Чи просто засунути людину в банку або про влаштування пілотованих космічних кораблів. Як влаштовано систему аварійного порятунку екіпажу космічного корабля Як влаштовано космічний корабель для дітей

Сьогодні стартував Всесвітній тиждень космосу. Проводиться вона щороку з 4 до 10 жовтня. Рівно 60 років тому на навколоземну орбіту вивели перший рукотворний об'єкт «Супутник-1». Він обертався навколо Землі 92 дні, доки не згорів у атмосфері. Після цього відкрилася дорога до космосу та людини. Стало зрозуміло, що його не можна відправляти з квитком на один кінець. Як розвивалися космічні технології, дізнався кореспондент телеканалу "СВІТ 24" Володимир Сєроухов.

У 1961 році саратівські зенітники засікли на радарі непізнаний літаючий об'єкт. Їх заздалегідь попередили: якщо вони побачать такий контейнер, що падає з неба, заважати його польоту не варто. Адже це перший в історії космічний апарат, що спускається з людиною на борту. Але приземлятися у цій капсулі було небезпечно, тому на висоті 7 кілометрів катапультувався та спустився на поверхню вже з парашутом.

Капсула корабля «Схід», на сленгу інженерів – «Кулька», теж спустилася на парашуті. Так на Землю повернулися Гагарін, Терешкова та інші першопрохідники космосу. Через особливості конструкції пасажири зазнавали неймовірних навантажень у 8 g. Набагато легші умови у капсулах «Союз». Їх використовують понад півстоліття, але незабаром повинні замінити новим поколінням кораблів.

«Це крісло командира екіпажу та другого пілота. Саме ті місця, з яких виконуватиметься управління кораблем, контролює всі системи. Окрім цих крісел з боків будуть ще два крісла. Це вже для дослідників», - розповідає заступник начальника льотно-випробувального відділу РКК «Енергія» Олег Кукін.

Порівняно із сімейством кораблів «Союз», які таки морально застаріли, і де в тісноті могли розміститися лише троє космонавтів, капсула «Федерації» – справжні апартаменти, 4 метри у діаметрі. Зараз головне завдання- зрозуміти наскільки зручний та функціональний буде апарат для екіпажу.

Управління тепер доступне двом членам екіпажу. Пульт крокує в ногу з часом - це три сенсорні дисплеї, де можна контролювати інформацію і бути більш автономним на орбіті.

«От для того, щоб вибрати місце посадки, куди ми можемо сісти. Ми безпосередньо бачимо карту, трасу польоту. Погодні умови вони також можуть контролювати, якщо ця інформація буде передана із Землі, – зазначив заступник начальника льотно-випробувального відділу РКК «Енергія» Олег Кукін.

"Федерація" розрахована для польотів на Місяць, це близько чотирьох діб шляху в один бік. Весь цей час космонавти повинні перебувати у позі ембріона. У рятувальних кріслах, або ложементах напрочуд зручно. Кожне – ювелірна робота.

"Вимірювання всіх антропометричних даних починається з вимірювання маси", - зазначив начальник сектору медичного відділу НВП "Зірка" Віктор Сінігін.

Ось воно – космічне ательє, підприємство «Зірка». Тут для космонавтів роблять індивідуальні скафандри та ложементи. Людям легше 50 кілограмів шлях на борт замовлений, як і тим, хто важчий за 95. Зростання теж має бути середнім, щоб уміститися в салоні корабля. Тому і мірки знімають у позі ембріона.

Так відливали крісло для японського космонавта Коїчі Ваката. Отримали відбиток тазу, спини та голови. В умовах невагомості зростання будь-якого космонавта може збільшитись на пару сантиметрів, так що ложемент роблять із запасом. Він має бути не просто комфортним, а й безпечним у разі жорсткої посадки.

«Сама ідея моделювання в тому, щоб уберегти внутрішні органи. Нирки, печінка вони капсульовані. Якщо дати їм можливість розширитися, вони можуть порватися, як поліетиленовий пакетз водою, яка впала на підлогу», - пояснив Сінігін.

Загалом у такий спосіб зробили 700 ложементів не лише для росіян, а й для японців, італійців та навіть колег зі Штатів, які працювали на станціях «Мир» та МКС.

«Американці на своєму «Шатлі» везли наші ложементи та скафандри, які ми для них робили, та інше рятувальне спорядження. Залишали це все на станції, на випадок аварійного залишення станції, але вже на нашому кораблі», - розповів провідний інженер випробувального відділу НВП «Зірка» Володимир Масленников.

