В этот день… №1-06 (16-31 января)

Беседы о ракетных двигателях > Статьи > Из истории ракетной техники > Памятные и знаменательные события > В этот день… №1-06 (16-31 января)

Автор публикации: Александр Грищенко

Александр Грищенко Приветствую Вас, друзья!
Холодный январь — очень горячий месяц на космодромах нашей планеты. Сегодня мы вспомним события последних двух недель этого зимнего месяца.

16 января 1973 года в 1 ч 35 мин по московскому времени произошла посадка на Луну автоматической лунной станции (АЛС) «Луна-21» (СССР). В тот же день с посадочной ступени станции сошёл аппарат «Луноход-2». Посадка станции произошла всего в трёх метрах от края кратера. Луноход съехал прямо в кратер, который ранее не был замечен. К счастью, аппарат не перевернулся и проработал на Луне до 9 мая 1973 года.

АЛС «Луна-21» (аппарат серии Е-8) была не первой, успешно доставившей на поверхность Луны дистанционно управляемую лабораторию. Первая станция серии Е-8 погибла 19 февраля 1969 года. В тот день, на 52-й секунде полёта, разрушился головной обтекатель ракеты-носителя (РН) 8К82К, обломки которого пробили оболочку баков первой ступени. В результате произошел контакт самовоспламеняющихся компонентов, завершившийся взрывом ракеты.

Осенью 1970 года станция «Луна-17» благополучно доставила на Луну «Луноход-1», проработавший там до сентября 1971 года. В 1973 году пришло время следующего, более совершенного аппарата.
Посадка на лунную поверхность осуществлялась с помощью корректирующей тормозной двигательной установки КТДУ-417, разработанной в 1960-1965 гг. в КБ «Химмаш» под руководством А. М. Исаева.

Двигательная установка космического аппарата (КА) состояла из двух автономных блоков: основного КТДУ-417 и малой тяги КТДУ-417-Б (11Д417Б). КТДУ-417 обеспечивала коррекцию траектории КА, вывод его на орбиту искусственного спутника Луны (ИСЛ), маневрирования его на орбите и посадки на Луну.

Основной блок содержит однокамерный ЖРД многократного включения, работающий на самовоспламеняющихся компонентах топлива (азотная кислота и НДМГ). Компоненты подаются в камеру сгорания с помощью ТНА. ЖРД снабжён рулевыми соплами, работающими на генераторном газе.

Основные технические данные:

тяга в пустоте — 18,92-7,35 кН;
удельный импульс в пустоте — 3080-3020 м/с;
время работы — 650 с;
давление в камере сгорания — 8,3 МПа;
число включений — 11;
сухая масса — 81 кг.

Блок малой тяги КТДУ-417-Б обеспечивает мягкую посадку на Луну. Он содержит двухкамерный ЖРД однократного включения с вытеснительной подачей топлива. Компоненты топлива — азотная кислота и НДМГ.

Основные технические данные:

тяга в пустоте — 3,43-2,06 кН;
удельный импульс в пустоте — 2490-2440 м/с;
время работы — 30 с;
давление в камере сгорания — 0,89 МПа.

Основная камера используется как силовой элемент, к которому крепятся агрегаты обоих ЖРД. Для наддува топливных баков и управления агрегатами автоматики ДУ используется сжатый гелий, хранящийся в сферических баллонах.

Основной тормозной двигатель должен снижать скорость по сигналам от радиовысотомера и датчика скорости. После выключения основного двигателя торможение обеспечивается двигателем малой тяги. Космический аппарат совершает мягкую посадку, после чего двигатель выключается.

Эскизный проект лунохода, разработанный в ленинградском ВНИИ-100, был утверждён осенью 1966 года Георгием Николаевичем Бабакиным, главным конструктором завода им. Лавочкина. Летом 1965 года вся тематика по автоматическим аппаратам для исследования Луны и планет солнечной системы была передана туда из ОКБ-1. Оборонный ВНИИ-100 занимался бронетанковой техникой, но успешно справился и с космическим аппаратом. Руководил разработкой ведущий специалист ВНИИ-100 Александр Леонович Кемурджиан.

