В этот день… №2-03 (21-30 ноября)



Александр Грищенко И последнюю декаду ноября уместно, мне кажется, тоже начать стихотворными строками:
«О, Запад есть Запад, Восток есть Восток,
и с мест они не сойдут.
Пока не предстанет Небо с Землёй
на Страшный Господень Суд.»

Джозеф Редьярд Киплинг

А всё потому, что речь пойдёт о китайских возвращаемых спутниках, для теплозащиты которых китайцы применили совершенно невероятный для нас материал.

 
 
 
24 ноября 1947 года – первый старт ракеты «Аэроби» (Aerobee, США).

Ракета «Аэроби» («Aerobee» – буквально «воздушная пчела») — первая специально разработанная метеорологическая ракета, предназначенная для применения в широких масштабах. Ракета имела простое устройство, у неё отсутствовала система управления и её устойчивость в полёте обеспечивалась правильной центровкой и хвостовым оперением. Ракета запускалась с установки высотой 42 м, способной изменять угол наклона. Для достижения до схода с направляющих достаточно высокой скорости, необходимой для устойчивого полёта, на ракете применялся пороховой ускоритель. Ракета «Аэроби» на стартовой установкеМаршевый ЖРД работал на дымящейся азотной кислоте и смеси анилина (80%) и фурфурилового спирта (С4Н3О-СН2ОН). Система подачи компонентов – вытеснительная. Тяга двигателя – около 6,67 кН. Длина ракеты – 5,7 м (без стартового ускорителя), диаметр – 0,38 м, стартовая масса – 7560 кг. Высота подъёма ракеты с полезным грузом массой 68 кг около 110 км.

Исследовательские приборы (магнитный детектор, счётчики Гейгера, телескопы для космических лучей) размещались в головном отсеке вместе с телеметрической аппаратурой и источниками питания. Затем располагались топливные баки, а за ними – ракетный двигатель.

Ракета была разработана в лаборатории прикладной физики университета Дж. Хопкинса, изготовлена фирмами «Аэроджет» (Aerojet) и «Дуглас эркрафт» (Douglas Aircraft). Нужно отметить, что у разработчиков и изготовителей получилась неплохая рабочая пчела. Ракета «Аэроби» имела несколько модификаций. Так, с 1956 года применялась ракета «Аэроби-Хи» (Аerobee-Нi) с высотой подъёма более 250 км. А 5 февраля 1961 года, то есть уже в космическую эпоху, был осуществлён запуск ракеты В музее истории космоса в Нью Мехико«Аэроби-150А», в носовом корпусе которой устанавливался сосуд, частично заполненный жидким водородом. Это был первый запуск для исследования поведения жидкого водорода в состоянии невесомости. Ракета поднялась на высоту 151 км и развила максимальную скорость 1,6 км/с. Полезный груз (137 кг) включал приборы для измерения коэффициента теплопередачи водорода, телеметрическую аппаратуру, а также камеру для непрерывного фотографирования сосуда с водородом. Результаты испытаний были использованы при разработке ракет «Атлас-Центавр» (Atlas-Centaur) и «Сатурн» (Saturn). Ракеты «Аэроби» использовались для изучения явлений, связанных с магнитным полем Земли и космическим излучением, а также, для медицинских исследований с обезьянами и мышами. Несмотря на простоту конструкции, жизнь у «воздушной пчелы» оказалась более длиной, чем у большой ракеты «Викинг» (обзор №1-13 1–15.05.2016).


 

26 ноября 1965 года – первый французский ИСЗ «Астерикс-1» был выведен на орбиту французской РН «Диаман» (Diamant, Франция).

Кроме США и СССР были и другие страны, развивавшие свои космические программы. Одной из этих стран была Франция. И, несмотря на скромные финансовые затраты, французам удалось достичь существенных успехов, к которым относится и самостоятельный запуск ИСЗ.