Відправиться в космос, коли йому підберуть відповідний ракетоносій. Це має статися вже за чотири роки. Випробування дасть відлік новій епосікосмічної ери.

Вступ

З курсу фізики я дізналася, що для того, щоб тіло стало штучним супутником Землі, йому потрібно повідомити швидкість рівну 8 км/с (I космічна швидкість). Якщо таку швидкість повідомити тілу в горизонтальному напрямку на поверхні Землі, то за відсутності атмосфери воно стане супутником Землі, що обертається навколо неї по круговій орбіті.

Таку швидкість супутникам здатні повідомляти лише досить потужні космічні ракети. В даний час навколо Землі звертаються тисячі штучних супутників!

А для того, щоб досягти інших планет космічному кораблю необхідно повідомити II космічну швидкість, це близько 11, 6 км/с! Наприклад, щоб досягти Марса, що незабаром збираються зробити американці, потрібно летіти з такою величезною швидкістю понад вісім з половиною місяців! І це крім зворотної дороги Землю.

Яким же має бути пристрій космічного корабля, щоб досягти таких величезних, неймовірних швидкостей? Ця тема мене дуже зацікавила, і я вирішила дізнатися про всі тонкощі конструкції космічних кораблів. Як виявилось, завдання практичного конструювання викликають у житті нові форми літальних апаратіві вимагають розробки нових матеріалів, які у свою чергу створюють нові проблеми та виявляють багато цікавих аспектів старих проблем як у галузі фундаментальних, так і прикладних досліджень.

Матеріали

Основу розвитку техніки становлять знання властивості матеріалів. У всіх космічних апаратах використовуються різноманітні матеріали в різних умовах.

В останні кілька років різко зросла кількість матеріалів, що вивчаються і представляють для нас інтерес характеристик. Швидке зростаннякількості технічних матеріалів, що використовуються при створенні космічних кораблів, а також зростаюча взаємозалежність конструкцій космічних кораблів та властивостей матеріалів ілюструються табл. 1. У 1953 р. алюміній, магній, титан, сталь та спеціальні сплави представляли інтерес насамперед як авіаційні матеріали. П'ять років по тому, 1958 р., вони отримали широке застосування в ракетобудуванні. У 1963 р. кожна із зазначених груп матеріалів включала вже сотні комбінацій елементів або складових частин, а кількість матеріалів, що представляють інтерес, збільшилася на кілька тисяч. Нині майже скрізь потрібні нові та вдосконалені матеріали, і навряд чи становище зміниться у майбутньому.

Таблиця 1

Матеріали, що використовуються в конструкціях космічних апаратів

Матеріал
Берилій
Матеріали, що забезпечують регулювання теплового режиму
Термоелектричні матеріали
Фотоелектричні матеріали
Захисні покриття
Кераміка
Матеріали, армовані нитками
Покриття, що вносяться (абляційні матеріали)
Шаруваті матеріали
Полімери
Тугоплавкі метали
Спеціальні сплави
Титанові сплави
Магнієві сплави
Алюмінієві сплави

Потреба нових знань у галузі матеріалознавства та технології матеріалів знаходить відгук у наших університетах, приватних компаніях, незалежних дослідницьких організаціях та різних урядових органах. Табл.2 дає деяке уявлення про характер та масштаби досліджень, що проводяться НАСА в галузі розробки нових матеріалів. Ці роботи включають як фундаментальні, і прикладні дослідження. Найбільші зусилля зосереджені у сфері фундаментальних дослідженьз фізики твердого тіла та хімії. Тут цікавлять атомну будову матерії, міжатомні силові взаємодії, рух атомів і особливо вплив дефектів, порівнянних з розмірами атомів.

Таблиця 2

Програма дослідження матеріалів

До наступної категорії відносяться конструкційні матеріали з великою питомою міцністю, як титан, алюміній та берилій, теплостійкі та тугоплавкі сплави, кераміка та полімери. До особливої ​​групи слід зарахувати матеріали для надзвукової транспортної авіації.

У програмі НАСА постійно зростає інтерес до категорії матеріалів, що використовуються в електроніці. Ведуться дослідження надпровідників та лазерів. У групі напівпровідників вивчаються як органічні, і неорганічні матеріали. Ведуться також дослідження у галузі термоелектроніки.

І нарешті, програма дослідження матеріалів завершується розглядом із загальних позицій питань. практичного використанняматеріалів.