1 – магнитометр; 2 – малонаправленная антенна; 3 – остронаправленная антенна; 4 – механизм наведения антенны; 5 – солнечная батарея; 6 – откидная крышка; 7 – панорамные телефотокамеры горизонтального и вертикального обзора; 8 – изотопный источник тепловой энергии с отражателем; 9 – грунтозаборное устройство (в сложенном положении); 10 – штыревая антенна; 11 – мотор-колесо; 12 – герметичный приборный отсек; 13 – анализатор химического состава грунта в сложенном положении; 14 – стереоскопическая пара телевизионных камер с блендами и противопылевыми крышками; 15 – оптический уголковый отражатель; 16 – телевизионная камера с блендой и противопылевой крышкой

Главной задачей лунохода было определение физико-механических и химических параметров лунного грунта. На борту размещалась также аппаратура для изучения магнитных полей, аппаратура для телевизионной съёмки и телефотометрической панорамной съёмки. Все эти задачи должны были решаться по ходу движения лунохода. За шесть лет (работы начались в 1963 году) были решены сложнейшие проблемы. Например, совместно с киевским институтом проблем материаловедения АН Украины был создан новый материал — металлостеклянная керамика. Стекло при работе в вакууме должно было размягчаться и менять свою физическую структуру, играя роль смазки.

Колесо лунохода представляло собой три обода, связанных между собой сеткой из нержавеющей стали и грунтозацепами, которые приклёпывались и соединяли между собой три обода. Производство колёс было организовано на харьковском велосипедном заводе. Было собрано около сотни штук.

Для обеспечения работоспособности оборудования, расположенного в гермоконтейнере аппарата, необходимо было выполнить его термостатирование в диапазоне 273…313 К, чтобы не допустить ни замерзания, ни перегрева. В качестве источника тепла был выбран радиоизотопный нагреватель мощностью более одного киловатта в начале эксплуатации. Его разработка и изготовление были поручены ОКБ «Заря». Его калининградский филиал изготовил, провёл отработку и испытал теплообменник для изотопного источника тепла. Сегодня это самостоятельное предприятие ОКБ «Факел», занимающее лидирующее положение в разработке электроракетных двигателей (ЭРД).

По сравнению с первым луноходом в конструкции «Лунохода-2» появилась третья телекамера, несколько изменился приборный состав. Его масса была 840 кг (почти на 100 кг больше массы «Лунохода-1»). Управление луноходом осуществлялось из центра дальней космической связи. Экипажи работали по два часа, так как особенности передачи сигнала от аппарата и обратно быстро снижали работоспособность операторов. Дело в том, что на передачу одного кадра с телекамер лунохода уходило от трех до двадцати секунд в зависимости от рельефа местности. Динамика движения воспринималась рывками. К тому же, большое расстояние до Луны приводило к задержке приёма сигнала. Тем не менее, второй луноход прошёл за пять земных месяцев расстояние 37 км!

К сожалению, так и не полетел третий, более совершенный луноход. Его поставили в план 1977 года, но к тому времени РН «Протон» были задействованы для вывода спутников связи на стационарную орбиту. «Луноход-3» находится в музее НПО имени Лавочкина.

18 января 1917 года — день рождения Василия Павловича Мишина. В. П. Мишин — учёный в области механики, физико-механических проблем энергетики, проектирования сложных ракетно-космических систем.

Творческий путь В. П. Мишина совпадает с основными этапами развития космонавтики. В своё время Василий Павлович оказался среди тех, чья работа определила очертания отечественного ракетно-космического комплекса.

В. П. Мишин — выпускник факультета вооружения МАИ 1941 года. Работал на заводах в г. Химки и пос. Билимбай Свердловской области (разрабатывал ЖРДУ ракетного самолёта БИ-1). В 1945 году был командирован в Германию в составе комиссии по изучению ракетной техники. С 1946 года — первый заместитель главного конструктора, а с 1956 года — первый заместитель начальника ОКБ-1 академика С. П. Королёва. В 1966-1974 годах — главный конструктор и начальник Центрального конструкторского бюро экспериментального машиностроения — ЦКБЭМ (наименование ОКБ-1 с 1966 года).