Предыстория создания французского спутника и носителя такова. В октябре 1959 г. было организовано Общество по созданию баллистических снарядов SEREB (Societe I’Etude et la Realisation d’Engins Balistiques). Для Франции начинается эпоха выбора «базовых методов» в части конструктивно-компоновочных схем ракет, систем управления, двигателей, конструкционных материалов…

Старт ракеты «Диаман» 26.11.1965Первый проект французского космического носителя был выпущен в мае 1960 г. и предполагал запуск трёхступенчатой ракеты (одна жидкостная и две твердотопливные ступени) с полезным грузом 25 кг. К 1961 г. масса полезного груза была повышена до 50 кг для орбиты 300 км; запуск планировалось осуществить в середине 1964 г. Основой проектных решений явилось наличие крупных ракет с ЖРД «Изумруд» (Emeraude) и «Сапфир» (Saphir), при этом «соразмерные» твердотопливные ракеты должны были формировать верхние ступени РН.

Ракета Emeraude была разработана в 1960 году. Компоненты долгохранимого самовоспламеняющегося топлива – белая дымящая азотная кислота и скипидар – вытеснялись в двигатель «Векзен» (Vexin) тягой 285 кН газами твердотопливного газогенератора, охлаждаемыми водой перед подачей в топливные баки.

Данные компоненты топлива уступали по энергетике четырёхокиси азота с НДМГ, но представлялись французским инженерам лучше отработанными и более дешёвыми. Газогенератор также был введён для экономии: его масса и стоимость при равной газовой производительности с баллонной системой (работающей, например, на гелии) были ниже.

Старт ракеты «Изумруд» (Фото CNES)Управление вектором тяги – отклонением камеры ЖРД по двум осям плюс аэродинамическими рулями. Эти конструктивно-компоновочные особенности стали характерными и для последующих проектов французских ЖРД и РН.

Основные технические характеристики ЖРД LRBA «Векзен»: тяга двигателя – 280-310 кН; удельный импульс тяги у земли – 1991 м/с; давление в камере сгорания – 1,76 МПа; соотношение компонентов – 3,2; давление в баках – 2,38 МПа; время работы – 93 с.

Наработки по РДТТ легли в основу «Топаза» (Topaze VE. 111) – первой в стране экспериментальной управляемой ракеты, выпущенной малой серией. «Топаз» играл роль «летающей модели» первой ступени перспективной французской БРСД. В частности, в марте 1962 г. был проведён запуск двух двухступенчатых ракет «Агат» (Agate VE. 211). Используя в качестве первой ступени «Топаз», «Агат» мог поднимать макет боеголовки на высоту около 70 км и возвращать его на землю с помощью парашюта.

Наконец, Emeraude VE. 121 в соединении с ракетой Topaze VE. 111 в качестве второй ступени образовывали ракету Saphir VE. 231.

Основные технические характеристики двигателя второй ступени РН «Диаман»: тяга – 150 кН; время работы – 44 с.

Ракета «Топаз» перед пуском (Фото CNES)В ходе последующих разработок SEREВ предложил два новых варианта РН, способных вывести на номинальную орбиту высотой 360 км ИСЗ массой 80 и 100 кг при запусках в 1965 и 1966 гг. соответственно. Таким образом появился проект экспериментального носителя «Алмаз A» (Diamant А). При этом Национальный центр космических исследований CNES (Centre National d’Etudes Spatiales) взял на себя финансирование работ по преобразованию «Сапфира» VE. 231 в космическую РН.

Были разработаны новый отсек оборудования (фирма MATRA), третья ступень (Nord-Aviation) и головной обтекатель, под которым размещалась т.н. «технологическая капсула» А-1 (предназначена для контроля работы систем носителя во время выхода на орбиту).

Новую третью ступень Р.6 (со стеклопластиковым корпусом) испытали в полете на специальном ускорителе «Рубин» (Rubis VE.210), созданном на базе ракеты Agate (РДТТ массой 1900 кг, тягой 22 тс в течение 27 с). На «Рубине» отработали также сброс обтекателя, закрутку до 300 об/мин и разделение ступеней.