Щоб показати потенційні можливостізастосування результатів дослідження матеріалів у майбутньому, я зупинюся на дослідженнях, пов'язаних із вивченням впливу просторового розташування атомів на фрикційні властивості металів.

Якби вдалося зменшити тертя між металевими поверхнями, що стикаються, то це дозволило б удосконалити практично всі типи механізмів з рухомими частинами. У більшості випадків тертя між поверхнями, що стикаються, велике, і щоб його знизити, застосовується мастило. Однак розуміння механізму тертя між незмазаними поверхнями також становить великий інтерес.

На рис.1 представлені деякі результати досліджень, проведених у Льюїському дослідному центрі. Експерименти проводилися за умов глибокого вакууму, оскільки атмосферні гази забруднюють поверхні та різко змінюють їх фрикційні властивості. Перший важливий висновок полягає в тому, що фрикційні характеристики чистих металів сильно залежать від їх природної атомної структури (див. ліву частину рис.1). При твердінні металів атоми одних утворюють гексагональну просторову решітку, а атоми інших – кубічну. Було показано, що метали з гексагональними гратами володіють набагато меншим тертям, ніж метали з кубічними гратами.

Рис 1. Вплив атомної структури на сухе тертя (без мастила).

Рис.2. Вимоги до теплостійких матеріалів.

Система аварійного порятунку або скорочено САС це "ракета в ракеті", яка вінчає шпиль Союзу:

Самі ж космонавти сидять у нижній частині шпиля (яка має форму конуса):

САС забезпечує порятунок екіпажу як на стартовому майданчику, так і на будь-якій ділянці польоту. Тут варто розуміти, що можливість отримати люлей на старті в рази вище, ніж у польоті. Це як із лампочкою – більшість перегорань відбувається в момент включення. Тому, перше що робить САС в момент аварії це злітає в повітря і відносить космонавтів кудись подалі від вибуху, що поширюється:

Двигуни САС готові за 15 хвилин до старту ракети.

А ось тепер найцікавіше. САС активується двома черговими, що синхронно натискають кнопку за командою керівника польоту. Причому команда зазвичай назва якогось географічного об'єкта. Наприклад, керівник польоту каже: "Алтай" та чергові активують САС. Усі як 50 років тому.

Найстрашніше це не приземлення, а навантаження. У новинах з врятованими космонавтами відразу було вказано навантаження - 9g. Це вкрай неприємна для звичайної людиниперевантаження, але для тренованого космонавта не смертельне і навіть не небезпечне. Наприклад, 1975 року Василь Лазарєв вихопив навантаження в 20, а за деякими даними в 26G. Він не загинув, але наслідки поставили на кар'єрі хрест.

Як було сказано, САС вже понад 50 років. За цей час вона зазнала багатьох змін, але формально основні принципи її роботи не змінилися. З'явилася електроніка, безліч різних датчиків, підвищилася надійність, проте порятунок космонавтів, як і раніше, виглядає так, як виглядало б 50 років тому. Чому? Тому що гравітація, подолання першої космічної швидкості та людський фактор це величина, мабуть, незмінна:

Перше успішне тестування САС провели у 67-му році. Взагалі, намагалися облетіти Місяць безпілотно. Але перший млинець вийшов комом, тому вирішили заодно САС випробувати, щоб хоч якийсь результат був позитивний. Апарат, що спускається, приземлився непошкодженим, а якби всередині були люди, то вони залишилися б живими.

А ось так виглядає САС у польоті:

Якщо у вас є виробництво або сервіс, про який ви хочете розповісти нашим читачам, пишіть Аслану ( [email protected] ) і ми зробимо найкращий репортаж, який побачать не лише читачі спільноти, а й сайту Як це зроблено

За минулі майже сім десятиліть з моменту першого космічного старту (не рахуючи двадцяти попередніх років досліджень та експериментів) конструкції космічних апаратів (КА) безперервно вдосконалювалися. Значний внесок у еволюцію конструкцій КА зробили так звані «випробувальні» космічні апарати, які проектувалися спеціально для перевірки та відпрацювання в реальних умовах космічного польоту елементів конструкції, систем, вузлів, агрегатів та блоків, способів їх оптимального застосування, можливих шляхів їхньої уніфікації.

Якщо в СРСР як автоматичні випробувальні КА широко використовувалися різні модифікаціїКА практично лише однієї серії "Космос", то в США - цілий ряд КА: "ATS", "GGTS", "0V", "Додж", "TTS", "SERT", "RW" та ін.