Лично участвовал в создании первых типов баллистических ракет дальнего действия, межконтинентальных баллистических ракет, ракет-носителей и пилотируемых космических кораблей («Восток», «Восход», «Союз»), руководил созданием первых долговременных орбитальных станций «Салют», ракетно-космической системы Н1-Л3. С 1959 года до 1991 года — заведующий кафедрой проектирования и конструкций ЛА МАИ. Широко востребованы его книги — «Баллистика управляемых ракет дальнего действия», написанная в соавторстве с Р. Ф. Аппазовым и С. С. Лавровым, и «Основы проектирования летательных аппаратов (транспортные системы)» в соавторстве с В. К. Безвербым, Б. М. Панкратовым и Д. Н. Щеверовым.

27 января 1967 года — гибель экипажа первого пилотируемого корабля «Аполлон» (Apollo, США) при выполнении наземных испытаний. Астронавты Вирджил Гриссом (Virgil Grissom), Эдвард Уайт (Edward White) и Роджер Чаффи (Roger Chaffee) тренировались в кабине корабля, установленного на РН «Сатурн-1Б» (Saturn). Ракета не была заправлена, но электропитание было включено. В кислородной атмосфере корабля короткое замыкание электрических проводов привело к быстро распространяющемуся пожару. Всё было окончено через несколько секунд. Когда через пять минут удалось открыть люк корабля, спасать уже было некого.

Пожар в «Аполлоне» заставил пересмотреть многие инженерные решения. Полный список всех изменений состоял из полутора тысяч пунктов. Но так и не была устранена главная причина — кислородная атмосфера в корабле. Причина этого — пониженное давление такой атмосферы, что позволяет снизить массу корабля и системы жизнеобеспечения. А по весам всё было на пределе возможностей РН «Сатурн-V».

Доработки заняли 21 месяц. Первый пилотируемый полёт перенесли с 21 февраля 1967 года на 11 октября 1968 года.

28 января 1986 года при 10-м старте многоразового космического корабля «Челленджер» (Challenger, США) на высоте 14 км произошел взрыв вследствие дефекта конструкции первой ступени. Погиб экипаж Фрэнсис Скоби (Francis Scobee), Майкл Смит (Michael Smith), Джудит Резник (Judith Resnik), Эллисон Онизука (Ellison Onizuka), Рональд Макнэйр (Ronald McNair), Грегори Джарвис (Gregory Jarvis), Криста Маколифф (Christa McAuliffe, США).

Причиной катастрофы стал конструктивный недостаток твердотопливных ускорителей — ненадёжная работа уплотнительных колец. О проблемах с этим конструктивным элементом было известно с 1977 года, но необходимые доработки не были выполнены своевременно, что и привело к трагедии.

О ракетно-космическом комплексе Спейс Шаттл мы ещё поговорим более подробно в последующих исторических обзорах. Но следует сказать, что Вернер фон Браун, руководивший разработкой РН «Сатурн-V», считал конструкцию космической транспортной системы многоразового применения небезопасной. В частности, его опасения вызывало применение твердотопливных ускорителей, которые, в отличие от ЖРД, не могли быть изолированы. Кроме того, не была предусмотрена система аварийного спасения экипажа, являвшаяся обязательным элементом всех предыдущих ракетно-космических комплексов США.

Конструирование космического челнока и системы его ускорителей производились теми, кто считал деньги в бюджете, а не специалистами по ракетам — вот это и есть главная причина катастроф космических челноков (и не только их)!

31 января 1966 года была запущена автоматическая станция «Луна-9» (СССР). 3 февраля она впервые совершила мягкую посадку на Луне. Подлинное название космического аппарата, предназначенного для осуществления мягкой посадки на поверхность Луны и передачи панорамы лунной поверхности — Е-6 №13.

Идея создания автоматической станции, совершающей мягкую посадку, обозревающей окрестности и передающей на Землю телевизионное изображение лунных окрестностей, данные о температуре, радиоактивности и составе лунных пород, появилась в 1959 году почти одновременно в СССР и США. От начала проектных работ до успешной мягкой посадки прошло шесть лет. Аппарат разрабатывался в ОКБ-1. Ведущим конструктором был назначен Арвид Палло, начинавший свою инженерную ракетную карьеру ещё в РНИИ.

