Пилотируемый космический корабль предназначен для полетов в космическое пространство одного или нескольких человек и безопасного возвращения на Землю после исполнения задания.
При конструировании данного класса космических аппаратов одной из главных задач является создание безопасной, надёжной и точной системы возвращения экипажа на земную поверхность в виде бескрылого спускаемого аппарата (СА) или космоплана. Космоплан - орбитальный самолёт (ОС), воздушно-космический самолёт (ВКС) - это крылатый летательный аппарат самолетной схемы, выходящий или выводимый на орбиту искусственного спутника Земли посредством вертикального или горизонтального старта и возвращающийся с неё после выполнения целевых задач, совершая горизонтальную посадку на аэродром, активно используя при снижении подъемную силу планера. Сочетает в себе свойства как самолета, так и космического корабля.
Важной особенностью пилотируемого космического корабля является наличие системы аварийного спасения (САС) на начальном этапе выведения ракетой-носителем (РН).
Проекты советских и китайских космических кораблей первого поколения не имели полноценной ракетной САС - вместо неё, как правило, использовалось катапультирование кресел экипажа (космический корабль «Восход» не имел и этого). Крылатые космопланы также не оснащены специальной САС, а также могут иметь катапультируемые кресла экипажа. Также космический корабль обязательно должен быть оснащён системой жизнеобеспечения (СЖО) экипажа.
Создание пилотируемого космического корабля – задача высокой сложности и стоимости, поэтому их имеют только три страны: Россия, США и Китай. А многоразовые системы пилотируемых космических кораблей имеют только Россия и США.
Некоторые страны работают над созданием своих пилотируемых космических кораблей: Индия, Япония, Иран, КНДР, а также ESA (Европейское космическое агентство, созданное в 1975 г. в целях исследования космоса). ESA состоит из 15 постоянных членов, иногда, в некоторых проектах, к ним присоединяются Канада и Венгрия.
Космические корабли первого поколения
«Восток»
Это серии советских космических кораблей, предназначенных для пилотируемых полётов по околоземной орбите. Создавались под руководством генерального конструктора ОКБ-1 Сергея Павловича Королёва с 1958 по 1963 год.
Основные научные задачи, стоявшие для корабля «Восток»: изучение воздействий условий орбитального полёта на состояние и работоспособность космонавта, отработка конструкции и систем, проверка основных принципов построения космических кораблей.
История создания
Весной 1957 г. С. П. Королёв в рамках своего ОКБ организовал специальный отдел № 9, предназначенный для проведения работ по созданию первых искусственных спутников Земли. Отдел возглавил соратник Королёва Михаил Клавдиевич Тихонравов . Вскоре, параллельно с разработкой искусственных спутников, в отделе начали выполняться исследования по вопросу создания пилотируемого корабля-спутника. Ракетой-носителем должна была стать королёвская «Р-7». Расчёты показывали, что она, оснащённая третьей ступенью, могла вывести на низкую околоземную орбиту груз массой около 5 тонн.
На ранней стадии разработки расчеты делали математики Академии наук. В частности, было отмечено, что результатом баллистического спуска с орбиты может стать десятикратная перегрузка .
С сентября 1957 по январь 1958 г. в отделе Тихонравова исследовались все условия осуществления задачи. Было обнаружено, что равновесная температура крылатого космического корабля, обладающего наивысшим аэродинамическим качеством, превышает возможности тепловой устойчивости доступных к тому времени сплавов, а использование крылатых вариантов конструкции приводило к снижению величины полезной нагрузки. Поэтому от рассмотрения крылатых вариантов отказались. Наиболее приемлемым способом возвращения человека было его катапультирование на высоте нескольких километров и дальнейший спуск на парашюте. Отдельное спасение спускаемого аппарата при этом можно было не проводить.
В ходе медицинских исследований, проведённых в апреле 1958 г., испытания лётчиков на центрифуге показали, что при определённом положении тела человек способен переносить перегрузки до 10 G без серьёзных последствий для своего здоровья. Поэтому выбрали сферическую форму спускаемого аппарата для первого пилотируемого корабля.
Сферическая форма спускаемого аппарата являлась простейшей и наиболее изученной симметричной формой, сфера обладает стабильными аэродинамическими свойствами при любых возможных скоростях и углах атаки. Смещение центра масс в кормовую часть сферического аппарата позволяло обеспечить его правильную ориентацию во время баллистического спуска.
Первый корабль «Восток-1К» отправился в автоматический полёт в мае 1960 г. Позже была создана и отработана модификация «Востк-3КА», полностью готовая к пилотируемым полётам.
Помимо одной аварии ракеты-носителя на старте, по программе было запущено шесть беспилотных аппаратов, а в дальнейшем ещё шесть пилотируемых космических кораблей.
На кораблях программы осуществлены первые в мире пилотируемый космический полёт («Восток-1»), суточный полёт («Восток-2»), групповые полёты двух кораблей («Восток-3» и «Восток-4») и полёт женщины-космонавта («Восток-6»).
Устройство космического корабля «Восток»
Общая масса космического корабля - 4,73 тонны, длина - 4,4 м, максимальный диаметр - 2,43 м.
