Обитаемый орбитальный отсек космического корабля Союз

12 апреля наша страна отмечает День космонавтики. Пятьдесят девять лет назад советские ракетчики запустили на орбиту пилотируемый космический корабль «Восток» с лётчиком Юрием Гагариным на борту. Именно с этого момента принято вести отсчёт космической эры в истории человечества, хотя ещё до полёта «Востока» неоднократно стартовали спутники, лунники и корабли с собаками. Первый рейс космонавта на орбиту был важен прежде всего тем, что до этого среди учёных не было единого мнения, как длительная невесомость будет влиять на человека: некоторые даже полагали, что пилот сразу потеряет сознание или сойдёт с ума. Для технического прогресса это тоже был важный шаг — «Восток» стал реальным воплощением идеи, которая совсем недавно считалась фантастической.

Вероятно, первым, кто всерьёз задумался о проблематике космических путешествий, был английский епископ Джон Уилкинс. В 1638 году вышла его книга «Беседа о новом мире и другой планете», в которой он, размышляя о грядущих полётах к Луне, указывал на необходимость снаряжать внеземную экспедицию запасами воды и провианта. Правда, Уилкинс ошибочно полагал, что до Луны можно добраться на воздушном шаре. Проект Жюля Верна, изложенный в романе «С Земли на Луну прямым путём за 97 часов 20 минут», который впервые увидел свет в 1865 году, основывался на более адекватных представлениях о физике космического пространства, поэтому в его снаряде для полёта на Луну предусмотрена герметизация и противоперегрузочные средства. Однако даже элементарный расчёт показывал: чтобы снаряд развил хотя бы первую космическую скорость, ему необходимо придать такое ускорение, которое просто убьёт пассажиров.

В начале XX века фантасты всё чаще обращались к теме межпланетных полётов, не забывая описывать конструкцию космических кораблей. В то время учёные полагали, что скоро создадут антигравитационный сплав, поэтому в романах сплошь и рядом встречались шарообразные аппараты, которые перемещались в пространстве за счёт открытия экранирующих заслонок, «включающих» силу отталкивания. Конечно, схема была неработоспособна, потому что для появления антигравитации, то есть открытия заслонки, нужно приложить ровно такую же энергию, как для отправки аппарата в точку, удалённую от всех центров масс, — фактически за пределы обозримой Вселенной. Впрочем, на это мало кто обращал внимание.

Проблему решил калужский изобретатель Константин Циолковский, который в статье «Исследование мировых пространств реактивными приборами», опубликованной в 1903 году, показал, что единственное технически доступное средство для покорения космоса — ракеты на жидком топливе. Именно так он представлял межпланетный корабль в своей фантастической повести «Вне Земли» (в 1918 году она вышла с сокращениями в журнале «Природа и люди») — как ракету, снабжённую герметичной кабиной для экипажа. Позже аналогичные идеи высказали и другие основоположники теоретической космонавтики: американец Роберт Годдард, француз Робер Эсно-Пельтри и немец Герман Оберт.

Схема ракеты Циолковского 1927 года

На заре практического ракетостроения стало ясно, что незачем тащить в космос всю ракету целиком. Наоборот: чем меньше будет масса космического корабля на том или ином этапе полёта, тем легче им управлять — и тем меньше топлива надо брать с собой. Поэтому корабли, вопреки ожиданиям фантастов, проектировались как аппараты, которые после достижения орбитальной скорости отделятся от носителей.

Первым космическим кораблём стал советский «Восток» в трёх модификациях: 1КП, 1К и 3КА. Первые два варианта предназначались для испытательных запусков с собаками; последний — для полёта одного пилота по низкой орбите длительностью до 10–12 дней. «Восток» состоял из двух частей: герметичного спускаемого аппарата и приборного отсека, в котором находился тормозной двигатель, сводящий корабль с орбиты.

Тем временем конструкторам американского корабля Mercury предоставили ракету Atlas с грузоподъёмностью ниже, чем у советской Р-7А (1,3 против 4,7 тонны), поэтому они создали маленькую тесную капсулу, снабжённую простым твердотопливным двигателем и теплозащитным экраном, который можно было сбросить.

