Космические корабли «Cоюз Т»
«Союз Т» — наименование серии советских трехместных космических кораблей для полетов по орбите вокруг Земли. Предназначен также для использования в качестве транспортного космического аппарата одноразового применения для обслуживания орбитальных станций типа «Салют» и для автономных полетов. «Союз Т» создан на базе опыта разработки и эксплуатации космических кораблей «Союз». Компоновка «Союз Т» такая же, как корабля «Союз». Корабль имеет аналогичный состав и функциональное назначение отдельных отсеков.
Масса корабля (без головного обтекателя и системы аварийного спасения) 6,85 т, длина (по корпусу) 6,98 м, диаметр 2,72 м, длина спускаемого аппарата 2,14 м, диаметр спускаемого аппарата 2,2 м, диаметр орбитального отсека 2,2 м, свободный объем жилых отсеков 6,5 м3, размах панелей солнечных батарей 10,6 м. Максимальная перегрузка на участке спуска 3-4. Космический корабль «Союз Т» состоит из трех отсеков: орбитального (бытового) отсека с агрегатом стыковки, спускаемого аппарата и приборно-агрегатного отсека.
В основу системы управления движением положен принцип бесплатформенной инерциальной системы (отсутствуют гироскопы или гироплатформы) на базе бортового цифрового вычислительного комплекса. Все режимы ориентации, в т. ч. на Землю и Солнце, могут выполняться автоматически или при участии экипажа. Режимы сближения строятся на основе расчетов (с помощью бортовой ЦВМ) траекторий относительного движения и оптимальных маневров при использовании информации от радиотехнической системы сближения. Система осуществляет также автоматический контроль динамических операций и расхода топлива и может принимать решения об изменении режима работы. Управление системой производится по командной радиолинии с Земли или экипажем с использованием бортовых устройств ввода и отображения информации на дисплее. В системе предусмотрена возможность перехода к ручному управлению на любом этапе спуска.
Сближающе-корректирующая двигательная установка с маршевым жидкостным ракетным двигателем тягой 3,1 кН (установлен в карданном подвесе) объединена с системой двигателей причаливания и ориентации и использует единые компоненты топлива из общих баков. Схема объединенной (комбинированной) двигательной установки позволяет перераспределять топливо между разными видами двигателей, что обеспечивает оптимальное использование бортовых запасов и гибкость при выполнении программы полета, особенно в нештатных ситуациях. В составе объединенной двигательной установки имеется 14 двигателей причаливания и ориентации с номинальной тягой 137 Н и 12 двигателей с номинальной тягой 24,5 Н.
Система электропитания включает новые солнечные батареи, что сняло ограничение в части электропитания на время автономного полета корабля в зависимости от емкости химических источников тока. Комплекс системы жизнеобеспечения модернизирован (рассчитан на экипаж до 3 человек) и использует в системе обеспечения газового состава запасы газообразного кислорода и поглотители углекислого газа. Скафандры новой конструкции. В системе терморегулирования применены новые гидроагрегаты, в т. ч. новая конструкция радиатора-излучателя. Системы радиосвязи включают усовершенствованную командно- программную радиолинию и радиотелеметрическую систему. Антенны радиолинии размещены на солнечных батареях. На корабле установлена новая телевизионная система с лучшим качеством передачи изображения. Спускаемый аппарат имеет усовершенствованные парашютные системы и 6 твердотопливных двигателей мягкой посадки с увеличенной энергетикой. На атмосферном участке выведения на орбиту космический корабль закрыт обтекателем, на котором установлена более совершенная система аварийного спасения (оснащена новыми твердотопливным двигателем и автоматикой), которая обладает улучшенными характеристиками, в частности по уводу спускаемого аппарата из опасной зоны. Для повышения надежности космического корабля введено дублирование наиболее ответственных операций, в частности по разделению отсеков, отстрелу наружной части визира-ориентатора и гермоплаты спускаемого аппарата, отстрелу крышек парашютных контейнеров, отделению лобового теплозащитного экрана и т. д.
В 1979-1983 гг. выведено на орбиту искусственного спутника Земли 9 космических кораблей серии «Союз Т». «Союз Т» — «Союз Т-4» стыковались с орбитальной станцией «Салют-6», «Союз Т-5» — «Союз Т-7» и «Союз Т-9» с орбитальной станцией «Салют-7». Корабль «Союз Т» (беспилотный) предназначался для отработки конструкции и систем в условиях длительного совместного полета со станцией. Корабль «Союз Т-2» совершил первый испытательный полет, и экипаж выполнил ручную стыковку. На кораблях «Союз Т-3» — «Союз Т-7» и «Союз Т-9» на орбитальные станции доставлялись основные экипажи и экспедиции.
Космические корабли «Союз Т» выводятся на орбиту 3-ступенчатой ракетой-носителем «Союз».
Космический корабль «Союз Т». Беспилотный. Отработка конструкции и бортовых систем усовершенствованного корабля в длительном полете с орбитальной станцией. Запуск — 16.12.1979 г. Стыковка с «Салют-6» — 19.12.1979 г. Коррекция орбиты станции с помощью двигательной установки космического корабля — 25.12.1979 г. Отделение от «Салют-6» — 24.03.1980 г. Спуск и посадка — 26.03.1980 г.
Космический корабль «Союз Т-2». Первый испытательный пилотируемый полет, осуществление ручной стыковки с орбитальной станцией «Салют-6» (6-я экспедиция посещения). Экипаж: командир Ю.В.Малышев, бортинженер В.В.Аксенов. Запуск — 5.06.1980 г. Стыковка с «Салют-6» — 6.06.1980 г. Отделение от станции, спуск и посадка — 9.06.1980 г. (с тем же экипажем).
Космический корабль «Союз Т-3». Выполнение ремонтных работ внутри станции (9-я экспедиция посещения). Экипаж: командир Л.Д.Кизим, бортинженер О.Г.Макаров, космонавт-исследователь Г.М.Стрекалов. Запуск — 27.11.1980 г. Стыковка с орбитальной станцией «Салют-6» — 28.11.1980 г. Отделение от станции, спуск и посадка — 10.12.1980 г.
Космический корабль «Союз Т-4». Доставка на орбитальную станцию «Салют-6» и возвращение 5-й основной экспедиции. Экипаж: командир В.В.Коваленок, бортинженер В.П.Савиных. Запуск — 12.03.1981 г. Стыковка с «Салют-6» — 13.03.1981 г. Отделение, спуск и посадка — 26.05.1981 г.
Космический корабль «Союз Т-5». Доставка на орбитальную станцию «Салют-7» экипажа 1-й основной экспедиции. Экипаж: командир А.Н.Березовой, бортинеженер В.В.Лебедев. Запуск — 13.05.1982 г. Стыковка с «Салют-7» — 14.05.1982 г. Отделение, спуск и посадка — 27.08.1982 г. (с экипажем 2-й экспедиции посещения на «Салют-7» в составе: Л.И.Попов, А.А.Серебров, С.Е.Савицкая).
Космический корабль «Союз Т-6». Доставка на станцию «Салют-7» и возвращение 1-й экспедиции посещения (советско-французской). Экипаж: командир В.А.Джанибеков, бортинженер А.С.Иванченков, космонавт-исследователь, гражданин Франции Жан-Лу Кретьен. Запуск — 24.06.1982 г. Стыковка с «Салют-7» — «Союз Т-5» — 25.-6.1982г. Отделение, спуск и посадка — 2.07.1982 г.
Космический корабль «Союз Т-7». Доставка на орбитальную станцию «Салют-7» экипажа 2-й экспедиции посещения. Экипаж: командир Л.И.Попов, бортинженер А.А.Серебров, космонавт-исследователь С.Е.Савицкая. Запуск — 19.08.1982 г. Стыковка с «Салют-7»-«Союз Т-5» — 20.08.1982 г. Отделение, спуск и посадка — 10.12.1982 г. (с экипажем 1-й основной экспедиции: А.Н.Березовой, В.В.Лебедев).
Космический корабль «Союз Т-8». Экипаж: командир В.Г.Титов, бортинженер Г.М.Стрекалов, космонавт-исследователь А.А.Серебров. Позывной — «Океан». Запуск 20.04.1983 г. 21.04.1983 г. из-за отклонений в режиме сближения стыковка с орбитальной станцией «Салют-7» отменена. Спуск и посадка — 22.04.1983 г.
Космический корабль «Союз Т-9». Доставка на орбитальную станцию «Салют-7» и возвращение 2-й основной экспедиции. Экипаж: командир В.А.Ляхов, бортинженер А.П.Александров. Запуск — 27.06.1983 г. Стыковка с «Салют-7» — 28.06.1983 г. Отделение, спуск и посадка — 23.11.1983 г.
Космический корабль «Союз Т-10-1». Экипаж: командир В.Г.Титов, бортинженер Г.М.Стрекалов. 26.09.1983 г. из-за пожара на ракете, находящейся на стартовом столе, сработала система аварийного спасения космического корабля, через 5 минут 30 секунд полета по баллистической траектории спускаемый аппарат с экипажем осуществил посадку.
Космический корабль «Союз Т-10». Доставка на орбитальную станцию «Салют-7» экипажа 3-й основной экспедиции. Экипаж: командир Л.Д.Кизим, бортинженер В.А.Соловьев, космонавт-исследователь О.Ю.Атьков. Запуск — 8.02.1984 г. Стыковка с «Салют-7» — 9.02.1984 г. Отделение, спуск и посадка — 11.04.1984 г. (с экипажем 3-й экспедиции посещения в составе: Ю.В.Малышев, Г.М.Стрекалов, Р.Шарма).
Космический корабль «Союз Т-11». Доставка на орбитальную станцию «Салют-7» экипажа 3-й экспедиции посещения (советско-индийской). Экипаж: командир Ю.В.Малышев, бортинженер Г.М.Стрекалов, космонавт-исследователь, гражданин Индии Р.Шарма. Запуск — 3.04.1984 г. Стыковка с «Салют-7»-«Союз Т-10» — 4.04.1984 г. Отделение, спуск и посадка — 2.10.1984 г. (с экипажем 3-й основной экспедиции в составе: Л.Д.Кизим, В.А.Соловьев, О.Ю.Атьков).
Космический корабль «Союз Т-12». Доставка и возвращение на орбитальную станцию «Салют-7» 4-й экспедиции посещения. Экипаж: командир В.А.Джанибеков, бортинженер С.Е.Савицкая, космонавт-исследователь И.П.Волк. Запуск — 17.07.1984 г. Стыковка с «Салют-7»-«Союз Т-11» — 18.07.1984 г. Отделение, спуск и посадка — 29.07.1984 г.
Космический корабль «Союз Т-13». Осуществление сближения и стыковки с некооперируемой станцией «Салют-7», ремонтные работы с целью восстановления работоспособности станции. Доставка 4-й основной экспедиции. Экипаж: командир В.А.Джанибеков, бортинженер В.П.Савиных. Запуск — 6.06.1985 г. Стыковка с некооперируемой станцией «Салют-7» (ручная) — 8.06.1985 г. Отделение от комплекса — 25.06.1985 г. Спуск и посадка — 26.06.1985 г. (с экипажем в составе: В.А.Джанибеков, Г.М.Гречко).
