Виртуальная экскурсия «Космические аппараты. Как космические корабли бороздят звездные просторы Из чего состоит космический корабль
Сегодня стартовала Всемирная неделя космоса. Проводится она ежегодно с 4 по 10 октября. Ровно 60 лет назад на околоземную орбиту вывели первый рукотворный объект советский «Спутник-1». Он вращался вокруг Земли 92 дня, пока не сгорел в атмосфере. После этого открылась дорога в космос и человеку. Стало понятно, что его нельзя отправлять с билетом в один конец. Как развивались космические технологии, узнал корреспондент телеканала «МИР 24» Владимир Сероухов.
В 1961 году саратовские зенитчики засекли на радаре неопознанный летающий объект. Их заранее предупредили: если они увидят такой падающий с неба контейнер, мешать его полету не стоит. Ведь это первый в истории космический спускаемый аппарат с человеком на борту. Но приземляться в этой капсуле было небезопасно, поэтому на высоте 7 километров катапультировался и спустился на поверхность уже с парашютом.
Капсула корабля «Восток», на сленге инженеров - «Шарик», тоже спустилась на парашюте. Так на Землю вернулись Гагарин, Терешкова и другие первопроходцы космоса. Из-за особенностей конструкции пассажиры испытывали невероятные перегрузки в 8 g. Гораздо легче условия в капсулах «Союз». Их используют более полувека, но в скоро должны заменить новым поколением кораблей - .
«Это кресло командира экипажа и второго пилота. Как раз те места, с которых будет выполняться управление кораблем, контроль всех систем. Кроме этих кресел по бокам будут еще два кресла. Это уже для исследователей», - рассказывает заместитель начальника летно-испытательного отдела РКК «Энергия» Олег Кукин.
По сравнению с семейством кораблей «Союз», которые все-таки морально устарели, и где в тесноте могли разместиться лишь трое космонавтов, капсула «Федерации» - настоящие апартаменты, 4 метра в диаметре. Сейчас главная задача - понять насколько удобен и функционален будет аппарат для экипажа.
Управление теперь доступно двум членам экипажа. Пульт шагает в ногу со временем - это три сенсорных дисплея, где можно контролировать информацию и быть более автономным на орбите.
«Вот для того, что бы выбрать место посадки, куда мы можем сесть. Мы непосредственно видим карту, трассу полета. Погодные условия они также могут контролировать, если эта информация будет передана с Земли, - отметил заместитель начальника летно-испытательного отдела РКК «Энергия» Олег Кукин.
«Федерация» рассчитана для полетов на Луну, это около четырех суток пути в одну сторону. Все это время космонавты должны находиться в позе эмбриона. В спасательных креслах, или ложементах удивительно удобно. Каждое - ювелирная работа.
«Измерение всех антропометрических данных начинается с измерения массы», - указал начальник сектора медицинского отдела НПП «Звезда» Виктор Синигин.
Вот оно - космическое ателье, предприятие «Звезда». Здесь для космонавтов делают индивидуальные скафандры и ложементы. Людям легче 50 килограммов путь на борт заказан, как и тем, кто тяжелее 95. Рост тоже должен быть средним, чтобы уместиться в салоне корабля. Поэтому и мерки снимают в позе эмбриона.
Так отливали кресло для японского космонавта Коичи Ваката. Получили отпечаток таза, спины и головы. В условиях невесомости рост любого космонавта может увеличиться на пару сантиметров, так что ложемент делают с запасом. Он должен быть не просто комфортным, но и безопасным в случае жесткой посадки.
«Сама идея моделирования в том, что бы уберечь внутренние органы. Почки, печень они капсулированные. Если дать им возможность расшириться они могут порваться, как полиэтиленовый пакет с водой, упавший на пол», - пояснил Синигин.
Всего таким способом сделали 700 ложементов не только для россиян, но и для японцев, итальянцев и даже коллег из Штатов, которые работали на станциях «Мир» и МКС.
«Американцы на своем «Шаттле» везли наши ложементы и скафандры, которые мы для них делали, и другое спасательное снаряжение. Оставляли это все на станции, на случай аварийного покидания станции, но уже на нашем корабле», - рассказал ведущий инженер испытательного отдела НПП «Звезда» Владимир Масленников.
Космический корабль напоминает подводную лодку: здесь и там экипаж вынужден жить в герметической кабине, полностью изолированной от внешней среды. Состав, давление, температура и влажность воздуха внутри кабины будут регулироваться специальным аппаратом. Но преимуществом космического корабля по сравнению с подводной лодкой явится меньшая разница между давлением внутри кабины и снаружи. А чем меньше эта разница, тем тоньше могут быть стенки корпуса.
Для отопления и освещения кабины корабля можно использовать солнечные лучи. Обшивка корабля, подобно земной атмосфере, задерживает пронизывающие межпланетное пространство ультрафиолетовые лучи Солнца, которые в больших количествах вредны для человеческого организма. Для лучшей защиты при столкнрвениях с метеорными телами обшивку корабля целесообразно делать многослойной.
Конструкция космического корабля зависит от его назначения. Корабль для посадки на Луну окажется во многом не похож на корабль, предназначенный для полёта вокруг неё; корабль для полёта на Марс должен быть построен иначе, чем корабль, отправляющийся на Венеру; ракетный корабль на термохимическом топливе будет существенно отличаться от атомного корабля.
Космический корабль на термохимическом топливе, предназначенный для перелёта на искусственный спутник, будет представлять собой многоступенчатую ракету размерами с дирижабль. При старте такая ракета должна весить несколько сот тонн, а её полезный груз примерно в сто раз меньше. Плотно примыкающие друг к другу ступени будут заключены в обтекаемый корпус для лучшего преодоления сопротивления воздуха при полёте в атмосфере. Сравнительно небольшая кабина для экипажа и кабина для остального полезного груза разместятся, повидимому, в носовой части корабля. Так как экипажу придётся провести на борту такого корабля лишь непродолжительное время (меньше часа), отпадёт необходимость в сложном оборудовании, которым будут оснащены межпланетные корабли, предназначенные для длительного полёта. Управление полётом и все измерения будут осуществляться автоматически.