Макеты кораблей Mercury (слева) и «Восход» / Tim Evanson /
Хотя конструкция Mercury была примитивнее, она потребовала много времени на доработку. В результате «Восток» с Юрием Гагариным на борту отправился на орбиту 12 апреля 1961 года, а Mercury с Аланом Шепардом стартовал только 5 мая, причём его полёт продолжался всего 15 минут. Орбитальный рейс американцам удалось совершить только в феврале 1962 года, когда в космос отправился Джон Гленн. Впрочем, на фоне суточного полёта Германа Титова на корабле «Восток» новое достижение выглядело скромно.
Поражение на начальном этапе космической гонки больно ударило по самолюбию американцев. 25 мая 1961 года президент Джон Кеннеди выступил с обращением к нации, призвав до конца десятилетия запустить пилотируемую экспедицию на Луну. Чтобы воплотить его замысел, конструкторы создали два космических корабля: двухместный Gemini массой 3,8 тонны для отработки необходимых манипуляций на околоземной орбите и трёхместный Apollo, который состоял из командно-служебного модуля CSM массой 30 тонн и лунного модуля LM массой 16 тонн. Принципиальным новшеством в конструкции этих кораблей была возможность осуществлять сложные манёвры, стыковки и расстыковки. Полёты кораблей Gemini с экипажами начались в марте 1965 года, кораблей Apollo — в октябре 1968-го.

Космический корабль Gemini 7 в полёте, снятый с борта корабля Gemini 6 / NASA

В Советском Союзе долго не могли согласовать лунную экспедицию. Пока шли обсуждения, ЦУП успел организовать два полёта на кораблях «Восход» — по сути, тех же «Востоках», но с глубокой модернизацией всех систем: «Восход-1» предназначался для полёта экипажа из трёх человек, а «Восход-2» — для выхода одного из пилотов в открытый космос. Каждая из новых моделей была оборудована дополнительным тормозным двигателем на случай отказа основного и системой мягкой посадки, вместо которой на исходном «Востоке» использовалось катапультируемое кресло. Понятно, что масса при этом возросла: «Восход-1» весил 5,3 тонны, «Восход-2» — 5,7 тонны.

Для пилотируемого полёта к Луне советским учёным необходимы были новые корабль и ракета. Однако ни один из предложенных проектов так и не был завершён. Вместо мощных ракетно-космических комплексов удалось довести до серийного выпуска только трёхместный орбитальный корабль «Союз» массой 6,5 тонны и двухместный корабль «Зонд» массой 5,2 тонны, предназначенный для облёта Луны. Их первые запуски сопровождались авариями. 24 апреля 1967 года при возвращении «Союза-1» из космоса погиб Владимир Комаров. Из-за трагедии советское руководство так и не решилось отправить к Луне «Зонд» с экипажем и фактически вышло из космической гонки с США.

В дальнейшем корабли «Союз» в двухместном и трёхместном вариантах использовались для доставки космонавтов на орбитальные станции. По образцу «Союза» построены отечественный грузовой корабль «Прогресс» и китайский корабль «Шэньчжоу».

Лунный модуль корабля Apollo 11 на Луне / NASA

Космические рейсы

Когда в 1975 году завершилась программа «Аполлон», в которую входили не только полёты на Луну, но и работа с орбитальной станцией Skylab, американские специалисты сосредоточились на проекте корабля Space Shuttle с экипажем из семи астронавтов. Конструкторы хотели построить его по самолётной схеме и сделать полностью многоразовым; стоимость его эксплуатации должна была быть не сильно выше, чем у больших авиалайнеров, что сделало бы ненужными одноразовые ракеты-носители. Однако в условиях экономического кризиса от многих передовых технических решений пришлось отказаться, и в результате получился довольно громоздкий космоплан сухой массой до 72 тонн с подвесным топливным баком и твердотопливными ускорителями. Тем не менее первый шаттл «Колумбия» стартовал 12 апреля 1981 года, и дальнейшее развитие астронавтики, включая строительство большой орбитальной станции Freedom и организацию экспедиций на Марс, стали связывать именно с этими кораблями. Все планы пришлось пересматривать после того, как 28 января 1986 года при взлёте погиб шаттл «Челленджер». На коммерческих перспективах крылатых кораблей поставили крест— их продолжили запускать под эгидой государства, в интересах учёных и военных. С помощью шаттлов в конце века началось строительство Международной космической станции.

