Vaatame, kuidas kosmoselaevad tegelikult tagasi tulevad – on2006. Maanduvad sõidukid

Sissejuhatus

Samuti oli mõlema seadme peamiseks sihtmärgiks Kuu. USA Kuujooksuks raha ei säästnud, sest kuni 1966. aastani oli NSV Liidul prioriteet kõigis olulistes kosmosealastes saavutustes. Esimene satelliit, esimesed Kuu jaamad, esimene inimene orbiidil ja esimene inimene avakosmoses – kõik need saavutused olid nõukogude ajast. Ameeriklased nägid vaeva, et Nõukogude Liidule "järele jõuda ja mööduda". Ja NSV Liidus varjutasid mehitatud kuuprogrammi ülesanne kosmosevõitude taustal muud kiireloomulised ülesanded, näiteks oli vaja USA-le järele jõuda arvu poolest. ballistilised raketid. Mehitatud kuuprogrammid on omaette suur vestlus, kuid siin räägime orbitaalses konfiguratsioonis sõidukitest, nagu nad kohtusid orbiidil 17. juulil 1975. aastal. Kuna Sojuzi kosmoselaev on lennanud juba aastaid ja läbinud palju modifikatsioone, siis Sojuzist rääkides peame silmas Sojuzi-Apollo lennule ajaliselt lähedasi versioone.

Käivitage sõidukid

NSV Liit otsustas uue kosmoseaparaadi Maa-lähedasele orbiidile lennutamiseks kasutada R-7 perekonna raketi uut modifikatsiooni. Kanderaketil Voskhod asendati kolmanda astme mootor võimsamaga, mis tõstis kandevõimet 6 tonnilt 7 tonnile. Laeva läbimõõt ei saanud olla suurem kui 3 meetrit, sest 60ndatel ei suutnud analoogjuhtimissüsteemid ülekaliibrilisi katteid stabiliseerida.

Vasakul on kanderaketti Sojuz skeem, paremal Sojuz-Apollo missiooni kosmoselaeva Sojuz-19 start.

USA-s kasutati orbiidilendudeks spetsiaalselt Apollode jaoks loodud kanderaketti Saturn-I, mis modifikatsioonis -I suutis orbiidile viia 18 tonni ja modifikatsioonil -IB 21 tonni. Saturni läbimõõt ületas 6 meetrit, seega olid piirangud kosmoselaeva suurusele minimaalsed.

Vasakul on sektsioonis Saturn-IB, paremal on Sojuz-Apollo missiooni kosmoselaeva Apollo start.

Suuruse ja kaalu poolest on Sojuz kergem, õhem ja väiksem kui Apollo. "Sojuz" kaalus 6,5-6,8 tonni ja selle maksimaalne läbimõõt oli 2,72 m. "Apollo" maksimaalne mass oli 28 tonni (Kuu versioonis ei olnud kütusepaagid Maa-lähedastel missioonidel täielikult täidetud) ja maksimaalne läbimõõt 3, 9 m

Välimus

"Sojuz" ja "Apollo" viisid selle juba ellu standardskeem laeva jagamine sektsioonideks. Mõlemal laeval oli instrumentide-agregaatide kamber (USA-s nimetatakse seda teenindusmooduliks), laskumissõiduk (käsumoodul). Sojuzi laskumissõiduk osutus väga kitsaks, mistõttu lisati laevale majapidamiskamber, mida sai kasutada ka kosmosekäikudel õhulukuna. Sojuz-Apollo missioonil oli Ameerika laeval ka kolmas moodul, spetsiaalne õhulukk laevadevaheliseks üleminekuks.

Nõukogude traditsiooni kohaselt lasti Sojuz vette täielikult katte all. See võimaldas mitte hoolida laeva aerodünaamikast stardi ajal ning paigutada välispinnale hapraid antenne, andureid, päikesepaneele ja muid elemente. Samuti on majapidamisruum ja laskumissõiduk kaetud ruumi soojusisolatsioonikihiga. Apollod jätkasid Ameerika traditsiooni - kanderakett suleti vaid osaliselt, nina kattis ballistiline kate, mis tehti konstruktsiooniliselt koos päästesüsteemiga ja sabast suleti laev adapteri ümbrisega.