Космический корабль «Союз Т-14». Доставка на орбитальную станцию «Салют-7» экипажа для частичной замены в 4-й основной экспедиции. Экипаж: командир В.В.Васютин, бортинженер Г.М.Гречко, космонавт-исследователь А.А.Волков. Запуск 17.09.1985 г. Стыковка с комплексом «Салют-7»-«Союз Т-13» — 18.09.1985 г. Отделение, спуск и посадка 21.11.1985 г.(с экипажем: В.В.Васютин, В.П.Савиных).
Космический корабль «Союз Т-15». Доставка на орбитальный комплекс «Мир» 1-й ос новной экспедиции с посещением орбитальной станции «Салют-7» (5-я экспедиция посещения). Экипаж: командир Л.Д.Кизим, б ортинженер В.А.Соловьев. Запуск — 13.03.1986 г. Стыковка с «Мир» — 15.03.1986 г. Отделение от станции «Мир»(перелет на станцию «Салют-7») — 5.05.1986 г. Стыковка с «Салют-7» — 6.05.1986 г. Отделение от «Салют-7» (перелет на станцию «Мир») — 25.06.1986 г. Стыковка с «Мир» — 26.06.1986 г. Отделение от станции «Мир», спуск и посадка — 16.07.1986 г.
Есть такие люди, книги, фильмы, которые мотивируют. Часто встречается сюжет, когда у героя поначалу что-то не получается, но он потом достигает большого успеха позже или в другой области. История техники тоже может мотивировать. Корабль «Союз», который изначально создавался для лунной программы, не возил людей к Луне. Первые полеты тоже не шли идеально - миссии срывались, происходили аварии, даже гибли люди. Но появлялись новые модификации, корабль становился все лучше, и сейчас он является самым надежным и безопасным пилотируемым кораблем и уже скоро побьет рекорд Спейс Шаттла в 135 полетов и станет еще и больше всего летавшим кораблем. И не факт, что в будущем найдутся корабли, которые смогут обогнать его по длительности программы - первый беспилотный полет «Союза» состоялся без малого 50 лет назад.
Имена и индексы
Началом работ над тем, из чего вырос корабль «Союз», называют 1962 год. Новый корабль разрабатывался для облета Луны. Но индексы и названия корабля в разных источниках разные - «Север», 5К, программа «А», 7К.
Несмотря на различие индексов и названий, на рисунках уже вполне узнаваемы «фара» спускаемого аппарата «Союза» и цилиндрический приборно-агрегатный отсек с системой терморегуляции. Необычная форма спускаемого аппарата была нужна для Луны. Если «шарик» «Востоков», на которых летали первые космонавты, тормозил в атмосфере при спуске с околоземной с орбиты с перегрузкой ~9 «же», то при возвращении с Луны баллистический спуск привел бы к перегрузке больше 12 «же». К тому же, неуправляемый спуск требовал очень маленького коридора входа - на несколько километров выше, и корабль бы отскочил от атмосферы, на несколько километров ниже - и корабль сгорает с перегрузкой больше 20 «же». И, наконец, район посадки получался очень большим, что затрудняло и удорожало поиски. А «фара» создавала подъемную силу, позволяя управлять процессом торможения, увеличивая допустимую ошибку перегрузки в коридоре входа в атмосферу, снижая перегрузки и уменьшая район поиска.
Спешка
Если на 1962 год СССР лидировал в космической гонке, то к 1965 году уже США стали вырываться вперед. В конце 1965 года «Джемини-6А» сблизился с «Джемини-7», и, хоть формально стыковка не состоялась, было очевидно, что американцы вплотную приблизились к этой задаче. А новый советский корабль, умеющий маневрировать и стыковаться и получивший в итоге индекс 7К-ОК, все еще не был готов. В начале 1966 года внезапно умер С.П. Королев, а заменившему его Василию Мишину не хватало чего-то, чтобы жестко держать программу на рельсах. Началась спешка. В первом беспилотном пуске «Космос-133» практически сразу потратил топливо на двигатели ориентации. Штатное торможение не получилось, в ЦУПе сумели затормозить корабль последовательностью коротких импульсов, но бдительная система подрыва посчитала, что корабль может промахнуться мимо территории СССР, и уничтожила его. Следующий беспилотный «Союз» даже не получил названия - из-за отсутствия зажигания в одной из камер сгорания ракета не стартовала, а система аварийного спасения, для которой забыли учесть вращение Земли, «спасла» исправный корабль. Следующий беспилотный «Союз» - «Космос-140» не смог полноценно выполнить программу испытаний, растратил топливо, а при посадке в его днище прогорела дыра, и корабль утонул в Аральском море.
Казалось бы, надо устранять замечания, запуская беспилотные корабли. Но следующий пуск был запланирован пилотируемым, причем по очень амбициозной программе. В первом же пуске планировалась стыковка двух пилотируемых кораблей с переходом космонавтов между ними через открытый космос. 23 апреля 1967 года стартовал «Союз-1» с Владимиром Комаровым... Нераскрывшаяся солнечная панель поставила крест на программе полета, Комаров с большим трудом, вручную, сориентировал корабль на торможение, но все это было впустую. При посадке отказала парашютная система, и Владимир Комаров погиб. 18 месяцев ушло на исправление ошибок, и шесть беспилотных кораблей были использованы на испытательных полетах.
7К-ОК
В октябре 1968 года в космос отправился «Союз-3» с космонавтом Георгием Береговым. Амбициозная до авантюрности ручная стыковка на ночной стороне не получилась. Проявилась слабость нового корабля - двигатели причаливания и ориентации (ДПО), работающие на перекиси водорода, имели очень маленький запас топлива. Резерва на ошибки людей и техники не было.
ДПО «Союз-19», такие же как и на более ранних кораблях
Первым пилотируемым успехом «Союза» стал полет «Союза-4» и «Союза-5». Впервые состыковались два пилотируемых корабля (американцы использовали специальную беспилотную мишень), что позволило советским СМИ заявить о создании первой космической станции. Случайность, но будущие успехи «Союза» будут связаны именно с ними. А еще в том полете корабль показал себя с лучшей стороны. Авария на «Союз-5», из-за которой он вошел в атмосферу задом наперед, не привела к гибели космонавта. Запасов прочности хватило, чтобы выдержать время, пока приборно-агрегатный отсек, который не отделился штатно, отгорел и отвалился под напором атмосферы. А затем спускаемый аппарат развернулся в правильное положение по принципу «ваньки-встаньки».
Сохранились уникальные съемки интерьера и внешнего вида кораблей.
В исходном варианте 7К-ОК «Союзы» летали до индекса 9.
Менее удачно шли дела у лунного варианта. С 1967 по 1970 год было произведено 14 пусков. Сначала корабль запускали на высокоэллиптическую орбиту, проверяя возможность вернуться с Луны в принципе, затем, с «Зонда-5», 7К-Л1 стали облетать Луну. На «Зонде-5» к Луне успешно слетали и вернулись живыми черепахи, дрозофилы и хрущаки. В последующих кораблях случались аварии, которые бы угрожали жизни космонавтам, если бы они находились на борту. Да и смысл в лунной гонке после победы американцев исчезал. Программу закрыли. Что любопытно, в качестве ракеты-носителя должен был использоваться «Протон», и сохранились необычно выглядящие фотографии «Протона» с системой спасения для пилотируемых полетов.
После успеха американцев с Луной СССР решил ответить асимметрично, сфокусировавшись на орбитальных станциях. Для этого разработали «транспортную» модификацию 7К-Т, которая отличалась от базовой, главным образом, наличием стыковочного устройства с люком, чтобы космонавтам не пришлось переходить в орбитальную станцию через открытый космос. «Союз-10» сумел состыковаться, но люк открыть не получилось. Первым экипажем первой долговременной орбитальной станции стали Добровольский, Волков, Пацаев на «Союз-11». Но при возвращении из-за самопроизвольного открытия в космосе дыхательного клапана космонавты без скафандров погибли. Программа полетов была остановлена на 27 месяцев, а «Союз» 7К-Т стал заметно другим аппаратом. Прежде всего, космонавты стали летать в скафандрах. Дополнительный вес и аварийный запас кислорода привел к тому, что корабль из трехместного стал двухместным. Из-за других доработок корабль еще потяжелел, поэтому солнечные батареи сняли, а на двое суток полета к станции хватало аккумуляторов.
Корабли этой модификации летали аж до 1986 года. Одним из таких кораблей был «Союз-35», для которого есть 360° панорама . Очень интересно смотреть на старые приборы.
7К-ТМ
Политическое решение о совместном полете СССР-США «Союз-Аполлон» стало задачей государственной важности в СССР. И если США использовали штатный «Аполлон», то в СССР была создана целая специальная модификация «Союза». На корабль вернули солнечные батареи, ресурс автономного полета был увеличен с 3 до 7 дней, для стыковки разработали новый стыковочный агрегат АПАС. Кроме «Космосов», которыми обозначали беспилотные испытательные полеты, модификацию 7К-ТМ проверили в пилотируемом полете «Союз-16». А после успешного полета «Союза-19» с «Аполлоном» запасной корабль догрузили научной аппаратурой и отправили в автономный полет как «Союз-22».
7К-С, 7К-СТ
Для «Союза» параллельно разрабатывались . В именно военном виде они так и не слетали, но серьезные улучшения, которые для них разрабатывались, привели к появлению новой модификации корабля - 7К-С и 7К-СТ, которые официально обозначались как «Союз-Т». На корабле появилась бортовая цифровая вычислительная машина «Аргон-16», солнечные батареи вернули, а экипаж сумели увеличить до трех человек.
Новая приборная доска
«Союзы» с индексом -Т летали к «Салютам» −6 и −7 в начале 80-х.
Для новой многомодульной станции «Мир» сделали новую модификацию «Союза». Наконец-то корабль лишился большого своего недостатка - двигателей причаливания и ориентации на перекиси водорода. В новой двигательной установке ДПО и маршевый двигатель работали на гептиле/амиле из одних и тех же баков. Благодаря этому смогли убрать резервный двигатель - в случае отказа основного маршевого двигателя корабль мог вернуться на Землю, тормозя на ДПО. А топлива хватало на то, чтобы исправить ошибку людей или техники. Новая система сближения и стыковки «Курс» избавила орбитальную станцию от необходимости поворачиваться при сближении корабля. Кроме этого снизили массу парашютов, усовершенствовали двигатели мягкой посадки и систему спасения.
Это «Союз ТМА», но новые антенны и другая корма с новым двигателем такие же
Косметические изменения кабины - шкалы теперь не механические, а электронные
Союзы ТМ летали с середины 80-х по 2002 год.
Привыкшие к простору шаттлов американцы сильно удивлялись ограничениям на рост наших космонавтов. Лишить большую часть американского отряда астронавтов возможности полететь на МКС было как-то неправильно, поэтому пришлось разрабатывать новую модификацию корабля. В новый «Антропометрический» «Союз» смогли поместиться гораздо более крупные астронавты. Другие доработки были небольшими.
Корабли этой модификации летали с 2002 по 2010 годы.
ТМА-М
К 2010 году стало ясно, что настала пора обновить электронную начинку. Бортовой компьютер массой в центнер - это как-то уже слишком. Сказано - сделано, в модификации ТМА-М массу компьютера и еще нескольких приборов уменьшили вдвое. Энергопотребление также снизилось.