Корабль состоял из сферического спускаемого аппарата (массой 2,46 тонны и диаметром 2,3 м), также выполняющего функции орбитального отсека, и конического приборного отсека (массой 2,27 тонны и максимальным диаметром 2,43 м). Отсеки механически соединялись между собой при помощи металлических лент и пиротехнических замков. Корабль оснащался системами: автоматического и ручного управления, автоматической ориентации на Солнце, ручной ориентации на Землю, жизнеобеспечения (рассчитаной на поддержание внутренней атмосферы, близкой по своим параметрам к атмосфере Земли в течение 10 суток), командно-логического управления, электропитания, терморегулирования и приземления. Для обеспечения задач по работе человека в космическом пространстве корабль снабжался автономной и радиотелеметрической аппаратурой для контроля и регистрации параметров, характеризующих состояние космонавта, конструкции и систем, ультракоротковолновой и коротковолновой аппаратурой для двусторонней радиотелефонной связи космонавта с наземными станциями, командной радиолинией, программно-временным устройством, телевизионной системой с двумя передающими камерами для наблюдения за космонавтом с Земли, радиосистемой контроля параметров орбиты и пеленгации корабля, тормозной двигательной установкой ТДУ-1 и другими системами. Вес космического корабля вместе с последней ступенью ракеты-носителя составлял 6,17 тонны, а их длина в связке - 7,35 м.
Спускаемый аппарат имел два иллюминатора, один из которых размещался на входном люке, чуть выше головы космонавта, а другой, оснащённый специальной системой ориентации, в полу у его ног. Космонавт, одетый в скафандр, размещался в специальном катапультируемом кресле. На последнем этапе посадки, после торможения спускаемого аппарата в атмосфере, на высоте 7 км, космонавт катапультировался из кабины и совершал приземление на парашюте. Кроме того, была предусмотрена возможность приземления космонавта внутри спускаемого аппарата. Спускаемый аппарат имел собственный парашют, однако не был оснащён средствами выполнения мягкой посадки, что грозило оставшемуся в нём человеку серьёзным ушибом при совместном приземлении.
В случае отказа автоматических систем космонавт мог перейти на ручное управление. Корабли «Восток» не были приспособлены для полётов человека на Луну, а также не допускали возможности полёта людей, не прошедших специальной подготовки.
Пилоты космических кораблей «Восток»:
«Восход»
На освободившееся от катапультного кресла место устанавливались два или три обычных кресла. Поскольку теперь экипаж приземлялся в спускаемом аппарате, то для обеспечения мягкой посадки корабля помимо парашютной системы был установлен твердотопливный тормозной двигатель, срабатывавший непосредственно перед касанием земли от сигнала механического высотомера. На корабле «Восход-2», предназначенном для выхода в открытый космос, оба космонавта были одеты в скафандры «Беркут». Дополнительно была установлена надуваемая шлюзовая камера, которая сбрасывалась после использования.
Космические корабли «Восход» выводились на орбиту ракетой-носителем «Восход», также разработанной на базе РН «Восток». Но система носителя и корабля «Восход» в первые минуты после запуска не имела средств спасения при аварии.
По программе «Восход» были совершены следующие полёты:
«Космос-47» - 6 октября 1964 г. Беспилотный испытательный полёт для отработки и тестирования корабля.
«Восход-1» - 12 октября 1964 г. Первый космический полёт более чем с одним человеком на борту. Состав экипажа - космонавт-пилот Комаров, конструктор Феоктистов и врач Егоров .
«Космос-57» - 22 февраля 1965 г. Беспилотный испытательный полёт для отработки корабля для выхода в космос, завершился неудачей (подорван системой самоуничтожения из-за ошибки командной системы).
«Космос-59» - 7 марта 1965 г. Беспилотный испытательный полёт аппарата другой серии («Зенит-4») с установленным шлюзом корабля «Восход» для выхода в космос.
«Восход-2» - 18 марта 1965 г. Первый выход в открытый космо с. Состав экипажа - космонавт-пилот Беляев и космонавт-испытатель Леонов .
«Космос-110» - 22 февраля 1966 г. Испытательный полёт для проверки работы бортовых систем при длительном орбитальном полёте, на борту были две собаки - Ветерок и Уголёк , полёт продолжался 22 дня.
Космические корабли второго поколения
«Союз»
Серия многоместных космических кораблей для полетов по околоземной орбите. Разработчик и изготовитель корабля - РКК «Энергия» (Ракетно-космическая корпорация «Эне́ргия» имени С. П. Королёва . Головная организация корпорации находится в городе Королёве, филиал - на космодроме Байконур). Как единая организационная структура возникла в 1974 г. под руководством Валентина Глушко.
История создания
Ракетно-космический комплекс «Союз» начал проектироваться в 1962 г. в ОКБ-1 как корабль советской программы для облёта Луны. Сначала предполагалось, что к Луне по программе «А» должна была отправиться связка из космического корабля и разгонных блоков 7К, 9К, 11К . В дальнейшем проект «А» был закрыт в пользу отдельных проектов облёта Луны с использованием корабля «Зонд»/7К-Л1 и высадки на Луне с использованием комплекса Л3 в составе орбитального корабля-модуля 7К-ЛОК и посадочного корабля-модуля ЛК. Параллельно лунным программам на базе того же 7К и закрытого проекта околоземного корабля «Север» начали делать 7К-ОК - многоцелевой трехместный орбитальный корабль (ОК), предназначенный для отработки операций маневрирования и стыковки на околоземной орбите, для проведения различных экспериментов, в том числе по переходу космонавтов из корабля в корабль через открытый космос.