"Sojuz-19" lennul, tulistades "Apollo" pardalt. Tumeroheline kate - soojusisolatsioon

Apollo, Sojuzist tulistatud. Peamootoril tundub, et värv on kohati paisunud

Hilisema modifikatsiooni "liit" kontekstis

"Apollo" lõikes

Laskumissõiduki kuju ja termokaitse

Sojuzi ja Apollo laskumissõidukid on üksteisega sarnasemad, kui nad olid eelmised põlvkonnad kosmoselaevad. NSV Liidus loobusid disainerid kerakujulisest laskumissõidukist – Kuult naastes eeldaks see väga kitsast sisenemiskoridori (maksimaalne ja minimaalne kõrgus mille vahele on vaja edukaks maandumiseks pääseda) tekitaks üle 12 g ülekoormuse ning maandumisala mõõdetaks kümnetes, kui mitte sadades kilomeetrites. Kooniline laskuvsõiduk tekitas atmosfääris pidurdamisel tõstejõu ja muutis pöördel suunda, kontrollides lendu. Maa orbiidilt naastes vähenes ülekoormus 9-lt 3-5 g-le ja Kuult naastes - 12-lt 7-8-le. Kontrollitud laskumine laiendas oluliselt sisenemiskoridori, suurendades maandumise usaldusväärsust ja vähendas oluliselt maandumisala suurust, hõlbustades astronautide otsimist ja evakueerimist.

Asümmeetrilise voolu arvutamine koonuse ümber atmosfääris pidurdamisel

Sojuzi ja Apollo laskumissõidukid

Apollo jaoks valitud 4 m läbimõõt võimaldas teha koonuse, mille poolnurk on 33°. Sellise laskumissõiduki aerodünaamiline kvaliteet on umbes 0,45 ja selle külgseinad pidurdamisel praktiliselt ei kuumene. Kuid selle puuduseks oli kaks stabiilset tasakaalupunkti – Apollo pidi atmosfääri sisenema nii, et põhi oli orienteeritud lennusuunas, sest kui ta külgsuunas atmosfääri sisenes, võis ta ümber keerata "nina ettepoole" asendisse ja astronaudid tappa. Sojuzi 2,7 m läbimõõt muutis sellise koonuse ebaratsionaalseks – liiga palju ruumi läks raisku. Seetõttu loodi "esitulede" tüüpi laskumissõiduk, mille poolnurk oli vaid 7°. See kasutab ruumi tõhusalt, sellel on ainult üks stabiilne tasakaalupunkt, kuid selle tõstejõu ja tõmbe suhe on väiksem, suurusjärgus 0,3, ja külgseinte jaoks on vajalik termiline kaitse.

Kuumakaitsekattena kasutati juba meisterdatud materjale. NSV Liidus kasutati kangapõhiseid fenoolformaldehüüdvaikusid ja USA-s klaaskiudmaatriksil epoksüvaiku. Toimimismehhanism oli sama – termokaitse põles ja varises kokku, tekitades laeva ja atmosfääri vahele lisakihi ning põlenud osakesed võtsid enda peale ja kandsid endaga kaasa soojusenergiat.

Soojuskaitsematerjal "Apollo" enne ja pärast lendu

Käiturisüsteem

Sojuz-19 toide, mootori düüsid on selgelt nähtavad

Apollo suhtumine tõukurid lähivõttes

maandumissüsteem

Apollo maandumismuster

NSV Liidus lossisid nad traditsiooniliselt laeva maismaal. Ideoloogiliselt arendab maandumissüsteem Voshhodovi langevarjuga maandumist. Pärast langevarjukonteineri kaane allalaskmist lastakse järjest välja heitgaasi-, pidurdus- ja põhilangevarjud (süsteemi rikke korral paigaldatakse varu). Laev laskub ühel langevarjul, 5,8 km kõrgusel langeb kuumakilp ja ~1 m kõrgusel aktiveeritakse pehme maandumisega reaktiivmootorid (SLL). Süsteem osutus huvitavaks - DMP töö loob suurejoonelisi kaadreid, kuid maandumismugavus varieerub väga laias vahemikus. Kui astronautidel veab, on löök maapinnale peaaegu märkamatu. Kui ei, siis võib laev tundlikult vastu maad põrutada ja kui üldse ei vea, siis läheb ka külili ümber.