Отработавшие ступени ракеты можно будет спускать обратно на Землю либо на парашюте, либо с помощью выдвижных крыльев, превращающих ступень в планёр.
Рассмотрим ещё один вариант космического корабля (см. рис. 8, в центре, на стр. 24-25). Корабль отправится с искусственного спутника в полёт вокруг Луны для продолжительного обследования её поверхности без посадки. Выполнив задание, он вернётся прямо на Землю. Как видим, этот корабль состоит в основном из двух спаренных ракет с тремя парами цилиндрических баков, наполненных горючим и окислителем, и двух космических планёров с выдвижными крыльями, предназначенных для спуска на поверхность Земли. Корабль не нуждается в обтекаемой обшивке, так как старт производится за пределами атмосферы.
Такой корабль будет полностью построен и испытан на Земле, а затем переброшен на межпланетную станцию в разобранном виде. Отдельными партиями туда доставят топливо, снаряжение, запасы продовольствия и кислорода для дыхания.
После того как корабль соберут на межпланетной станции, он отправится дальше в мировое пространство.
Горючее и окислитель будут поступать в двигатель из центральных цилиндрических баков, которые представляют собой основные кабины космического корабля, временно залитые топливом. Они опорожняются спустя несколько минут с момента взлёта. Временно экипаж располагается в менее удобной кабине планёра.
Достаточно открыть небольшой кран, соединяющий баки с безвоздушным пространством, чтобы остатки топлива мгновенно улетучились. Затем баки-кабины наполняются воздухом, и экипаж переходит в них из планёра; здесь астронавты проведут всё остальное время полёта.
Подлетев к Луне, корабль превращается в её искусственный спутник. Для этого используются горючее и окислитель, находящиеся в задних боковых баках. После использования топлива баки отцепляются. Когда на -
Ступит время возвращения н включат двигатель. Топливо для этой цели хранится в передних боковых баках. Перед погружением в земную атмосферу экипаж пересаживается в космические планёры, которые отцепляются от остальной части корабля, продолжающей кружить вокруг Земли. Планёр входит в атмосферу Земли и, маневрируя выдвижными крыльями, снижается.
При полёте с выключенным двигателем люди и предметы на корабле будут невесомы. Это представляет большие неудобства. Конструкторам, возможно, придётся создать на борту корабля искусственную тяжесть.
Корабль, изображённый на рис. 8, построен как раз по этому принципу. Две его составные части, взлетающие как одно целое, затем отделяются друг от друга, оставаясь, однако, связанными тросами, и при помощи небольших ракетных двигателей приводятся в круговое движение вокруг общего центра тяжести (рис. 6). После того как будет достигнута требуемая скорость вращения, двигатели выключаются и движение продолжается по инерции. Возникающая при этом центробежная сила, согласно идее Циолковского, должна заменить путешестве
Сегодня полеты в космос не относятся к фантастическим историям, но, к сожалению, современный космический корабль еще очень сильно отличается от тех, которые показывают в фильмах.
Данная статья предназначена для лиц старше 18 лет
А вам уже исполнилось 18?
Космические корабли России и
Космические корабли будущего
Космический корабль: какой он
На
Космический корабль, как он работает?
Масса современных космолетов напрямую связана с тем, как высоко они летают. Главная задача пилотируемых космолетов ‒ безопасность.
Спускаемый аппарат СОЮЗ стал первой космической серией Советского Союза. В этот период между СССР и США шла гонка вооружения. Если сравнивать размеры и подход к вопросу строительства, то руководство СССР делало все для скорейшего покорения космоса. Понятно, почему сегодня не строят аналогичные аппараты. Вряд ли кто-то возьмется строить по схеме, в которой отсутствует личное пространство космонавтов. Современные космолеты оборудованы и комнатами для отдыха экипажа, и спускаемой капсулой, главной задачей которой является в тот момент, как осуществляется посадка, сделать ее максимально мягкой.
Первый космический корабль: история создания
Отцом космонавтики справедливо считается Циолковский. На основе его учений Годдрадпостроил ракетный двигатель.
Ученые, которые трудились в Советском Союзе, стали первыми, кто сконструировал и смог запустить искусственный спутник. Также они стали первыми, кто изобрел возможность запуска в космос живого существа. Штаты осознают, что Союз стал первым, кто создал летательный аппарат, способный выйти в космос с человеком. Отцом ракетостроения справедливо называют Королева, который вошел в историю как тот, кто придумал, как преодолеть земное притяжение, и смог создать первый пилотируемый космический корабль. Сегодня даже малыши знают, в каком году запустили первый корабль с человеком на борту, но мало кто помнит о вкладе Королева в этот процесс.
Экипаж и его безопасность во время полета
Главная задача сегодня — безопасность экипажа, ведь он проводит много времени на высоте полета. При строении летательного устройства важно, из какого металла его делают. В ракетостроении используются следующие типы металлов:
- Алюминий ‒ позволяет значительно увеличить размеры космолета, поскольку отличается легкостью.
- Железо ‒ замечательно справляется со всеми нагрузками на корпус корабля.
- Медь ‒ обладает высокойтеплопроводимостью.
- Серебро ‒ надежно связывает медь и сталь.
- Из титановых сплавов изготавливают баки для жидкого кислорода и водорода.
Современная система жизнеобеспечения позволяет создать привычную для человека атмосферу. Многие мальчишки видят, как они летают в космосе, забывая об очень большой перегрузке космонавта при старте.