Ну и, наконец, последняя по времени, и похоже, финальная модификация МС. Новая связь без единого разрыва , еще более надежные двигатели причаливания и ориентации, модная светодиодная фара, улучшенная противометеоритная защита, увеличенные солнечные панели, дополнительные батареи.
Дополнительная информация
15 июля исполнилось 40 лет миссии "Союз-Аполлон", историческому полету, который часто считают окончанием космической гонки. Впервые два корабля, построенные на противоположных полушариях, встретились и состыковались в космосе. "Союз" и "Аполлон" были уже третьим поколением космических аппаратов. К этому моменту конструкторские коллективы уже "набили шишки" на первых экспериментах, и новые корабли должны были находиться в космосе долго и выполнять новые сложные задачи. Думаю, будет интересно посмотреть, к каким техническим решениям пришли коллективы конструкторов.
Введение
Любопытно, но в изначальных планах и "Союзы" и "Аполлоны" должны были стать аппаратами второго поколения. Но в США достаточно быстро осознали, что между последним полетом "Меркурия" и первым полетом "Аполлона" пройдет несколько лет, и для того, чтобы это время не пропало зря, была запущена программа "Джемини". А СССР ответил на "Джемини" своими "Восходами" .Также, для обоих аппаратов главной целью была Луна. США не жалели денег на лунную гонку, потому что до 1966 года СССР имел приоритет во всех значимых космических достижениях. Первый спутник, первые лунные станции, первый человек на орбите и первый человек в открытом космосе - все эти достижения были советскими. Американцы изо всех сил стремились "догнать и перегнать" Советский Союз. А в СССР задача пилотируемой лунной программы на фоне космических побед затмевалась другими насущными задачами, например, надо было догонять США по количеству баллистических ракет. Пилотируемые лунные программы - это отдельный большой разговор, а здесь мы поговорим про аппараты в орбитальной конфигурации, такой, в какой они встретились на орбите 17 июля 1975 года. Также, поскольку корабль "Союз" летает много лет и претерпел множество модификаций, говоря о "Союзе", мы будем иметь в виду версии близкие по времени к полету "Союз-Аполлона".
Средства выведения
Ракета-носитель, про которую обычно редко вспоминают, выводит космический корабль на орбиту и определяет многие его параметры, главными из которых будут максимальный вес и максимальный возможный диаметр.В СССР для вывода нового корабля на околоземную орбиту решили использовать новую модификацию ракеты семейства "Р-7". На РН "Восход" заменили двигатель третьей ступени на более мощный, что увеличило грузоподъемность с 6 до 7 тонн. Корабль не мог иметь диаметр больше 3 метров, потому что в 60-х годах аналоговые системы управления не могли стабилизировать надкалиберные обтекатели.
Слева схема РН "Союз", справа - старт корабля "Союз-19" миссии "Союз-Аполлон"
В США для орбитальных полетов использовалась специально разработанная для "Аполлонов" РН "Saturn-I" В модификации -I она могла вывести на орбиту 18 тонн, а в модификации -IB - 21 тонну. Диаметр "Сатурна" превышал 6 метров, поэтому ограничения на размер космического корабля были минимальными.
Слева Saturn-IB в разрезе, справа - старт корабля "Apollo" миссии "Союз-Аполлон"
По размерам и весу "Союз" легче, тоньше и меньше "Аполлона". "Союз" весил 6,5-6,8 т. и имел максимальный диаметр 2,72 м. "Аполлон" имел максимальную массу 28 т (в лунном варианте, для околоземных миссий топливные баки были не полностью залиты) и максимальный диаметр 3,9 м.
Внешний вид
"Союз" и "Аполлон" реализовывали ставшую уже стандартной схему деления корабля на отсеки. Оба корабля имели приборно-агрегатный отсек (в США он называется сервисным модулем), спускаемый аппарат (командный модуль). Спускаемый аппарат "Союза" получился очень тесным, поэтому на корабль был добавлен бытовой отсек, который также мог использоваться как шлюзовая камера для выхода в открытый космос. В миссии "Союз-Аполлон" американский корабль также имел третий модуль, специальную шлюзовую камеру для перехода между кораблями.
"Союз" по советской традиции запускался целиком под обтекателем. Это позволяло не заботиться об аэродинамике корабля на выведении и располагать на наружной поверхности хрупкие антенны, датчики, солнечные батареи и прочие элементы. Также, бытовой отсек и спускаемый аппарат покрыты слоем космической теплоизоляции. "Аполлоны" продолжали американскую традицию - аппарат на выведении был закрыт лишь частично, носовую часть прикрывала баллистическая крышка, выполненная конструктивно вместе с системой спасения, а с хвостовой части корабль был закрыт переходником-обтекателем.
"Союз-19" в полете, съемка с борта "Аполлона". Темно-зеленое покрытие - теплоизоляция
"Аполлон", съемка с борта "Союза". На маршевом двигателе, похоже, местами вспучилась краска
"Союз" более поздней модификации в разрезе
"Аполлон" в разрезе
Форма спускаемого аппарата и теплозащита
Спуск корабля "Союз" в атмосфере, вид с земли
Спускаемые аппараты "Союза" и "Аполлона" похожи друг на друга больше, чем это было в предыдущих поколениях космических кораблей. В СССР конструкторы отказались от сферического спускаемого аппарата - при возвращении с Луны он потребовал бы очень узкого коридора входа (максимальная и минимальная высота, между которыми нужно попасть для успешной посадки), создал бы перегрузку свыше 12 g, а район посадки измерялся бы десятками, если не сотнями, километров. Конический спускаемый аппарат создавал подъемную силу при торможении в атмосфере и, поворачиваясь, менял ее направление, управляя полетом. При возвращении с земной орбиты перегрузка снижалась с 9 до 3-5 g, а при возвращении с Луны - с 12 до 7-8 g. Управляемый спуск серьезно расширял коридор входа, повышая надежность посадки, и очень серьезно уменьшал размеры района посадки, облегчая поиск и эвакуацию космонавтов.
Расчет несимметричного обтекания конуса при торможении в атмосфере
Спускаемые аппараты "Союза" и "Аполлона"
Диаметр 4 м, выбранный для "Аполлона", позволил сделать конус с углом полураствора 33°. Такой спускаемый аппарат имеет аэродинамическое качество порядка 0,45, а его боковые стенки практически не нагреваются при торможении. Но его недостатком были две точки устойчивого равновесия - "Аполлон" должен был входить в атмосферу ориентированным дном по направлению полета, потому что в случае входа в атмосферу боком, он мог перевернуться в положение "носом вперед" и погубить астронавтов. Диаметр 2,7 м для "Союза" делал такой конус нерациональным - слишком много места пропадало впустую. Поэтому был создан спускаемый аппарат типа "фара" с углом полураствора всего 7°. Он эффективно использует пространство, имеет только одну точку устойчивого равновесия, но его аэродинамическое качество ниже, порядка 0,3, а для боковых стенок требуется теплозащита.
В качестве теплозащитного покрытия использовались уже освоенные материалы. В СССР применяли фенол-формальдегидные смолы на тканевой основе, а в США - эпоксидную смолу на матрице из стеклопластика. Механизм работы был одинаковый - теплозащита обгорала и разрушалась, создавая дополнительный слой между кораблем и атмосферой, а сгоревшие частицы принимали на себя и уносили тепловую энергию.
Материал теплозащиты "Аполлона" до и после полета
Двигательная система
И "Аполлоны" и "Союзы" имели маршевые двигатели для коррекции орбиты и двигатели ориентации для изменения положения корабля в пространстве и выполнения точных маневров по стыковке. На "Союзе" система орбитального маневрирования была установлена впервые для советских космических кораблей. По каким-то причинам конструкторы выбрали не очень удачную компоновку, когда маршевый двигатель работал от одного топлива (НДМГ+АТ), а двигатели причаливания и ориентации - от другого (перекись водорода). В сочетании с тем, что на "Союзе" баки вмещали 500 кг топлива, а на "Аполлоне" 18 тонн, это привело к разнице запаса характеристической скорости на порядок - "Аполлон" мог изменить свою скорость на 2800 м/с, а "Союз" только на 215 м/с. Больший запас характеристической скорости даже недозаправленного "Аполлона" делал его очевидным кандидатом на активную роль при сближении и стыковке.
Корма "Союза-19", хорошо видны сопла двигателей
Двигатели ориентации "Аполлона" крупным планом
Система посадки
Системы посадки развивали наработки и традиции соответствующих стран. США продолжали сажать корабли на воду. После экспериментов с системами посадки "Меркуриев" и "Джемини" был выбран простой и надежный вариант - на корабле стояли два тормозных и три основных парашюта. Основные парашюты были резервированы, и безопасная посадка обеспечивалась при отказе одного из них. Такой отказ произошел при посадке "Аполлона-15", и ничего страшного не случилось. Резервирование парашютов позволило отказаться от индивидуальных парашютов астронавтов "Меркурия" и катапультных кресел "Джемини".
Схема посадки "Аполлона"
В СССР традиционно сажали корабль на сушу. Идеологически система посадки развивает парашютно-реактивную посадку "Восходов". После сброса крышки парашютного контейнера срабатывают последовательно вытяжной, тормозной и основной парашюты (на случай отказа системы установлен запасной). Корабль спускается на одном парашюте, на высоте 5,8 км сбрасывается теплозащитный экран, а на высоте ~1 м срабатывают реактивные двигатели мягкой посадки (ДМП). Система получилась интересная - работа ДМП создает эффектные кадры, но комфортность посадки изменяется в очень широком диапазоне. Если космонавтам везет, то удар о землю практически неощутим. Если нет, то корабль может чувствительно удариться о землю, а если совсем не повезет, то еще и опрокинется на бок.
Схема посадки
Совершенно нормальная работа ДМП
Дно спускаемого аппарата. Три круга сверху - ДМП, еще три - с противоположной стороны
Система аварийного спасения
Любопытно, но, идя разными путями, СССР и США пришли к одинаковой системе спасения. В случае аварии специальный твердотопливный двигатель, стоявший на самом верху ракеты-носителя, отрывал спускаемый аппарат с космонавтами и уносил его в сторону. Посадка производилась штатными средствами спускаемого аппарата. Такая система спасения оказалась самой хорошей из всех использованных вариантов - она простая, надежная и обеспечивает спасение космонавтов на всех этапах выведения. В реальной аварии она применялась один раз и спасла жизни Владимира Титова и Геннадия Стрекалова, унеся спускаемый аппарат от горящей в стартовом сооружении ракеты.
Слева направо САС "Аполлона", САС "Союза", различные версии САС "Союза"
Система терморегуляции
В обоих кораблях использовалась система терморегуляции с теплоносителем и радиаторами. Покрашенные в белый цвет для лучшего излучения тепла радиаторы стояли на сервисных модулях и даже выглядели одинаково:
Средства обеспечения ВКД
И "Аполлоны" и "Союзы" проектировали с учетом возможной необходимости внекорабельной деятельности (выхода в открытый космос). Конструкторские решения также были традиционными для стран - США разгерметизировали весь командный модуль и выходили наружу через стандартный люк, а СССР использовал бытовой отсек в качестве шлюзовой камеры.