Maandumismuster

DMP täiesti normaalne töö

Laskumissõiduki põhi. Kolm ringi ülalt - DMP, veel kolm - vastasküljelt

Hädaabisüsteem

Vasakult paremale SAS "Apollo", SAS "Sojuz", SAS "Sojuz" erinevad versioonid

Termoregulatsiooni süsteem

EVA pakkumise vahendid

EVA "Apollo 9"

Dokkimissüsteem

Dokkimismehhanism "Apollo". Muide, seda kasutati ka Sojuz-Apollo programmis, selle abiga dokis õhulukuga käsumoodul

Sojuzi dokkimismehhanismi skeem, esimene versioon

"Sojuz-19", eestvaade. Dokkimisjaam on selgelt nähtav

Kabiin ja varustus

Juhtpaneel, vaade vasakult istmelt

Kontrollpaneel. Vasakul on lennu juhtnupud, keskel - asendikontrolli mootorid, üleval hädanäidikud, all side. Paremal küljel on kütuse-, vesiniku- ja hapnikuindikaatorid ning võimsuse juhtimine

Kuigi Sojuzi varustus oli lihtsam, oli see Nõukogude laevade jaoks kõige arenenum. Laeval oli esimene parda digitaalne arvuti ja laeva süsteemides olid seadmed automaatseks dokkimiseks. Esimest korda kosmoses kasutati multifunktsionaalseid elektronkiiretoru indikaatoreid.

Kosmoselaeva Sojuz juhtpaneel

Toitesüsteem

Järeldus

Kuid selle edu eest maksti väga kõrget hinda. Nii Sojuz kui Apollo olid esimesed laevad, milles inimesed hukkusid. Mis veelgi kurvem, kui disaineritel, inseneridel ja töölistel oleks vähem kiire ja pärast esimesi õnnestumisi ei lakkaks kartmast ruumi, siis Komarov, Dobrovolsky, Volkov, Patsaev, Grissom, White ja Cheffee

Niisiis siseneb Maa gravitatsiooni mõjul laskuv sõiduk järk-järgult atmosfääri üha tihedamatesse kihtidesse. Mida madalam, mida suurem on õhutakistus, seda rohkem see laskumissõidukit aeglustab, seda väiksemaks muutub kiirus, seda järsemaks muutub selle laskumise trajektoor.

Mida aga tähendab "mida aeglasemaks kiirus muutub"? See tähendab, et aparaadi kineetiline energia väheneb. Ja me teame, et energia ei kao ega ilmu – see saab üle minna ainult ühest vormist teise. Sel juhul muundatakse laskumissõiduki kineetiline energia soojusenergiaks, see tähendab, et see kulub vastutuleva õhu ja laskuva sõiduki enda soojendamiseks.

Seda, kuidas energia ülekandmine ja muundamine toimub, me siin ei käsitle. Nüüd on meie jaoks oluline, et see kineetiline energia oleks tohutu – sama suur kui raskelt koormatud raudteerongil, mis kihutab kiirusega 100 km/h! Ja peaaegu kogu see tohutu energia tuleb muundada soojusenergiaks. Kui erimeetmeid ei võeta, piisab kolmandikust sellest, et kogu laskumissõiduk auruks muuta.

Aeglustamise tulemusena soojeneb laskuva sõiduki esipind temperatuurini umbes 6000°. Sellise temperatuuriga on õhk laskuva sõiduki esiseina juures. See pole enam tavaline õhk, mis koosneb lämmastiku, hapniku ja süsinikdioksiidi molekulidest, vaid lämmastiku-, hapniku- ja süsinikuaatomitest, ioonidest ja elektronidest koosnev plasma.