Незважаючи на велику різноманітність конструкцій КА, загальним для всіх пристроїв є наявність корпусу з набором різних конструктивних елементів (так зване обладнання, що «забезпечує») і спеціальна (цільова) радіоелектронна апаратура.

Корпус КА є конструктивно-компонувальною основою для встановлення та розміщення всіх його елементів та відповідної апаратури. Наприклад, для автоматичного КА забезпечує обладнання передбачає наявність як мінімум наступних бортових систем: орієнтації та стабілізації, терморегулювання, енергоживлення, телеметрії, траєкторних вимірювань, управління та навігації, командно-програмної, різних виконавчих органіві т.п. На пілотованих КА та космічних станціяхКрім того, є системи життєзабезпечення, аварійного порятунку тощо.

У свою чергу, цільова апаратура КА може бути оптичною (оптико-електронною), фотографічною, телевізійною, інфрачервоною, радіолокаційною, радіотехнічною, спектрометричною, рентгенівською, радіозв'язку та ретрансляції, радіотехнічною, радіометричною, калориметричною тощо.

Всі ці системи (їх структура, функції, конфігурація тощо) використовують найсучаснішу ЕКБ.

Звичайно, зміни КА залежать від їх призначення і вже тому значно різняться - це , що здійснюють виведення КА на необхідні і траєкторії, розгінно-гальмівні блоки КА, що включають маршові та коригувальні двигуни, паливні відсіки, агрегати та системи обслуговування (забезпечують перехід КА з низькою орбітою) більш високу чи міжпланетну, здійснюють зворотні переходи – з високої орбіти на низьку, корекцію траєкторних параметрів тощо.).

З конструкцією КА нерозривно пов'язане поняття «компонування» КА – найбільш раціональне та максимально щільне просторове розміщення складових елементів. При цьому розрізняють внутрішню та зовнішню (аеродинамічний) компонування КА.

Завдання розробки конструкції конкретного КА є досить складним, оскільки необхідно враховувати дуже багато факторів, які часто суперечать один одному. Наприклад, необхідно забезпечувати мінімальну кількість зв'язків КА з наземним комплексом (особливо це стосується РН), безпеку та комфортність екіпажу (для пілотованих КА), безпечну експлуатаціюта обслуговування на стартовій позиції та в польоті, забезпечення заданих параметрів стійкості, керованості, теплових режимів та аеродинамічних характеристик роботи КА та багато іншого.

Завдання конструкторів КА ускладнюється тим, що критерієм оптимальності їх вирішення є не лише мінімізація маси КА, а й його вартості та строків створення при гарантованому забезпеченні параметрів надійності, багатофункціональності та ін.

Перший космічний апарат Землі «Схід 1», який підняв першу людину на навколоземну орбіту.

Як відомо, що стартував з корабель виконав лише один (натомість перший в історії людства) оборот навколо планети Земля, причому політ проходив повністю в автоматичному режимі, при якому перший космонавт був ніби «пасажиром», готовим у будь-який момент переключити управління на себе. . Хоча реально за нашою класифікацією це був не «пілотований» політ, а політ повністю в автоматичному режимі, але це саме той випадок, коли класифікація не завжди правильно відображає суть процесу, що відбувається (явлення, події).

Один з перших (1977) КА далекого проникнення (так званий «космічний зонд») серії Voyager (найвідоміші КА - Voyager-1 і Voyager-2). За деякими літературними джерелами, цей 723 кілограмовий автоматичний зонд, запущений 5 вересня 1977 р. і призначений для досліджень та її найближчих околиць, на подив його творців досі перебуває в нормальному робочому стані і у зв'язку з цією обставиною виконує навіть нову (додаткову) місію – за визначенням місцезнаходження кордонів Сонячної системи, включаючи « » (), хоча за задумом розробників його первісна основна місія полягала лише у дослідженні двох – і (він був першим зондом, який зробив детальні знімки всіх супутників цих планет)

Таке тривале активне існування КА обумовлено насамперед оп
тимальними прийнятими інженерними рішеннями при створенні електронної
бортової апаратури, грамотним вибором відповідної ЕКБ для комплек
ції його бортових систем.

Космічний корабель нагадує підводний човен: тут і там екіпаж змушений жити у герметичній кабіні, повністю ізольованій від зовнішнього середовища. Склад, тиск, температура та вологість повітря всередині кабіни регулюватимуться спеціальним апаратом. Але перевагою космічного корабля в порівнянні з підводним човном є менша різниця між тиском усередині кабіни та зовні. А що менше ця різниця, то тонше можуть бути стінки корпусу.