ВКД "Аполлона-9"
Система стыковки
И "Союз" и "Аполлон" использовали стыковочное устройство типа "штырь-конус". Поскольку при стыковке активно маневрировал корабль, и на "Союзе" и на "Аполлоне" были установлены штыри. А для программы "Союз-Аполлон", чтобы никому не было обидно, разработали универсальный андрогинный стыковочный агрегат. Андрогинность означала, что могли состыковаться любые два корабля с такими узлами (а не только парные, один со штырем, другой с конусом).
Стыковочный механизм "Аполлона". Он, кстати, использовался и в программе "Союз-Аполлон", с его помощью командный модуль стыковался со шлюзовой камерой
Схема стыковочного механизма "Союза", первая версия
"Союз-19", вид спереди. Хорошо виден стыковочный узел
Кабина и оборудование
По составу оборудования "Аполлон" заметно превосходил "Союз". Прежде всего, в состав оборудования "Аполлона" конструкторы сумели добавить полноценную гиростабилизированную платформу, которая с высокой точностью хранила данные о положении и скорости корабля. Далее, командный модуль имел мощный и гибкий для своего времени компьютер, который при необходимости можно было бы перепрограммировать прямо в полете (и такие случаи известны). Интересной особенностью "Аполлона" было также отдельное рабочее место для астронавигации. Оно использовалось только в космосе и было расположено под ногами астронавтов.
Панель управления, вид с левого кресла
Панель управления. Слева расположены органы управления полетом, по центру - двигателями ориентации, сверху аварийные индикаторы, снизу связь. В правой части индикаторы топлива, водорода и кислорода и управление электропитанием
Несмотря на то, что оборудование "Союза" было проще, оно было самым продвинутым для советских кораблей. На корабле впервые появился бортовой цифровой компьютер, а в состав систем корабля входило оборудование для автоматической стыковки. Впервые в космосе использовались многофункциональные индикаторы на электронно-лучевой трубке.
Панель управления кораблей "Союз"
Система электропитания
"Аполлоны" использовали очень удобную для полетов длительностью 2-3 недели систему - топливные элементы. Водород и кислород, соединяясь, вырабатывали энергию, а полученная вода использовалась экипажем. На "Союзах" в разных версиях стояли разные источники энергии. Были варианты с топливными элементами, а для полета "Союз-Аполлон" на корабле установили солнечные батареи.Заключение
И "Союзы" и "Аполлоны" оказались по-своему очень удачными кораблями. "Аполлоны" успешно слетали к Луне и станции "Скайлэб". А "Союзы" получили крайне долгую и успешную жизнь, став основным кораблем для полетов к орбитальным станциям, с 2011 года они возят на МКС и американских астронавтов, и будут возить их, как минимум, до 2018 года.Но за этот успех была заплачена очень дорогая цена. И "Союз" и "Аполлон" стали первыми кораблями, в которых погибли люди. Что еще печальнее, если бы конструкторы, инженеры и рабочие меньше спешили и после первых успехов не перестали бы бояться космоса, то Комаров, Добровольский, Волков, Пацаев, Гриссом, Уайт и Чеффи
Космический корабль «Восток» - первый в мире пилотируемый орбитальный КК, на котором был осуществлен полет человека в космическое пространство. Созданная на базе двухступенчатой РН «Спутник» ее трехступенчатая модификация, впоследствии названная РН «Восток», позволила вывести на геоцентрическую орбиту корабль-спутник массой более 4,7 т.
Космический корабль «Восток» (рис. 3.17) состоял из спускаемого аппарата и приборного отсека с тормозной двигательной установкой. Его основные технические характеристики приведены в табл. 3.2.
Таблица 3.2. Технические характеристики космического корабля "Восток"
Работа над проектом космического корабля (КК) началась в 1958 г.
15 мая 1960 г. был запущен первый КК-спутник в беспилотном варианте без теплозащиты, 19 августа 1960 г. - второй с двумя собаками на борту, который благополучно возвратился на Землю, а затем еще три КК, причем в двух последних (март 1961 г.) была полностью проверена программа будущего пилотируемого полета.
12 апреля 1961 г. в 9 ч 07 мин по московскому времени РН «Восток» вывела на орбиту с перигеем 181 км, апогеем 327 км и наклонением 65° КК «Восток» массой 4725 кг с летчиком-космонавтом СССР Ю. А. Гагариным. Через 108 мин, совершив один виток вокруг Земли, КК «Восток» и летчик-космонавт Ю. А. Гагарин благополучно приземлились на территории Советского Союза.
6 августа 1961 г. был выведен на орбиту КК «Восток-2», на котором летчик-космонавт СССР Г. С. Титов впервые выполнил суточный орбитальный полет.
В августе 1962 г. состоялся первый групповой полет двух КК «Восток-3» (летчик-космонавт А. Г. Николаев) и «Восток-4» (летчик-космонавт П. Р. Попович).
В июне 1963 г. был выполнен новый групповой полет двух КК «Восток-5» (летчик-космонавт В. Ф. Быковский) и «Восток-6» (летчик-космонавт. В. В. Терешкова). Максимальная продолжительность полета КК «Восток-5» составила 5 сут. Успешное выполнение полетов по программе «Восток» послужило основой для дальнейшего развития советской космической техники.
Космический корабль «Восток» имел следующие бортовые системы:
управления движением и стабилизации, обеспечивающую автономную и ручную ориентацию и стабилизацию КК при выполнении программы полета; в этом случае для ручной ориентации использовалось оптическое устройство «Взор», а для автоматической ориентации - датчик автономной солнечной ориентации; для контроля работы систем и ручной выдачи команд имелся пульт космонавта;
газовых сопел ориентации, состоящую из двух автономных систем реактивных сопел (по 8 шт. в каждой), работающих на сжатом азоте, поступающем из шар-баллонов, размещенных на приборном отсеке;
управления бортовой аппаратурой и электропитания, включавшую командно-логические и электрокоммутационные устройства и блоки аккумуляторных батарей (в приборном отсеке), автономную аккумуляторную батарею (в СА), а также преобразователи тока;
жизнеобеспечения и терморегулирования, поддерживающие в кабине КК нормальную атмосферу давлением 755 - 775 мм рт. ст. с содержанием кислорода 21 - 25% по объему и температуру 17 - 26°С и состоящие из регенерационной установки, холодильно-сушильного агрегата, поглотителей влаги, фильтра для поглощения вредных примесей, контролирующей и регулирующей аппаратуры, а также из резервной системы испарительного охлаждения в СА; тепло от холодильно-сушильного агрегата отводилось хладагентом, подаваемым из приборного отсека, на котором были установлены радиатор-излучатель и жалюзи; система терморегулирования обеспечивала заданный температурный режим аппаратуры и в приборном отсеке КК;
радиосвязи в составе УКВ-радиолинии, двух КВ-радиолиний для обеспечения двусторонней телефонной связи, КВ-передатчика системы «Сигнал» для передачи данных о самочувствии космонавта, дублированного комплекта радиоаппаратуры, обеспечивающего траекторные измерения, ТВ-передатчика и широковещательного приемника, двух комплектов приемных и дешифрирующих устройств аппаратуры командной радиолинии, двух комплектов радиотелеметрической аппаратуры с соответствующей аппаратурой коммутации; в момент введения основных парашютов космонавта и СА предусматривалась работа пеленгационных КВ-передатчиков, а после приземления - УКВ-передатчиков;
программно-временного устройства, обеспечивающего заданную циклограмму работы бортовой аппаратуры;
двигательную установку для торможения при сходе с орбиты (сухой массой 396 кг), включавшую жидкостной реактивный двигатель с тягой 1,6 тс, топливные баки, систему подачи топлива и запас (280 кг) двухкомпонентного топлива; стабилизация КК при работе двигателя осуществлялась автоматически по сигналам от гироскопов с помощью рулевых сопел двигательной установки;
приземления в составе парашютной системы посадки спускаемого аппарата, катапультируемого кресла космонавта с парашютными системами и блоком НАЗ и автоматикой управления работой системы;
аварийного спасения космонавта, построенную с учетом того, что при аварии РН на старте или в начале полета космонавт катапультируется из спускаемого аппарата, а при аварии на остальных участках полета СА отделяется от приборного отсека КК и РН для последующего спуска на Землю.
Вся наружная поверхность СА была покрыта теплозащитой (массой до 800 кг), защищавшей конструкцию из алюминиевого сплава от нагрева при полете в атмосфере на участке спуска. Снаружи теплозащиты были наложены маты из экранно-вакуумной теплоизоляции.
Стартовая масса всей РКС «Восток» составляла 287 т при тяге двигателей I и II ступеней 408 тс на Земле, запускаемых одновременно, а общая длина РН с КК «Восток» (от вершины головного обтекателя до среза сопел рулевых камер) - 38,4 м. Более подробные сведения о РН «Восток» приведены в книге «Ракеты-носители» (М., Воениздат, 1981).
Космический корабль «Восход» - первый многоместный орбитальный КК - имел две модификации и состоял из двух отсеков - спускаемого аппарата и приборного отсека с тормозной двигательной установкой (КК «Восход»), и двух указанных отсеков и шлюзовой камеры (КК «Восход-2»). Основные технические характеристики КК «Восход» приведены в табл. 3.3.
Первый многоместный КК «Восход» (летчики-космонавты В. М. Комаров, К. П. Феоктистов, Б. Б. Егоров) был выведен 12 октября 1964 г. на орбиту с перигеем 177,5 км, апогеем 408 км и наклонением 65°; 13 октября 1964 г. он совершил мягкую посадку на территории СССР.
18 марта 1965 г. был запущен КК «Восход-2» (летчики-космонавты П. И. Беляев и А. А. Леонов) на орбиту с перигеем 173 км, апогеем 498 км и наклонением 65°. Используя надувной шлюзовой отсек и специальное оборудование, летчик-космонавт А. А. Леонов впервые в мире вышел в открытое космическое пространство, пробыв вне КК 12 мин.
Бортовые системы КК «Восход» по сравнению с бортовыми системами КК «Восток» имели следующие отличия:
двигательная установка для торможения при сходе с орбиты имела дублирующий резервный тормозной пороховой реактивный двигатель массой 145 кг, установленный в верхней части КК;
система ориентации была дополнена аппаратурой ориентации с использованием ионных датчиков;
система приземления имела два основных парашюта и двигатель мягкой посадки в стренгах их подвески, а в СА вместо катапультируемого кресла были установлены два (или три) амортизационных кресла с индивидуальными ложементами для членов экипажа;
в состав системы жизнеобеспечения был введен специальный скафандр с автономным ранцем, а также надувная шлюзовая камера массой 250 кг, обеспечивающие выход человека в открытое пространство (КК «Восход-2»).
Ракетой-носителем КК «Восход» была ракета-носитель, разработанная на базе РН «Восток», но с более мощной III ступенью, что позволило увеличить стартовую массу КК.
Космический корабль «Союз» - многоцелевой орбитальный КК второго поколения. КК «Союз» (рис. 3.18) состоит из трех отсеков: орбитального (бытового) отсека с агрегатом стыковки (или специальным отсеком), спускаемого аппарата и приборно-агрегатного отсека. Его основные технические характеристики приведены в табл. 3.4. В 1962 г. была начата разработка КК «Союз», а уже в 1964 г.- экспериментальная отработка его бортовых систем и конструкции.