Pidage meeles sulamistemperatuuride tabelit erinevaid aineid. Kas selles on vähemalt üks materjal, mis sellel temperatuuril jääb tahkeks? Ei. Kõik meile teadaolevad materjalid muutuvad sellel temperatuuril vedelikuks või isegi auruks. Ja isegi kui meil oleks materjal, mis sellisel temperatuuril ei sulaks, siis sellest ei piisa. Kõige tähtsam on ju see, et pidurdamisel tekkiv tohutu soojushulk laskumissõiduki sees üle ei kanduks. Ükskõik, milline on temperatuur väljaspool laskumissõidukit, peaks see meeskonnaruumis olema normaalne, toatemperatuur. Selleks peavad laskumissõiduki seinad olema kuumuse eest hästi kaitstud, st madala soojusjuhtivusega. Kuid see pole veel kõik. Need peavad olema väga tugevad – tihedates kihtides pidurdades langeb ju laskumissõiduk tohutu surve alla. Lisaks on vajalik, et laeva seintel oleks võimalikult vähe kaalu, sest kosmoselaeval loeb iga kaalugramm.

Seega peab materjalil olema kõrge sulamistemperatuur, madal soojusjuhtivus ja kõrge tugevus ning pealegi madal erikaal. Ja kuigi meie ajal on teadlased loonud ja loovad väga erinevaid tehismaterjale, ei suuda ükski neist kõiki neid nõudeid korraga täita.

Kuidas olla? Kui see küsimus tekkis, hakkasid teadlased ja insenerid olukorrast väljapääsu intensiivselt otsima. Äkki katta kogu laskumissõiduk vaskkattega? Vasel on väga hea soojusjuhtivus ning tänu sellele eemaldub esipinnast tulev soojus laskuva sõiduki külg- ja tagaseintele (tugevalt kuumeneb ainult laeva esi-, esipind).
Kuid selline nahk kaalub terve tonni, mis tähendab, et kanderaketi stardikaalu ja sellest tulenevalt ka mootori tõukejõudu tuleb suurendada 50 tonni võrra. Lisaks jääb sel juhul peaaegu kogu soojus ikkagi laevale ja läheb järk-järgult laskumissõidukisse.

Tehti ettepanek muuta seadme esipind poorseks (ehk siis paljude pisikeste aukudega) ja laskumisel nendest pooridest läbi suruda külma vedelikku või puhuda laeva seest gaasi välja. See idee pole tegelikult halb, kuid seda on keeruline teostada, kuna kõrgetel temperatuuridel ja rõhkudel, mis tekivad laskumissõiduki esipinnal, ummistuvad poorid, sulavad jne.

Kõige tõhusama meetodi pakkusid välja Nõukogude teadlased. Nüüd kasutatakse seda meetodit kõigi laskumissõidukite – nii Nõukogude kui ka Ameerika – maale naasmisel.

Teadlased väitsid midagi sellist. Kõigile neljale nõudele vastavaid materjale praegu ei ole ja on vähetõenäoline, et neid lähiaastatel luuakse. Pole isegi materjali, mis vastaks ainult esimesele nõudele ehk oleks piisavalt kõrge sulamis- ja aurustumistemperatuuriga. Kuid lõppude lõpuks on peamine ülesanne tagada, et temperatuur meeskonnaruumis püsiks toatemperatuuril, see tähendab, et laeva pääseks võimalikult vähe soojust. Ja seda saab saavutada järgmisel viisil.

Katkem laskuva sõiduki esisein materjaliga, mis sulab ja aurustub, kuigi sellel temperatuuril sulab või aurustub. suur hulk kuumus (või, nagu teadlased ütlevad, on sellel suured faasiüleminekute varjatud kuumused) ja sulas olekus on sellel madal viskoossus (voolab kergesti). Seejärel see materjal laskumise ajal kuumeneb, sulab ja aurustub ning niipea kui see sulab, puhutakse materjali tilgad ja aurud laskuva sõiduki pinnalt õhu vastuvooluga eemale. Sellisel juhul kantakse materjali kuumutamisel, sulamisel ja aurustumisel tilkadesse ja aurudesse kogunenud soojus koos tilkade ja aurudega aparaadist eemale, selle asemel, et see sealt laeva sisemusse kanduda.