Технологическая капсула А-1 перед установкой в носовую часть ракеты Diamant А (Фото CNES)18 декабря 1961 г. правительство даёт «зелёный свет» проекту Diamant А. Разработкой руководит SEREB, в качестве субподрядчиков привлечены гиганты французской аэрокосмической индустрии LRBA, SNECMA, Sud-Aviation, Nord-Aviation, MATRA, SEPR, ONERA, Управление порохов, SAGEM, SFENA, SAT, ASir Equipement и др.

Отработка «Алмаза» начинается с испытаний модифицированного «Топаза». РДТТ ступени снаряжают зарядом нового твёрдого топлива Isolane массой 1500 кг. Полёты «Топаза» в качестве второй ступени проходят без серьёзных затруднений. А вот жидкостная первая ступень («Изумруд») «капризничает»: её тесты сопровождаются авариями и взрывами в полете. Всего с начала программы космической РН было запущено 12 «Агатов», девять «Топазов» и два «Рубина». Из пяти полётов «Изумруда» три оказались аварийными.

На этом фоне король «драгоценных камней» Французской республики – «Алмаз» готовился к своему первому старту с полигона Хаммагир (пустыня Сахара).

Типовая траектория РН «Диаман»26 ноября 1965 г. первая РН Diamant А стартовала из Хаммагира с первым французским спутником А-1 на борту. Основная цель запуска – испытания ракеты. Через 93 с после старта ЖРД первой ступени закончил работу. В этот момент ракета находилась на высоте 43 км, скорость её полёта составляла около 1,7 км/с. Ещё через 2 с первая ступень отделилась (с помощью 12 тормозных «пороховиков» на передней юбке), и включился РДТТ второй ступени. Он проработал 44 с; РН поднялась на высоту 166 км, угол тангажа составил 42,7°.

На 149-й секунде полёта был сброшен головной обтекатель. Пустая вторая ступень отделилась на 280-й секунде. Одновременно четыре небольших РДТТ обеспечили закрутку третьей ступени с ИСЗ до 270 об/мин. Двигатель ступени включился на 437-й секунде и проработал 55 сек.

Спутник отделился от отработавшей третьей ступени на 619-й секунде полёта и вышел на орбиту со следующими параметрами (в скобках приведены расчётные значения):

  • наклонение – 34,24°;
  • высота перигея – 527 км (510±35 км);
  • высота апогея – 1808 км (2250±330 км);
  • начальный период обращения – 108,61 мин.

Примерная циклограмма полёта РН «Диаман»

№ поз. Время, с Траекторные фазы Высота, км Скорость полёта, м/с
1 0 Старт 0 0
2 93 Отсечка тяги ДУ I ступени 43 1660
3 95 Отделение I ступени
96 Запуск ДУ II ступени
4 140 Отсечка тяги ДУ II ступени 166 3710
5 149 Сброс головного обтекателя
6 162 Начало изменения угла тангажа
252 Конец изменения угла тангажа
7 280 Стабилизация вращением
8 280 Отделение II ступени
9 437 Запуск РДТТ III ступени 517 2520
10 492 Отсечка тяги ДУ III ступени 520 7710
11 619 Вывод ИСЗ 530

 
Спутник А-1 представлял собой телеметрический контейнер массой 42 кг и диаметром корпуса 0,5 м, изготовленный фирмой MATRA. Он нёс оборудование для контроля третьей ступени, химические батареи на 15 суток работы и радиомаяк (136,530 МГц). Научных приборов спутник не имел. Радиомаяк функционировал очень плохо (по некоторым сведениям – вообще не функционировал) и полностью прекратил работу в конце второго дня полёта (28 ноября 1965 г.). Возможной причиной этого считают повреждение бортовых антенн на участке выведения.

26 ноября 1965 года Франция стала третьей страной в мире, самостоятельно отправившей на орбиту искусственный спутник Земли.


 

Третья декада – продолжение полёта третьей экспедиции на ОС «Скайлэб» (Skylab, США).

Третья декада ноября 1973 года богата событиями, которые происходили на борту американской ОС «Скайлэб».