Гибель «Колумбии» 1 февраля 2003 года привела к тому, что президент Джордж Буш — младший решил отказаться от многоразовых ракетно-космических систем в пользу одноразовых, а заодно использовать их в программе возвращения на Луну, получившей название Constellation. Для полётов на соседнее небесное тело разрабатывались два корабля: межорбитальный Orion массой 22,6 тонны и лунный Altair массой 45,9 тонны. Их планировалось выводить на орбиту по отдельности, после чего стыковать и отправлять на траекторию полёта к Луне. Придя к власти в январе 2009 года, президент Барак Обама распорядился свернуть Constellation, оставив от всей программы только корабль Orion. В новом четырёхместном варианте этот аппарат мог бы совершать длительные полёты по орбите, к Луне и в перспективе к Марсу. Проект продолжает развиваться и сегодня. Планируется, что первый полёт беспилотного варианта Orion в рамках лунной программы Artemis состоится в 2021 году, пилотируемого — в 2023 году.

Концепт космического корабля Orion / NASA

Решив тоже поучаствовать в создании ракетно-космических комплексов нового поколения, российские конструкторы предложили в 2009 году проект многоразового корабля «Федерация» массой от 16,5 тонны в зависимости от цели полёта. Он сможет вместить экипаж из шести человек и будет использоваться для полётов к МКС, к Луне и для высадки на поверхность спутника. Судя по данным на январь 2020 года, первый пилотируемый полёт опытного образца, получившего название «Орёл», состоится в 2025 году.

Когда корабли Space Shuttle вывели из эксплуатации, перед американцами встала проблема: МКС нуждается в постоянном присутствии экипажа, но российские «Союзы» могут доставить туда лишь троих. Поэтому в 2010 году NASA инициировало программу Commercial Crew Development, в рамках которой частным компаниям предлагалось сконструировать пилотируемые корабли для полётов на орбиту.

В сентябре 2014 года были объявлены победители условной «гонки»: ими ожидаемо стали проекты Starliner корпорации Boeing и Dragon 2 компании SpaceX. При этом у последней было очевидное преимущество — её многоразовые беспилотные грузовики летают на орбиту с 2012 года, снабжая МКС наравне с российскими «Прогрессами». Испытательный полёт нового корабля в беспилотном варианте в марте 2020 года прошёл успешно. Планировалось, что уже в июне-июле новый корабль полетит к МКС с астронавтами Робертом Бенкеном и Дугласом Хёрли. Однако один из тестов, необходимых для получения лицензии, обернулся неудачей, что привело к разрушению Dragon 2.

Концепт космического корабля Starliner от компании Boeing / NASA

Из-за этого конкуренты из Boeing получили значительную фору. Система аварийного спасения Starliner прошла успешные испытания 4 ноября 2020 года, и 20 декабря стартовал беспилотный вариант корабля. Если бы всё прошло по плану, астронавты отправились бы на Starliner к МКС до конца 2020 года, однако во время беспилотного пробного запуска возникли проблемы: из-за сбоя в системе расчёта полётного времени корабль истратил много топлива, и оставшегося могло не хватить для стыковки с МКС. Специалисты решили отменить стыковку и вывели Starliner на орбиту, с которой он вернулся на Землю в течение 48 часов.

Тем временем SpaceX доработала Dragon 2: корабль успешно прошёл испытания 13 ноября. Планируется, что пилотируемый полёт состоится в мае 2020 года, но из-за пандемии COVID-19 его могут отложить.

Из чего состоит космический корабль?