Soojusülekande vähendamiseks seadmesse tuleb selle materjali kihi alla asetada väga madala soojusjuhtivusega materjali kiht. Konstruktsiooni tugevuse saab tagada, tehes kolmanda kihi - kergetest titaanisulamitest raami ja kinnitades sellele vähesoojust juhtivast materjalist “ärakandva” kesta. Seda meetodit nimetatakse "soojuskaitseks massilise kaasahaaramise tõttu".

Just seda meetodit kasutatakse praegu kõikidel laskumissõidukitel. Nii tormab atmosfääri tihedates kihtides laskumisel laskuv sõiduk, mida ümbritseb kuuma plasma loor ja kuumakaitsematerjali tilgad. See loor ümbritseb laeva antenne ja kuna plasma ei edasta raadiolaineid, siis side Maaga katkeb. Kuid see kestab vaid paar minutit. Õhk aeglustab laeva nii palju, et kui see laskub 100 kilomeetrilt 30 kilomeetrile, väheneb selle kiirus 56 korda! Nüüd on juba võimalik toota stabiliseerivat langevarju, mille kupli läbimõõt on mitu meetrit ja 10 kilomeetri kõrgusel - peamine, mille läbimõõt on mitukümmend meetrit. Disainerid mõtlesid väga lihtsalt ja vaimukalt välja, kuidas mida teha

laev kohtuks Maa pinnaga õrnalt, ilma igasuguse löögita (ilma tõuketa). Selleks valmistatakse aparaadi alumisest küljest umbes ühe meetri pikkune tihvt. Kui see tihvt Maa pinnale sisestada, lülitab see automaatselt sisse pehme maandumisega tahkekütuse tõukurid, mille düüsid on suunatud allapoole. Selle tulemusena kustub ülejäänud kiirus.

Miks kasutatakse nii keerulist laskumise ja maandumise süsteemi? Miks mitte aeglustada laskumissõidukit rakettmootori abil algusest lõpuni? Vastus on lihtne: see on kahjumlik ja piisavalt raske laskumissõiduki jaoks on see lihtsalt võimatu.

Asi on selles. Satelliidi startimiseks ehk kiirendamiseks esimese kosmilise kiiruseni on vaja kanderaketti, mille kaal stardihetkel peaks olema ligikaudu 50 korda suurem kui satelliidi kaal. Kui tahame lennutada 5 tonni kaaluvat satelliiti, siis vajame 250 tonni kaaluvat raketti. Kui tahame satelliidi Maale tagasi saata, peame selle esimesest kosmosekiirusest nullini aeglustama – et tagada pehme maandumine. Ja selleks on vaja sama raketti, mis kaalub 200 tonni. Peame selle endaga kaasa võtma, kui laev Maalt startib. Kuid siis peame orbiidile panema mitte 5 tonni lasti, vaid juba 255 tonni. Ja selleks on vaja võtta 12 700 tonni kaaluv rakett. Raketi Maa pinnalt ülestõstmiseks peab selle tõukejõud stardis olema vähemalt veidi suurem kui algmass ehk antud juhul ligikaudu 13 000 tonni. Kuid selliseid rakette pole veel - kõige võimsam kaasaegne rakett samas kui selle tõukejõud on ligikaudu 3500 tonni.

Samuti on selge, et sellise lennu hind tõuseb kordades.

Seega on Maale maandumisel palju tulusam kasutada põhipidurduseks õhutakistust. See kehtib ka maandumisel teistele atmosfääriga planeetidele, nagu Veenus, Marss, Jupiter jne. Atmosfäärita taevakehadele, näiteks Kuule, on teine ​​teema. Selle vastu pole midagi teha – saab ainult mootoreid aeglustada.