Испытания 7К-ОК начались в 1966 г. После отказа от программы полётов на кораблях «Восход» (с уничтожением задела трёх из четырёх готовых кораблей «Восход») конструкторы корабля «Союз» потеряли возможность отработать на нём решения для своей программы. Наступил двухгодичный перерыв в пилотируемых запусках в СССР, во время которого американцы активно осваивали космическое пространство. Первые три беспилотных пуска кораблей «Союз» оказались полностью либо частично неудачными, были обнаружены серьёзные ошибки в конструкции корабля. Однако четвёртый пуск был предпринят пилотируемым («Союз-1» с В. Комаровым ), который оказался трагическим - космонавт погиб при спуске на Землю. После аварии «Союза-1» конструкция корабля была полностью переработана для возобновления пилотируемых полётов (было выполнено 6 беспилотных пусков), и в 1967 г. состоялась первая, в целом удачная, автоматическая стыковка двух «Союзов» («Космос-186» и«Космос-188»), в 1968 г. были возобновлены пилотируемые полёты, в 1969 г. состоялись первая стыковка двух пилотируемых кораблей и групповой полёт трёх кораблей сразу, а в 1970 г. - автономный полет рекордной длительности (17,8 суток). Первые шесть кораблей «Союз» и («Союз-9») были кораблями серии 7К-ОК. Также готовился к полётам вариант корабля «Союз-Контакт» для отработки систем стыковки кораблей-модулей 7К-ЛОК и ЛК лунного экспедиционного комплекса Л3. В связи с недоведением лунно-посадочной программы Л3 до стадии пилотируемых полётов, необходимость полётов Союза-Контакта отпала.
В 1969 г. началась работа над созданием долговременной орбитальной станции (ДОС) «Салют». Для доставки экипажа был спроектирован корабль 7КТ-ОК (Т - транспортный). Новый корабль отличался от предыдущих наличием стыковочного узла новой конструкции с внутренним люком-лазом и дополнительными системами связи на борту. Третий корабль этого типа («Союз-10») не выполнил поставленную перед ним задачу. Стыковка со станцией была осуществлена, но в результате повреждения стыковочного узла люк корабля был заблокирован, что сделало невозможным переход экипажа на станцию. Во время четвёртого полёта корабля этого типа («Союз-11») из-за разгерметизации на участке спуска погибли Г. Добровольский, В. Волков и В. Пацаев , так как они были без скафандров. После аварии «Союза-11» от развития 7К-ОК/7КТ-ОК отказались, корабль был переделан (внесены изменения в компоновку СА для размещения космонавтов в скафандрах). Из-за возросшей массы систем жизнеобеспечения новый вариант корабля 7К-Т стал двухместным, лишился солнечных батарей. Этот корабль стал «рабочей лошадкой» советской космонавтики 1970-х: 29 экспедиций на станции «Салют» и«Алмаз». Версия корабля 7К-ТМ (М - модифицированный) использовалась в совместном полёте с американским «Аполлоном» по программе ЭПАС. Четыре корабля «Союз», официально стартовавшие после аварии «Союза-11», имели в своей конструкции солнечные батареи различных типов, однако это были другие версии корабля «Союз» - 7К-ТМ («Союз-16», «Союз-19»), 7К-МФ6 («Союз-22») и модификация 7К-Т - 7К-Т-АФ без стыковочного узла («Союз-13»).
С 1968 г. были модифицированы и произведены космические корабли серии «Союз» 7К-С . 7К-С дорабатывался в течение 10 лет и к 1979 году стал кораблём 7К-СТ «Союз Т» , причём в небольшой переходный период космонавты летали одновременно на новом 7К-СТ и устаревшем 7К-Т.
Дальнейшая эволюция систем корабля 7К-СТ привела к модификации 7К-СТМ «Союз ТМ» : новая двигательная установка, улучшенная парашютная система, система сближения и т. д. Первый полёт «Союз ТМ» был совершён 21 мая 1986 г. к станции «Мир», последний «Союз ТМ-34» - в 2002 г. к МКС.
В настоящее время эксплуатируется модификация корабля 7К-СТМА «Союз ТМА» (А - антропометрический). Корабль по требованиям NASA был доработан применительно к полётам на «МКС». На нём могут работать космонавты, которые не смогли бы поместиться в «Союз ТМ» по росту. Пульт космонавтов был заменён на новый, с современной элементной базой, улучшена парашютная система, уменьшена теплозащита. Последний запуск корабля данной модификации «Союз ТМА-22» состоялся 14 ноября 2011 г.
Кроме «Союз ТМА», сегодня для полётов в космос используются корабли новой серии 7К-СТМА-М «Союз ТМА-М» («Союз ТМАЦ») (Ц - цифровой).
Устройство
Корабли этой серии состоят из трёх модулей: приборно-агрегатного отсека (ПАО), спускаемого аппарата (СА), бытового отсека (БО).
В ПАО находится комбинированная двигательная установка, топливо для неё, служебные системы. Длина отсека 2,26 м, основной диаметр 2,15 м. Двигательная установка состоит из 28 ДПО (двигатели причаливания и ориентации) по 14 на каждом коллекторе, а также сближающе-корректирующего двигателя (СКД). СКД предназначен для орбитального маневрирования и схода с орбиты.
Система энергоснабжения состоит из солнечных батарей и аккумуляторов.
В спускаемом аппарате находятся места для космонавтов, системы жизнеобеспечения, управления, парашютная система. Длина отсека 2,24 м, диаметр 2,2 м. Бытовой отсек имеет длину 3,4 м, диаметр 2,25 м. Он оснащен стыковочным узлом и системой сближения. В герметичном объёме БО располагаются грузы для станции, иная полезная нагрузка, ряд систем жизнеобеспечения, в частности туалет. Через посадочный люк на боковой поверхности БО космонавты входят в корабль на стартовой позиции космодрома. БО может быть использован при шлюзовании в открытый космос в скафандрах типа «Орлан» через посадочный люк.