Самый большой космический корабль в мире
Среди боевых кораблей большой популярностью пользуются истребители и перехватчики. Современный грузовой корабль имеет следующую классификацию:
- Зонд — это исследовательский корабль.
- Капсула — грузовой отсек для доставки или спасательных операций экипажа.
- Модуль — на орбиту выводится беспилотным носителем. Современные модули делятся на 3 категории.
- Ракета. Прототипом для создания послужили военные разработки.
- Челнок — многоразовые конструкции для доставки необходимого груза.
- Станции — самые большие космические корабли. Сегодня в открытом космосе находятся не только русские, но и французские, китайские и другие.
Буран — космический корабль, вошедший в историю
Первым космическим кораблем, вышедшим в космос, стал Восток. После федерация ракетостроения СССР начала выпуск кораблей Союз. Намного позже стали выпускать Клиперы и Русь. На все эти пилотируемые проекты федерация возлагает огромные надежды.
В 1960 году корабль Восток своим полетом доказал возможность выхода человека в космос. 12 апреля 1961 года Восток 1 совершил виток вокруг Земли. А вот вопрос, кто летал на корабле Восток 1, почему-то вызывает затруднение. Может быть дело в том, что мы просто не знаем, что свой первый полет Гагарин совершил именно на этом корабле? В том же году впервые на орбиту вышел корабль Восток 2, в котором находилось сразу два космонавта, один из которых вышел за пределы корабля в космосе. Это был прогресс. А уже в 1965 году Восход 2 смог выйти в открытый космос. История корабля восход 2 была экранизирована.
Восток 3 установил новый мировой рекорд по времени пребывания корабля в космосе. Последним кораблем серии стал Восток 6.
Американский шатл серии Аполлон открыл новые горизонты. Ведь в 1968 Аполлон 11 смог первым приземлиться на Луну. Сегодня существует несколько проектов по разработке космопланов будущего, такие как Гермес и Колумб.
Салют — серия межорбитальных космических станций Советского Союза. Салют 7 известна тем, что потерпела крушение.
Следующим космолетом, история которого вызывает интерес, стал Буран, кстати, интересно, где он сейчас находится. В 1988 году он совершил свой первый и последний полет. После многоразовых разборов и перевозок путь передвижения Бурана потерялся. Известное последнее местонахождение космического корабля Буранв Сочи, работы по нему законсервированы. Однако буря вокруг этого проекта до сих пор не утихла, и дальнейшая судьба заброшенного проекта Буран вызывает интерес у многих. А в Москве внутри макета космолета Буран на ВДНХ создан интерактивный музейный комплекс.
Джемини — серия кораблей американских конструкторов. Заменили проект Меркурий и смогли сделать спираль на орбите.
Американские корабли с названием Спейсшатл стали своеобразными челноками, совершая более 100 полетов между объектами. Вторым Спейсшатлом стал Челенджер.
Не может не заинтересовать история планеты Нибиру, которая признана кораблем-надзирателем. Нибиру уже дважды приближалась на опасное расстояние к Земле, но оба раза столкновения удалось избежать.
Драгон — космолет, который в 2018 году должен был совершить полет на планету Марс. В 2014 году федерация, ссылаясь на технические характеристики и состояние корабля Дракон, отложила запуск. Не так давно произошло еще одно событие: компания Боинг сделала заявление, что также начала разработки по созданию марсохода.
Первым в истории многоразовым кораблем универсалом должен был стать аппарат под названием Заря. Заря — это первая разработка транспортного корабля многоразового использования, на который федерация полагала очень большие надежды.
Прорывом считается возможность использования ядерных установок в космосе. Для этих целей начались работы по транспортно-энергетическому модулю. Параллельно ведутся разработки по проекту Прометей — компактному ядерному реактору для ракет и космолетов.
Китайский корабль Шэньчжоу 11 стартовал в 2016 году с двумя астронавтами, которые должны были провести в космосе 33 дня.
Скорость космического корабля (км/ч)
Минимальной скоростью, с которой можно выйти на орбиту вокруг Земли считается 8 км/с. Сегодня нет надобности разрабатывать самый быстрый в мире корабль, поскольку мы находимся в самом начале космического пространства. Ведь максимальная высота, которой мы смогли достичь в космосе, всего 500 км. Рекорд самого быстрого передвижения в космосе был установлен в 1969 году, и пока побить его не удалось. На космическом корабле Аполлон 10 трое космонавтов, побывав на орбите Луны, возвращались домой. Капсула, которая должна была доставить их из полета, сумела развить скорость 39,897 км/ч. Для сравнения давайте рассмотрим, с какой скоростью летит космическая станция. Максимально она может развиться до 27 600 км/ч.
Заброшенные космические корабли
Сегодня для космолетов, пришедших в негодность, создали кладбище втихом океане, где могут найти свой последний приют десятки заброшенных космических кораблей. Катастрофы космических кораблей
В космосе случаются катастрофы, часто забирающие жизни. Наиболее частыми, как ни странно, являются аварии, которые происходят из-за столкновения с космическим мусором. При столкновении орбита движения объекта смещается и становится причиной крушения и повреждений, часто становящихся причиной взрыва. Самой известной катастрофой является гибель пилотируемого американского корабля Челленджер.
Ядерный двигатель для космических кораблей 2017
Сегодня ученые работают над проектами по созданию атомного электродвигателя. Эти разработки подразумевают покорение космоса с помощью фотонных двигателей. Российские ученные планируют уже в скором будущем приступить к испытаниям термоядерного двигателя.
Космические корабли России и США
Стремительный интерес к космосу возник в годы Холодной войны между СССР и США. Американские ученые признали в российских коллегах достойных соперников. Советское ракетостроение продолжало развиваться, и после распада государства его приемником стала Россия. Конечно, космолеты, накоторых летают российские космонавты, значительно отличаются от первых кораблей. Более того, сегодня, благодаря успешным разработкам американских ученых, космические корабли стали многоразовыми.