Pöördume tagasi laeva Maale (või mõnele teisele atmosfääriga planeedile) laskumise juurde, nimelt hetkeni, mil laskumissõiduk oli just deorbiidi teinud ja Maa poole sõitnud. On väga oluline, kui järsk saab olema selle lennu trajektoor. Isegi kõige koolitatud astronaudid surevad, kui nende kehakaal on kümme kuni kolmteist korda suurem kui Maal. Tõepoolest, kujutage ette, et teie peale kuhjatakse teie enda raskusest kümnekordne koorem – see muserdab teid. Astronaudid leiavad end samast olukorrast.

Kuid ka liiga tasane trajektoor ei tohiks olla. Vastasel juhul lendab laev Maale väga pikaks ajaks, mille tagajärjel kuumeneb see liiga palju ja temperatuur selle sees muutub rohkemaks, kui astronaudid taluvad.

Mis määrab trajektoori järsuse? Kui pidurdusmootor on vajalikust kauem sisse lülitatud, läheb laskuv sõiduk liiga järsult. Täpselt sama tulemus saadakse, kui tõmbejõud on vajalikust suurem. Trajektoori järsus oleneb ka mootori düüsi suunast aeglustamisel.

See on eriti oluline kontrollimatu ballistilise laskumise korral. Kui laskumissõiduk on kuuli kujuga, siis sellisel laeval puudub aerodünaamiline kvaliteet (tõstejõud). See tähendab, et selle laskumise ajal, isegi tihedates atmosfäärikihtides, pole astronautidel mingit võimalust trajektoori muuta. Laskumine toimub mööda nn ballistilist trajektoori (sellist trajektoori mööda kukub kivi, kui visata seda mäetipust horisontaalsuunas) ja seda nimetatakse ballistiliseks ehk kontrollimatuks laskumiseks. Sellise laskumise kogu trajektoor, sealhulgas maandumiskoht, määratakse kindlaks juba hetkel, mil pidurdusmootor lakkab töötamast, kui laev on just orbiidilt lahkunud. Kui kalle on valesti seatud (näiteks seetõttu, et pidurimootor on töötanud mõne sekundi rohkem või vähem kui nõutud), maandub laskuv sõiduk oodatust mitukümmend ja isegi sadu kilomeetreid lähemale või kaugemale. Ja see tähendab, et laev võib maanduda mägedes, taigas või merel, mitte tasasel stepil. Loomulikult ei upu laskuv sõiduk ja kosmonaudid ei sure isegi siis, kui laev vette või taigasse vajus — kosmonautidel on raadiosaatja, signaalraketid, toiduvarud jne riskiga ja lisadega. raskusi. Kujutage näiteks ette, mis juhtuks, kui nad maanduks kõrge ja järsu mäe küljele.

Neid raskusi ja probleeme saab vältida, kui laskumissõidukile antakse kuju, millel on tõstejõud. Selleks peab aparaadi kuju olema lennusuuna suhtes asümmeetriline. Just selline segment-koonusekujuline kuju on tänapäevastel laskumissõidukitel.

Kui laskuva sõiduki telg langeb kokku lennusuunaga (ründenurk on null), on tõstejõud null. Muutes ründenurka, st laskuva sõiduki kallet lennutelje suhtes, suurendavad või vähendavad kosmonaudid seeläbi tõstejõudu ning saavad tänu sellele muuta laskumistrajektoori ja valida maandumiskoha. Lisaks saab sel viisil reguleerida ka ülekoormusi.

Selline laskumissõiduk lendab segmendiosaga ette. Selles asendis on õhutakistus palju suurem kui siis, kui see lendaks koonusekujuliselt edasi. Ja mida suurem on vastupanu, seda kiiremini laev aeglustab. Kui veesõiduk lendaks koonusekujuliselt edasi, läheneks see Maa pinnale liiga suure kiirusega.

Segment-koonilised laskumissõidukid 20-30 kilomeetri kõrguselt laskuvad langevarjuga, nagu sfäärilised.