Новая модернизированная версия «Союз ТМА-МС»
Обновление затронет практически каждую систему пилотируемого корабля. Основные пункты программы модернизации космического корабля:
- энергоотдача солнечных батарей, будет повышена за счёт применения более эффективных фотоэлектрических преобразователей;
- надёжность сближения и стыковки корабля с космической станцией за счёт изменения установки двигателей причаливания и ориентации. Новая схема этих двигателей позволит выполнить сближение и стыковку даже в случае отказа одного из двигателей и обеспечить спуск пилотируемого корабля при любых двух отказах двигателей;
- новая система связи и пеленгации, которая позволит помимо улучшения качества радиосвязи, облегчить поиск спускаемого аппарата, приземлившегося в любой точке Земного шара.
На модернизированном «Союз ТМА-МС» будут установлены датчики системы ГЛОНАСС. На этапе парашютирования и после посадки спускаемого аппарата его координаты, полученные по данным ГЛОНАСС/GPS, будут передаваться по спутниковой системе Коспас-Сарсат в ЦУП.
«Союз ТМА-МС» станет последней модификацией «Союза ». Корабль будет использоваться для пилотируемых полётов до тех пор, пока на смену ему не придёт корабль нового поколения. Но это уже совсем другая история…
В книге освещена малоизвестная для широкого круга читателей область космонавтики, связанная с отбором, обучением, психологической, летной и инженерной подготовкой космонавтов. Отражены практически все направления сложившейся за последние 23 лет системы подготовки космонавтов. Книга даст ясное представление о том, как воспитываются и формируются профессиональные специалисты высокого класса. Последовательно раскрыты этапы становления личности космонавта, начиная с отбора кандидатов в космонавты, прохождения ими общекосмической подготовки с привлечением различных технических средств.
Для широкого круга читателей.
Опыт человечества, с одной стороны, учит тому, что объять необъятное практически невозможно. Но с другой, - человечество стремится к этому, применяя разделение труда. Принцип разделения труда находит свое применение и в экипаже космического корабля, состоящего из нескольких человек.
Экипаж «Союза Т-10» на одной из тренировок на тренажёре «Союза»
Для того чтобы конкретно представить себе многое из того, что написано в этой книге, по-видимому, целесообразно привести в качестве иллюстрации не абстрактный, а реальный, выполнивший конкретную программу полета, экипаж космического корабля, например экипаж третьей основной экспедиции станции «Салют-7», выполнивший 237-суточный космический полет, рекордный в настоящее время по продолжительности.
Полет этого экипажа, с одной стороны, стал уже достоянием истории космонавтики, но, с другой, - убедительным, на наш взгляд, примером дружного, работоспособного и сплоченного экипажа. Коротко сформулируем функциональные обязанности членов экипажа:
Командир корабля - несет ответственность за безопасность экипажа и выполнение всей программы полета, выполняет все динамические операции, некоторые эксперименты;
Бортинженер - анализирует и контролирует работоспособность всех систем космического корабля и научно-исследовательской аппаратуры, выполняет эксперименты;
Космонавт-исследователь - отвечает за состояние здоровья членов экипажа, выполняет научно-исследовательскую часть программы полета.
Не останавливаясь на программе полета, дадим представление о социально-психологических портретах членов экипажа, выполнивших этот полет.
Командир экипажа космического корабля «Союз Т-10» и «Союз Т-15»
Кизим Леонид Денисович, 1941 г. рождения, украинец, имеет квалификации: летчик-космонавт 1 класса, военный летчик 1 класса, летчик-испытатель 3 класса.
В 1963 г. закончил Черниговское ВВАУЛ, в 1975 г. - заочный факультет ВВА им. Ю. А. Гагарина. К настоящему времени освоил 12 типов самолетов, имеет налет 1448 часов, 80 парашютных прыжков различной сложности. Подготовлен и выполняет полеты в простых и сложных метеоусловиях, днем и ночью. В 1966 г. принят в ряды Коммунистической партии Советского Союза.
В центре подготовки космонавтов с 1965 г. В 1967 г. с оценкой «хорошо» закончил курс общекосмической подготовки. С 1974 г. находился на подготовке к полетам на космическом транспортном корабле «Союз-7» и орбитальной станции «Салют». С 10.79 по 11.80 года успешно прошел этап подготовки на станцию «Салют-6» сначала в составе экипажа: Л. Д. Кизим и О. Г. Макаров, а затем с 29.11.80 по 11.12.80 выполнил космический полет на орбитальном комплексе «Салют-6» - «Союз Т-3» в качестве командира экипажа в составе Л. Д. Кизим, О. Г. Макаров, Г. М. Стрекалов.
С 7.9.81 по 10.6.82 г. прошел непосредственную подготовку по программе экспедиции посещения на «Салют-7» в составе дублирующего советско-французского экипажа: Л. Д. Кизим, В. А. Соловьев, Патрик Бодри. По программе основной экспедиции на «Салют-7» готовился с 22.11.82 в составе экипажа: Л. Д. Кизим, В. А. Соловьев, а с 1.11.83 г. - в составе экипажа Л. Д. Кизим, В. А. Соловьев, О. Ю. Атьков.
Второй космический полет продолжительностью 237 суток Л. Д. Кизим совершил в 1984 г. в качестве командира корабля «Союз Т-10» и орбитальной станции «Салют-7». Третий космический полет в качестве командира корабля «Союз Т-15» и орбитальной станции «Мир» им был совершен в 1986 году. В этом полете впервые в истории космонавтики был совершен перелет со станции «Мир» на станцию «Салют-7» и обратно.