Космические корабли будущего
Сегодня все больший интерес вызывают проекты, в результате которых человечество сможет совершать более длительные путешествия. Современные разработки уже готовят корабли к межзвездным экспедициям.
Место, откуда запускают космические корабли
Увидеть своими глазами запуск космического корабля на старте — мечта многих. Возможно, это связано с тем, что первый запуск не всегда приводит к желаемому результату. Но благодаря Интернету мы можем увидеть, как взлетает корабль. Учитывая тот факт, что наблюдающим за запуском пилотируемого корабля следует находиться достаточно далеко, мы можем представить, что находимся на взлетной площадке.
Космический корабль: какой он внутри?
Сегодня, благодаря музейным экспонатам, мы воочию можем увидеть устройство таких кораблей, как Союз. Конечно, изнутри первые корабли были очень простыми. Интерьер более современных вариантов выдержан в спокойных тонах. Устройство любого космического корабля обязательно пугает нас множеством рычажков и кнопочек. И это добавляет гордости за тех, кто смог запомнить, как устроен корабль, и, тем более, научился управлять им.
На каких космических кораблях летают сейчас?
Новые космические корабли своим внешним видом подтверждают, что фантастика стала действительностью. Сегодня никого уже не удивишь тем, что стыковка космических кораблей — реальность. И мало кто помнит о том, что первая в мире такая стыковка произошла еще в далеком 1967 году...
Космический аппарат, используемый для полетов по околоземной орбите, в том числе под управлением человека.
Все космические корабли можно разделить на два класса: пилотируемые и запускаемые в режиме управления с поверхности Земли.
В начале 20-х гг. XX в. К. Э. Циолковский в очередной раз предсказывает будущее освоение космического пространства землянами. В его работе «Космический корабль» встречается упоминание о так называемых небесных кораблях, основное предназначение которых - реализация полетов человека в космос.
Первые космические корабли серии «Восток» создавались под чутким руководством генерального конструктора ОКБ-1 (ныне ракетно-космическая корпорация «Энергия») С. П. Королева. Первый пилотируемый космический корабль «Восток» смог доставить в космическое пространство человека 12 апреля 1961 г. Этим космонавтом был Ю. А. Гагарин.
Основными задачами, поставленными в эксперименте, были:
1) изучение воздействия условий орбитального полета на человека, в том числе и на его работоспособность;
2) проверка принципов конструирования космических кораблей;
3) отработка конструкций и систем в реальных условиях.
Общая масса корабля составляла 4,7 т, диаметр - 2,4 м, длина - 4,4 м. Среди бортовых систем, которыми был оснащен корабль, можно выделить следующие: системы управления (автоматический и ручной режимы); система автоматической ориентации на Солнце и ручной - на Землю; система жизнеобеспечения; система терморегулирования; система приземления.
В дальнейшем наработки, полученные при реализации программы космических кораблей «Восток», позволили создать намного более совершенные . На сегодняшний день «армада» космических кораблей очень наглядно представлена американским многоразовым транспортным космическим кораблем «Шаттл», или Space Shuttle.
Нельзя не упомянуть про советскую разработку, которая в настоящее время не используется, но могла бы составить серьезную конкуренцию американскому кораблю.
«Буран» - так называлась программа Советского Союза по созданию многоразовой космической системы. Работы по программе «Буран» начались в связи с необходимостью создания многоразовой космической системы как средства сдерживания потенциального противника в связи с началом американского проекта в январе 1971 г.
Для реализации проекта было создано НПО «Молния». В кратчайшие сроки в 1984 г. при поддержке более тысячи предприятий со всего Советского Союза был создан первый полномасштабный экземпляр со следующими техническими характеристиками: его длина составила более 36 м при размахе крыльев в 24 м; стартовая масса - более 100 т при массе полезного груза до
30 т.
«Буран» имел в носовом отсеке герметичную кабину, которая могла вместить около десяти человек и большую часть аппаратуры для обеспечения полета на орбите, спуска и посадки. Корабль был оснащен двумя группами двигателей в конце хвостового отсека и в передней части корпуса для маневрирования, впервые была использована объединенная двигательная установка, которая включала топливные баки окислителя и горючего, термостатирования наддува, забора жидкости в невесомости, аппаратуру системы управления и пр.
Первый и единственный полет космический корабль «Буран» совершил 15 ноября 1988 г. в беспилотном, полностью автоматическом режиме (для справки: «Шаттл» до сих пор совершает посадку только на ручном управлении). К сожалению, полет корабля совпал с тяжелыми временами, которые начались в стране, и в связи с окончанием «холодной войны» и отсутствием достаточных средств программа «Буран» была закрыта.
Начало серии американских космических кораблей типа «Шаттл» было положено в 1972 г., хотя ему предшествовал проект многоразового двухступенчатого летательного аппарата, каждая ступень которого была похожа на реактивный .
Первая ступень выполняла функцию ускорителя, которая после выхода на орбиту заканчивала свою часть задачи и возвращалась на Землю с экипажем, а вторая - являлась орбитальным кораблем и после выполнения программы также возвращалась на место старта. Это было время гонки вооружений, и создание корабля такого типа считалось главным звеном в этой гонке.
Для запуска корабля американцы используют ускоритель и собственный двигатель корабля, топливо для которого размещено во внешнем топливном баке. Отработавшие ускорители после приземления на используются повторно, с ограниченным количеством стартов. Конструктивно корабль серии «Шаттл» состоит из нескольких основных элементов: воздушно-космический самолет «Орбитер», ракетные ускорители многоразового пользования и топливный бак (одноразовый).
