Космические корабли

Введение. 12 апреля 1961 года полетом Юрия Гагарина на пилотируемом космическом корабле «Восток» началась эпоха проникновения человека в космос, а этот день получил название Всемирного дня Космонавтики. За прошедшие четыре с лишним десятилетия осуществлено более 100 полетов советских космических кораблей «Восток», «Восход» и «Союз» (рис. 2.10) и американских «Меркурий», «Джемини» и «Аполлон» (рис. 2.11). На КК «Аполлон» с лунным модулем 20 июля 1969 года была осуществлена высадка Нейла Армстронга на поверхность Луны.

Рис.23.10. Общий вид космического корабля «Союз»:

1 — стыковочный агрегат; 2 — орбитальный отсек; 3 —спускаемый аппарат;
4 —приборно-агрегатный отсек

Рис. 2.11. Общий вид космического корабля «Аполлон» с лунным модулем:

1 — сопло двигателя орбитального маневрирования; 2 — орбитальный отсек;
3 — спускаемый аппарат; 4 —взлетная ступень: 5 — посадочная ступень

Особенности конструкции космических кораблей. Конструктивные особенности космических кораблей определяются, прежде всего, нахождением на борту людей, а также функциональными требованиями к обеспечению их полета, выполняемыми в космосе операциями, временем нахождения в полете и другими факторами, в том числе возможностями ракет-носителей, выводящих КК.

Пилотируемые КК отличаются от автоматических наличием:

— системы обеспечения жизнедеятельности, сохраняющей жизнь, здоровье и работоспособность экипажа;

— спускаемого отсека, обеспечивающего возвращение экипажа на Землю;

— ручного управления, позволяющего экипажу управлять кораблем без автоматики;

— научного оборудования и приборов для выполнения конкретной полезной деятельности экипажа;

— шлюзовой камеры и скафандров для выхода членов экипажа в открытый космос;

— стыковочных агрегатов для пристыковки КК к другим кораблям или орбитальным станциям и перехода в них экипажа.

Конструкция пилотируемых кораблей должна иметь повышенную надежность, резервирование (иногда многократное) наиболее важных систем и механизмов, обеспечивать безопасность полета. Для принятия решений в экстремальных условиях и включения резервных систем на борту КК должна быть информационно-вычислительная станция, анализирующая состояние безопасности КК и управляющая режимами и системами КК, влияющими на безопасность. Конструкция КК должна позволять экипажу осуществлять ремонт поврежденных приборов и механизмов.

Перечисленные особенности и требования реализуются на КК в конкретных конструктивных решениях.

Оборудование и системы космических кораблей. Система обеспечения жизнедеятельности (СОЖ) служит для поддержания на борту заданного газового состава, давления и температуры, а также для очистки воды, создания потребных санитарно-бытовых условий. С этой целью воздух и вода специальным образом подвергаются очистке и регенерации (восстановлению), что существенно уменьшает их расход на КК. Для обеспечения заданного температурного режима используется теплоизоляция отсеков, ограничивающая теплообмен между внутренним объемом корабля и окружающим пространством, а также специальные системы терморегулирования, выполняющие отвод или подвод тепла. Для поддержания нормальной физиологической деятельности экипажа на борту размещаются специальные тренажеры, применяются нагрузочные и перегрузочные костюмы (первые создают напряжение мышц и регулируют приток крови, что важно в условиях невесомости; вторые — снимают нагрузки на организм при старте и спуске КК, когда резко повышаются перегрузки).

Успешное выполнение космических полетов зависит и от наличия на КК скафандров, представляющих собой индивидуальную автономную систему жизнеобеспечения, которая применяется космонавтами при старте и посадке корабля, выходе в открытый космос, а также при экстремальных ситуациях.

Для успешного выполнения пилотируемых полетов на КК применяется сложный комплекс вычислительных, информационных, радиотехнических и управляющих устройств. В состав оборудования входят различные приборы и системы, обеспечивающие управление и ориентацию КК, сближение и стыковку с другими космическими аппаратами, устойчивую радиотелевизионную связь с Землей, контроль параметров состояния экипажа и корабля и др. С этой целью на КК размещаются блоки этих приборов и систем, а также многочисленные антенны (радиотелевизионные, командно-связные, системы сближения, траекторных измерений и передачи телеметрии), датчики (солнечно-звездной ориентации, визиры-ориентаторы, световые маяки, ионные датчики и др.), телекамеры, кабель-мачты, радиаторы системы терморегулирования.

Важную роль выполняет на КК система электроснабжения, обеспечивающая работу различных приборов и систем. Основными источниками электроэнергии являются солнечные батареи, раскрывающиеся над поверхностью КК.

Для обеспечения управления движением и торможения при посадке на КК имеется тормозная двигательная установка, размещаемая в отдельном отсеке. Вместе с ней обычно работают агрегаты реактивной системы управления, обеспечивающей стабилизацию и ориентацию КК. Для надежности в тормозной двигательной установке применяются две или три камеры ЖРД.

Конструктивно-компоновочные схемы. Конструкции космических кораблей отличаются разнообразием и во многом зависят от назначения и технических возможностей ракет-носителей, выводящих КК на орбиту. Конструктивно-компоновочные решения можно рассмотреть на примере КК «Союз» (см. рис. 2.10, 2.12), главными компонентами которого являются:

— орбитальный отсек, предназначенный для работы и отдыха экипажа на орбите. В нем размещается научно-исследовательская и другая аппаратура для работы и наблюдений, места для отдыха и сна, шлюзовая камера для выхода в открытый космос, стыковочный агрегат и др.;

— спускаемый аппарат, обеспечивающий безопасное возвращение экипажа и необходимого оборудования на Землю. Аппарат имеет прочный теплозащищенный корпус, выдерживающий нагрузки при спуске в атмосфере Земли, специальные кресла (ложементы) для размещения членов экипажа, обеспечивающие наименьшие отрицательные воздействия перегрузок на организм космонавтов, систему жизнеобеспечения для экипажа и индивидуальные средства (скафандры) для каждого космонавта, а также пульты и механизмы, воздействующие на систему управления спускаемым аппаратом в экстремальных условиях;

— приборно-агрегатный отсёк, в котором размещаются основные приборы и оборудование, обеспечивающие различные функциональные задачи.

Орбитальный, спускаемый и приборно-агрегатный отсеки могут быть соединены в один отсек (как на «Востоке» и «Восходе»), могут иметь и самостоятельные конструктивные блоки, которые отстыковываются от спускаемого аппарата при его входе в атмосферу Земли.

Рис. 2.12. Компоновка космического корабля «Союз»

Более сложные конструктивные схемы требуются для полетов КК на Луну. Примером такого решения может служить американский КК «Аполлон» (см. рис. 2.11), выводимый на лунную орбиту ракетой-носителем «Сатурн-5». В конструкции корабля кроме орбитального отсека 2 и спускаемого аппарата 3 есть еще лунный модуль: посадочная ступень 5 с тормозной двигательной установкой и взлетная ступень 4 для старта с лунной поверхности и пристыковки к основному кораблю, находящемуся на лунной орбите. На взлетной ступени размещена кабина космонавтов с системой жизнеобеспечения и блоками управления, а также двигательная установка с системой ориентации.