Esimeste kosmoselaevade startidest, esmalt Maa tehissatelliitide orbiitidele ning seejärel Kuu ja planeetide uurimiseks, sai praktilise astronautika esimene etapp. Seoses eelseisva mehitatud lennuga kosmosesse nõuti aga kosmoselaeva (või selle osa) Maale tagasitoomist. Kosmoselaevade lennud Kuu ja planeetide uurimiseks olid omakorda vajalikud uuritavale taevakehale maandumise probleemi lahendamiseks. Nende probleemide lahendamise raskendas kosmoselaevade suur kiirus. Kosmoselaevade lennukiirused Maa ja teiste kehade suhtes Päikesesüsteem vahemikus 2,4 km/s Kuu puhul kuni 60 km/s Jupiteri puhul. Ja see sõltub algsest nullkiirusest planeedist kaugel (nagu eksperdid ütlevad, kiirused lõpmatus). Suurel algkiirusel, st nullist erinevatel kiirustel, on kohtumise kiirus veelgi suurem.

Isegi kui kosmoseaparaat orbiidile viiakse tehissatelliit Taevakeha puhul on kiirus selle keha suhtes vaid umbes 1,4 korda väiksem (näiteks Kuu puhul - 1,7 km / s, Jupiteri puhul - umbes 43 km / s). Kosmoselaeva otsene kokkupõrge taevakehaga viib sellistel kiirustel aparatuuri täieliku hävimiseni ja hävimiseni. Seetõttu oli Maale või mõnele teisele planeedile maandumiseks vaja vähendada kosmoselaeva kiirust vastuvõetava väärtuseni. Veelgi enam, selle kiiruse langus peaks olema üsna sujuv, et tagada astronautide ohutus Maale naasmisel, kuid see võib olla terav ka planeetidevaheliste jaamade jaoks teistele planeetidele maandumisel ja automaatsete sektsioonide tagasipöördumisel orbiidil olevatest teadusjaamadest. ..

Raadioülekannetes ja ajalehtedes on väljend "Pärast avakosmoses tehtud tööde edukat lõpetamist Maa tehissatelliidi orbiidil naasid laskumissõidukiga astronaudid turvaliselt Maale." Miks siis laskumissõidukis, mitte kosmoselaevas Sojuz, kuhu kosmonaudid Saljutist siirdusid?

Mõiste "laskuv sõiduk" ilmus astronautika arengu teatud etapis. See mõiste ei ole omane varem leiutatud, tuttavamatele liikidele. maismaatransport Kabiin: maantee- ja raudtee-, mere- ja õhulaevad. Kõik need maismaatranspordi liigid jõuavad sihtkohta sel kujul, nagu nad teele asusid. Me ei näinud ega kuulnud, et reisija, olles rongile läinud, saabus sihtjaama eraldi kupees ilma rongita. Jah, ja lennuk paneb reisija, laskudes täielikult, algsel kujul, lennuvälja rajale.

Mis siin lahti on? Miks kasutatakse kosmoselaevade maandumiseks tavaliselt eraldi osi?

Enne nendele küsimustele vastamist mõelgem ja võrrelgem, millise kiirusega liiguvad meile tuttavad maismaatranspordi liigid, aga ka kosmoselaevad ja automaatjaamad. Mere- ja jõelaevade maksimaalne sõidukiirus on 10–20 m/s (36–72 km/h), autod 20–40 m/s (72–144 km/h), kiirrongid kuni 60 m/h. s (umbes 200 km / h), reisilennukid - 80-250 m / s (300-900 km / h). Kosmoselaevad lendavad 2–3 suurusjärku suurema kiirusega. Selleks, et keha saaks Maa tehissatelliidiks, on vaja seda teavitada kiirusest umbes 8000 m/s, planeetidevaheliste jaamade jaoks nagu "Veenus" ja "Marss" - rohkem kui 11500 m/s. Lennu puhul veelgi kaugematele planeetidele on vaja veelgi suuremat kiirust.

Pange tähele, et Maa tehissatelliidi kiirus umbes 8 km/s on 10 korda suurem kui relvast tulistatud kuuli kiirus. Ligikaudu kuulikiirusel lendas vaid üks parun Münchausen, kes sõitis kahurikuuliga ja juba siis oli see muinasjutus. Ja nüüd on Maa tehissatelliidi orbiidil oleva kosmoselaeva tüüpilised kiirused 10–20 korda suuremad kui kahurikuulil. Ja kosmoselaeva sees ja orbitaaljaam astronaudid elavad ja töötavad.