Эдвард Гибсон в помещении для отдыха экипажа, приготовления и приёма пищи22 ноября Поуг и Гибсон совершили выход в открытый космос длительностью 6 часов 35 минут. Они заменили пять кассет с плёнкой в комплекте АТМ, отремонтировали привод антенны микроволнового зонда для исследования природных ресурсов, смонтировали на ферменной конструкции вне станции образцы теплозащитных покрытий для исследования воздействия на них космического излучения и солнечной радиации.

23 ноября вследствие перегрева подшипника пришлось выключить силовой гироскоп №1 в системе ориентации CMG. В связи с этим при последующих изменениях ориентации станции приходилось использовать систему TACS, что приводило к весьма существенному перерасходу сжатого азота для двигателей этой системы. Впоследствии начали наблюдаться сбои и в силовом гироскопе №2. Это заставляло в некоторые дни отказываться от сеансов наблюдений природных ресурсов, для чего требуется изменение ориентации станции. Опасались, что и силовой гироскоп №2 придётся отключить. Тогда станет неизбежным преждевременное возвращение экипажа на Землю, так как ориентацию пришлось бы обеспечивать только с помощью двигателей системы TACS, а запас сжатого азота для них был чрезвычайно ограничен. Несмотря на сбои, силовой гироскоп №2 проработал до самого конца экспедиции. Запаса сжатого азота тоже хватило на весь срок.

С 23 ноября начались наблюдения Солнца с помощью комплекта АТМ, исследования природных ресурсов с помощью комплекта EREP, фотографирование ручными камерами и другие эксперименты, включая визуальную регистрацию луча наземного лазерного устройства, наблюдение за полётом стратегической ракеты «Минитмен» и, главное, съёмку кометы Когоутека сначала с помощью ручных камер, а после 19 декабря, когда комета приблизилась к Солнцу (и к Земле), с помощью приборов комплекта АТМ. Много времени члены экипажа посвящали занятиям на велоэргометре и бегущей дорожке (у первого и второго экипажей такой дорожки не было), исследованиям в установке для создания отрицательного давления на нижнюю половину тела и другим медицинским исследованиям.


 

26 ноября 1975 года был успешно запущен на орбиту первый возвращаемый спутник КНР.

Ещё в августе 1965 г. на 13-м заседании Спецкома ЦК (структура, отвечавшая за ракетно-космические разработки) была утверждена программа развития ИСЗ, включая спутники прикладного назначения (прежде всего дистанционного зондирования Земли). В январе 1966 г. Восьмая академия 7-го Министерства машиностроения (звучит-то как!) начала обсуждение общего проекта возвращаемого спутника. Спутник планировали запустить в 1969 г. Поскольку его масса была довольно велика (1500…1800 кг), необходимо было разработать новую ракету-носитель. С июня 1970 г. проект возвращаемого спутника и нового носителя стали приоритетными.

ИСЗ FSW c ТДУ на стендеНовая ракета CZ-2 («Чанчжен-2», т.е. «Великий поход-2») разработана на основе межконтинентальной ракеты «Дунфэн-5» (Dong Feng 5). Её основная задача – вывод возвращаемого спутника массой 1800 кг. Для увеличения грузоподъёмности ракеты исследовались различные варианты вывода груза на орбиту. Первым из рассматриваемых было использование баллистической паузы между периодами работы ступеней, благодаря которой грузоподъёмность можно было увеличить на 100 кг, но из-за усложнения системы и утяжеления конструкции это не давало ощутимого эффекта. Исходя из этого, после многочисленных расчётов и анализа нашли способ изменения тяги и повышения грузоподъёмности: главный двигатель и рулевые двигатели второй ступени сначала работали одновременно, потом главный двигатель выключался, и рулевые двигатели работали до выхода спутника на орбиту. Благодаря этому способу, грузоподъёмность увеличили на 500 кг. Его недостатком была более протяжённая траектория выхода на орбиту.