Первый полет космического корабля из-за большого количества недоработок и конструктивных изменений состоялся лишь в 1981 г. В период с апреля 1981 по июль 1982 г. была проведена серия орбитальных летных испытаний корабля «Колумбия» во всех режимах полета. К сожалению, в серии полетов кораблей серии «Шаттл» не обошлось без трагедий.
В 1986 г. во время 25-го по счету запуска корабля «Челленджер» произошел взрыв топливного бака из-за несовершенства конструкции аппарата, в результате которого погибли все семь членов экипажа. Лишь в 1988 г., после внесения ряда изменений в программу полетов, был осуществлен запуск космического корабля «Дискавери». На смену «Челленджеру» в эксплуатацию был введен новый корабль «Эндевор», который осуществляет свои рейсы с 1992 г.
Быстроходные транспортные машины отличаются от машин, передвигающихся с малой скоростью, легкостью конструкции. Вес огромных океанских лайнеров исчисляется сотнями тысяч килоньютонов. Скорость их передвижения сравнительно невелика (= 50 км/ч). Вес быстроходных катеров не превышает 500 - 700 кн, но зато они могут развивать скорость до 100 км/ч. С увеличением скорости передвижения снижение веса конструкции транспортных машин становится все более важным показателем их совершенства. Особенно большое значение вес конструкции имеет для летательных аппаратов (самолетов, вертолетов).Космический корабль тоже летательный аппарат, но только предназначен он для передвижения в безвоздушном пространстве. Летать по воздуху можно гораздо быстрее, чем плыть по воде или передвигаться по земле, а в безвоздушном пространстве можно развивать еще большие скорости, но, чем больше скорость, тем важнее вес конструкции. Увеличение веса космического корабля приводит к очень большому увеличению веса ракетной системы, которая выводит корабль в запланированный район космического пространства.
Поэтому все, что находится на борту космического корабля, должно весить как можно меньше, и ничего не должно быть лишнего. Это требование создает одну из самых больших трудностей для конструкторов космических кораблей.
Из каких основных частей состоит космический корабль? Космические аппараты делятся на два класса: обитаемые (на борту их находится экипаж из нескольких человек) и необитаемые (на борту их устанавливается научная аппаратура, которая автоматически передает на Землю все данные измерений). Мы будем рассматривать только обитаемые космические корабли. Первым обитаемым космическим кораблем, на котором совершил свой полет Ю. А. Гагарин, был «Восток». За ним следуют корабли из серии «Восход». Это уже не одноместные, как «Восток», а многоместные аппараты. На космическом корабле «Восход» впервые в мире был совершен групповой полет трех летчиков-космонавтов - Комарова, Феоктистова, Егорова.
Следующая серия космических кораблей, созданных в Советском Союзе, получила название «Союз». Корабли этой серии гораздо сложнее по устройству, чем их предшественники, и задачи, которые они могут выполнять, также сложнее. В США также были созданы космические корабли различных типов.
Рассмотрим общую схему устройства обитаемого космического корабля на примере американского корабля «Аполлон».
Рис. 10. Схема трехступенчатой ракеты с космическим кораблем и системой спасения.
На рисунке 10 приведена схема общего вида ракетной системы «Сатурн» и пристыкованного к ней космического корабля «Аполлон». Космический корабль находится между третьей ступенью ракеты и устройством, которое крепится к космическому кораблю на ферме,- оно называется системой аварийного спасения. Для чего предназначено это устройство? При работе двигателя ракеты или ее системы управления во время запуска ракеты не исключается появление неполадок. Иногда эти неполадки могут привести к аварии - ракета упадет на Землю. Что при этом может произойти? Компоненты топлива смешаются, и образуется море огня, в котором окажутся и ракета и космический корабль. Больше того, при смешении компонентов топлива могут образовываться и взрывчатые смеси. Следовательно, если по какой-либо причине произойдет авария, необходимо корабль увести от ракеты на некоторое расстояние и только после этого приземлиться. При этих условиях ни взрывы, ни пожар для космонавтов не будут опасны. Вот для этой цели и служит система аварийного спасения (сокращенно САС).
В систему САС входят основной и управляющий двигатели, работающие на твердом топливе. Если на систему САС поступает сигнал об аварийном состоянии ракеты, она срабатывает. Космический корабль отделяется от ракеты, а пороховые двигатели системы аварийного спасения уводят космический корабль вверх и в сторону. Когда пороховой двигатель заканчивает работу, из космического корабля выбрасывается парашют и корабль плавно опускается на Землю. Система САС предназначена для спасения космонавтов в случае создания аварийной ситуации, в период запуска ракеты-носителя и полета ее на активном участке.
Если запуск ракеты-носителя прошел нормально и полет на активном участке успешно завершается, надобность в системе аварийного спасения отпадает. После вывода космического корабля на околоземную орбиту эта система становится бесполезной. Поэтому перед выходом космического корабля на орбиту система аварийного спасения отбрасывается от корабля как ненужный балласт.
Система аварийного спасения непосредственно крепится к так называемому спускаемому или возвращаемому аппарату космического корабля. Почему он имеет такое название? Мы уже говорили, что космический корабль, отправляющийся в космический полет, состоит из нескольких частей. А вот на Землю из космического полета возвращается всего лишь одна его составная часть, которая поэтому и называется возвращаемым аппаратом. Возвращаемый, или спускаемый, аппарат, в отличие от других частей космического корабля, имеет толстые стенки и специальную форму, наиболее выгодную с точки зрения полета в атмосфере Земли с большими скоростями. Возвращаемый аппарат, или командный отсек,- это место, где находятся космонавты во время вывода космического корабля на орбиту и, конечно, во время спуска на Землю. В нем устанавливается большая часть аппаратуры, с помощью которой управляют кораблем. Так как командный отсек предназначен для спуска на Землю космонавтов, то в нем располагаются также и парашюты, с помощью которых производится торможение космического корабля в атмосфере, а затем и плавный спуск.