Летная отработка бортовых систем и конструкции была начата на ИСЗ «Космос-133» 28 ноября 1966 г.
Первый испытательный пилотируемый полет КК «Союз-1» состоялся 23 апреля 1967 г. (летчик-космонавт В. М. Комаров). Корабль был выведен на орбиту с перигеем 180 км, апогеем 228 км и наклонением 51,6°. После проведения дополнительной экспериментальной отработки началась длительная эксплуатация КК «Союз» в пилотируемом варианте, начиная с КК «Союз-3» во время сборки (летчик-космонавт Г. Т. Береговой), запущенного 28 октября 1968 г. к беспилотному кораблю «Союз-2». При стыковке на орбите 16 января 1969 г. двух пилотируемых КК «Союз-4» (летчик-космонавт В. А. Шаталов) и КК «Союз-5» (летчики-космонавты Б. В. Волынов, А. С. Елисеев, Е. Н. Хрунов) была образована первая экспериментальная станция массой 12924 кг и осуществлен переход через открытое космическое пространство двух членов экипажа из одного КК в другой. Впоследствии на КК «Союз-6», «Союз-7» и «Союз-8» был выполнен групповой полет с маневрированием и сближением на орбите. В июне 1970 г. КК «Союз-9» (летчики-космонавты А. Г. Николаев и В. И. Севастьянов) совершил полет продолжительностью 17,7 сут. В 1971 г. КК «Союз» был модернизирован в транспортный корабль (ТК) для доставки экипажа на орбитальную станцию «Салют» и в этом качестве использовался по 1981 г. включительно, обеспечивая длительную эксплуатацию станций «Салют» и выполнение программы «Интеркосмос».
В 1974 г. КК «Союз» был доработан для экспериментального полета по программе «Союз» - «Аполлон». В полете КК «Союз-16» (летчики-космонавты А. В. Филипченко и Н. Н. Рукавишников) была проведена проверка нового варианта корабля, а совместный полет был осуществлен 15 - 20 июля 1975 г. при участии советского КК «Союз-19» (летчики-космонавты А. А. Леонов и В. Н. Кубасов) и американского КК «Аполлон» (астронавты Т. Стаффорд, Д. Слейтон, В. Бранд). КК «Союз-19» в полете (снимок сделан из КК «Аполлон») показан на рис. 3.19.
На корабле «Союз-22», запущенном 15 сентября 1976 г. (летчики-космонавты В. Ф. Быковский и В. В. Аксенов), была осуществлена программа фотографирования земной поверхности с помощью многозонального космического фотоаппарата МКФ-6, разработанного совместно специалистами СССР и ГДР и изготовленного в ГДР на народном предприятии «Карл Цейс Йена».
Бортовые системы КК «Союз» включают:
систему ориентации и управления движением;
систему реактивных двигателей причаливания и ориентации;
сближающе-корректирующую двигательную установку;
систему электропитания;
комплекс систем жизнеобеспечения экипажа;
системы радиосвязи;
систему стыковки;
систему приземления спускаемого аппарата;
систему управления бортовым комплексом аппаратуры и оборудования;
систему аварийного спасения.
Система ориентации и управления движением работает как в автоматическом, так и в ручном режиме и оснащена командными приборами: гирокомплексом, датчиками ориентации, интегратором ускорений, датчиками угловых скоростей, а также приборами-преобразователями, коммутационно-логическими приборами и приборами визуального контроля ориентации корабля.
Часть этой системы, размещенная в СА, обеспечивает управление его движением на участке спуска; ее исполнительными органами являются шесть реактивных двигателей ориентации, в том числе четыре двигателя по тангажу и рысканью номинальной тягой по 7,5 кгс и два двигателя по крену номинальной тягой по 15 кгс, которые работают на однокомпонентном топливе (запас перекиси водорода - 30 кг), размещенном в двух баках и подаваемом вытеснительной системой подачи.
Для ручного управления КК используются пульт космонавтов с информационно-сигнальными приборами, два командно-сигнальных устройства и две ручки управления.
Система реактивных двигателей причаливания и ориентации предназначена для выполнения разворотов КК относительно его центра масс вокруг трех осей и обеспечения координатных малых перемещений центра масс вдоль каждой из этих осей. В состав системы входят четырнадцать реактивных двигателей причаливания и ориентации с номинальной тягой 10 кгс и восемь двигателей ориентации с номинальной тягой 1 - 1,5 кгс, а также топливные баки с однокомпонентным топливом (запас перекиси водорода - 140 кг), трубопроводы, система вытеснения и подачи топлива и автоматика системы. Из четырнадцати двигателей причаливания и ориентации десять расположены на раме переходной секции приборно-агрегатного отсека рядом с топливными баками (в районе центра масс), а остальные четыре двигателя причаливания и ориентации, а также восемь двигателей ориентации - у нижнего шпангоута агрегатной секции приборно-агрегатного отсека.
Сближающе-корректирующая двигательная установка предназначена для изменения скорости КК в направлении его продольной оси (при проведении коррекций орбиты и при торможении для схода с орбиты) и состоит из основного сближающе-корректирующего однокамерного двигателя многократного запуска с номинальной тягой 417 кгс, дублирующего двухкамерного двигателя с номинальной тягой 411 кгс, четырех топливных баков, системы подачи топлива в двигатели и автоматики двигательной установки. При работе основного двигателя КК стабилизируется с помощью двигателей причаливания и ориентации, а при работе дублирующего двигателя - с помощью рулевых сопел, работающих на газе одного из турбонасосных агрегатов двигательной установки. Основной и дублирующий двигатели работают на двухкомпонентном топливе: окислитель - азотная кислота и горючее - типа гидразина (запас топлива в зависимости от программы полета КК - 0,5 - 0,9 т).
Система электропитания обеспечивает аппаратуру КК постоянным током с номинальным напряжением 27 В и включает основную химическую батарею, резервную батарею, а также статические преобразователи тока, счетчики ампер-часов и коммутационные щитки. Емкость основной батареи достаточна для проведения автономного полета КК ДО его стыковки и последующего автономного полета перед спуском на Землю. Для увеличения времени автономного полета на КК могут устанавливаться солнечные батареи площадью -11 м2. Автономная батарея СА обеспечивает электропитанием его системы на участке спуска и после приземления или приводнения.
Комплекс систем жизнеобеспечения включает комплект скафандров, системы обеспечения газового состава атмосферы жилых отсеков, терморегулирования, питания и водообеспечения, ассенизационно-санитарное устройство, средства гигиенического и медицинского обеспечения. В жилых отсеках КК «Союз» с помощью регенерационных агрегатов поддерживается обычная кислородно-азотная атмосфера с давлением около 760 мм рт. ст. с возможным увеличением процентного содержания кислорода по объему до 40% и понижением давления до 520 мм рт. ст.
Скафандры используются экипажем при разгерметизации КК, на участке выведения КК на орбиту, при проведении стыковки, а также на участке спуска и возвращения на Землю. Система терморегулирования обеспечивает сброс избыточного тепла в космическое пространство путем прокачивания теплоносителя через специальные радиаторы-излучатели, установленные снаружи основного корпуса приборно-агрегатного отсека. Кроме того, для исключения притока тепла от Солнца и неконтролируемого сброса тепла конструкцией все отсеки КК закрыты многослойной экранно-вакуумной теплоизоляцией. Системы питания и водообеспечения включают в себя специальные рационы и запасы воды в емкостях с устройствами подачи воды; эти системы размещены как в орбитальном отсеке, так и в спускаемом аппарате, ассенизационно-санитарное устройство в полном комплекте - только в орбитальном отсеке.
Системы радиосвязи КК состоят из командной радиолинии, систем радиотелефонной и радиотелеграфной связи, радиотелеметрии, телевидения и радиотехнической системы сближения.
Командная радиолиния позволяет передавать на борт КК команды с выдачей на Землю квитанции о приеме, а также обеспечивает траекторные измерения. Она работает в дециметровом диапазоне радиоволн через многовибраторную антенну с круговой диаграммой обзора.
Система радиотелефонной и радиотелеграфной связи работает в KB и УКВ диапазонах, обеспечивает внутренние переговоры экипажа, связь экипажа с Землей и между КК на орбите, а также передает сигналы оперативной телеметрической связи через антенны, установленные на корпусе приборно-агрегатного отсека (или солнечных батареях) в виде штырей различной длины. Эта же система обеспечивает связь при спуске через щелевую антенну СА, связь и пеленг на участке парашютирования и после посадки с помощью антенны в стропах парашюта и антенн, раскрывающихся на спускаемом аппарате (после посадки).
Радиотелеметрическая система позволяет вести передачу телеметрической информации о состоянии бортовых систем и агрегатов КК и данных о самочувствии членов экипажа как в режиме непосредственной передачи, так и в режиме воспроизведения с запоминающих устройств, используя автономные передатчики и антенны.
Телевизионная система предназначена для контроля за процессом причаливания и стыковки и для проведения телерепортажей из жилых отсеков КК, причем телевизионное изображение в первом случае поступает на бортовое видеоконтрольное устройство, а во втором - передается на Землю по автономной радиолинии или через командную радиолинию. Система имеет наружные телекамеры на орбитальном отсеке и телекамеру в СА.
Радиотехническая система сближения предназначена для автоматического сближения и стыковки КК и станции с взаимным поиском, обнаружением и последующими измерениями углового положения и угловой скорости линии визирования относительно связанной с корпусом КК системы координат, расстояния между КК или КК и станцией, радиальной составляющей относительной скорости КК и угла взаимного крена между стыкующимися КК и станцией. Система начинает работать с расстояния около 20 км между КК или КК и станцией при относительной скорости до 40 - 60 м/с без предварительного целеуказания об их взаимном угловом положении. На «активных» и «пассивных» КК и станциях установлены идентичные антенны обзора и пеленга. Кроме того, на «пассивном» КК или станции имеются две антенны маяка, антенна ретранслятора и антенна крена, а на «активном» - гиростабилизированная антенна головки наведения (в кардановом подвесе), работающая с антенной ретранслятора, и антенна запроса, работающая в режиме причаливания на антенну обзора и пеленга «пассивного» КК или станции. Электронная аппаратура системы радионаведения установлена в орбитальном отсеке КК «Союз» и в рабочем отсеке станции «Салют».
Система стыковки КК «Союз» состоит из стыковочного агрегата и приборов автоматики стыковки, задающей необходимые режимы работы при стыковке. Стыковочный агрегат установлен в верхней части орбитального отсека КК и имеет люк диаметром 800 мм.
Система приземления спускаемого аппарата обеспечивает его посадку вместе с экипажем и включает основную и запасную парашютные системы, четыре твердотопливных двигателя мягкой посадки (на корпусе СА), срабатывающих по команде от высотомера, амортизационные кресла и автоматику системы.
Система управления бортовым комплексом аппаратуры и оборудования состоит из коммутационно-логических приборов, размещенных во всех отсеках КК.
Система аварийного спасения предназначена для обеспечения безопасности экипажа в случае аварии РН на старте и на участке выведения КК на орбиту и построена по принципу использования как специальных средств (двигательная установка, автоматика и др.), так и штатных систем КК (см. главу 10).
Спускаемый аппарат, изготовленный в основном из алюминиевого сплава, имеет сбрасываемый перед посадкой лобовой теплозащитный экран, а также боковую теплозащиту и внутреннюю теплоизоляцию.
