Пилотируемые перспективы. Проекты космических кораблей ближайшего будущего. Будущее космических полетов: кто придет на смену «Спейс шаттлу» и «Союзу
Подробности Категория: Встреча с космосом Опубликовано 10.12.2012 10:54 Просмотров: 7003Пилотируемые космические корабли имеют только три страны: Россия, США и Китай.
Космические корабли первого поколения
«Меркурий»
Так называлась первая пилотируемая космическая программа США и серия космических кораблей, использовавшихся в этой программе (1959-1963 гг.). Генеральный конструктор корабля - Max Faget. Для полётов по программе «Меркурий» был создан первый отряд астронавтов НАСА. Всего выполнено 6 пилотируемых полетов по этой программе.
Это одноместный орбитальный пилотируемый корабль, выполненный по схеме капсулы. Кабина изготовлена из титано-никелевого сплава. Объем кабины - 1,7м 3 . Астронавт располагается в ложементе и находится в скафандре все время полета. Кабина оснащена средствами информации на приборной доске и органами управления. Ручка управления ориентацией корабля находится у правой руки пилота. Визуальный обзор обеспечивается иллюминатором на входном люке кабины и обзорным широкоугольным перископом с изменяемой кратностью увеличения.
Корабль не предназначен для манёвра с изменением параметров орбиты, он оснащён системой реактивного управления для разворота по трём осям и тормозной двигательной установкой. Управление ориентацией корабля на орбите - автоматическое и ручное. Вход в атмосферу осуществляется по баллистической траектории. Ввод тормозного парашюта происходит на высоте 7 км, основного - на высоте 3 км. Приводнение происходит с вертикальной скоростью порядка 9 м/с. После приводнения капсула сохраняет вертикальное положение.
Особенностью корабля «Меркурий» является широкое использование резервного ручного управления. На орбиту корабль «Меркурий» выводили ракеты «Редстоун» и «Атлас» с весьма небольшой грузоподъемностью. Из-за этого масса и габариты кабины пилотируемой капсулы «Меркурий» были крайне ограничены и существенно уступали по техническому совершенству советским кораблям «Восток.
Цели полетов космических кораблей «Меркурий» были различными: отработка системы аварийного спасения, испытание абляционного теплозащитного экрана, его отстрел, телеметрия и связь по всей траектории полета, суборбитальный полет человека, орбитальный полет человека.
В рамках программы «Меркурий» в США летали шимпанзе Хэм и Энос.
«Джемини»
Космические корабли серии «Джемини» (1964-1966 гг.) продолжили серию кораблей «Меркурий», но превосходили их по возможностям (2 члена экипажа, большее время автономного полёта, возможность изменения параметров орбиты и т. д.). В ходе программы были отработаны методы сближения и стыковки, впервые в истории осуществлена стыковка космических аппаратов. Было произведено несколько выходов в открытый космос, установлены рекорды длительности полёта. Всего по этой программе было совершено 12 полетов.
Корабль «Джемини» состоит из двух основных частей - спускаемого аппарата, в котором размещён экипаж, и негерметичного приборно-агрегатного отсека, где находятся двигатели и другое оборудование. Форма спускаемого аппарата подобна кораблям серии «Меркурий». Несмотря на некоторое внешнее сходство двух кораблей, «Джемини» значительно превосходит «Меркурий» по возможностям. Длина корабля - 5,8 метра, максимальный внешний диаметр - 3 метра, масса - в среднем 3810 килограммов. Корабль выводился на орбиту ракетой-носителем Titan II. На момент появления «Джемини» был самым большим космическим кораблём.
Первый запуск корабля состоялся 8 апреля 1964 года, а первый пилотируемый запуск - 23 марта 1965 года.
Космические корабли второго поколения
«Аполлон»
«Аполло́н» - серия американских 3-местных космических кораблей, которые использовались в программах полётов к Луне «Аполлон», орбитальной станции «Скайлэб» и советско-американской стыковки ЭПАС. Всего по этой программе совершен 21 полет. Основное назначение - доставка астронавтов на Луну, но космические корабли этой серии выполняли и другие задачи. На Луну высаживались 12 астронавтов. На «Аполлоне-11» осуществлена первая посадка на Луну (Н. Армстронг и Б. Олдрин в 1969 г.)
«Аполлон» - единственная на данный момент серия космических кораблей в истории, на которых люди покидали пределы низкой околоземной орбиты и преодолевали притяжение Земли, а также единственная, которая позволила совершить успешную посадку астронавтов на Луну и их возвращение на Землю.
Космический корабль «Аполлон» состоит из командного и служебного отсеков, лунного модуля и системы аварийного спасения.
Командный отсек является центром управления полётом. Все члены экипажа в течение полёта находятся в командном отсеке, за исключением этапа высадки на Луну. Он имеет форму конуса со сферическим основанием.
Командный отсек имеет герметическую кабину с системой жизнеобеспечения экипажа, систему управления и навигации, систему радиосвязи, систему аварийного спасения и теплозащитный экран. В передней негерметизированной части командного отсека размещены стыковочный механизм и парашютная система посадки, в средней части 3 кресла астронавтов, пульт управления полётом и системой жизнеобеспечения и радиооборудование; в пространстве между задним экраном и гермокабиной размещено оборудование реактивной системы управления (РСУ).
Стыковочный механизм и деталь лунного модуля с внутренней нарезкой совместно обеспечивают жёсткую стыковку командного отсека с лунным кораблём и образуют туннель для перехода экипажа из командного отсека в лунный модуль и обратно.
Система жизнеобеспечения экипажа обеспечивает поддержание в кабине корабля температуры в пределах 21-27 °C, влажности от 40 до 70 % и давления 0,35 кг/см². Система рассчитана на 4-суточное увеличение продолжительности полёта сверх расчётного времени, необходимого для экспедиции на Луну. Поэтому предусматривается возможность регулировки и ремонта силами экипажа, одетого в скафандры.
Служебный отсек несёт основную двигательную установку и системы обеспечения корабля «Аполлон».
Система аварийного спасения. Если возникнет аварийная ситуация при старте ракеты-носителя «Аполлон» или потребуется прекратить полет в процессе выведения корабля «Аполлон» на орбиту Земли, спасение экипажа осуществляется отделением командного отсека от ракеты-носителя с последующей посадкой его на Землю на парашютах.
Лунный модуль имеет две ступени: посадочную и взлётную. Посадочная ступень, оборудованная самостоятельной двигательной установкой и шасси, используется для снижения лунного корабля с орбиты Луны и мягкой посадки на лунную поверхность, а также служит стартовой площадкой для взлётной ступени. Взлётная ступень с герметичной кабиной для экипажа и самостоятельной двигательной установкой после завершения исследований стартует с поверхности Луны и на орбите стыкуется с командным отсеком. Разделение ступеней осуществляется при помощи пиротехнических устройств.
«Шэньчжоу»
Программа космических пилотируемых полётов КНР. Работы по программе начались в 1992 г. Первый пилотируемый полёт корабля «Шэньчжоу-5» сделал Китай в 2003 г. третьей в мире страной, самостоятельно отправившей человека в космос. Космический корабль «Шэньчжоу» во многом повторяет российский космический корабль «Союз»: он имеет точно такую же компоновку модулей, что и «Союз» - приборно-агрегатный отсек, спускаемый аппарат и бытовой отсек; примерно такие же размеры, что и «Союз». Вся конструкция корабля и все его системы примерно идентичны советским космическим кораблям серии «Союз», а орбитальный модуль построен с использованием технологий, использовавшихся в серии советских космических станций «Салют».
Программа «Шэньчжоу» включала три этапа:
- запуск беспилотных и пилотируемых космических кораблей на околоземную орбиту при обеспечении гарантированного возвращения спускаемых аппаратов на Землю;
- выход тайкунавтов в открытый космос, создание автономной космической станции для кратковременного пребывания экспедиций;
- создание крупных космических станций для долговременного пребывания экспедиций.
Миссия успешно выполняется (совершено 4 пилотируемых полета) и является в настоящее время открытой.
Многоразовые транспортные космические корабли
Спейс шаттл, или просто шаттл («космический челнок») - американский многоразовый транспортный космический корабль. Шаттлы использовались в рамках государственной программы «Космическая транспортная система». Подразумевалось, что шаттлы будут «сновать, как челноки» между околоземной орбитой и Землёй, доставляя полезные грузы в обоих направлениях. Программа просуществовала с 1981 по 2011 год. Всего было построено пять шаттлов: «Колумбия» (сгорел при посадке в 2003 г.), «Челленджер» (взорвался во время запуска в 1986 г.), «Дискавери» , «Атлантис» и «Индевор» . В 1975 г. был построен корабль-прототип «Энтерпрайз» , но он никогда не запускался в космос.
Шаттл запускался в космос при помощи двух твердотопливных ракетных ускорителей и трёх собственных маршевых двигателей, которые получали топливо из огромного внешнего бака. На орбите шаттл осуществлял маневры за счёт двигателей системы орбитального маневрирования и возвращался на Землю как планёр. При разработке предусматривалось, что каждый из шаттлов должен был до 100 раз стартовать в космос. На практике же они использовались значительно меньше, к закрытию программы в июле 2011 г. больше всего полётов совершил шаттл «Дискавери» - 39.
«Колумбия»
«Колумбия» - первый экземпляр корабля системы «Спейс Шаттл», летавший в космос. Ранее построенный прототип «Энтерпрайз» летал, но только в пределах атмосферы для отработки посадки. Строительство «Колумбии» было начато в 1975 г., и 25 марта 1979 г. «Колумбия» была передана в эксплуатацию НАСА. Первый пилотируемый полёт многоразового транспортного космического корабля «Колумбия STS-1» состоялся 12 апреля 1981 г. Командиром экипажа был ветеран американской космонавтики Джон Янг, пилотом - Роберт Криппен. Полёт был (и остается) уникальным: самый первый, фактически испытательный запуск космического корабля, проводился с экипажем на борту.
«Колумбия» была тяжелее шаттлов, построенных позже, поэтому у неё не было стыковочного модуля. «Колумбия» не могла стыковаться ни со станцией «Мир», ни с МКС.
Последний полёт «Колумбии», STS-107, проходил с 16 января по 1 февраля 2003 г. Утром 1 февраля при входе в плотные слои атмосферы корабль разрушился. Все семь членов экипажа погибли. Комиссия по расследованию причин катастрофы пришла к выводу, что причиной стало разрушение наружного теплозащитного слоя на левой плоскости крыла челнока. При старте 16 января этот участок теплозащиты был поврежден падением на него куска теплоизоляции кислородного бака.
«Челленджер»
«Челленджер» - многоразовый транспортный космический корабль НАСА. Изначально он предназначался только для испытательных целей, но затем был переоборудован и подготовлен для запусков в космос. Первый раз «Челленджер» стартовал 4 апреля 1983 г. В общей сложности выполнил 9 успешных полётов. Потерпел катастрофу при десятом запуске 28 января 1986 г., все 7 членов экипажа погибли. Последний старт челнока был запланирован на утро 28 января 1986 г., за стартом «Челленджера» наблюдали миллионы зрителей по всему миру. На 73-й секунде полёта, на высоте 14 км произошёл отрыв левого твердотопливного ускорителя от одного из двух креплений. Провернувшись вокруг второго, ускоритель пробил основной топливный бак. Из-за нарушения симметрии тяги и сопротивления воздуха корабль отклонился от оси и был разрушен аэродинамическими силами.
«Дискавери»
Многоразовый транспортный космический корабль НАСА, третий шаттл. Первый полёт совершил 30 августа 1984 г. Шаттл «Дискавери» доставил на орбиту космический телескоп «Хаббл» и участвовал в двух экспедициях по его обслуживанию.
С «Дискавери» были запущены зонд «Улисс» и три ретрансляционных спутника.
На шаттле «Дискавери» совершил полет и российский космонавт Сергей Крикалев 3 февраля 1994 г. В течение восьми суток экипаж корабля «Дискавери» выполнил много различных научных экспериментов в области материаловедения, биологических экспериментов и наблюдений поверхности Земли. Крикалёв выполнил значительную часть работ с дистанционным манипулятором. Совершив 130 витков и пролетев 5486215 километров, 11 февраля 1994 г. шаттл совершил посадку в космическом центре имени Кеннеди (штат Флорида). Таким образом, Крикалёв стал первым российским космонавтом, совершившим полёт на американском шаттле. А всего с 1994 по 2002 год было выполнено 18 орбитальных полётов космических многоразовых кораблей «Спейс шаттл», в экипажи которых были включены 18 российских космонавтов.
На шаттле «Дискавери» (STS-95) 29 октября 1998 г. отправился в свой второй полёт астронавт Джон Гленн, которому в тот момент было 77 лет.
Шаттл «Дискавери» завершил свою 27-летнюю карьеру последним приземлением 9 марта 2011 г. Он сошел с орбиты, спланировал к космическому центру имени Кеннеди во Флориде и благополучно приземлился. Шаттл был передан в Национальный музей авиации и космонавтики Смитсоновского института в Вашингтоне.
«Атлантис»
«Атла́нтис» - многоразовый транспортный космический корабль НАСА, четвёртый спейс шаттл. При строительстве «Атлантиса» были внесены множество улучшений по сравнению с его предшественниками. Он легче шаттла «Колумбия» на 3,2 тонны и на его строительство потребовалось в два раза меньше времени.
Первый полёт «Атлантис» совершил в октябре 1985 г., это был один из пяти полётов для министерства обороны США. Начиная с 1995 года, «Атлантис» совершил семь полётов к российской космической станции «Мир». Был доставлен дополнительный стыковочный модуль для станции «Мир» и осуществлялась смена экипажей станции «Мир».
С ноября 1997 по июль 1999 года «Атлантис» был модифицирован, в нём было сделано около 165 усовершенствований. С октября 1985 по июль 2011 года шаттл «Атлантис» совершил 33 космических полёта, в состав его экипажей входило 189 человек. Последний 33-й запуск осуществлен 8 июля 2011 г.
«Индевор»
«Индевор» - многоразовый транспортный космический корабль НАСА, пятый и последний космический челнок. Первый полёт «Индевор» совершил 7 мая 1992 г. В 1993 г. на «Индеворе» была совершена первая экспедиция по обслуживанию космического телескопа «Хаббл». В декабре 1998 г. «Индевор» доставил на орбиту первый американский модуль Unity для МКС.
С мая 1992 по июнь 2011 г. шаттл «Индевор» совершил 25 космических полётов. 1 июня 2011г. шаттл в последний раз приземлился на космодроме на мысе Канаверал во Флориде.
Программа «Космическая транспортная система» была завершена в 2011 г. Все действующие шаттлы были списаны после их последнего полёта и отправлены в музеи.
За 30 лет эксплуатации пять шаттлов совершили 135 полётов. На шаттлах в космос было поднято 1,6 тыс. тонн полезных грузов. 355 астронавтов и космонавтов летали на шаттлах в космос.
История
Во времена холодной войны космос был одной из арен для борьбы между Советским Союзом и США. Геополитическое противостояние сверхдержав - главный стимул в те годы для развития космической отрасли. На осуществление программ освоения космоса было брошено огромное количество ресурсов. В частности, на реализацию проекта «Аполлон», главной целью которого была высадка человека на поверхность Луны, правительство США потратило около двадцати пяти миллиардов долларов. Для 70-х годов прошлого века эта сумма была просто гигантской. Лунная программа СССР, которой так и не суждено было осуществиться, обошлась бюджету Советского Союза в 2,5 млрд. рублей. Разработка отечественного космического корабля многоразового использования «Буран» стоила шестнадцать миллиардов рублей. При этом «Бурану» судьба уготовила совершить лишь один космический полет.
Гораздо больше повезло его американскому аналогу. «Спейс шаттл» совершил сто тридцать пять запусков. Но американский шаттл оказался не вечен. Корабль, созданный по государственной программе «Космическая транспортная система», 8 июля 2011-го года осуществил свой последний космический старт, который завершился ранним утром 21-го июля того же года. За время реализации программы американцы произвели на свет шесть «шаттлов», один из которых был прототипом, никогда не осуществлявшим космических полетов. Два корабля и вовсе потерпели катастрофу.
Отрыв от земли «Аполлона 11»
С точки зрения экономической целесообразности программу «Спейс шаттл» едва ли можно назвать успешной. Космические корабли одноразового использования оказались гораздо экономичней своих, казалось бы, более технологически продвинутых многоразовых собратьев. Да и безопасность полетов на «шаттлах» вызывала сомнения. За время их эксплуатации, в результате двух катастроф, жертвами стали четырнадцать астронавтов. Но причина столь неоднозначных итогов космических путешествий легендарного корабля заключается не в его техническом несовершенстве, а в сложности самой концепции космических аппаратов многоразового использования.
В итоге, российские космические корабли одноразового использования «Союз», разработанные ещё в 60-е годы прошлого века, стали единственным типом аппаратов, осуществляющим ныне пилотируемые полеты на Международную космическую станцию (МКС). Нужно сразу отметить, что это отнюдь не говорит об их превосходстве над «Спейс шаттлом». Корабли «Союз», как и беспилотные «космические грузовики» «Прогресс», созданные на их базе, обладают рядом концептуальных недостатков. Они весьма ограничены в грузоподъемности. А еще использование подобных аппаратов приводит к накоплению орбитального мусора, оставшегося после их эксплуатации. Космические полеты на кораблях типа «Союз» очень скоро станут частью истории. В то же время, на сегодняшний день, не существует реальных альтернатив. Огромный потенциал, заложенный в концепции кораблей многоразового использования, зачастую остается технически нереализуемым даже в наше время.
Первый проект советского многоразового орбитального самолета ОС-120 «Буран», предложенного НПО "Энергия" в 1975 году и представлявшего собой аналог американского Space Shuttle
Новые космические корабли США
В июле 2011-го года американский президент Барак Обама заявил: полет на Марс является новой и, насколько можно полагать, главной целью американских астронавтов на ближайшие десятилетия. Одной из программ, осуществляемых NASA в рамках освоения Луны и полета на Марс, стала масштабная космическая программа «Созвездие».
В её основе - создание нового пилотируемого космического корабля «Орион», ракет-носителей «Арес-1» и «Арес-5», а также лунного модуля «Альтаир». Несмотря на то что в 2010-м году правительство США приняло решение о сворачивании программы «Созвездие», NASA получило возможность продолжить разработку «Ориона». Первый беспилотный испытательный полет корабля планируется реализовать в 2014-м году. Предполагается, что во время полета аппарат удалится на шесть тысяч километров от Земли. Это примерно в пятнадцать раз дальше, чем находится МКС. После тестового полета корабль возьмет курс на Землю. В атмосферу новый аппарат сможет входить со скоростью 32 тыс. км/ч. По этому показателю «Орион» на полторы тысячи километров превосходит легендарный «Аполло». Первый беспилотный экспериментальный полет «Ориона» призван продемонстрировать его потенциальные возможности. Испытание корабля должно стать важным шагом к осуществлению его пилотируемого запуска, который намечен на 2021-й год.
Согласно планам NASA, в роли ракет-носителей «Ориона» будут выступать «Дельта-4» и «Атлас-5». От разработки «Арес» было решено отказаться. Кроме того, для освоения дальнего космоса американцы проектируют новую сверхтяжёлую ракету-носитель SLS.
«Орион» - корабль частично многоразового использования и концептуально находится ближе к аппарату «Союз», чем к космическому челноку «шаттл». Частично многоразовыми являются большинство перспективных космических кораблей. Такая концепция предполагает, что после осуществления посадки на поверхность Земли жилую капсулу корабля можно будет повторно использовать для запуска в космическое пространство. Это позволяет совместить функциональную практичность многоразовых космических кораблей с экономичностью эксплуатации аппаратов типа «Союз» или «Аполло». Такое решение- переходный этап. Вероятно, в отдаленном будущем все космические аппараты станут многоразовыми. Так что американский «Спейс шаттл» и советский «Буран» в каком-то смысле опередили своё время.
«Орион» – многоцелевой капсульный частично многоразовый пилотируемый космический корабль США, разрабатываемый с середины 2000-х годов в рамках программы «Созвездие»
Похоже, слова «практичность» и «предусмотрительность» как нельзя лучше характеризуют американцев. Правительство США решило не взваливать все свои космические амбиции на плечи одного «Ориона». В настоящее время сразу несколько частных компаний по заказу NASA разрабатывают собственные космические корабли, призванные заменить используемые сегодня аппараты. В рамках «Программы развития коммерческих пилотируемых кораблей» (CCDev) компания Boeing разрабатывает частично многоразовый пилотируемый космический корабль CST-100. Аппарат предназначен для совершения коротких путешествий на околоземную орбиту. Его главной задачей станет доставка экипажа и грузов на МКС.
Экипаж корабля может составлять до семи человек. При этом, во время проектирования CST-100 особое внимание было уделено комфорту астронавтов. Жилое пространство аппарата куда обширней кораблей прошлого поколения. Запуск его, вероятно, будет производиться с помощью ракет-носителей «Атлас», «Дельта» или «Фалькон». При этом, «Атлас-5» является наиболее подходящим вариантом. Посадка корабля будет осуществляться с помощью парашюта и воздушных подушек. Согласно планам компании Boeing, в 2015-м году CST-100 ждет серия испытательных запусков. Первые два полета будут беспилотными. Главная их задача- вывод аппарата на орбиту и тестирование систем безопасности. Во время третьего полета планируется пилотируемая стыковка с МКС. В случае успеха испытаний CST-100 очень скоро будет способен прийти на замену российским кораблям «Союз» и «Прогресс», монопольно осуществляющим пилотируемые полеты на Международную космическую станцию.
CST-100 – пилотируемый транспортный космический корабль
Ещё одним частным кораблем, который будет выполнять доставку грузов и экипажа на МКС, станет аппарат, разработанный компаний SpaceX, входящей в состав Sierra Nevada Corporation. Частично многоразовый моноблочный корабль «Дракон» разработан по программе NASA «Коммерческая орбитальная транспортировка» (COTS). Планируется построить три его модификации: пилотируемую, грузовую и автономную. Экипаж пилотируемого корабля, как и в случае с CST-100, может составлять семь человек. В грузовой модификации корабль будет брать на борт четыре человека и две с половиной тонны груза.
А в будущем «Дракон» хотят использовать и для полетов на Красную планету. Для чего разработают специальную версию корабля - «Рэд драгон». Согласно планам американского космического руководства, беспилотный полет аппарата на Марс состоится в 2018-м году, а первый испытательный пилотируемый полет корабля США рассчитывают осуществить уже через несколько лет.
Одна из особенностей «Дракона» - его многоразовость. После осуществления полета часть энергетических систем и топливные баки будут спускаться на Землю вместе с жилой капсулой корабля и могут быть вновь использованы для космических полетов. Эта конструктивная способность выгодно отличает новый корабль от большей части перспективных разработок. В ближайшем будущем «Дракон» и CST-100 будут дополнять друг друга и выступать в роли «подстраховки». В случае, если один тип корабля по какой-то причине не сможет выполнять поставленные перед ним задачи, другой возьмет на себя часть его работы.
Dragon SpaceX – частный транспортный космический корабль (КК) компании SpaceX, разработанный по заказу NASA в рамках программы «Коммерческая орбитальная транспортировка» (COTS), предназначенный для доставки полезного груза и, в перспективе, людей на МКС
«Дракон» на орбиту вывели впервые в 2010-м году. Беспилотный испытательный полет завершился успешно, и уже через несколько лет, а именно 25 мая 2012-го года, аппарат пристыковался к МКС. На корабле к тому моменту не было системы автоматической стыковки, и для её осуществления пришлось использовать манипулятор космической станции.
Этот полет рассматривался в качестве первой в истории стыковки частного корабля к Международной космической станции. Сразу оговоримся: едва ли «Дракон» и ряд других космических кораблей, разрабатываемых частными компаниями, можно назвать частными в полном смысле слова. Например, на разработку «Дракона» NASA выделило 1,5 млрд. долларов. Другие частные проекты также получают финансовую поддержку со стороны NASA. Поэтому речь идет не столько о коммерциализации космоса, сколько о новой стратегии развития космической отрасли, основанной на кооперации государства и частного капитала. Некогда секретные космические технологии, ранее доступные лишь государству, отныне - достояние ряда частных компаний, вовлеченных в сферу космонавтики. Обстоятельство это - само по себе мощный стимул для роста технологических возможностей частных компаний. К тому же такой подход позволил устроить в частную сферу большое количество специалистов космической отрасли, уволенных ранее государством в связи с закрытием программы «Спейс шаттл».
Когда речь идет о программе разработки космических кораблей частными компаниями, едва ли не наибольший интерес представляет проект компании SpaceDev, получивший название «Дрим Чейзер». В его разработке также принимали участие двенадцать партнёров компании, три американских университета и семь центров NASA.
Концепт многоразового пилотируемого космического корабля Dream Chaser, разрабатываемый американской компанией SpaceDev, подразделением Sierra Nevada Corporation
Этот корабль сильно отличается от всех остальных перспективных космических разработок. Многоразовый «Дрим Чейзер» внешне напоминает миниатюрный «Спейс шаттл» и способен осуществлять посадку, как обыкновенный самолет. И все равно основные задачи корабля схожи с задачами «Дракона» и CST-100. Аппарат послужит для доставки грузов и экипажа (до тех же семи человек) на низкую околоземную орбиту, куда он будет выводиться с помощью ракеты-носителя «Атлас-5». В этом году корабль должен осуществить свой первой беспилотный полет, а к 2015-му планируется подготовить к запуску его пилотируемую версию. Еще одна важная деталь. Проект «Дрим Чейзер» создается на базе американской разработки 1990-х годов – орбитального самолета HL-20. Проект последнего стал аналогом советской орбитальной системы «Спираль». Все три аппарата имеют схожий внешний вид и предполагаемые функциональные возможности. Отсюда вытекает вполне закономерный вопрос. Стоило ли Советскому Союзу сворачивать наполовину готовую авиационно-космическую систему «Спираль»?
Что у нас?
В 2000-м году РКК «Энергия» начала проектирование многоцелевого космического комплекса «Клипер». Этот многоразовый космический аппарат, внешне чем-то напоминающий уменьшенный в размерах «шаттл», предполагалось использовать для решения самых разнообразных задач: доставка груза, эвакуация экипажа космической станции, космический туризм, полеты на другие планеты. На проект возлагались определенные надежды. Как всегда, благие намерения накрылись медным тазом отсутствия финансирования. В 2006-м году проект был закрыт. При этом технологии, разработанные в рамках проекта «Клипер», предполагается использовать для проектирования «Перспективной пилотируемой транспортной системы» (ППТС), также известной как проект «Русь».
Крылатый вариант «Клипера» в орбитальном полете. Рисунок веб-мастера на основе 3D-модели «Клипера»
©Вадим Лукашевич
Именно ППТС (конечно, это пока лишь «рабочее» название проекта), как полагают российские специалисты, будет суждено стать отечественной космической системой нового поколения, способной заменить стремительно устаревающие «Союзы» и «Прогрессы». Как и в случае с «Клипером», разработкой космического корабля занимается РКК «Энергия». Базовой модификацией комплекса станет «Пилотируемый транспортный корабль нового поколения» (ПТК НК). Его главной задачей, опять-таки, будет доставка грузов и экипажа на МКС. В отдалённой перспективе - разработка модификаций, способных осуществлять полеты на Луну и выполнять продолжительные исследовательские миссии. Сам корабль обещает стать частично многоразовым. Жилая капсула может быть повторно использована после осуществления посадки. Двигательно-агрегатный отсек – нет. Любопытная особенность корабля - возможность посадки без использования парашюта. Для торможения и мягкого приземления на поверхность Земли будет применяться реактивная система.
В отличие от «Союзов», взлетающих с территории космодрома «Байконур» в Казахстане, новые корабли будут запускать с нового космодрома «Восточный», строящегося на территории Амурской области. Экипаж составит шесть человек. Пилотируемый аппарат также способен брать груз - пятьсот килограммов. В беспилотной версии корабль сможет доставлять на околоземную орбиту «гостинцы» посолиднее- весом в две тонны.
Одна из основных проблем проекта ППТС - отсутствие ракет-носителей, обладающих необходимыми характеристиками. Сегодня главные технические аспекты космического корабля проработаны, но отсутствие ракеты-носителя ставит его разработчиков в весьма затруднительное положение. Предполагается, что новая ракета-носитель станет технологически близкой к «Ангаре», разработанной ещё в 1990-е годы.
Макет ППТС на выставке МАКС-2009
©sdelanounas.ru
Как ни странно, но ещё одной серьёзной проблемой является сама цель проектирования ППТС (читай: российская действительность). Россия едва ли сможет себе позволить осуществление программ по освоению Луны и Марса, аналогичные по своим масштабам тем, которые претворяют в жизнь США. Даже в случае успеха разработки космического комплекса, скорее всего, его единственной реальной задачей будет доставка грузов и экипажа на МКС. Но начало летных испытаний ППТС отложено до 2018-го года. К этому времени перспективные американские аппараты, скорее всего, уже смогут взять на себя те функции, которые сейчас выполняют российские корабли «Союз» и «Прогресс».
Туманные перспективы
Современный мир лишен романтики космических полетов- это факт. Конечно, речь не идет о запуске спутников и космическом туризме. За эти сферы космонавтики можно не беспокоиться. Полеты на Международную космическую станцию имеют огромное значение для космической отрасли, но срок пребывания МКС на орбите ограничен. Станцию планируется ликвидировать в 2020-м году. Современный пилотируемый космический аппарат – это, прежде всего, составная часть определенной программы. Нет смысла разрабатывать новый корабль, не имея представления о задачах его эксплуатации. Новые космические аппараты США проектируются не только для доставки грузов и экипажей на МКС, но и с целью полетов на Марс и Луну. Однако эти задачи настолько далеки от повседневных земных забот, что в ближайшие годы нам едва ли стоит ожидать сколько-нибудь значительных прорывов в области космонавтики.
Космонавтика в России во многом наследует космические программы Советского Союза. Главным органом управления космической отрасли в России является государственная корпорация «Роскосмос».
Данная организация контролирует ряд предприятий, а также научных объединений, подавляющее большинство которых было создано во времена СССР. Среди них:
- Центр управления полетами. Научно-исследовательское подразделение института машиностроения (ФГУП ЦНИИмаш). Основано в 1960-м году и базируется в наукограде под названием Королев. В задачи ЦУПа входит контроль и управления полетами космических аппаратов, которые могут обслуживаться одновременно в количестве до двадцати аппаратов. Кроме того, в ЦУПе проводятся расчеты и исследования, направленные на повышение качества управления аппаратами и решения некоторых задач в сфере управления.
- Звездный городок — закрытый поселок городского типа, который основан в 1961-м году на территории Щелковского района. Однако в 2009-м году был выделен в отдельный округ и выведен из состава Щелково. На территории в 317,8 га расположены жилые дома для всего персонала, работников Роскосмоса и их семей, а также всех космонавтов, которые здесь же проходят космическую подготовку в ЦПК. На 2016-й год число жителей городка составляет более 5600.
- Центр подготовки космонавтов, названный именем Юрия Гагарина. Основан в 1960-м году и располагается в Звездном городке. Подготовка космонавтов обеспечена рядом тренажеров, двумя центрифугами, самолетом-лабораторией и трехэтажной гидролабораторией. Последняя позволяет создать условия невесомости, аналогичные условиям на МКС. При этом используется полноразмерный макет космической станции.
- Космодром «Байконур». Основан в 1955-м году на территории в 6717 км² около города Казалы, Казахстан. На данный момент арендуется Россией (до 2050-го года) и является лидером по числу запусков – 18 ракет-носителей за 2015-й год, в то время как Мыс Канаверал отстает на один запуск, а космодром Куру (ЕКА, Франция) насчитывает 12 запусков за год. Содержание космодрома включает две суммы: аренда – 115 млн долларов, поддержание рабочего состояния — 1,5 млрд долларов.
- Космодром «Восточный» начал создаваться в 2011-м году в Амурской области, около города Циолковский. Помимо создания второго «Байконура» на территории России, «Восточный» предназначен также для проведения коммерческих полетов. Космодром расположен неподалеку от развитых железнодорожных узлов, автомагистралей, а также аэродромов. Кроме того, в связи с удачным расположением «Восточного», отделяющиеся части ракет-носителей будут падать в малонаселенных районах или вовсе в нейтральных водах. Стоимость создания космодрома будет составлять около 300 млрд рублей, на 2016-й год потрачена треть этой суммы. 28-го апреля 2016-го года произошел первый запуск ракеты, которая вывела три спутника на орбиту Земли. Запуск пилотируемого корабля запланирован на 2023-й год.
- Космодром «Плесецк». Основан в 1957-м году около города Мирный, Архангельская область. Занимает 176 200 гектаров. «Плесецк» предназначен для проведения запусков стратегических оборонных комплексов, непилотируемых космических научных и коммерческих аппаратов. Первый запуск с космодрома состоялся 17-го марта 1966-го года, когда стартовала ракета-носитель «Восток-2», со спутником «Космос-112» на борту. В 2014-м году произошел запуск новейшей ракеты-носителя под названием «Ангара».
Запуск с космодрома «Байконур»
Хронология развития отечественной космонавтики
Развитие отечественной космонавтики берет свое начало в 1946-м году, когда было основано Опытноконструкторское бюро №1, цель которого – разработка баллистических ракет, ракет-носителей, а также спутников. В 1956-1957-м годах трудами бюро была спроектирована ракета-носитель межконтинентальная баллистическая ракета Р-7, при помощи которой 4 октября 1957 года на орбиту Земли был выведен первый искусственный спутник «Спутник-1». Запуск состоялся на научно-исследовательском полигоне «Тюра-Там», который был разработан специально для этой цели, и который позже будет назван «Байконур».
3-го ноября 1957-го года произошел запуск второго спутника, на этот раз с живым существом на борту – собакой по имени Лайка.
Лайка — первое живое существо на орбите земли
С 1958-го года начались запуски межпланетных компактных станций для изучения , в рамках одноименной программы. 12-го сентября 1959-го года впервые человеческий космический аппарат («Луна-2») достиг поверхности другого космического тела – Луны. К сожалению, «Луна-2» упал на поверхность Луны со скоростью в 12000 км/ч, в результате чего конструкция мгновенно перешла в газовое состояние. В 1959-м году «Луна-3» получил снимки обратной стороны Луны, что позволило СССР дать наименования большинству ее элементов ландшафта.
Пилотируемый космический полет - Пилотируемый космический полёт путешествие человека в космос, на орбиту Земли и за её пределы, выполняемое с помощью пилотируемых космических аппаратов. Доставка человека в космос выполняется при помощи космических кораблей. Долговременное… … Википедия
Космический корабль - Космический аппарат (КА) техническое устройство, используемое для выполнения разнообразных задач в космическом пространстве, а также проведения исследовательских и иного рода работ на поверхности различных небесных тел. Средствами доставки… … Википедия
Космический корабль "Восход-1" - Восход 1 трёхместный космический корабль. Был выведен на орбиту 12 октября 1964 года. Экипаж состоял из командира корабля Владимира Комарова, научного сотрудника Константина Феоктистова и врача Бориса Егорова. Восход 1 был создан в ОКБ 1 (ныне… … Энциклопедия ньюсмейкеров
Пилотируемый космический полёт - Сюда перенаправляется запрос «Орбитальный космический полёт». На эту тему нужна отдельная статья. Пилотируемый космический полёт путешествие человека в космос, на орбиту Земли и за её пределы, выполняемое с помощью … Википедия
Пилотируемый космический аппарат - Российский ПКА Пилотируемый космический аппарат космический апп … Википедия
Космический корабль многоразового использования - Первый полет космического челнока НАСА «Колумбия» (Обозначение STS 1). Внешний топливный бак был покрашен в белый цвет только в нескольких первых полётах. Сейчас бак не красят для снижения веса системы. Многоразовый транспортный космический… … Википедия
Космический корабль - космический летательный аппарат, предназначенный для полёта людей (пилотируемый космический летательный аппарат). Отличительная особенность К. к. наличие герметичной кабины с системой жизнеобеспечения для космонавтов. К. к. для полёта по… … Большая советская энциклопедия
Космический корабль (КК) - пилотируемый космический аппарат. Различают КК спут» ники и межпланетные КК. Имеет герметичную кабину с системой жизнеобеспечения, бортовые системы управления движением и спуском, двигательную установку, системы энергопитания и др. Выведение КК… … Словарь военных терминов
космический корабль - 104 космический корабль; ККр: Пилотируемый космический аппарат, способный маневрировать в атмосфере и космическом пространстве с возвращением в заданный район и(или) осуществлять спуск и посадку на планету. Источник: ГОСТ Р 53802 2010: Системы и… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
КОСМИЧЕСКИЙ КОРАБЛЬ - (КК) пилотируемый космический аппарат. Отличительная особенность пилотируемых КК наличие герметической кабины с системой жизнеобеспечения для космонавтов. КК для полёта по геоцентрич. орбитам наз. кораблями спутниками, а для полёта к др. небесным … Большой энциклопедический политехнический словарь
Интересно посмотреть, как разные люди решают одну и ту же задачу. У каждого есть свой опыт, свои начальные условия, но, когда цель и требования схожие, решения этой задачи функционально похожи друг на друга, хотя могут различаться в конкретной реализации. В конце 50-х годов и СССР и США стали разрабатывать пилотируемые корабли для первых шагов в космос. Требования были схожими - экипаж один человек, время нахождения в космосе - до нескольких суток. Но вот аппараты получились разные, и, как мне кажется, было бы интересно их сравнить.