За спускаемым аппаратом идет отсек, называемый орбитальным. В этом отсеке устанавливается научная аппаратура, необходимая для проведения специальных исследований в космосе, а также системы, обеспечивающие корабль всем необходимым: воздухом, электроэнергией и др. Орбитальный отсек после выполнения космическим кораблем задания на Землю не возвращается. Его очень тонкие стенки не способны выдержать тот нагрев, которому подвергается возвращаемый аппарат при спуске на Землю, проходя плотные слои атмосферы. Поэтому, войдя в атмосферу, орбитальный отсек сгорает, подобно метеору.
В космических кораблях, предназначенных для полета в дальний космос с высадкой людей на другие небесные тела, необходимо иметь еще один отсек. В этом отсеке космонавты могут спускаться на поверхность планеты, а когда нужно, взлетать с нее.
Мы перечислили основные части современного космического корабля. Теперь посмотрим, как обеспечивается жизнедеятельность экипажа и работоспособность аппаратуры, устанавливаемой на борту корабля.
Для обеспечения жизнедеятельности человека требуется немало. Начнем с того, что человек не может существовать ни при очень низких, ни при очень высоких температурах. Регулятором температуры на земном шаре является атмосфера, т. е. воздух. А как обстоит дело с температурой на космическом корабле? Известно, что существует три вида передачи тепла от одного тела к другому - теплопроводность, конвекция и излучение. Для передачи тепла теплопроводностью и конвекцией нужен передатчик тепла. Следовательно, в космосе эти виды теплопередачи невозможны. Космический корабль, находясь в межпланетном пространстве, получает тепло от Солнца, Земли и других планет исключительно излучением. Стоит создать тень из тонкого листа какого-либо материала, который преградит путь лучам Солнца (или свету от других планет) к поверхности космического корабля - и он перестанет нагреваться. Поэтому теплоизолировать космический корабль в безвоздушном пространстве нетрудно.
Однако при полете в космическом пространстве приходится опасаться не перегрева корабля солнечными лучами или его переохлаждения в результате излучения тепла стенками в окружающее пространство, а перегрева от тепла, которое выделяется внутри самого космического корабля. За счет чего может повышаться температура в корабле? Во-первых, сам человек является источником, непрерывно излучающим тепло, а во-вторых, космический корабль - это очень сложная машина, оборудованная многими приборами и системами, работа которых связана с выделением большого количества тепла. Перед системой, обеспечивающей жизнедеятельность членов экипажа корабля, стоит очень важная задача - все тепло, выделяемое и человеком, и приборами, своевременно вывести за пределы отсеков корабля и обеспечить поддержание температуры в них на уровне, который требуется для нормального существования человека и работы приборов.
Как можно в условиях космоса, где тепло передается только лучеиспусканием, обеспечить необходимый температурный режим в космическом корабле? Вы знаете, что летом, когда светит знойное Солнце, все ходят в светлой одежде, в которой менее ощущается жара. В чем тут дело? Оказывается, светлая поверхность в отличие от темной плохо поглощает лучистую энергию. Она ее отражает и поэтому гораздо слабее нагревается.
Вот этим свойством тел в зависимости от цвета окраски в большей или меньшей степени поглощать или отражать лучистую энергию можно воспользоваться для регулирования температуры внутри космического корабля. Имеются такие вещества (они называются термофототропами), которые изменяют свою окраску в зависимости от температуры нагрева. При повышении температуры они начинают обесцвечиваться и тем сильнее, чем выше температура их нагрева. Наоборот, при охлаждении они темнеют. Такое свойство термофототропов может оказаться весьма полезным, если их применять в системе терморегулирования космических кораблей. Ведь термофототропы позволяют поддерживать температуру какого-либо объекта на определенном уровне автоматически, без применения каких-либо механизмов, подогревателей или охладителей. Вследствие этого система терморегулирования с применением термофототропов будет иметь небольшую массу (а это для космических кораблей очень важно), для приведения ее в действие не потребуется затрат энергии. (Системы терморегулирования, работающие без потребления энергии, называются пассивными.)
Существуют другие пассивные системы терморегулирования. Все они обладают одним важным свойством - малой массой. Однако они ненадежны в работе, особенно при длительной эксплуатации. Поэтому космические корабли, как правило, оборудуются так называемыми активными системами регулирования температуры. Отличительной особенностью таких систем является возможность изменения режима работы. Активная система регулирования температуры подобна батарее системы центрального отопления - если вам нужно, чтобы в комнате было холоднее, вы перекрываете доступ горячей воды в батарею. Наоборот, если нужно поднять температуру в комнате, перекрывной кран открывается полностью.
Задача системы терморегулирования - поддерживать температуру воздуха в кабине корабля в пределах обычной, комнатной, т. е. 15 - 20°С. Если помещение обогревается с помощью батарей центрального отопления, то температура в любом месте помещения практически устанавливается одна и та же. Почему около горячей батареи и вдалеке от нее разница в температуре воздуха бывает очень незначительной? Это объясняется тем, что в помещении идет непрерывное перемешивание теплых и холодных слоев воздуха. Теплый (легкий) воздух поднимается вверх, холодный (тяжелый) опускается вниз. Такое движение (конвекция) воздуха обусловлено наличием силы тяжести. В космическом корабле все невесомо. Следовательно, там не может быть конвекции, т. е. перемешивания воздуха и выравнивания температуры по всему объему кабины. Нет естественной конвекции, но ее создают искусственно.
Для этой цели в системе терморегулирования предусматривается установка нескольких вентиляторов. Вентиляторы, приводимые в движение электромотором, заставляют воздух непрерывно циркулировать по кабине корабля. Благодаря этому тепло, выделяемое телом человека или каким-либо прибором, не скапливается в одном месте, а равномерно распределяется по всему объему.
