Порівняння пілотованих космічних кораблів першого покоління

    
Цікаво подивитися, як різні люди вирішують одну і ту ж задачу. У кожного є свій досвід, свої початкові умови, але, коли мета і вимоги схожі, вирішення цього завдання функціонально схожі один на одного, хоча можуть відрізнятися в конкретній реалізації. Наприкінці 50-х років і СРСР і США стали розробляти пілотовані кораблі для перших кроків у космос. Вимоги були схожими — екіпаж одна людина, час знаходження в космосі — до декількох діб. Але ось апарати вийшли різні, і, як мені здається, було б цікаво їх порівняти.
 
 

Введення

Ні СРСР, ні США не знали, що чекає людини в космосі. Так, в польотах на літаку можна відтворити невагомість, але тривалістю всього ~ 30 секунд. Що буде з людиною при тривалій невагомості? Лікарі лякали неможливістю дихати, пити, бачити (нібито очей повинен втратити свою форму через невірну роботи очних м'язів), міркувати (лякали божевіллям або втратою свідомості). Знання про космічні частинках високої енергії призводило до думок про радіаційні ураженнях (і навіть після польотів регулярно в газетах спливали моторошні версії про променевої хвороби що літали космонавтів). Тому перші кораблі були розраховані на невеликий час знаходження в космосі. Тривалість перших польотів вимірювалася хвилинами, наступних — годинами, або витками навколо Землі (один виток — приблизно 45 хвилин).
 
 

Засоби виведення

Головним чинником, що впливає на дизайн корабля була вантажопідйомність ракети-носія. І двоступенева Р-7, і «Атлас» могли вивести на низьку навколоземну орбіту приблизно 1300 кг. Але для «сімки» встигли відпрацювати в місячних пусках 1959 третій ступінь — блок «Е», підвищивши вантажопідйомність триступеневої ракети до 4,5 тонн. А США все ніяк не могли відпрацювати базовий двоступінчастий «Атлас», і перший теоретично можливий варіант «Атлас-Аджена» полетів тільки на початку 1960 року. В результаті вийшов анекдот — радянські «Схід» важили 4,5 тонни, а маса «Меркурія» була порівнянна з масою «Супутника-3» — 1300 кг.
 
 

Зовнішні елементи конструкції

Розглянемо спочатку зовнішню частину кораблів:
 
 
 «Схід»
 
 
 «Меркурій»
 
 
Форма корпусу
«Схід» на ділянці виведення перебував під скидаються обтічником. Тому конструкторів не обходить аеродинамічної форм корабля, а також можна було спокійно розміщувати антени, балони, жалюзі терморегуляції та інші крихкі елементи на поверхні апарату. А особливості конструкції блоку «Е» визначили характерний конічний «хвіст» корабля.
 
 
 
«Меркурій» ж не міг дозволити собі тягнути на орбіту важкий обтічник. Тому корабель мав аеродинамічну конічну форму, і всі чутливі елементи типу перископа були прибираними.
 
 
 
 
Теплозащита
При створенні «Сходу» конструктори виходили з рішень, що дають максимальну надійність. Тому форму спускається апарату вибрали у вигляді кулі. Нерівномірність розподілу ваги забезпечувала ефект «ваньки-встаньки», коли спусковий апарат самостійно, без будь-якого управління, встановлювався в правильне положення. А теплозахист наносилася на всю поверхню, що спускається. При гальмуванні про щільні шари атмосфери вплив на поверхню кулі було нерівномірним, тому шар теплозахисту мав різну товщину.
 
 
 Зліва: обтікання сфери на гіперзвукової швидкості (в аеродинамічній трубі), праворуч: нерівномірно обгорілий спускний апарат «Восток-1».
 
Конічна форма «Меркурія» означала, що теплозахист буде потрібно тільки знизу. З одного боку, це заощаджувало вагу, з іншого боку, невірна орієнтація корабля при вході в щільні шари атмосфери означала високу ймовірність його руйнування. На верхній частині корабля стояв спеціальний аеродинамічний спойлер, який повинен був привернути «Меркурій» кормою вперед.
 
 
 Зліва: конус на гіперзвукової швидкості в аеродинамічній трубі, праворуч: теплозахист «Меркурія» після посадки.
 