Схема возвращения СА ИСЗ FSWВ апреле 1971 г. 7-е Министерство машиностроения создало рабочую группу по общей координации проекта спутника возвращаемого типа, провело координационное совещание по техническим вопросам и поставило цель запустить спутник весной 1972 г., вывести его на орбиту, провести фотографирование объектов на земной поверхности и обеспечить возвращение. Общий вес спутника определён в 1800 кг; высота орбиты – 185±5 км; период обращения — 5418±8 с; наклонение орбиты — 65°; время полёта – 5-6 суток. Учитывая реальные условия разработки, в апреле 1972 года было принято решение перенести первый запуск на конец первого или начало второго квартала 1973 года. Но и этот срок не был выдержан.

5 ноября 1974 года РН «Чанчжен-2» с полигона в Цзюцюане был запущен первый китайский возвращаемый спутник FSW (Fanhui Shi Weixing – буквально «возвращаемый спутник»). После старта ракеты была нарушена её стабилизация, и через 20 с произошёл взрыв. Причина аварии была определена – порвался электрический кабель в одном из каналов управления.

ЖРД YF-20В ноябре 1975 года был утверждён второй запуск возвращаемого спутника. 26 ноября 1975 г. с полигона в Цзюцюане РН «Чанчжен-2» успешно вывела спутник на орбиту. Спускаемый аппарат спутника представлял собой закруглённый конус высотой 1,5 м с диаметром основания 1,8 м, в котором размещались полезная нагрузка (ПН) массой 150-300 кг, тормозная двигательная установка и системы обеспечения посадки. В системе тепловой защиты использовалась специально обработанная кора дуба (!!!), при этом толщина теплозащитного слоя от 10 до 15 см.

Столь своеобразное абляционное покрытие выполнило свою задачу, но посадка СА 29 ноября 1975 года была очень жёсткой, так как парашют не был использован. Несмотря на разрушение СА и засветку части фотоплёнки, все же какую-то информацию удалось получить.

Двухступенчатая РН CZ-2 («Чанчжен-2») имела длину 31,2 м, максимальный диаметр 3,15 м, стартовую массу 190 т, тяга ДУ первой ступени у земли – 2786 кН. Топливные компоненты, применяемые на первой и второй ступенях РН традиционны для ракет, имеющих «боевого» прародителя – это четырёхокись азота (окислитель) и НДМГ (горючее).

Маршевый ЖРД первой ступени YF-20 развивал тягу 696,2 кН. ДУ первой ступени состояла из четырёх таких двигателей. Некоторые другие технические характеристики YF-20: удельный импульс у земли – 2541 м/с; давление в камере сгорания – 8,5 МПа; расход топливных компонентов – 274 кг/с; время работы – 125 с; соотношение компонентов – 2,1. Двигатель был выполнен по открытой схеме.

Ракета CZ-2 («Чанчжен-2») уже давно не используется, но она стала базой для многих модификаций — CZ-2С, CZ-2D, CZ-2E, CZ-2F о которых мы непременно расскажем в последующих обзорах. Впрочем, и о других важных событиях китайской космонавтики тоже. А космодром в Цзюцюане используется и поныне.


 

При подготовке материалов были использованы следующие источники:

  1. Дж. Хэмфрис. Ракетные двигатели и управляемые снаряды. – М.: «Издательство иностранной литературы», 1958.
  2. А. В. Амброжевич. Развитие транспортных систем с ЖРДУ. – Харьков: Рукопись, 2007.
  3. И. Б. Афанасьев, А. Н. Лавренов. Большой космический клуб. – М.: «РТСофт», 2006.
  4. Чэнчжи Ли. Развитие китайских космических технологий / Под ред. Бао Оу, Хан Ихуа, Ю. М. Батурина и др. – СПб.: «Нестор-История», 2013.
  5. С. П. Уманский. Ракеты-носители. Космодромы. – М.: «Рестарт+», 2001.

 


« »



Оставьте свой комментарий

Вы должны быть авторизованы чтобы оставлять комментарии.

Рейтинг@Mail.ru