Рис. 11. Схема охлаждения воздуха кабины космического корабля.
Практика показала, что в космическом корабле тепла образуется всегда больше, чем излучается в окружающее пространство через стенки. Поэтому в нем целесообразно устанавливать батареи, по которым нужно прокачивать холодную жидкость. Этой жидкости будет отдавать тепло прогоняемый с помощью вентилятора воздух кабины (см. рис. 11), охлаждаясь при этом. В зависимости от температуры жидкости в радиаторе, а также его размеров можно отвадить тепла больше или меньше и таким образом поддерживать температуру внутри кабины корабля на требуемом уровне. Радиатор, охлаждающий воздух, служит и еще для одной цели. Вы знаете, что при дыхании человек выдыхает в окружающую атмосферу газ, в котором содержится значительно меньше кислорода, чем в воздухе, но зато больше углекислого газа и водяных паров. Если водяные пары не удалять из атмосферы, они будут в ней накапливаться, пока не наступит состояние насыщения. Насыщенный пар будет конденсироваться на всех приборах, стенках корабля, все отсыреет. Конечно, в таких условиях человеку длительное время жить и работать вредно, да и не все приборы при такой влажности могут нормально функционировать.
Радиаторы, о которых мы говорили, помогают удалять излишки водяных паров из атмосферы кабины космического корабля. Вы замечали, что происходит с холодным предметом, внесенным с улицы зимой в теплую комнату? Он сразу же покрывается мельчайшими капельками воды. Откуда они взялись? Из воздуха. В воздухе всегда содержатся в том или ином количестве водяные пары. При комнатной температуре (+20°С) в 1 м³ воздуха может содержаться влаги в виде пара до 17 г. С повышением температуры воздуха повышается и возможное содержание влаги, и наоборот: с понижением температуры в воздухе может находиться меньше водяных паров. Вот почему на холодных предметах, внесенных в теплое помещение, и выпадает влага в виде росы.
В космическом корабле холодным предметом служит радиатор, по которому прокачивается холодная жидкость. Как только в воздухе кабины накапливается слишком много водяных паров, она из воздуха, омывающего трубки радиатора, конденсируются на них в виде росы. Таким образом, радиатор служит не только как средство охлаждения воздуха, но одновременно является его осушителем. Так как радиатор выполняет сразу две задачи - охлаждает и осушает воздух, его называют холодильно-сушильным аппаратом.
Итак, для того чтобы поддерживать в кабине космического корабля нормальную температуру и влажность воздуха, необходимо иметь в системе терморегулирования жидкость, которая должна непрерывно охлаждаться, иначе она не сможет выполнить своей роли - отводить излишки тепла из кабины корабля. Как же охлаждать жидкость? Охладить жидкость, конечно, не проблема, если есть обычный электрохолодильник. Но электрохолодильники на космических кораблях не устанавливают, да они там и не нужны. Космическое пространство тем и отличается от земных условий, что там одновременно хватает и тепла, и холода. Оказывается, чтобы охладить жидкость, с помощью которой поддерживаются на заданном уровне температура и влажность воздуха внутри кабины, ее достаточно на некоторое время поместить в космическое пространство, но так, чтобы она находилась в тени.
В системе терморегулирования, помимо вентиляторов, приводящих в движение воздух, предусматриваются насосы. Их задача - перекачивать жидкость из радиатора, находящегося внутри кабины, в радиатор, установленный на внешней стороне оболочки космического корабля, т. е. в космическом пространстве. Эти два радиатора связаны друг с другом трубопроводами, на которых имеются клапаны и датчики, замеряющие температуру жидкости на входе и выходе из радиаторов. В зависимости от показаний этих датчиков регулируется скорость перекачки жидкости из одного радиатора в другой, т. е. количество тепла, отводимого из кабины корабля.
Какими же свойствами должна обладать жидкость, применяемая в системе регулирования температуры? Так как один из радиаторов находится в космическом пространстве, где возможны очень низкие температуры, то одно из главных требований к жидкости - низкая температура затвердевания. Действительно, если жидкость во внешнем радиаторе замерзнет, то система регулирования температуры выйдет из строя.
Поддержание температуры внутри космического корабля на уровне, при котором сохраняется работоспособность человека, очень важная задача. Жить и работать ни в холоде, ни в жаре человек не может. А может ли человек существовать без воздуха? Конечно, нет. Да и такого вопроса перед нами никогда не возникает, так как воздух на Земле находится повсюду. Воздух заполняет и кабину космического корабля. Есть ли разница в обеспечении человека воздухом на Земле и в кабине космического корабля? Воздушное пространство на Земле имеет большой объем. Сколько бы мы ни дышали, сколько бы ни потребляли кислорода для других нужд, его содержание в воздухе практически не меняется.
В кабине космического корабля другое положение. Во-первых, объем воздуха в ней очень мал и, кроме того, нет естественного регулятора состава атмосферы, так как нет растений, которые поглощали бы углекислый газ и выделяли кислород. Поэтому очень скоро люди, находящиеся в кабине космического корабля, начнут ощущать недостаток кислорода для дыхания. Человек нормально себя чувствует, если в атмосфере содержится не менее 19% кислорода. При меньшем содержании кислорода дышать становится трудно. В космическом корабле на одного члена экипажа приходится свободный объем = 1,5 - 2,0 м³. Расчеты показывают, что уже через 1,5 - 1,6 ч воздух в кабине делается непригодным для нормального дыхания.