Що цікаво, матеріал теплозахисту був схожим — на «Сході» просочена смолою азбестова тканина, на «Меркурії» — скловолокно і гума. В обох випадках тканеподнобний матеріал з наповнювачем згорав пошарово, а наповнювач випаровувався, створюючи додатковий шар теплозахисту.
 
 
Гальмівна система
Гальмівний двигун «Сходу» був недубльовані. З точки зору безпеки це було не дуже хорошим рішенням. Так, «Схід» запускалися так, щоб протягом тижня загальмуватися природним чином об атмосферу, але, по-перше, вже в польоті Гагаріна орбіта була вище розрахункової, що фактично «вимикали» цю резервну систему, а по-друге, природне гальмування означало посадку де завгодно від 65 градуса північної широти до 65 градуса південної широти. Причина цього конструктивна — два ЖРД в корабель не влазили, а твердопаливні двигуни тоді не були освоєні. Надійність ТДУ підвищувала максимальна простота конструкції. Бували випадки, коли ТДУ давала трохи менший імпульс, ніж потрібно, але повної відмови не було жодного разу.
 
 
 ТДУ «Сходу»
 
На «Меркурії» за теплозахисних щитом стояв блок двигунів поділу і гальмування. Обидва типи двигунів були встановлені в трьох примірниках для більшої надійності. Двигуни поділу включалися відразу після вимкнення двигунів ракети-носія для того, щоб корабель відійшов від ракети-носія на безпечну відстань. Гальмівні двигуни включалися для сходу з орбіти. Для того, щоб повернутися з орбіти, було достатньо одного спрацював гальмівного двигуна. Блок двигунів кріпився на сталевих стрічках і скидався після гальмування.
 
 
 ТДУ «Меркурія»
 
 
Система посадки
На «Схід» пілот сідав окремо від корабля. На висоті 7 км космонавт катапультувався і сідав самостійно на парашуті. Для більшої надійності, парашутна система була дубльована.
 
 
 
На «Меркурій» використовувалася ідея посадки на воду. Вода пом'якшувала удар, а великий флот США не відчував труднощів з пошуком капсули в океані. Для пом'якшення удару об воду розкривався спеціальний повітряний мішок-амортизатор.
 
 
 
Історія показала, що посадочні системи виявилися найнебезпечнішими в проектах. Гагарін мало не сів у Волгу, Титов приземлився поруч з поїздом, Попович ледь не поламався на каменях. Гриссом ледве не потонув разом з кораблем, а Карпентера шукали більше години і вже почали вважати загиблим. У наступних кораблях не було ні катапультування пілота, ні подушки-амортизатора.
 
 
Системи аварійного порятунку
Штатна система катапультування космонавта на «Сході» могла працювати як система порятунку на початковій ділянці траєкторії. У обтічнику був отвір для посадки космонавта та аварійного катапультування. Парашут міг не встигнути розкритися у разі аварії на перших секундах польоту, тому праворуч від стартового столу була натягнута сітка, яка мала пом'якшити падіння.
 
 
 Сітка внизу на передньому плані
 
На великій висоті корабель повинен був відокремитися від ракети, використовуючи штатні засоби поділу.
На «Меркурій» стояла система аварійного порятунку, яка повинна була відвести капсулу від разрушающейся ракети починаючи від старту і до кінця щільних шарів атмосфери.
 У випадку аварії на великій висоті використовувалася штатна система поділу.
Катапультовані крісла в якості системи порятунку використовувалися на «Джеміні», а також випробувальних польотах «Спейс Шаттл». САС в стилі «Меркурія» стояла на «Аполлон» і досі ставиться на «Союзи».
 