Приборно-агрегатный отсек выполнен из алюминиевого, а орбитальный отсек - из магниевых сплавов.
Для выведения КК «Союз» на орбиту ИСЗ используется трехступенчатая ракета-носитель «Союз», имеющая стартовую массу до 310 т, общую длину (с КК «Союз») до 49,3 м и максимальный размер по воздушным рулям на боковых ракетных блоках - 10,3 м (рис. 3.20)
I ступень (как и РН «Восток») имеет четыре боковых ракетных блока длиной 19,8 м и диаметром 2,68 м каждый, оснащенных четырехкамерными (с двумя дополнительными рулевыми камерами) двигателями РД-107.
II ступень включает центральный ракетный блок длиной 27,76 м (у РН «Восток» - 28,75 м) с максимальным диаметром 2,95 м, оснащенный четырехкамерным (с четырьмя дополнительными рулевыми камерами) двигателем РД-108.
III ступень состоит из ракетного блока длиной 8,1 м и диаметром 2,66 м (у РН «Восток» - 2,98 м и 2,58 м соответственно), оснащенного четырехкамерным двигателем (с рулевыми соплами) тягой в пустоте 29,5 тс (у РН «Восток» - однокамерный тягой 5,6 тс).
Двигатели всех ступеней работают на керосине и жидком кислороде. При старте двигатели I и II ступеней запускаются одновременно, развивая тягу 418 тс на Земле.
Двигатель II ступени продолжает работу после сброса боковых ракетных блоков. Через определенное время сбрасывается головной обтекатель КК. Двигатель III ступени включается в конце работы двигателя II ступени перед ее отделением, после чего сбрасывается хвостовой отсек III ступени. Продолжительность активного участка работы двигателей всех ступеней РН около 9 мин.
Космический корабль или автоматическая межпланетная станция (АМС) «Зонд» - КК для отработки техники полета к Луне с возвращением на Землю. АМС «Зонд» (рис. 3.21) состояла из СА и приборно-агрегатного отсека, а также сбрасываемого перед стартом к Луне опорного конуса массой 150 кг, установленного в носовой части.
Основные технические характеристики АМС «Зонд» приведены в табл. 3.5.
Старт к Луне выполнялся с промежуточной орбиты с перигеем 187 км и апогеем 219 км.
Первый полет АМС «Зонд-5» к Луне был выполнен 15 сентября 1968 г. Облетев Луну, АМС вошла в атмосферу Земли со второй космической скоростью и выполнила спуск по баллистической траектории в акваторию Индийского океана (рис. 3.22). На АМС, запущенных 10 ноября 1968 г. («Зонд-6») и 8 августа 1969 г. («Зонд-7»), были отработаны облет Луны и возвращение на Землю с управляемым спуском в атмосфере в заданный район территории СССР. При полете АМС, запущенной 20 октября 1970 г. («Зонд-8»), был отработан вариант возвращения на Землю со стороны северного полушария.
В проведенных полетах был получен ценный материал, включая фотографии Земли и Луны с различных расстояний, причем на борту АМС «Зонд-5» находились живые существа - черепахи.
Бортовые системы АМС «Зонд» имели следующие особенности:
система ориентации и управления движением новой разработки имела гироплатформу, датчики солнечной и звездной ориентации и специальный вычислитель;
было увеличено количество реактивных двигателей, управляющих движением СА на участке спуска в целях их дублирования по каналу крена;
система реактивных двигателей ориентации с номинальной тягой 1 - 1,5 кгс имела дублирующий комплект из восьми двигателей;
корректирующая двигательная установка была оснащена однокамерным реактивным двигателем номинальной тягой 410 кгс, снабженным рулевыми соплами, с массой топлива 0,4 т;
система электропитания имела солнечные батареи площадью 11 м 2 для подзаряда буферной химической батареи;
система дальней радиосвязи была оснащена остронаправленной антенной, работающей в дециметровом диапазоне волн для обеспечения надежной связи на больших расстояниях;
тепловая защита СА была модернизирована с учетом ее нагрева при входе СА в атмосферу со второй космической скоростью;
система приземления имела одну парашютную систему с основным парашютом площадью 1000 м2, двигатели мягкой посадки и автоматику управления системой;
двигательная установка системы аварийного спасения была более мощной с учетом особенностей РН.
Ракетно-космическая система включала РН типа «Протон» с дополнительной разгонной ступенью для старта АМС к Луне
Космический корабль «Союз Т» (рис. 3.23) - усовершенствованный трехместный орбитальный КК, созданный с учетом опыта разработки и эксплуатации КК «Союз» - состоит из орбитального (бытового) отсека с агрегатом стыковки, спускаемого аппарата и приборно-агрегатного отсека новой конструкции.
Основные технические характеристики КК «Союз Т» приведены в табл. 3.6.
16 декабря 1979 г. для отработки операций сближения и стыковки со станцией «Салют-6» и выполнения 100-суточного полета в составе орбитального комплекса был запущен корабль «Союз Т» в беспилотном варианте. Первый испытательный пилотируемый полет КК «Союз Т-2» (летчики-космонавты Ю. В. Малышев и В. В. Аксенов) со стыковкой к станции «Салют-6» состоялся 5 июня 1980 г. 27 ноября 1980 г. стартовал КК «Союз Т-3» (летчики-космонавты Л. Д. Кизим, О. Г. Макаров, Г. М. Стрекалов). Основной задачей полета была отработка транспортного корабля при полном составе экипажа.
12 марта 1981 г. был запущен КК «Союз Т-4» (летчики-космонавты В. В. Коваленок и В. П. Савиных), полет которого положил начало регулярной эксплуатации КК «Союз Т».
Космические корабли «Союз Т» выводятся на орбиту РН «Союз».
Бортовые системы КК «Союз Т» по сравнению с КК «Союз» имеют следующие особенности:
система управления движением построена на принципах бесплатформенной (отсутствуют гироскопы или гироплатформы) инерциальной системы на базе бортового цифрового вычислительного комплекса; все режимы ориентации, в том числе на Землю и Солнце, выполняются как автоматически, так и при участии! экипажа, а режимы сближения - на основе расчетов с помощью БЦВК траекторий относительного движения и оптимальных маневров при использовании информации от радиотехнической системы сближения; система автоматически контролирует динамические операции, расход топлива, состояние ряда приборов и агрегатов и может принимать решения об изменении режима работы или о переключении на резервные комплекты аппаратуры; система управляется по командной радиолинии с Земли или экипажем с использованием бортовых устройств ввода и отображения информации, включая дисплей, обеспечивает возможность перехода к ручному управлению на любом этапе полета и спуска; сближающе-корректирующая двигательная установка с маршевым двигателем тягой 315 кгс в кардановом подвесе объединена по питанию с системой двигателей причаливания и ориентации, использует единые компоненты топлива в общих баках; применение такой комбинированной двигательной установки (КДУ) позволяет перераспределять топливо между разными двигателями, что обеспечивает оптимальное его использование и гибкость при выполнении программы полета, особенно в нештатных ситуациях; комбинированная двигательная установка имеет четырнадцать двигателей причаливания и ориентации номинальной тягой до 14 кгс каждый и двенадцать двигателей номинальной тягой 2,5 кгс каждый;
система электропитания оснащена солнечными батареями, исключающими зависимость (в части электропитания) времени автономного полета от емкости химических источников тока;
комплекс систем жизнеобеспечения рассчитан на экипаж до трех человек с использованием запасов газообразного кислорода и поглотителей углекислого газа, скафандры имеют усовершенствованную конструкцию;
система терморегулирования оснащена новыми гидроагрегатами, радиатором-излучателем и автоматикой;
системы радиосвязи имеют телевизионную систему с лучшим качеством передачи изображения, усовершенствованные командно-программную радиолинию и радиотелеметрическую систему, при этом кроме обычных используются антенны типа «антенной решетки»;
система управления бортовым комплексом новой разработки имеет повышенную надежность, усовершенствован пульт космонавтов;
система приземления СА снабжена новыми парашютными системами и автоматикой, двигателями мягкой посадки с повышенной энергетикой и высотомером для их запуска;
система аварийного спасения оснащена новыми твердотопливными двигателями и обладает улучшенными характеристиками, в частности по уводу СА из опасной зоны.
Первый полет «Союз МС»: полвека эволюции
7 июля с Байконура стартовала ракета-носитель «Союз-ФГ» с модифицированным транспортным кораблём «Союз МС». А 28 ноября 1966 года с того же стартового комплекса в полёт отправился прототип самого первого «Союза» - спутник «Космос-133». И полувековой юбилей, и запуск самой совершенной модификации - прекрасный повод вспомнить историю корабля и разобраться в его устройстве
⇣ Содержание
⇡ Рождение «Союза»
Первые пилотируемые корабли-спутники серии «Восток» (индекс 3КА) создавались для решения узкого круга задач — во-первых, чтобы опередить американцев, и, во-вторых, чтобы определить возможности жизни и работы в космосе, изучить физиологические реакции человека на факторы орбитального полёта. Корабль блестяще справился с поставленными задачами. С его помощью был осуществлён первый прорыв человека в космос («Восток»), состоялась первая в мире суточная орбитальная миссия («Восток-2»), а также первые групповые полёты пилотируемых аппаратов («Восток-3» — «Восток-4» и «Восток-5» — «Восток-6»). Первая женщина попала в космос также на этом корабле («Восток-6»).
Развитием этого направления стали аппараты с индексами 3КВ и 3КД, с помощью которых были осуществлены первый орбитальный полёт экипажа из трёх космонавтов («Восход») и первый выход человека в открытое космическое пространство («Восход-2»).
Однако ещё до того, как были установлены все эти рекорды, руководителям, конструкторам и проектантам королёвского Опытного конструкторского бюро (ОКБ-1) было ясно, что для решения перспективных задач лучше подойдёт не «Восток», а другой корабль, более совершенный и безопасный, обладающий расширенными возможностями, увеличенным ресурсом систем, удобный для работы и комфортный для жизни экипажа, обеспечивающий более щадящие режимы спуска и большую точность посадки. Для повышения научной и прикладной «отдачи» требовалось увеличить численность экипажа, введя в него узких специалистов — врачей, инженеров, учёных. Кроме того, уже на рубеже 1950—1960-х годов создателям космической техники было очевидно, что для дальнейшего изучения космического пространства нужно освоить технологии встречи и стыковки на орбите для сборки станций и межпланетных комплексов.
Летом 1959 года в ОКБ-1 начался поиск облика перспективного пилотируемого корабля. После обсуждений целей и задач нового изделия было решено разработать достаточно универсальный аппарат, пригодный как для околоземных полётов, так и для облётных лунных миссий. В 1962 году в рамках этих изысканий был инициирован проект, получивший громоздкое название «Комплекс сборки космических аппаратов на орбите спутника Земли» и короткий шифр «Союз». Основной задачей проекта, в ходе решения которой предполагалось освоить орбитальную сборку, был облёт Луны. Пилотируемый элемент комплекса, имевшего индекс 7К-9К-11К, получил название «корабль» и имя собственное «Союз».
Принципиальным его отличием от предшественников были возможности стыковки с другими аппаратами комплекса 7К-9К-11К, полёта на большие (вплоть до орбиты Луны) расстояния, входа в земную атмосферу со второй космической скоростью и посадки в заданном районе территории Советского Союза. Отличительной чертой «Союза» стала компоновка. Он состоял из трёх отсеков: бытового (БО), приборно-агрегатного (ПАО) и спускаемого аппарата (СА). Такое решение позволило обеспечить приемлемый обитаемый объём для экипажа из двух-трёх человек без существенного роста массы конструкции корабля. Дело в том, что спускаемые аппараты «Востоков» и «Восходов», покрытые слоем теплозащиты, содержали системы, нужные не только для спуска, но и для всего орбитального полёта. Вынеся их в другие отсеки, не имеющие тяжёлой теплозащиты, проектанты могли заметно сократить общий объём и массу спускаемого аппарата, а значит, значительно облегчить весь корабль.
Надо сказать, что по принципам разбиения на отсеки «Союз» мало чем отличался от своих заокеанских конкурентов — кораблей Gemini и Apollo. Однако американцам, обладающим большим преимуществом в области микроэлектроники с высоким ресурсом, удавалось создавать сравнительно компактные аппараты, не разделяя жилой объём на независимые отсеки.
Из-за симметричного обтекания при возвращении из космоса сферические спускаемые аппараты «Востоков» и «Восходов» могли совершать лишь неуправляемый баллистический спуск с достаточно большими перегрузками и невысокой точностью. Опыт первых полётов показал, что эти корабли при посадке могли отклоняться от заданной точки на сотни километров, что значительно затрудняло работу специалистов по поиску и эвакуации космонавтов, резко увеличивая контингент сил и средств, привлекаемых для решения этой задачи, зачастую заставляя их рассредоточиваться по огромной территории. Например, «Восход-2» сел со значительным отклонением от расчётной точки в таком труднодоступном месте, что поисковики лишь на третьи (!) сутки смогли эвакуировать экипаж корабля.
Спускаемый аппарат «Союза» обрёл сегментально-коническую форму «фары» и при выборе определённой центровки летел в атмосфере с балансировочным углом атаки. Несимметричное обтекание порождало подъёмную силу и давало аппарату «аэродинамическое качество». Этим термином определяется отношение подъёмной силы к лобовому сопротивлению в поточной системе координат при данном угле атаки. У «Союза» оно не превышало 0,3, но этого хватало, чтобы на порядок (с 300—400 км до 5—10 км) повысить точность приземления и вдвое-второе (с 8—10 до 3—5 единиц) снизить перегрузки при спуске, делая посадку гораздо более комфортной.
«Комплекс сборки космических аппаратов на орбите спутника Земли» не был реализован в первоначальном виде, но стал родоначальником многочисленных проектов. Первым был 7К-Л1 (известен под открытым названием «Зонд»). В 1967-1970 годах по этой программе было предпринято 14 попыток запуска беспилотных аналогов этого пилотируемого корабля, 13 из которых имели целью облёт Луны. Увы, по разным причинам лишь три можно считать успешными. До пилотируемых миссий дело не дошло: после облёта Луны американцами и высадки на лунную поверхность интерес руководства страны к проекту угас, и 7К-Л1 закрыли.
Лунный орбитальный корабль 7К-ЛОК был частью пилотируемого лунного комплекса Н-1 — Л-3. В период с 1969 по 1972 год советская сверхтяжёлая ракета Н-1 стартовала четырежды, и каждый раз с аварийным исходом. Единственный «почти штатный» 7К-ЛОК погиб при аварии 23 ноября 1972 года в последнем пуске носителя. В 1974 году проект советской экспедиции на Луну был остановлен, а в 1976 году отменён окончательно.
В силу разных причин как «лунные», так и «орбитальные» ответвления проекта 7К-9К-11К не прижились, а вот семейство пилотируемых кораблей для проведения «тренировочных» операций по встрече и стыковке на околоземной орбите состоялось и получило развитие. Оно отпочковалось от темы «Союз» в 1964 году, когда было принято решение отработать сборку не в лунных, а в околоземных полётах. Так появился 7К-ОК, получивший в наследство имя «Союз». Основные и вспомогательные задачи первоначальной программы (управляемый спуск в атмосфере, стыковка на околоземной орбите в беспилотном и пилотируемом вариантах, переход космонавтов из корабля в корабль через открытый космос, первые рекордные автономные полёты на длительность) удалось решить за 16 запусков «Союзов» (восемь из них прошли в пилотируемом варианте, под «родовым» именем) до лета 1970 года.
⇡ Оптимизация задач
В самом начале 1970-х годов Центральное конструкторское бюро экспериментального машиностроения (ЦКБЭМ, так с 1966 года стало называться ОКБ-1) на базе систем корабля 7К-ОК и корпуса орбитальной пилотируемой станции ОПС «Алмаз», спроектированной в ОКБ-52 В. Н. Челомея, разработало долговременную орбитальную станцию ДОС-7К («Салют»). Начало эксплуатации этой системы лишало смысла автономные полёты кораблей. Космические станции обеспечивали получение гораздо большего объёма ценных результатов из-за более длительной работы космонавтов на орбите и наличия места для установки различной сложной исследовательской аппаратуры. Соответственно, корабль, доставляющий экипаж к станции и возвращающий его на Землю, из многоцелевого превращался в одноцелевой транспортный. Эта задача была возложена на пилотируемые аппараты серии 7К-Т, созданные на базе «Союзов».
Две катастрофы кораблей на базе 7К-ОК, произошедшие за сравнительно короткий период времени («Союз-1» 24 апреля 1967 года и «Союз-11» 30 июня 1971 года), заставили разработчиков пересмотреть концепцию безопасности аппаратов данной серии и провести модернизацию ряда основных систем, что негативно сказалось на возможностях кораблей (резко уменьшился срок автономного полёта, экипаж сократился с трёх до двух космонавтов, которые совершали теперь полёт на ответственных участках траектории одетыми в аварийно-спасательные скафандры).
Эксплуатация транспортных кораблей типа 7К-Т при доставке космонавтов на орбитальные станции первого и второго поколения продолжилась, но выявила ряд крупных недостатков, обусловленных несовершенством служебных систем «Союза». В частности, управление движением корабля по орбите было слишком «привязано» к наземной инфраструктуре сопровождения, управления и выдачи команд, а используемые алгоритмы не страховались от ошибок. Поскольку СССР не имел возможности разместить наземные пункты связи по всей поверхности земного шара вдоль трассы, полёт космических кораблей и орбитальных станций значительную часть времени проходил вне зоны радиовидимости. Зачастую экипаж не мог парировать нештатные ситуации, возникающие на «глухой» части витка, а интерфейсы «человек — машина» были настолько несовершенными, что не позволяли в полной мере использовать возможности космонавта. Запас топлива для маневрирования оказался недостаточен, часто не позволяя осуществить повторные попытки стыковки, например при возникновении сложностей во время сближения со станцией. Во многих случаях это приводило к срыву всей программы полёта.
Для пояснения того, как разработчикам удалось справиться с решением этой и ряда других проблем, следует отступить немного назад во времени. Вдохновлённый успехами головного ОКБ-1 в области пилотируемых полётов, Куйбышевский филиал предприятия — ныне Ракетно-космический центр (РКЦ) «Прогресс» — под руководством Д. И. Козлова в 1963 году начал проектные проработки по военно-исследовательскому кораблю 7К-ВИ, который, кроме прочего, предназначался для разведывательных миссий. Не будем обсуждать саму проблему присутствия человека на спутнике-фоторазведчике, которая сейчас кажется по меньшей мере странной, — скажем лишь, что в Куйбышеве на основе технических решений «Союза» был сформирован облик пилотируемого аппарата, в значительной мере отличающегося от прародителя, но ориентированного на запуск с помощью ракеты-носителя того же семейства, что выводило корабли типа 7К-ОК и 7К-Т.
Проект, в который закладывалось несколько изюминок, космоса так и не увидел, и был закрыт в 1968 году. Основной причиной обычно считают стремление руководства ЦКБЭМ монополизировать тематику пилотируемых полётов в головном конструкторском бюро. Оно предложило вместо одного корабля 7К-ВИ спроектировать орбитальную исследовательскую станцию (ОИС) «Союз-ВИ» из двух компонентов — орбитального блока (ОБ-ВИ), разработку которого поручили филиалу в Куйбышеве, и пилотируемого транспортного корабля (7К-С), который проектировался своими силами в Подлипках.
Были задействованы многие решения и наработки, сделанные как в филиале, так и в головном КБ, однако заказчик — Министерство обороны СССР — признал более перспективным средством разведки уже упоминавшийся комплекс на основе ОПС «Алмаз».
Несмотря на закрытие проекта «Союз-ВИ» и переброску значительных сил ЦКБЭМ на программу создания ДОС «Салют», работы по кораблю 7К-С продолжились: военные готовы были использовать его для проведения автономных экспериментальных полётов с экипажем из двух человек, а разработчики видели в проекте возможность создания на основе 7К-С модификаций корабля различного целевого назначения.
Интересно, что проектированием занималась команда специалистов, не связанная с созданием 7К-ОК и 7К-Т. Поначалу разработчики пытались, сохранив общую компоновку, улучшить такие характеристики корабля, как автономность и способность к маневрированию в широких пределах, путём изменения силовой конструкции и мест расположения отдельных модифицированных систем. Однако по мере продвижения проекта стало ясно, что кардинальное улучшение функциональности возможно лишь путём внесения принципиальных изменений.
В конечном итоге проект имел коренные отличия от базовой модели. 80% бортовых систем 7К-С были разработаны заново или значительно модернизированы, в аппаратуре применена современная элементная база. В частности, новая система управления движением «Чайка-3» строилась на базе бортового цифрового вычислительного комплекса на основе компьютера «Аргон-16» и бесплатформенной инерциальной навигационной системы. Принципиальным отличием системы стал переход от прямого управления движением по данным измерений к управлению на основе корректируемой модели движения корабля, реализованной в бортовом компьютере. Датчики навигационной системы измеряли угловые скорости и линейные ускорения в связанной системе координат, которая, в свою очередь, моделировались в компьютере. «Чайка-3» рассчитывала параметры движения и автоматически управляла кораблём в оптимальных режимах с наименьшим расходом топлива, вела самоконтроль с переходом — в случае необходимости — на резервные программы и средства, выдавая экипажу информацию на дисплей.
Принципиально новым стал пульт космонавтов, установленный в спускаемом аппарате: основные средства отображения информации имели командно-сигнальные пульты матричного типа и комбинированный электронный индикатор на основе кинескопа. Принципиально новыми были приборы обмена информацией с бортовым компьютером. И пусть первый отечественный электронный дисплей обладал (как шутили некоторые специалисты) «интерфейсом куриного интеллекта», это уже был значительный шаг к тому, чтобы перерезать информационную «пуповину», связывающую корабль с Землёй.
Была разработана новая двигательная установка с единой топливной системой для основного двигателя и микродвигателей причаливания и ориентации. Она стала надёжнее и вмещала больший запас топлива, чем раньше. На корабль вернули солнечные батареи, снятые после «Союза-11» для облегчения, усовершенствовали систему аварийного спасения, парашюты и двигатели мягкой посадки. При этом корабль внешне оставался очень похож на прототип 7К-Т.