» Космодромы и освоение космоса » Из чего состоит космический корабль? Первоначально космические корабли представляли собой многоступенчатую ракету, внутри которой находился небольшой шар, в котором с трудом размещались необходимое оборудование и человек. Большая часть ракеты отделялась при старте по мере сгорания топлива или сгорала при проходе через атмосферу. Таким образом, оставался только модуль с пилотом внутри.

Конструкция космических кораблей

Со времени запуска первого космического корабля прошло уже более 40 лет и конструкция кораблей несколько изменилась. За это время было создано множество искусственных спутников Земли, отправлено несколько беспилотных аппаратов к различным планетам и их спутникам. Большинство из них, хотя иногда и не с первой попытки, достигли своих далёких целей и значительно расширили знания человека не только о Солнечной системе, но и о нашей галактике Млечный путь.

Впоследствии появились корабли многоразового использования. Рассмотрим их устройство на примере американской модели «Шаттл», предназначенной для полётов на низкие околоземные орбиты и возвращения обратно. В его состав входят воздушно-космический самолёт, ракетные двигатели многоразового использования и отделяемый топливный блок. Основная часть — самолёт «Орбитер» — имеет двигатели для вывода на орбиту, системы управления, наведения и теплозащитную систему. В его носовой части размещаются пилотный отсек и электронное оборудование. В середине находится грузовой отсек и система электропитания, а в задней части — вспомогательная система питания и основные двигатели. В свою очередь пилотный отсек делится на 3 палубы. На верхней находится лётная палуба для управления полётом, на средней кухня, спальное помещение и шлюз для выхода в открытый космос, ниже располагается кладовая и система жизнеобеспечения. В грузовом отсеке размещается груз до 25 тонн, который нужно доставить на орбиту, космонавты могут перемещать его с помощью специального механического захвата. Основные двигатели корабля предназначены для вывода его на орбиту, а вспомогательные, расположенные на носу и в хвосте, для управления полётом и возвращения на Землю.

Космический корабль «Буран»

В СССР был изготовлен многоразовый космический корабль типа «Буран», который по внешнему виду и конструкции практически не отличается от американского аппарата. Разница заключается в том, что этот корабль во время первого полёта не имел на борту людей. Он управлялся автоматически из центра управления полётами. Завершив свой первый полёт, «Буран» успешно приземлился на специальную полосу длиной 5 км в районе космодрома «Байконур». Больше ни один многоразовый корабль в мире не приземлялся на землю автоматически.

* * *

Меньше чем за шестьдесят лет человечество перешло от единичных полётов астронавтов на орбиту к регулярным рейсам. Успехи в пилотируемой космонавтике и строительстве кораблей возродили интерес к внеземной экспансии. Теперь транспорт нужен не только для полётов к МКС: уже сейчас США вместе с другими странами планирует строительство окололунной станции. А там недалеко и до путешествия к Марсу.

