морские, промышленные. – М.: «АКС-Конверсалт», 2000.
  7. Н. С. Королёва. С. П. Королёв. Отец. К 100-летию со дня рождения. – М.: «Наука», 2007.
  8. Б. В. Раушенбах. Пристрастие. – М.: «Аграф», 1997.

 


« »



Оставьте свой комментарий

Вы должны быть авторизованы чтобы оставлять комментарии.

Рейтинг@Mail.ru