За время подготовки глубоко изучил системы корабля и станции, средства управления ими. Обладает высоко развитыми и устойчивыми навыками профессиональной деятельности. Является отличным оператором. Работает четко, организованно. Все свои действия четко контролирует посредством бортовой документации. Обладает развитым чувством времени и внутренней дисциплиной. Сурдокамерные испытания, неоднократные тренировки, проведенные в различных климатогеографических зонах с экстремальными климатическими воздействиями, в труднодоступной местности и на воде, а также результаты космического полета продемонстрировали такие качества личности, как выносливость, высокую устойчивость к стрессу, жизнелюбие и оптимизм, способность к длительному волевому усилию и к поддержанию высокого уровня работоспособности. Хорошо переносит перегрузки, вестибулярные воздействия, умеренные степени гипоксии и большие степени разряжения атмосферы.
Целеустремлен, высокомотивирован на профессиональную деятельность. В процессе обучения материал усваивает не сразу. Для его качественного усвоения много работает, проявляет упорство, высокую личную заинтересованность в приобретении новых знаний и совершенствовании профессиональных качеств. Обладает развитым практическим интеллектом. Мышление отличается реалистичностью, конкретностью образов. В связи с этим при усвоении новых данных стремится дойти до сущности явления, создать себе предметно-образное представление о нем. Благодаря этому новые навыки и умения формируются медленно, но отличаются большой устойчивостью и надежностью. Имеет большой потенциал развития. В обучении занимает активные позиции. К замечаниям инструкторов, методистов, преподавателей относится с вниманием. Участвует в анализе своих ошибок, совместно ищет пути их устранения.
Поведение строит исходя из предыдущего опыта. Предпочитает репродуктивный стиль деятельности, при котором анализ ситуации и принятие решения осуществляются на основе ранее отработанных и закрепленных алгоритмов. Трудолюбив, не боится трудностей, не стремится облегчить себе жизнь. В летной деятельности предпочитает наиболее сложные виды полетов, требующие большой работы с управлением, с оборудованием кабины. На тренировках и испытаниях на выживаемость сложность ситуации воспринимает с достоинством, как должное. Постоянно поддерживает высокую интенсивность подготовки, независимо от того, выполняет ли функции дублера или командира основного экипажа. В личной жизни скромен, непритязателен. Однако внимательно относится к своему социальному статусу. Жизнерадостный, добрый, умеет испытывать удовольствие от жизни. Обладает развитым чувством юмора. Эмоции отличаются яркостью и выразительностью. В контактах с окружающими осторожен. Уделяет большое внимание эмоциональным нюансам и оттенкам отношений. Высокую чувствительность маскирует использованием отработанных схем поведения и отношений. Обладает развитой способностью к рефлексии, интуитивному восприятию чувств и состояния других людей. Хорошо ощущает ситуацию, социально пластичен, с большими адаптационными возможностями. Для достижения поставленной цели стремится находить с окружающими взаимоприемлемые, дружеские формы отношений. Проявляет устойчивую заинтересованность в позитивном решении конфликтных ситуаций, однако в случаях открытого ущемления его позиций может быть резким и непримиримым.
В качестве командира экипажей, проходивших подготовку, выявил широкий диапазон тактик демократического стиля руководства, способность ценить и в полной мере использовать положительные качества партнеров. В совместной работе способен к эффективному деловому сотрудничеству, к предоставлению своим партнерам возможности для реализации ими инициативных действий ради решения поставленных задач.
В экипаже занимает лидерские позиции. Хорошо знает и умело использует в работе особенности своих партнеров. Настроен на максимально полную реализацию программы полета. Свою основную задачу видит в четкой организации работы и жизнедеятельности экипажа. Большое внимание уделяет научным экспериментам, требующим выполнения динамических операций - точных ориентации и экономии топлива.
Психологический прогноз выполнения программы космического полета благоприятный. Готов к качественному выполнению задач летно-космических испытаний.
Борт-инженер космического корабля «Союз Т-10» и «Союз Т-15»
Соловьев Владимир Алексеевич, 1946 г. рождения, русский. В 1970 г. закончил МВТУ им. Баумана по специальности инженер-механик. В 1977 г. принят в ряды Коммунистической партии Советского Союза. Продолжительное время участвовал в разработке и испытаниях двигательных установок космических кораблей и станций. С 1977 г. занимается разработкой бортовой документации. Имеет опыт непосредственного участия в управлении космическими полетами. С 1978 г. готовился к полету в составе группы инженеров-испытателей. Экзамены теоретического курса сдал с оценкой «хорошо». На непосредственной подготовке по программе экспедиции посещения на станцию «Салют-7» находился в составе международного экипажа: Л. Д. Кизим, В. А. Соловьев, Патрик Бодри с 7.9.81 по 10.6.82 г. По программе основной экспедиции на станцию «Салют-7» готовился с 22.11.82 с Л. Д. Кизимом, а с 1.11.83 г. - в составе экипажа: Л. Д. Кизим, В. А. Соловьев, О. Ю. Атьков.
Свой первый космический полет продолжительностью 237 суток В. А. Соловьев совершил в 1984 году в качестве бортинженера корабля «Союз Т-10» и орбитальной станции «Салют-7». Второй космический полет им был совершен в 1986 г. совместно с Л. Д. Кизимом на корабле «Союз Т-15».
В процессе обучения продемонстрировал высокий исходный уровень общетехнических знаний. Проявил себя как грамотный, эрудированный инженер. Отличается широким диапазоном интеллектуальных возможностей, гармонично сочетающим в себе абстрактно-теоретическую и практическую направленность мышления. Умственная работоспособность характеризуется высоким исходным уровнем, эффективным формированием и гибкостью интеллектуальных навыков. Новый материал усваивает быстро, однако для поддержания высокого уровня подготовленности нуждается в периодическом подкреплении пройденного.
Работает старательно, добросовестно.