Следовательно, космический корабль нужно оборудовать системой, которая подпитывала бы его атмосферу кислородом. А откуда взять кислород? Конечно, можно запасать кислород на борту корабля в виде сжатого газа в специальных баллонах. По мере необходимости газ из баллона можно выпускать в кабину. Но такой вид хранения запаса кислорода мало пригоден для космических кораблей. Дело в том, что металлические баллоны, в которых газ находится под большим давлением, очень много весят. Поэтому этот простой способ хранения кислорода на космических кораблях не применяется. Но ведь газообразный кислород можно превратить в жидкость. Плотность жидкого кислорода почти в 1000 раз больше плотности газообразного, вследствие чего для его хранения (одной и той же массы) потребуется гораздо меньшая емкость. Кроме того, жидкий кислород можно хранить под небольшим давлением. Следовательно, стенки сосуда могут быть тонкими.
Однако применение жидкого кислорода на борту корабля сопряжено с некоторыми трудностями. Очень просто подать в атмосферу кабины космического корабля кислород, если он находится в газообразном состоянии, труднее, если он жидкий. Жидкость предварительно нужно превратить в газ, а для этого нагреть. Нагревание кислорода необходимо еще и потому, что его пары могут иметь температуру, близкую к температуре кипения кислорода, т. е. - 183°С. Такой холодный кислород нельзя впускать в кабину, дышать им, конечно, невозможно. Его следует подогреть по крайней мере до 15 - 18°С.
Для газификации жидкого кислорода и нагревания паров потребуются специальные приспособления, что усложнит систему обеспечения кислородом. Нужно еще помнить и о том,что человек в процессе дыхания не только потребляет кислород, находящийся в воздухе, но одновременно выделяет углекислый газ. В час человек выделяет около 20 л углекислого газа. Углекислый газ, как известно, не является отравляющим веществом, однако дышать воздухом, в котором углекислого газа содержится больше 1 - 2%, человеку трудно.
Чтобы воздух кабины космического корабля был пригоден для дыхания, необходимо не только добавлять в него кислород, но и одновременно удалять из него углекислый газ. Для этого удобно было бы иметь на борту космического корабля такое вещество, которое выделяет кислород и в то же время поглощает из воздуха углекислый газ. Такие вещества существуют. Вы знаете, что окись металла - это соединение кислорода с металлом. Ржавчина, например, это окись железа. Окисляются и другие металлы, в том числе и щелочные (натрий, калий).
Щелочные металлы, соединяясь с кислородом, образуют не только окиси,но и так называемые перекиси и надперекиси. В перекисях и надперекисях щелочных металлов кислорода содержится значительно больше, чем в окисях. Формула окиси натрия Na₂O, а надперекиси NaO₂. При действии влаги надперекись натрия разлагается с выделением чистого кислорода и образованием щелочи: 4NaO₂ + 2Н₂О → 4NaOH + 3O₂.
Надперекиси щелочных металлов оказались очень удобными веществами для получения из них кислорода в условиях космического корабля и очистки воздуха кабины от излишков углекислого газа. Ведь щелочь (NaOH), которая выделяется при разложении надперекиси щелочного металла, очень охотно соединяется с углекислым газом. Расчет показывает, что на каждые 20 - 25 л кислорода, выделяющегося при разложении надперекиси натрия, образуется натронная щелочь в количестве, достаточном для связывания 20 л углекислого газа.
Связывание углекислого газа щелочью состоит в том, что между ними происходит химическая реакция: СО₂ + 2NaOH → Na₂CO + Н₂О. В результате реакции образуются углекислый натрий (сода) и вода. Соотношение между кислородом и щелочью, образующимися при разложении надперекисей щелочных металлов, оказалось очень выгодным, так как человек в среднем в час потребляет 25 А кислорода и выделяет за то же время 20 л углекислого газа.
Надперекись щелочных металлов разлагается при взаимодействии с водой. А откуда для этого взять воду? Оказывается, об этом беспокоиться не нужно. Мы уже говорили, что человек при дыхании выделяет не только углекислый газ, но и водяные пары. Влаги, содержащейся в выдыхаемом воздухе, с избытком хватает для разложения необходимого количества надперекиси. Конечно, мы знаем, что потребление кислорода зависит от глубины и частоты дыхания. Вы сидите за столом и спокойно дышите - потребляете одно количество кислорода. А если пробежитесь или физически поработаете, вы дышите глубоко и часто, поэтому и кислорода потребляете больше, чем при спокойном дыхании. Члены экипажа космического корабля будут тоже потреблять неодинаковое количество кислорода в разное время суток. Во время сна и отдыха потребление кислорода минимально, когда же выполняется работа, связанная с движением,- потребление кислорода резко увеличивается.
За счет вдыхаемого кислорода в организме происходят те или иные окислительные процессы. В результате протекания этих процессов образуются водяные пары и углекислый газ. Если организм больше потребляет кислорода, значит, он и больше выделяет углекислого газа и паров воды. Следовательно, организм как бы автоматически поддерживает содержание влаги в воздухе в таком количестве, которое необходимо для разложения соответствующего количества надперекиси щелочного металла.
Рис. 12. Схема подпитки атмосферы кабины космического корабля кислородом и очистки от углекислого газа.
Схема очистки воздуха от углекислого газа и подпитки его кислородом показана на рисунке 12. Воздух кабины прогоняется вентилятором через патроны с надперекисью натрия или калия. Из патронов воздух выходит уже обогащенный кислородом и очищенный от углекислого газа.
В кабине устанавливается датчик, контролирующий содержание кислорода в воздухе. Если датчик показывает, что содержание кислорода в воздухе становится слишком малым, на моторы вентиляторов подается сигнал на увеличение числа оборотов, вследствие чего скорость прохождения воздуха через патроны с надперекисью увеличивается, а следовательно, увеличивается и количество влаги (которая находится в воздухе), попадающей в патрон за одно и то же время. Больше влаги - больше образуется кислорода. Если в воздухе кабины содержится кислорода выше нормы, то от датчиков на моторы вентиляторов поступает сигнал на уменьшение числа оборотов.