В отличие от первых лунных аппаратов Е-1, обладавших небольшой массой, для Е-6 требовалось не менее 1500 кг, что определяло необходимость использования четырёхступенчатой ракеты-носителя 8К78 (обзор №1-01 1–15.11.2015), которая уже летала по программам исследования Марса и Венеры и предусматривалась для выведения спутника связи «Молния-1». Филиалом ОКБ-1 в 1965 году была проведена модернизация ракеты-носителя. Основные изменения касались улучшения характеристик системы управления и повышения энергетики ДУ центрального блока (т.е. второй ступени). Именно модернизированная РН 8К78М была использована для запуска «Луны-9». Сегодня мы подробнее остановимся на конструктивных особенностях четвёртой ступени ракеты-носителя — блоке «Л» с кислородно-керосиновым двигателем 11Д33.

Характеристики блока «Л»:

масса на опорной (промежуточной) орбите — 6900 кг;
топливо в баках — 3700 кг;
блок с остатками при сбросе — 1050 кг;
горючее — керосин;
окислитель — жидкий кислород;
тяга в пустоте — 68 кН;
удельный импульс тяги в пустоте — 3400 м/с;
высота — 3,5 м;
диаметр — 2,35 м.

Двигатель крепится на блоке «Л» с помощью рамы и имеет возможность поворота относительно двух взаимно-перпендикулярных осей, лежащих в плоскостях тангажа и рыскания. В плоскости крена стабилизация осуществляется с помощью отдельных сопел.

Для управления разгонным блоком на пассивном участке полёта используется сжатый газ. В качестве исполнительных органов применены сопловые блоки. Система управления блока «Л» автономная, инерциальная.

О ЖРД 11Д33 уже упоминалось в обзоре №1-01 1-15.11.2015. Дополним известную информацию схемой двигателя.

Как видно из схемы, двигатель 11Д33 является ЖРД с дожиганием окислительного генераторного газа.

Блок «Л» был первым в мире разгонным блоком с криогенной жидкостной двигательной установкой, запускающейся в условиях невесомости после часового полёта по промежуточной орбите.

В 1965 году ОКБ-1 передало изготовление и эксплуатацию блока «Л» НПО им. С. А. Лавочкина (сохранив за собой изготовление двигателя 11Д33).

Первый пуск Е-6 №2 состоялся 4 января 1963 года. Первые три ступени ракеты-носителя отработали нормально, но двигатель разгонного блока не запустился. Это был шестой отказ блока «Л». Причина — отказ в подаче электрических команд на запуск двигателя от системы управления. Удачным станет полёт только станции Е-6 №13. О том как «Луна-9» прилунялась, и о том, почему все предыдущие миссии станций Е-6 не удались, мы расскажем в последующих обзорах.

31 января 1971 года — старт экспедиции «Аполлон-14» (Apollo, США). Экипаж корабля — Алан Шепард (Alan Shepard, первый американский астронавт), Эдгар Митчелл (Edgar Mitchell), Стюарт Руса (Stuart Roosa). На Луну в районе кратера Фра-Мауро Шепард и Митчелл высадятся уже в феврале. Так что рассказ о том, как правильно прилуняться, мы продолжим через две недели.

При подготовке материалов были использованы следующие источники:

Б. Е. Черток. Ракеты и люди. Горячие дни «холодной войны» — М.: «РТСофт», 2007.
К. Гэтланд и др. Космическая техника. — М.: «Мир», 1986.
Космонавтика. Энциклопедия. — М.: «Советская Энциклопедия», 1985.
ОКБ «Факел»: Филиал ОКБ «Заря». Филиал института двигателей. Предприятие п/я 3740. Калининградское отделение лаборатории двигателей АН СССР: к 50-летию предприятия / авт.-сост. А. Н. Нестеренко; ред. В. М. Мурашко. — Калининград: ИП Мишуткина И. В., 2005.
С. П. Уманский. Ракеты-носители. Космодромы. — М.: «Рестарт+», 2001.
Двигатели 1944-2000 авиационные, ракетные, морские, промышленные. — М.: «АКС-Конверсалт», 2000.
В. П. Мишин. Записки ракетчика. Дневники, воспоминания, фотоархив. — Королёв, 2013.
Jonathan H. Ward. Rocket Ranch The Nuts and Bolts of the Apollo Moon Program at Kennedy Space Center. Springer International Publishing Switzerland, 2015.
Денис Пишкевич. Вернер фон Браун: человек, который продал Луну. — Минск: «Попурри», 2011.