Ситуацию воспринимает во всей ее сложности, целостности. Стремится детально разобраться в ней, выявить наиболее важные, узловые моменты и сконцентрировать на них свое внимание. Склонен к перспективному планированию деятельности. Обладает развитой дисциплиной ума. В условиях дефицита времени действует внимательно и уверенно. Развитая способность к интуиции, объективному наблюдению и контролируемому мышлению обеспечивает самостоятельность, критичность, быстроту принятия решения. В сложных профессиональных ситуациях работает без особого внутреннего напряжения. Предпочитает низкорегламентированные виды деятельности. Дисциплинирован, внутренне собран. В поведении стремится к соблюдению принятых в ближайшем окружении правил и норм. В сложных ситуациях межличностного взаимодействия проявляет сдержанность, осторожность, стремится к деловому и бесконфликтному их разрешению. В общении рефлексивен, хорошо ощущает состояния других лиц. Внимателен, предусмотрителен, однако не склонен к установлению близких доверительных отношений.
Хорошо контролирует свое поведение и эмоции. Внимательно относится к оценке своей деятельности другими лицами. Заинтересован в обеспечении своих позиций. Уровень притязаний высокий, адекватный своим интеллектуальным возможностям. Целеустремлен и настойчив в достижении цели. Социально адаптирован хорошо.
В экипажах занимает активные позиции. Внимательно и вдумчиво относится к деятельности своих партнеров, стремится внести существенный вклад в общий результат работы.
В составе настоящего экипажа чувствует себя уверенно и свободно. Своими общетеоретическими знаниями, большим творческим потенциалом и развитой пластичностью мышления удачно дополняет практический опыт командира. Удовлетворен своими позициями в экипаже, хорошо ориентирован в индивидуальных особенностях партнеров. Выявляет положительные эмоциональные установки к ним.
Космонавт-исследователь космического корабля «Союз Т-10»
Атьков Олег Юрьевич, 1949 г. рождения, русский. В 1973 году закончил 1 Московский медицинский институт им. И. М. Сеченова. После окончания института работал в НИИ кардиологии им. А. А. Мясникова АМН СССР. В настоящее время заведующий лабораторией ультразвуковых методов исследования Всесоюзного кардиологического научного центра АМН СССР. Активно и увлеченно занимается научно-исследовательской работой. Имеет 5 изобретений и более 30 научных работ. За разработку и внедрение ульразвуковых методов диагностики заболеваний сердца в 1978 г. удостоен премии Ленинского комсомола. Кандидат медицинских наук. Член КПСС с 1977 г.
С 1975 г. принимал участие в клинико-физиологических обследованиях экипажей. Хорошо знает физиологические механизмы воздействия факторов космического полета на организм человека. В 1977 г. приступил к специальным тренировкам на базе ИМБП. С июня по сентябрь 1983 г. прошел курс общекосмической подготовки. С ноября 1983 г. находился на непосредственной подготовке к полету на орбитальном комплексе «Союз Т» - «Салют-7», который был осуществлен в 1984 г. и составлял по продолжительности 237 суток. В процессе подготовки проявил высокую активность, заинтересованность в возможно более полном освоении специальных знаний, стремление внести свой существенный вклад в работу экипажа. Имеет общий налет на самолете Л-39 с инструктором - 12 ч, 4 полета на Ил-76К с воспроизведением режимов невесомости, 2 парашютных прыжка. Участвовал в тренировках по покиданию спускаемого аппарата на море и по эвакуации на вертолете из высокоствольного леса. Проявил хорошую устойчивость к воздействию экстремальных факторов, оптимизм, чувство юмора. Летал с удовольствием. В полетах держался спокойно, изменения в воздушной обстановке воспринимал правильно. При выполнении нештатных ситуаций был инициативен и решителен, быстро ориентировался в обстановке. Показанные элементы техники пилотирования и фигуры пилотажа усвоил быстро. Максимальные нагрузки по полету, перегрузки до 6g и большие угловые скорости вращения на пилотаже переносил хорошо, сохраняя внимание и способность анализировать информацию в полном объеме. Высоко продуктивен в познавательной деятельности.
Практическая направленность интеллекта сочетается с абстрактными формами мышления, нестандартными, оригинальными приемами анализа. Ситуацию воспринимает во всей ее целостности и сложности. Обладает высоким творческим потенциалом, способен к самостоятельной исследовательской деятельности.
Эмоциональная сфера характеризуется высокой дифференцированностью, зрелостью и развитой системой волевого самоконтроля. Устойчив и надежен в стрессе.
Занимает активные жизненные позиции. Увлечен своей профессией. Стремится к раширению сферы деятельности. Целеустремлен. Уровень мотивации на достижении цели высокий. Свое поведение строит на основе достаточно жестких и стабильных индивидуальных установок. Находчив. В пределах своей компетенции предпочитает иметь собственное мнение. Несмотря на высокий интеллектуальный самоконтроль и стремление скрыть импульсивность, может допускать действия, приводящие к осложнению межличностных отношений. В конфликтных ситуациях склонен реагировать радикально. По характеру лидер. При руководстве в группе обнаруживает энергичность и большие организаторские способности. Требователен и критичен к себе и окружающим.
В делах требует ясности, всегда стремится быть максимально информированным, не выносит неопределенности и колебаний со стороны партнеров, нетерпим к нарушению другими принятых правил и норм отношений. Уровень самооценки и притязания высокий, адекватный. Собственные эмоциональные проблемы и слабости старается игнорировать. Твердость и решимость сочетаются с чувствительностью, способностью к глубокому сопереживанию. В выборе партнеров пользуется самыми строгими критериями. Во взаимоотношениях ищет доказательств искренности. При достижении общих целей стремится к сотрудничеству и гармонии в отношениях, к взаимопониманию и взаимным благожелательным уступкам.