Crew Dragon во время тестирования двигателей, ноябрь 2020 года / SpaceX

Обитаемый орбитальный отсек космического корабля Союз

Обитаемый орбитальный отсек (ОО) – масса 1,2 – 1,3 т, диаметр 2,2 м, длина со стыковочным агрегатом 3,44 м, объем по внутренним обводам герметичного корпуса 6,6 м³, свободный объем 4 м³ – используется в качестве рабочего отсека при проведении научных экспериментов, для отдыха экипажа, перехода его в другой КК и для выхода в космическое пространство (выполняет роль шлюзовой камеры). Герметичный корпус ОО, выполненный из магниевого сплава, представляет собой две полусферические оболочки диаметром 2,2 м, соединенные цилиндрической вставкой высотой 0,3 м. Отсек имеет два обзорных иллюминатора. В корпусе расположены два люка, один из которых соединяет ОО с СА, а другой (диаметр «в свету» 0,64 м) служит для посадки экипажа в КК на стартовой позиции и для выхода в космос. В ОО расположены пульт управления, приборы и агрегаты основных и вспомогательных систем КК, бытовое оборудование, научная аппаратура. При отработке и обеспечении стыковки автоматических и пилотируемых модификаций КК в случае использования их в качестве транспортных кораблей в верхней части ОО устанавливается стыковочный агрегат, выполняющий следующие функции: поглощение (демпфирование) энергии соударения КК; первичную сцепку; выравнивание и стягивание КК; жесткое соединение конструкций кораблей (начиная с «Союз-10» – с созданием герметичного стыка между ними); расстыковку и разделение КК. В КК «Союз» нашли применение три типа стыковочных устройств: первый, выполненный по схеме «штырь-конус»; второй, также выполненный по этой схеме, но с созданием герметичного стыка между состыкованными КК для обеспечения перехода экипажа из одного КК в другой; третий (в эксперименте по программе ЭПАС), представляющий собой новое, технически более совершенное устройство – андрогинный периферийный агрегат стыковки (АПАС). Конструктивно стыковочное устройство первых двух типов состоит из двух частей: активного стыковочного агрегата, устанавливаемого на одном из КК и снабженного механизмом для осуществления всех действий по стыковке, и пассивного стыковочного агрегата, устанавливаемого на другом КК. Каждая часть стыковочного устройства выполнена в виде 2 автономных узлов – стыковочного механизма (на активном агрегате) и его ответной части (на пассивном агрегате); стыковочного шпангоута с расположенными на нем дополнительными механизмами. Стыковочный механизм на активном агрегате выполняет основные функции по соединению КК до соприкосновения стыковочных шпангоутов. Ответная, пассивная часть представляет собой приемный конус, в который при стыковке входит штырь стыковочного механизма.

Солнечная система

«Восток» − название серии советских одноместных космических кораблей, используемых для пилотируемых полетов по околоземной орбите. Данные корабли были созданы под руководством С.П. Королева, генерального конструктора ОКБ-1, в 1958-1963 годах.

«Восток-1» − первый в мире плотируемый космический аппарат, на котором был осуществлен полет человека в космическое пространство. Корабль стартовал 12 апреля 1961 года в 9 часов 07 минут по московскому времени с космодрома Байконур. Совершив один оборот вокруг Земли за 108 минут, «Восток-1» благополучно приземлился в 10 часов 55 минут в Саратовской области, в районе деревни Смеловка. Высота перигея орбиты составила сто восемьдесят один километр, высота апогея − триста двадцать семь километров. Корабль пилотировался Ю.А. Гагариным.

Космический корабль «Восток-1» состоял из сферического спускаемого аппарата, являющегося одновременно кабиной космонавта, и приборного отсека, где находились бортовая аппаратура и тормозная двигательная установка. Масса спускаемого аппарата составляла 2,4 тонны, его диаметр − 2,3 метра, объем − 5,2 кубических метра. Спускаемый аппарат имел три люка и три иллюминатора. Космонавт, облаченный в скафандр, размещался в спускаемом аппарате в катапультируемом кресле.

Масса приборного отсека составляла 2,27 тонны, его диаметр −2,43 метра, длина − 2,25 метра, объем − 3 кубических метра. Внутри размещались приборы системы ориентации и управления движением, электропитания и командно-логического управления, аппаратура для осуществления радиосвязи с Землей, тееметрические приборы, програмно-временные устройства. Система жизнеобеспечения корабля была рассчитана на десять суток. Во время полета космонавт непрерывно поддерживал радиосвязь с Землей. Для осуществления посадки корабля включалась тормозная двигательная установка, которая уменьшала его скорость для перехода на траекторию спуска, после чего спускаемый аппарат отделялся. После его торможения в атмосфере, на высоте семи километров космонавт катапультировался из кабины и приземлялся на парашюте.

Основными научными задачами, решаемыми на корабле «Восток-1», были проверка основных принципов построения космических кораблей, отработка систем и конструкции, изучение воздействий условий полета на работоспособность и общее состояние космонавта.

Другие статьи о Солнечной системе

  • Серия космический кораблей Меркурий
  • Шаттл
  • Солнечный парус
  • Космический аппарат Прогресс
  • Проект орбитального космолета Rockwell X-30

Рубрики:

  • восток
  • космические аппараты
  • космический корабль
Следующая >
Рейтинг
( 2 оценки, среднее 5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: