Техника

Библиотека

наука

Современные технологии и производство

Детская энциклопедия
оглавление

Задание выполнено

Каждый космический полет выполняется по заранее составленной, тщательно продуманной программе. Перед стартом космонавты получают полетное задание. В нем по минутам расписано все время пребывания экипажа в космическом пространстве. Строго по графику производятся научные и технические эксперименты, по расписанию космонавты отдыхают и занимаются физическими упражнениями. Но вот все задачи полета решены, программа полностью выполнена. Впереди один из самых ответственных этапов космического путешествия -возвращение на Землю.

Космический корабль остается на орбите спутника Земли до тех пор, пока притяжение планеты уравновешивается центробежной силой. Эта сила определяется в первую очередь скоростью обращения космического аппарата вокруг Земли. Следовательно, для перевода корабля на траекторию снижения нужно уменьшить его орбитальную скорость.

Для этого сначала ориентируют корабль таким образом, чтобы сопло его тормозной двигательной установки смотрело вперед по направлению полета. Затем, включив на определенное время двигатель в расчетной точке орбиты, космонавты тормозят корабль, и он начинает приближаться к Земле. Ставшие ненужными двигательный и орбитальный отсеки отделяются от спускаемого аппарата и сгорают в атмосфере.

Спускаемый аппарат корабля "Союз" внешне напоминает большую автомобильную фару. Такая форма придана ему неспроста. У первых советских космических кораблей спускаемые аппараты имели форму шара. После торможения и разделения отсеков спускаемый аппарат с космонавтом совершал неуправляемый полет к Земле по так называемой баллистической траектории (см. т. 3 ДЭ, ст. "Полет в космосе"). При этом в плотных слоях атмосферы на космонавтов действовали большие, труднопереносимые перегрузки. Уже при пятикратной перегрузке нетренированный человек может потерять сознание, а баллистический спуск часто сопровождался перегрузками вдвое большими.

Способ уменьшения дерегрузок при спуске конструкторы космической техники позаимствовали у авиаторов. При посадке самолета летчики изменяют подъемную силу крыльев и сопротивление воздуха, увеличивая или уменьшая угол атаки (угол между продольной осью самолета и направлением скорости полета, а для космических летательных аппаратов -угол между продольной осью летательного аппарата и встречным газовым потоком), выдвигая закрылки и пользуясь другими устройствами. Иначе говоря, над посадочной полосой аэродрома изменяется аэродинамическое качество летящей машины (аэродинамическим качеством летательного аппарата называют отношение подъемной силы к силе лобового сопротивления).

Форма спускаемого аппарата корабля "Союз" при полете в атмосфере тоже обеспечивает ему необходимую подъемную силу. Ее размер и направление можно регулировать автоматически или вручную, разворачивая аппарат вокруг продольной оси с помощью реактивных двигателей малой тяги, установленных на корпусе спускаемого аппарата. Таким образом, спуск с аэродинамическим качеством - это уже спуск управляемый.

Умело маневрируя по высоте и направлению полета, можно снизить перегрузки, действующие на экипаж, в 2-3 раза по сравнению с баллистическим спуском. Кроме того, управляемый спуск позволяет значительно повысить точность приземления.

Однако кроме перегрузок космонавтам во время возвращения на Землю грозит и другая опасность -огромная температура. Включение тормозной двигательной установки дает возможность космическому кораблю только сойти с околоземной орбиты. Основное торможение корабля происходит за счет сопротивления атмосферы. При движении спускаемого аппарата в атмосфере перед ним возникает ударная волна. В ней температура обтекающего аппарат воздушного потока достигает 3500-4000° С. (Вспомните, что температура на поверхности Солнца 6000° С)

Можно было бы значительно уменьшить нагрев, плавно замедляя движение корабля на всем участке спуска с помощью той же двигательной установки. Но для этого потребовалось бы слишком много топлива. Космонавты, рассчитывающие при возвращении из межпланетного рейса пройти земную атмосферу только с помощью двигателей, должны были бы взять с собой дополнительный запас топлива, равный почти половине общей массы космического корабля. Позволить себе такую роскошь, зная огромную цену каждого килограмма доставленного в космос полезного груза, конструкторы космической техники не могут.

Посадка с использованием аэродинамического качества значительно уменьшает и нагрев спускаемого аппарата. Во время управляемого спуска на поверхности аппарата выделяется в 10 раз меньше тепла, чем при баллистическом спуске. Но и этого теплового потока достаточно, чтобы расплавить металлические стенки, за которыми укрылись космонавты. Поэтому конструкторы предусмотрели теплозащитный экран, который- устанавливается на переднюю, наиболее нагревающуюся часть спускаемого аппарата.

Экран состоит из одного или нескольких слоев материалов с низкой теплопроводностью. Под действием теплового потока наружная поверхность экрана нагревается, а затем, минуя стадию плавления, испаряется. Мощный встречный поток воздуха уносит частицы горящего материала, и за время спуска масса теплозащиты изрядно уменьшается. Зато конструкция аппарата остается неповрежденной. Пламя, бушующее за бортом спускаемого аппарата, огненными языками лижущее стекла иллюминаторов, не в силах повысить температуру внутри отсека более чем на 10-20° С.

Возвращение с межпланетных трасс: 1 - отделение спускаемого аппарата; 2 - первое погружение в атмосферу; 3 - выход из атмосферы; 4 - второе
погружение в атмосферу; 5 - начало работы парашютной системы; 6 - приземление.

0390-1.jpg

Но вот скорость аппарата уменьшилась до 200 м/с. До Земли еще около 9 км. Можно вводить в действие парашютную систему. Отстреливается крышка люка, и раскрывается небольшой тормозной парашют. Новый щелчок взрыва - и бесформенное полотно тормозного парашюта отлетает в сторону. Над спускаемым аппаратом раскрываются сначала вытяжные парашюты, а затем огромный многоцветный купол основного парашюта. Еще один негромкий взрыв, и, кувыркаясь в воздухе, летит вниз отстреленная чаша теплозащитного экрана.

Медленно спускается кабина с космонавтами. До Земли остается 1 м. Еще один взрыв. Мощные струи огня вырываются со дна аппарата. Сработали пороховые двигатели мягкой посадки. Облака пыли плотной завесой окутывают кабину. Мягкий, напоминающий остановку лифта, толчок. Космический полет окончен, корабль совершил посадку.

Рассмотрим теперь, как происходит возвращение космических аппаратов с межпланетных трасс. Корабль, вернувшийся из космоса, входит в земную атмосферу с огромной скоростью. Она в полтора раза выше скорости аппарата, сходящего с околоземной орбиты. Чтобы перегрузки при спуске не превысили допустимых и корабль произвел посадку в заданном районе, нужно точно выдержать угол и место входа его в атмосферу.

Точность посадки определяется в первую очередь условным перигеем. Условный перигей - это наименьшее расстояние от Земли, на котором прошел бы корабль, если бы у Земли отсутствовала атмосфера. При условном перигее выше расчетного космический аппарат будет менее интенсивно тормозиться в верхних разреженных слоях атмосферы и пролетит расчетное место посадки. При условном перигее ниже расчетного, напротив, произойдет недолет. Причем ошибка в высоте условного перигея всего лишь на 1 км приводит к промаху на 50 км. Отклонение условного перигея от расчетного на 10-20 км приведет либо к пролету корабля мимо Земли, либо к недопустимо высоким перегрузкам.

Аналогично влияют на полет космического аппарата и ошибки по углу входа в атмосферу. Межпланетный корабль должен встречаться с атмосферой под очень малым углом, почти по касательной. Вход под углом всего на 1° меньше или больше расчетного уже грозит неприятными последствиями.

Сравнивая приведенные цифры с колоссальной протяженностью межпланетных трасс, можно судить, каким техническим совершенством должны обладать системы ориентации и управления дальних космических кораблей.

О схеме управляемого спуска межпланетного корабля следует рассказать особо. Такой спуск сложнее, чем баллистический, так как аппарат входит в атмосферу дважды. При первом погружении в атмосферу происходит торможение аппарата. Управление при этом осуществляется таким образом, чтобы подъемная сила не дала аппарату опуститься ниже расчетной высоты и вытолкнула бы его снова в космическое пространство. Выйдя из плотных слоев атмосферы, корабль совершает неуправляемый полет по баллистической траектории. Перед вторым погружением в атмосферу система управления вновь разворачивает и стабилизирует аппарат в нужном для дальнейшего полета положении. Последующее снижение почти ничем не отличается от управляемого спуска корабля - спутника Земли. Управляемым спуском с двойным погружением в атмосферу заканчивались полеты облетавших Луну советских автоматических станций "Зонд-6" и "Зонд-7" и американских космических кораблей "Аполлон".



Авиация и космонавтика, вооружения, hi-tech, открытия, концепции и изобретения...

Наука, техника, изобретения © 2009-