 
Двигуни орієнтації
В якості робочого тіла для орієнтації на кораблі «Восток» використовувався стиснений азот. Головним достоїнством системи була простота — газ містився в кулю-балонах і випускався за допомогою простої системи.
На кораблі «Меркурій» використовувалося каталітичне розкладання концентрованої перекису водню. З точки зору питомої імпульсу це вигідніше стисненого газу, але запаси робочого тіла на «Меркурій» були вкрай малі. Активно маневруючи, можна було витратити весь запас перекису менше ніж за один виток. А адже її запас потрібно було зберегти для операцій з орієнтації при посадці… Астронавти негласно змагалися між собою, хто витратить менше перекису, а увлекшийся фотографією Карпентер потрапив в серйозну переробку — він неекономно витрачав робоче тіло на орієнтацію і перекис закінчилася в процесі посадки. На щастя, висота була ~ 20 км і катастрофи не сталося.
Надалі перекис як робоче тіло використовувалася на першому «Союзах», а потім всі перейшли на висококиплячі компоненти НДМГ / АТ.
 
 
Система терморегуляції
На «Схід» використовувалися жалюзі, які то відкривалися, збільшуючи випромінює площа корабля, то закривалися.
На «Меркурій» стояла система, що використовує випаровування води у вакуумі. Вона була компактнішою і легшою, але проблем з нею було більше, наприклад, в польоті Купера вона знала тільки два стани — «жарко» і «холодно».
 
 

Внутрішні елементи конструкції

Внутрішня компоновка корабля «Восток»:
 
 
Внутрішня компоновка корабля «Меркурій»:
 
 
 
Панель інструментів
Панелі інструментів найнаочніше показують різницю підходів у проектуванні. «Схід» робили проектувальники ракет, тому його панель інструментів відрізняється мінімумом елементів управління:
 
 
 Фотографія
 
 
 Ліва панель.
 
 
 Основна панель.
 
«Меркурій» ж робили колишні конструктори літаків, та й астронавти докладали зусиль до того, щоб кабіна була для них звичною. Тому елементів управління набагато більше:
 
 
 Фотографія.
 
 
 Схема.
 
Водночас схожість завдань породила однакові прилади. І на «Сході» і на «Меркурії» був глобус з годинниковим механізмом, що показує поточне положення апарату і розрахункове місце посадки. І на «схід» і на «Меркурій» були індикатори етапів польоту — на «МЕРКУРІЙ» це «Управління польотними операціями» на лівій панелі, на «Схід» — індикатори «Спуск-1», «Спуск-2», «Спуск- 3 »і« Приготуватися до катапультування »на центральній панелі. На обох кораблях була система річний орієнтації:
 
 
 «Погляд» на «схід». Якщо на периферійній частині з усіх боків горизонт, а Земля в центрі рухається знизу вгору, то орієнтація на гальмування правильна.
 
 
 Перископ на «Меркурій». Відмітки показують правильну орієнтацію на гальмування.
 
 
Система життєзабезпечення
На обох кораблях політ вироблявся в скафандрах. У «Сході» підтримувалася атмосфера близька до земної — тиск 1 атм, в повітрі кисень і азот. На «МЕРКУРІЙ» для економії ваги атмосфера була чисто киснева при зниженому тиску. Це додавало незручностей — астронавтові потрібно було близько двох годин перед пуском дихати в кораблі киснем, при виведенні потрібно було стравлювати атмосферу з капсули, потім перекривати вентиляційний клапан, а при посадці знову відкривати його для підвищення тиску разом з атмосферним.
Санітарно-гігієнічна система була більш просунута на «Схід» — літаючи кілька діб була можливість задоволення великої і малої потреб. На «Меркурії» стояли тільки сечоприймачі, від великих гігієнічних проблем рятувала спеціальна дієта.
 
 
Електросистема
Обидва кораблі використовували енергію акумуляторів. «Схід» були повинослівее, на «Меркурій» добовий політ Купера завершувався в умовах відмови доброї половини приладів.
 
 

Висновок

Обидва типи кораблів були вершиною техніки своїх країн. Будучи першими, обидва типи мали як вдалі рішення, так і невдалі. Ідеї, закладені в «Меркурій» живуть в системах порятунку і конічних капсулах, а внуки «Востока» досі літають — «Фотони» і «Біон» використовують такі ж сферичні встановлюють апарати:
 
В цілому, «Схід» і «Меркурії» виявилися хорошими кораблями, що дозволили зробити перші кроки в космос, і уникнули фатальних подій.
    
Джерело: Хабрахабр

0 коментарів

Тільки зареєстровані та авторизовані користувачі можуть залишати коментарі.