В экипаже занимает активные позиции. Хорошо понимает свои задачи. Возложенные на него функциональные обязанности выполняет добросовестно, с максимальной отдачей. Инициативно берет на себя решение всех вопросов, касающихся здоровья членов экипажа. От исполнителей требует обязательности, четкости в работе и организованности.
В составе экипажа прошел 15 тренировок на транспортном корабле. Ориентируется в системах корабля и станции в пределах необходимого. По программе медицинских исследований подготовлен хорошо.
На тренажёре орбитальной станции «Салют»
В целом для этой экспедиции была характерна высокая загруженность циклограммы ответственными и трудоемкими работами в неблагоприятных условиях режима труда и отдыха, предъявлявшими повышенные требования к психической сфере космонавтов и требовавшими мобилизации всех внутренних психофизиологических резервов.
Экипаж на высоком профессиональном уровне справился со всеми задачами по выходу в открытый космос и проведению ремонтно-восстановительных работ. Установки на выполнение этих работ у космонавтов носили стабильно прогрессивный характер и практически реализовывались в тщательности проведения подготовки к ним, в эффективности общего взаимодействия по отработке циклограммы предстоящих действий и в появлении большого количества инициативных, творческих предложений. Выполненными работами космонавты были глубоко удовлетворены. Экипаж работал целеустремленно, проявляя настойчивость, упорство и волю в достижении поставленных целей, выявив при этом развитое чувство долга и ответственности.
Как устроена система аварийного спасения экипажа космического корабля aslan wrote in October 24th, 2018
Система аварийного спасения или сокращенно САС это "ракета в ракете", которая венчает шпиль Союза:
Сами же космонавты сидят в нижней части шпиля (которая имеет форму конуса):
САС обеспечивает спасение экипажа как на стартовой площадке, так и на любом участке полета. Тут стоит понимать, что вероятность получить люлей на старте в разы выше, чем в полете. Это как с лампочкой - большинство перегораний происходит в момент включения. Поэтому, первое что делает САС в момент аварии это взлетает в воздух и уносит космонавтов куда-нибудь подальше от распространяющегося взрыва:
Двигатели САС приводят в готовность за 15 минут до старта ракеты.
А вот теперь самое интересное. САС активируется двумя дежурными, которые синхронно нажимают кнопку по команде руководителя полета. Причем команда это обычно название какого-то географического объекта. К примеру, руководитель полета говорит: "Алтай" и дежурные активируют САС. Все как 50 лет назад.
Самое страшное это не приземление, а перегрузка. В новостях со спасенными космонавтами сразу была указана перегрузка - 9g. Это крайне неприятная для обычного человека перегрузка, но для тренированного космонавта не смертельная и даже не опасная. К примеру, в 1975 году Василий Лазарев выхватил перегрузку в 20, а по некоторым данным в 26G. Он не погиб, но последствия поставили крест на карьере.
Как же было сказано, САС уже более 50ти лет. За это время она претерпела множество изменений, но формально основные принципы её работы не изменились. Появилась электроника, множество разных датчиков, повысилась надежность, однако спасение космонавтов по-прежнему выглядит так, как выглядело бы 50 лет назад. Почему? Потому что гравитация, преодоление первой космической скорости и человеческий фактор это величина, по всей видимости неизменная:
Первое успешное тестирование САС провели в 67м году. Вообще-то, пытались облететь Луну беспилотно. Но первый блин вышел комом, поэтому решили заодно САС испытать, чтобы хоть какой-то результат положительный был. Спускаемый аппарат приземлился неповрежденным, а если бы внутри были люди, то они остались бы живы.
А вот так выглядит САС в полете:
Так ли просто засунуть человека в банку или об устройстве пилотируемых космических кораблей 3 января, 2017
Космический корабль. Наверняка многие из вас, услышав это словосочетание, представляют себе нечто огромное, сложное и густонаселенное, целый город в космосе. Так когда-то представлял себе космические корабли и я, да и многочисленные фантастические фильмы и книги этому активно способствуют.
Наверное, это хорошо, что авторов фильмов ограничивает только фантазия в отличие от инженеров-конструкторов космической техники. Хотя бы в кино мы можем насладиться гигантскими объемами, сотнями отсеков и тысячами человек экипажа...
Настоящий космический корабль размерами вовсе не впечатляет:
На фотографии советский космический корабль Союз-19, снятый американскими астронавтами из корабля Аполлон. Видно, что корабль довольно маленький, а учитывая, что обитаемый объем занимает далеко не весь корабль, очевидно, что там должно быть довольно тесно.
Оно и не удивительно: большие размеры - это большая масса, а масса - враг номер один в космонавтике. Поэтому конструкторы космических кораблей стараются сделать их как можно легче, нередко, в ущерб комфорту экипажа. Обратите внимание, как тесно в корабле Союз:
Американские корабли в этом плане особо не отличаются от русских. Например, вот фотография Эда Уайта и Джима Мак-Дивита в космическом корабле Джемини.
Хоть какой-то свободой передвижений могли похвастаться разве что экипажи кораблей Спейс Шаттл. В их распоряжении были два относительно просторных отсека.
Полетная палуба (фактически кабина управления):
Средняя палуба (это бытовой отсек со спальными местами, туалетом, кладовой и шлюзовой камерой):
Аналогичный по габаритам и планировке советский корабль Буран, к сожалению, ни разу не летал в пилотируемом режиме, как и ТКС, который до сих пор обладает рекордным обитаемым объемом среди всех когда-либо проектировавшихся кораблей.