Для опалення та освітлення кабіни корабля можна використовувати сонячне проміння. Обшивка корабля, подібно до земної атмосфери, затримує ультрафіолетові промені Сонця, що пронизують міжпланетний простір, які у великих кількостях шкідливі для людського організму. Для кращого захисту при зіткненнях з метеорними тілами обшивку корабля доцільно робити багатошаровою.

Конструкція космічного корабля залежить від призначення. Корабель для посадки на Місяць виявиться багато в чому не схожим на корабель, призначений для польоту навколо неї; корабель для польоту на Марс має бути побудований інакше, ніж корабель, що вирушає на Венеру; ракетний корабельна термохімічному паливі істотно відрізнятиметься від атомного корабля.

Космічний корабель на термохімічному паливі, призначений для перельоту на штучний супутник, буде багатоступінчастою ракетою розмірами з дирижабль. При старті така ракета повинна важити кілька сотень тонн, а її корисний вантаж приблизно в сто разів менший. Ступені, що щільно примикають один до одного, будуть укладені в обтічний корпус для кращого подолання опору повітря при польоті в атмосфері. Порівняно невелика кабіна для екіпажу та кабіна для решти корисного вантажу розмістяться, мабуть, у носовій частині корабля. Так як екіпажу доведеться провести на борту такого корабля лише нетривалий час (менше години), відпаде необхідність у складному устаткуванні, Які будуть оснащені міжпланетні кораблі, призначені для тривалого польоту. Управління польотом та всі вимірювання будуть здійснюватися автоматично.

Сходи ракети, що відпрацювали, можна буде спускати назад на Землю або на парашуті, або за допомогою висувних крил, що перетворюють ступінь в планер.

Розглянемо ще один варіант космічного корабля (див. рис. 8, у центрі, на стор. 24-25). Корабель вирушить із штучного супутника в політ навколо Місяця для тривалого обстеження її поверхні без посадки. Виконавши завдання, він повернеться прямо на Землю. Як бачимо, цей корабель складається в основному з двох спарених ракет з трьома парами циліндричних баків, наповнених пальним і окислювачем, і двох космічних планерів з висувними крилами, призначених для спуску на поверхню Землі. Корабель не потребує обтічної обшивки, так як старт проводиться за межами атмосфери.

Такий корабель буде повністю побудований та випробуваний на Землі, а потім перекинутий на міжпланетну станцію у розібраному вигляді. Окремими партіями туди доставлять паливо, спорядження, запаси продовольства та кисню для дихання.

Після того, як корабель зберуть на міжпланетній станції, він вирушить далі у світовий простір.

Пальне та окислювач надходитимуть у двигун із центральних циліндричних баків, які являють собою основні кабіни космічного корабля, тимчасово залиті паливом. Вони спорожняються за кілька хвилин з моменту зльоту. Тимчасово екіпаж розташований у менш зручній кабіні планера.

Достатньо відкрити невеликий кран, що з'єднує баки з безповітряним простором, щоб залишки палива миттєво зникли. Потім баки-кабіни наповнюються повітрям, і екіпаж переходить у них із планера; тут астронавти проведуть решту часу польоту.

Підлетівши до Місяця, корабель перетворюється на його штучний супутник. Для цього використовуються пальне та окислювач, що знаходяться у задніх бічних баках. Після використання палива баки відчеплюються. Коли на -

Іде час повернення н включать двигун. Паливо для цієї мети зберігається у передніх бічних баках. Перед зануренням у земну атмосферу екіпаж пересідає у космічні планери, які відчіплюються від решти корабля, що продовжує кружляти навколо Землі. Планер входить у атмосферу Землі і, маневруючи висувними крилами, знижується.

При польоті з вимкненим двигуном люди та предмети на кораблі будуть невагомі. Це становить великі незручності. Конструкторам, можливо, доведеться створити на борту корабля штучний тягар.

Корабель, зображений на рис. 8, побудований саме за цим принципом. Дві його складові, що злітають як одне ціле, потім відокремлюються один від одного, залишаючись, однак, пов'язаними тросами, і за допомогою невеликих ракетних двигунів наводяться в круговий рух навколо загального центру тяжіння (рис. 6). Після того, як буде досягнута необхідна швидкість обертання, двигуни вимикаються і рух продовжується за інерцією. Відцентрова сила, що виникає при цьому, згідно ідеї Ціолковського, повинна замінити подорожі