В 1974 году, когда Минобороны СССР решило отказаться от автономных военно-исследовательских миссий, проект переориентировали на транспортные полёты к орбитальным станциям, а численность экипажа довели до трёх человек, одетых в обновлённые аварийно-спасательные скафандры.
⇡ Другой корабль и его развитие
Корабль получил обозначение 7К-СТ. По совокупности многочисленных изменений ему даже планировали дать новое имя — «Витязь», однако в итоге обозначили как «Союз Т». Первый беспилотный полёт новый аппарат (ещё в варианте 7К-С) совершил 6 августа 1974 года, а первый пилотируемый «Союз Т-2» (7К-СТ) стартовал лишь 5 июня 1980 года. Столь длительный путь к регулярным миссиям обуславливался не только сложностью новых решений, но и определённым противодействием «старой» команды разработчиков, которые параллельно продолжали доработки и эксплуатацию 7К-Т — в период с апреля 1971 года по май 1981 года «старый» корабль 31 раз слетал под обозначением «Союз» и 9 раз как спутник «Космос». Для сравнения: с апреля 1978 года по март 1986 года 7К-С и 7К-СТ совершил 3 беспилотных и 15 пилотируемых полётов.
Тем не менее, завоевав место под солнцем, «Союз Т» со временем стал «рабочей лошадкой» отечественной пилотируемой космонавтики — именно на его базе началось проектирование следующей модели (7К-СТМ), предназначенной для транспортных полётов к высокоширотным орбитальным станциям. Предполагалось, что ДОС третьего поколения будут работать на орбите с наклонением 65° для того, чтобы трасса их полёта захватывала большую часть территории страны: при запуске на орбиту с наклонением 51° всё, что остаётся севернее трассы, недосягаемо для приборов, предназначенных для наблюдения с орбиты.
Поскольку ракета-носитель «Союз-У» при запуске аппаратов к высокоширотным станциям недобирала примерно 350 кг массы полезного груза, она не могла вывести на нужную орбиту корабль в штатной комплектации. Необходимо было компенсировать потери грузоподъёмности, а также создать модификацию корабля, обладающую повышенной автономностью и ещё большими возможностями для маневрирования.
Проблему с ракетой решили переводом двигателей второй ступени носителя (получил обозначение «Союз-У2») на новое высокоэнергетическое синтетическое углеводородное горючее «синтин» («циклин»).
«Циклиновый» вариант ракеты-носителя «Союзу-У2» летал с декабря 1982 года по июль 1993 года. Фото Роскосмоса
А корабль переделали, оснастив усовершенствованной двигательной установкой повышенной надёжности с увеличенным запасом топлива, а также новыми системами - в частности, старую систему сближения («Игла») заменили новой («Курс»), позволяющей проводить стыковку без переориентации станции. Теперь все режимы нацеливания, в том числе на Землю и Солнце, могли выполняться либо автоматически, либо при участии экипажа, а сближение осуществлялось на основе расчётов траектории относительного движения и оптимальных манёвров — они выполнялись с помощью бортового компьютера при использовании информации от системы «Курс». Для дублирования был введён телеоператорный режим управления (ТОРУ), позволявший в случае отказа «Курса» космонавту со станции взять управление на себя и вручную состыковать корабль.
Корабль мог управляться по командной радиолинии или экипажем с использованием новых бортовых устройств ввода и отображения информации. Обновлённая система связи позволяла при автономном полёте связаться с Землёй через станцию, к которой летел корабль, что существенно расширяло зону радиовидимости. Вновь переделали двигательную установку системы аварийного спасения и парашюты (для куполов использовали облегчённый капрон, а для строп — отечественный аналог кевлара).
Эскизный проект на корабль следующей модели — 7К-СТМ — был выпущен в апреле 1981 года, а лётные испытания начались с беспилотного запуска «Союза ТМ» 21 мая 1986 года. Увы, станция третьего поколения оказалась всего одна — «Мир», и летала она по «старой» орбите с наклонением 51°. Но пилотируемые полёты корабля, которые начались с февраля 1987 года, обеспечили не только успешную эксплуатацию этого комплекса, но и начальный этап работы МКС.
При проектировании вышеуказанного орбитального комплекса для существенного снижения продолжительности «глухих» витков была предпринята попытка создать спутниковую систему связи, контроля и управления на основе геостационарных спутников-ретрансляторов «Альтаир», наземных пунктов ретрансляции и соответствующей бортовой радиоаппаратуры. Такая система успешно использовалась при управлении полётом во время эксплуатации станции «Мир», однако оснастить подобной аппаратурой корабли типа «Союз» в то время всё же не могли.
С 1996 года из-за высокой стоимости и отсутствия месторождений сырья на российской территории пришлось отказаться от использования «синтина»: начиная с «Союза ТМ-24» все пилотируемые корабли вернулись на носитель «Союз-У». Вновь возникла проблема недостаточной энергетики, которую предполагалось решать облегчением корабля и модернизацией ракеты.
С мая 1986 года по апрель 2002 года были запущены 33 пилотируемых и 1 беспилотный аппарат серии 7К-СТМ — все они шли под обозначением «Союз ТМ».
Следующая модификация корабля была создана для эксплуатации в международных миссиях. Её проектирование совпало с разработкой МКС, точнее со взаимной интеграцией американского проекта Freedom и российского «Мир-2». Поскольку стройку предполагалось осуществлять американскими шаттлами, которые не могли подолгу оставаться на орбите, в составе станции должен был постоянно дежурить аппарат-спасатель, способный в случае возникновения чрезвычайной ситуации безопасно вернуть экипаж на Землю.
Соединённые Штаты работали над «космическим такси» CRV (Crew Return Vehicle) на базе аппарата с несущим корпусом X-38, а Ракетно-космическая корпорация (РКК) «Энергия» (так со временем стало называться предприятие — правопреемник «королёвского» ОКБ-1) предлагала корабль капсульного типа на базе масштабно увеличенного союзовского спускаемого аппарата. И тот и другой аппараты должны были доставляться на МКС в грузовом отсеке шаттла, который, кроме того, рассматривался как основное средство полёта экипажей с Земли на станцию и обратно.
20 ноября 1998 года в космос был запущен первый элемент МКС — функционально-грузовой блок «Заря», созданный в России на американские деньги. Строительство началось. На этом этапе стороны осуществляли доставку экипажей на паритетной основе — шаттлами и «Союзами-ТМ». Большие технические сложности, вставшие на пути проекта CRV, и значительное превышение бюджета заставили прекратить разработку американского корабля-спасателя. Специальный российский корабль-спасатель тоже не был создан, но работы в этом направлении получили неожиданное (или закономерное?) продолжение.
1 февраля 2003 года при возвращении с орбиты погиб шаттл Columbia. Реальной угрозы закрытия проекта МКС не было, но ситуация оказалась критической. Стороны справились с возникшим положением, уменьшив экипаж комплекса с трёх до двух человек и приняв российское предложение о постоянном дежурстве на станции российского «Союза ТМ». Затем подтянулся модифицированный транспортный пилотируемый корабль «Союз ТМА», созданный на базе 7К-СТМ в рамках ранее достигнутого межгосударственного соглашения России и США как составная часть комплекса орбитальной станции. Главным его назначением стало обеспечение спасения основного экипажа станции и доставка экспедиций посещения.
По результатам ранее проведённых полётов международных экипажей на «Союзах ТМ» в конструкции нового корабля были учтены специфические антропометрические требования (отсюда и литера «А» в обозначении модели): среди американских астронавтов есть персоны, довольно сильно отличающиеся от российских космонавтов по росту и весу, причём как в большую, так и в меньшую сторону (см. таблицу). Надо сказать, что эта разница влияла не только на комфорт размещения в спускаемом аппарате, но и на центровку, что было важно для безопасной посадки при возвращении с орбиты и потребовало модификации системы управления спуском.
Антропометрические параметры членов экипажа кораблей «Союз ТМ» и «Союз ТМА»
| Параметры | «Союз ТМ» | «Союз ТМА» |
|---|---|---|
| 1. Рост, см | ||
| . максимальный в положении стоя | 182 | 190 |
| . минимальный в положении стоя | 164 | 150 |
| . максимальный в положении сидя | 94 | 99 |
| 2. Обхват груди, см | ||
| . максимальный | 112 | не ограничивается |
| . минимальный | 96 | не ограничивается |
| 3. Масса тела, кг | ||
| . максимальная | 85 | 95 |
| . минимальная | 56 | 50 |
| 4. Длина ступни максимальная, см | - | 29,5 |
В спускаемом аппарате «Союза ТМА» установили три вновь разработанных удлинённых кресла с новыми четырёхрежимными амортизаторами, которые регулируются по массе космонавта. Оборудование в зонах, прилегающих к креслам, перекомпоновали. Внутри корпуса спускаемого аппарата в зоне подножек правого и левого кресел сделали выштамповки глубиной около 30 мм, которые позволили разместить рослых космонавтов в удлинённых креслах. Изменился силовой набор корпуса и прокладка трубопроводов и кабелей, расширилась зона прохода через входной люк-лаз. Установлены новый пульт управления, уменьшенный по высоте, новый холодильно-сушильный агрегат, блок запоминания информации и другие новые или дорабатываемые системы. Кабину экипажа по возможности расчистили от выступающих элементов, перенеся их в более удобные места.
Органы управления и системы индикации, установленные в спускаемом аппарате «Союза ТМА»: 1 - командир и бортинженер-1 имеют перед собой интегрированные пульты управления (ИнПУ); 2 — цифровая клавиатура для введения кодов (для навигации по дисплею ИнПУ); 3 — блок управления маркером (для навигации по дисплею ИнПУ); 4 — блок электролюминесцентной индикации текущего состояния систем; 5 — ручные поворотные вентили РПВ-1 и РПВ-2, отвечающие за наполнение магистралей дыхания кислородом; 6 — электропневмоклапан подачи кислорода при посадке; 7 — командир корабля наблюдает за стыковкой через перископический «Визир специальный космонавта (ВСК)»; 8 — с помощью ручки управления движением (РУД) кораблю придаётся линейное (положительное или отрицательное) ускорение; 9 — с помощью ручки управления ориентацией (РУО) кораблю задаётся вращение; 10 — вентилятор холодильно-сушильного агрегата (ХСА), выводящего из корабля тепло и излишнюю влагу; 11 — тумблеры включения вентиляции скафандров при посадке; 12 — вольтметр; 13 — блок предохранителей; 14 — кнопка запуска консервации корабля после стыковки с орбитальной станцией
В очередной раз доработали комплекс средств приземления — он стал более надёжным и позволял уменьшить перегрузки, возникающие после спуска на запасной парашютной системе.
Проблему спасения полностью укомплектованного экипажа МКС из шести человек в конечном итоге решили одновременным нахождением на станции двух «Союзов», которые с 2011 года, после ухода шаттлов в отставку, стали единственными пилотируемыми кораблями в мире.
Для подтверждения надёжности был проведён значительный (по нынешним временам) объём экспериментальной отработки и макетирование с контрольной примеркой экипажей, включая астронавтов NASA. В отличие от кораблей предыдущих серий, беспилотных запусков не проводилось: первый старт «Союза ТМА-1» состоялся 30 октября 2002 года сразу с экипажем. Всего до ноября 2011 года было запущено 22 корабля данной серии.