Но обитаемый объем - далеко не единственное требование, предъявляемое космическому кораблю. Доводилось мне слышать высказывания наподобие такого: "Засунули человека в алюминиевую банку и отправили крутиться вокруг Земли-матушки". Данная фраза, конечно же, некорректна. Так чем же космический корабль отличается от простой металлической бочки?
А тем, что космический корабль должен:
- Обеспечивать экипажу пригодную для дыхания газовую смесь,
- Удалять из обитаемого объема выдыхаемые экипажем углекислый газ и пары воды,
- Обеспечивать приемлемый для экипажа температурный режим,
- Иметь герметичный объем, достаточный для жизнедеятельности экипажа,
- Обеспечивать возможность управления ориентацией в пространстве и (опционально) возможность осуществления орбитальных маневров,
- Иметь необходимые для жизнедеятельности экипажа запасы пищи и воды,
- Обеспечивать возможность безопасного возврата экипажа и грузов на землю,
- Быть как можно легче,
- Иметь систему аварийного спасения, позволяющую вернуть экипаж на землю при аварийной ситуации на любом этапе полета,
- Быть очень надежным. Любой один отказ оборудования не должен приводить к отмене полета, любой второй отказ не должен угрожать жизни экипажа.
Как видите, это уже не простая бочка, а сложный технологичный аппарат, напичканный множеством разнообразной аппаратуры, имеющий двигатели и запас топлива к ним.
Вот для примера макет советского космического корабля первого поколения Восток.
Он состоит из герметичной сферической капсулы и конического приборно-агрегатного отсека. Такую компоновку, при которой большинство приборов вынесено в отдельный негерметичный отсек, имеют почти все корабли. Это необходимо для экономии массы: при размещении всех приборов в герметичном отсеке, этот отсек получился бы довольно большим, а поскольку ему нужно удерживать внутри себя атмосферное давление и выдерживать значительные механические и тепловые нагрузки во время входа в плотные слои атмосферы при спуске на землю, стенки его должны быть толстыми, прочными, что делает всю конструкцию очень тяжелой. А негерметичному отсеку, который при возврате на землю отделится от спускаемого аппарата и сгорит в атмосфере, прочные тяжелые стенки не нужны. Спускаемый аппарат без лишних при возврате приборов получается меньше и соответственно легче. Сферическая форма ему придается тоже для уменьшения массы, ведь из всех геометрических тел одинакового объема сфера имеет самую маленькую площадь поверхности.
Единственный космический корабль, где вся аппаратура была помещена в герметичную капсулу, - американский Меркурий. Вот его фото в ангаре:
В этой капсуле мог поместиться один человек и то с трудом. Поняв неэффективность такой компоновки, американцы свою следующую серию кораблей Джемини делали уже с отделяемым негерметичным приборно-агрегатным отсеком. На фотографии это задняя часть корабля белого цвета:
Кстати, в белый цвет этот отсек покрашен не просто так. Дело в том, что стенки отсека пронизаны множеством трубок, по которым циркулирует вода. Это система отвода избыточного тепла, получаемого от Солнца. Вода забирает тепло изнутри обитаемого отсека и отдает его на поверхность приборно-агрегатного отсека, откуда тепло излучается в пространство. Чтобы эти радиаторы меньше грелись под прямыми солнечными лучами, их покрасили в белый цвет.
На кораблях Восток радиаторы были расположены на поверхности конического приборно-агрегатного отсека и закрывались заслонками, похожими на жалюзи. Открывая разное количество заслонок, можно было регулировать теплоотдачу радиаторов, а значит и температурный режим внутри корабля.
На кораблях Союз и их грузовых аналогах Прогресс система отвода тепла аналогична Джемини. Обратите внимание на цвет поверхности приборно-агрегатного отсека. Разумеется, белый:)
Внутри приборно-агрегатного отсека расположены маршевые двигатели, маневровые двигатели малой тяги, запас топлива для всего этого добра, аккумуляторы, запасы кислорода и воды, часть бортовой электроники. Снаружи обычно устанавливают антенны радиосвязи, антенны сближения, различные датчики ориентации и солнечные батареи.
В спускаемом аппарате, который одновременно служит кабиной космического корабля, расположены только те элементы, которые нужны при спуске аппарата в атмосфере и мягкой посадки, а также то, что должно быть в прямом доступе для экипажа: пульт управления, радиостанция, аварийный запас кислорода, парашюты, кассеты с гидроксидом лития для удаления углекислого газа, двигатели мягкой посадки, ложементы (кресла для космонавтов), аварийно-спасательные комплекты на случай приземления в нерасчетной точке, ну и, разумеется, сами космонавты.
В кораблях Союз есть еще один отсек - бытовой:
В нем находится то, что нужно в длительном полете, но без чего можно обойтись на этапе выведения корабля на орбиту и при приземлении: научные инструменты, запасы пищи, Ассенизационно-санитарное устройство (туалет), скафандры для внекорабельной деятельности, спальные мешки и прочие бытовые предметы.
Известен случай с космическим кораблем Союз ТМ-5, когда для экономии топлива бытовой отсек отстрелили не после выдачи тормозного импульса на сход с орбиты, а до. Только вот тормозного импульса не было: отказала система ориентации, потом не удавалось запустить двигатель. В результате космонавтам пришлось еще на сутки задержаться на орбите, а туалет остался в отстреленном бытовом отсеке. Сложно передать, какие неудобства испытали космонавты за эти сутки, пока, наконец, им не удалось благополучно приземлиться. После этого случая решили забить на такую экономию топлива и бытовой отсек отстреливать вместе с приборно-агрегатным после торможения.
Вот, сколько всяких сложностей оказалось в "банке". Мы еще отдельно пройдемся по каждому типу космических кораблей СССР, США и Китая в следующих статьях. Следите за обновлениями.
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.