Введение
Ни СССР, ни США не знали, что ждет человека в космосе. Да, в полётах на самолёте можно воспроизвести невесомость, но длительностью всего ~30 секунд. Что будет с человеком при длительной невесомости? Врачи пугали невозможностью дышать, пить, видеть (якобы глаз должен потерять свою форму из-за неверной работы глазных мышц), соображать (пугали сумасшествием или потерей сознания). Знание о космических частицах высокой энергии приводило к мыслям о радиационных поражениях (и даже после полётов регулярно в газетах всплывали жуткие версии о лучевой болезни летавших космонавтов). Поэтому первые корабли были рассчитаны на небольшое время нахождения в космосе. Длительность первых полётов измерялась минутами, последующих - часами, или витками вокруг Земли (один виток - примерно 90 минут).Средства выведения
Главным фактором, влияющим на дизайн корабля была грузоподъемность ракеты-носителя. И двухступенчатая Р-7, и «Атлас» могли вывести на низкую околоземную орбиту примерно 1300 кг. Но для «семерки» успели отработать в лунных пусках 1959 года третью ступень - блок «Е», повысив грузоподъемность трехступенчатой ракеты до 4,5 тонн. А США всё никак не могли отработать базовый двухступенчатый «Атлас», и первый теоретически возможный вариант «Атлас-Аджена» полетел только в начале 1960 года. В результате получился анекдот - советские «Востоки» весили 4,5 тонны, а масса «Меркурия» была сравнима с массой «Спутника-3» - 1300 кг.Внешние элементы конструкции
Рассмотрим сначала наружную часть кораблей:
«Восток»
«Меркурий»
Форма корпуса
«Восток» на участке выведения находился под сбрасываемым обтекателем. Поэтому конструкторов не волновала аэродинамичность форм корабля, а также можно было спокойно размещать антенны, баллоны, жалюзи терморегуляции и прочие хрупкие элементы на поверхности аппарата. А особенности конструкции блока «Е» определили характерный конический «хвост» корабля.
«Меркурий» же не мог позволить себе тащить на орбиту тяжелый обтекатель. Поэтому корабль имел аэродинамическую коническую форму, и все чувствительные элементы типа перископа были убираемыми.
Теплозащита
При создании «Востока» конструкторы исходили из решений, дающих максимальную надежность. Поэтому форму спускаемого аппарата выбрали в виде шара. Неравномерность распределения веса обеспечивала эффект «ваньки-встаньки», когда спускаемый аппарат самостоятельно, без какого-либо управления, устанавливался в правильное положение. А теплозащита наносилась на всю поверхность спускаемого аппарата. При торможении о плотные слои атмосферы воздействие на поверхность шара было неравномерным, поэтому слой теплозащиты имел различную толщину.
Слева: обтекание сферы на гиперзвуковой скорости (в аэродинамической трубе), справа: неравномерно обгоревший спускаемый аппарат «Восток-1».
Коническая форма «Меркурия» означала, что теплозащита потребуется только снизу. С одной стороны, это экономило вес, с другой стороны, неверная ориентация корабля при входе в плотные слои атмосферы означала высокую вероятность его разрушения. На верхней части корабля стоял специальный аэродинамический спойлер, который должен был перевернуть «Меркурий» кормой вперед.
Слева: конус на гиперзвуковой скорости в аэродинамической трубе, справа: теплозащита «Меркурия» после посадки.
Что любопытно, материал теплозащиты был схожим - на «Востоке» пропитанная смолой асбестовая ткань, на «Меркурии» - стекловолокно и резина. В обоих случаях тканеподнобный материал с наполнителем сгорал послойно, а наполнитель испарялся, создавая дополнительный слой теплозащиты.
Тормозная система
Тормозной двигатель «Востока» был недублированным. С точки зрения безопасности это было не очень хорошим решением. Да, «Востоки» запускались так, чтобы в течение недели затормозиться естественным образом об атмосферу, но, во-первых, уже в полёте Гагарина орбита была выше расчетной, что фактически «выключало» эту резервную систему, а во-вторых, естественное торможение означало посадку где угодно от 65 градуса северной широты до 65 градуса южной широты. Причина этого конструктивная - два ЖРД в корабль не влезали, а твердотопливные двигатели тогда не были освоены. Надежность ТДУ повышала максимальная простота конструкции. Бывали случаи, когда ТДУ давала чуть меньший импульс, чем нужно, но полного отказа не было ни разу.
ТДУ «Востока»
На «Меркурии» за теплозащитным щитом стоял блок двигателей разделения и торможения. Оба типа двигателей были установлены в трех экземплярах для большей надежности. Двигатели разделения включались сразу после выключения двигателей ракеты-носителя для того, чтобы корабль отошёл от ракеты-носителя на безопасное расстояние. Тормозные двигатели включались для схода с орбиты. Для того, чтобы вернуться с орбиты, было достаточно одного сработавшего тормозного двигателя. Блок двигателей крепился на стальных лентах и сбрасывался после торможения.
ТДУ «Меркурия»
Система посадки
На «Востоках» пилот садился отдельно от корабля. На высоте 7 км космонавт катапультировался и садился самостоятельно на парашюте. Для большей надежности, парашютная система была дублирована.
На «Меркуриях» использовалась идея посадки на воду. Вода смягчала удар, а большой флот США не испытывал трудностей с поиском капсулы в океане. Для смягчения удара о воду раскрывался специальный воздушный мешок-амортизатор.
История показала, что посадочные системы оказались самыми опасными в проектах. Гагарин чуть не сел в Волгу, Титов приземлился рядом с поездом, Попович чуть не поломался на камнях. Гриссом чуть не утонул вместе с кораблем, а Карпентера искали больше часа и уже начали считать погибшим. В последующих кораблях не было ни катапультирования пилота, ни подушки-амортизатора.
Системы аварийного спасения
Штатная система катапультирования космонавта на «Востоке» могла работать как система спасения на начальном участке траектории. В обтекателе было отверстие для посадки космонавта и аварийного катапультирования. Парашют мог не успеть раскрыться в случае аварии на первых секундах полёта, поэтому справа от стартового стола была натянута сетка, которая должна была смягчить падение.
Сетка внизу на переднем плане
На большой высоте корабль должен был отделиться от ракеты, используя штатные средства разделения.
На «Меркуриях» стояла система аварийного спасения, которая должна была увести капсулу от разрушающейся ракеты начиная от старта и до конца плотных слоёв атмосферы.
В случае аварии на большой высоте использовалась штатная система разделения.
Катапультируемые кресла в качестве системы спасения использовались на «Джемини», а также испытательных полётах «Спейс Шаттла». САС в стиле «Меркурия» стояла на «Аполлонах» и до сих пор ставится на «Союзы».
Двигатели ориентации
В качестве рабочего тела для ориентации на корабле «Восток» использовался сжатый азот. Главным достоинством системы была простота - газ содержался в шар-баллонах и выпускался с помощью простой системы.На корабле «Меркурий» использовалось каталитическое разложение концентрированной перекиси водорода. С точки зрения удельного импульса это выгоднее сжатого газа, но запасы рабочего тела на «Меркуриях» были крайне малы. Активно маневрируя, можно было потратить весь запас перекиси меньше чем за один виток. А ведь её запас нужно было сохранить для операций по ориентации при посадке… Астронавты негласно соревновались между собой, кто потратит меньше перекиси, а увлекшийся фотографией Карпентер попал в серьезную переделку - он неэкономно тратил рабочее тело на ориентацию и перекись закончилась в процессе посадки. К счастью, высота была ~20 км и катастрофы не случилось.
В дальнейшем перекись как рабочее тело использовалась на первых «Союзах», а затем все перешли на высококипящие компоненты НДМГ/АТ.
Система терморегуляции
На «Востоках» использовались жалюзи, которые то открывались, увеличивая излучающую площадь корабля, то закрывались.На «Меркуриях» стояла система, использующая испарение воды в вакууме. Она была компактней и легче, но проблем с ней было больше, например, в полёте Купера она знала только два состояния - «жарко» и «холодно».
Внутренние элементы конструкции
Внутренняя компоновка корабля «Восток»:
Внутренняя компоновка корабля «Меркурий»:
Панель инструментов
Панели инструментов нагляднее всего показывают разницу подходов в проектировании. «Восток» делали проектировщики ракет, поэтому его панель инструментов отличается минимумом элементов управления:
Фотография
Левая панель.
Основная панель.
«Меркурий» же делали бывшие конструкторы самолётов, да и астронавты прилагали усилия к тому, чтобы кабина была для них привычной. Поэтому элементов управления гораздо больше:
Фотография.
Схема.
В то же время схожесть задач породила одинаковые приборы. И на «Востоке» и на «Меркурии» был глобус с часовым механизмом, показывающий текущее положение аппарата и расчетное место посадки. И на «Востоках» и на «Меркуриях» были индикаторы этапов полёта - на «Меркуриях» это «Управление полётными операциями» на левой панели, на «Востоках» - индикаторы «Спуск-1», «Спуск-2», «Спуск-3» и «Приготовиться к катапультированию» на центральной панели. На обоих кораблях была система ручной ориентации:
«Взор» на «Востоках». Если на периферийной части со всех сторон горизонт, а Земля в центре движется снизу вверх, то ориентация на торможение правильная.
Перископ на «Меркуриях». Отметки показывают правильную ориентацию на торможение.
Система жизнеобеспечения
На обоих кораблях полет производился в скафандрах. В «Востоке» поддерживалась атмосфера близкая к земной - давление 1 атм, в воздухе кислород и азот. На «Меркуриях» для экономии веса атмосфера была чисто кислородная при пониженном давлении. Это добавляло неудобств - астронавту нужно было около двух часов перед пуском дышать в корабле кислородом, при выведении нужно было стравливать атмосферу из капсулы, затем перекрывать вентиляционный клапан, а при посадке снова открывать его для повышения давления вместе с атмосферным.Санитарно-гигиеническая система была более продвинутая на «Востоках» - летая несколько суток была возможность удовлетворения большой и малой потребностей. На «Меркурии» стояли только мочеприемники, от больших гигиенических проблем спасала специальная диета.
Электросистема
Оба корабля использовали энергию аккумуляторов. «Востоки» были повыносливее, на «Меркуриях» суточный полёт Купера завершался в условиях отказа доброй половины приборов.Заключение
Оба типа кораблей были вершиной техники своих стран. Будучи первыми, оба типа имели как удачные решения, так и неудачные. Идеи, заложенные в «Меркурий» живут в системах спасения и конических капсулах, а внуки «Востока» до сих пор летают - «Фотоны» и «Бионы» используют такие же сферические спускаемые аппараты:
В целом, «Востоки» и «Меркурии» оказались хорошими кораблями, позволившими сделать первые шаги в космос, и избежавшими фатальных происшествий.