Kosmoselaeva liikumise kineetiline energia on väga kõrge. Kui näiteks isegi väiksematel kiirustel kuul takistust tabades tugevalt deformeerub ja kuumeneb, siis mis juhtub tohutu kiirusega kosmoseaparaadiga, kui see tabab Maa pinda või mõnda teist Päikesesüsteemi keha?

Selliseid "katsetusi" on looduses väga palju. Kuu ja mõne muu Päikesesüsteemi keha pinnal on palju erineva suurusega kraatreid - meetritest kuni 200 kilomeetrini või rohkem. Kuul on neid näha juba väikese teleskoobiga, sama selge selgusega sai nähtavaks ka teiste päikesesüsteemi kehade pind pärast kosmoselaevade lendu neile. Need kraatrid on tekkinud meteoroidide ja muude suhteliselt väikese massiga taevakehade kukkumise tõttu. Selliseid kraatreid on Maal. Nende hulka kuuluvad kuulus Arizona kraater, aga ka uuemad väikesed kraatrid Sikhote-Alini meteoriidi langemisest ja teised.

Lisaks hävitamisele kuumutatakse langev keha tohutu kineetilise energia muundamise tõttu soojuseks koletu temperatuurini. Näiteks kiirusega 8 km / s lendava Maa tehissatelliidi energia on 32 MJ kilogrammi massi kohta ja kosmilise keha, mis lendab Jupiteri suhtes teise kosmilise kiirusega (60 km / s) energia 1800 MJ kilogrammi massi kohta. Kui näiteks jää sulatada ja seejärel saadud vett kuumutada, kuni see täielikult aurustub, kulub iga kilogrammi massi kohta ainult rohkem kui 3 MJ. Kui metallid kuumutatakse sulamiseni, millele järgneb nende keetmine kuni täieliku aurustumiseni, on iga kilogrammi massi jaoks vaja 8 MJ raua, 6,5 MJ vase, 7,16 MJ magneesiumi ja 11,6 MJ alumiiniumi jaoks.

Järelikult, kui kogu kineetiline energia, isegi kui tegemist on Maa tehissatelliidiga, muundatakse soojuseks, siis see kõik aurustub, olenemata sellest, mis materjalist see on valmistatud. Võrdluseks märgime, et kui kogu kiirusega 60 m / s (200 km / h) kihutava kiirrongi kineetiline energia muutub soojuseks ja läheb täielikult rongi soojendamiseks, siis see on valmistatud alumiinium-magneesiumisulamitest. , soojeneb ainult 1°C. Sellise kuumutamise erinevuse määrab asjaolu, et liikuva keha kineetiline energia ei suurene mitte lineaarselt kiiruse suurenemisega, vaid võrdeliselt kiiruse ruuduga.

Kõik need hinnangud näitavad, kui tähtis ja vastutusrikas ülesanne seisis kosmoselaevade disaineritel astronautide ohutu tagasipöördumise tagamisel Maale, ning näitavad samal ajal, milliste hiiglaslike energiatega tuli toime tulla. Sel juhul oli kaks võimalust: kosmoselaeva aeglustamine, märkimisväärse energia kulutamine ja kosmoselaeva piisavalt tõhusa termilise kaitse tagamine kuumenemise eest planeedi atmosfääris aeglustamisel. Loomulik soov oli siin vähendada aeglustamisele kuluvat energiahulka või seoses suurte energiavoogudega tagada suhteliselt väikesele massile termiline kaitse, kuid loomulikult mitte astronautide lennuohutuse vähendamise arvelt. laskumine Maale.

See probleem on kergesti lahendatav, kui piirdume ülesandega päästa mitte kogu kosmoselaev, vaid ainult selle osa, mida nimetatakse laskumissõidukiks. Sellesse eraldi kambrisse on täiesti võimalik paigutada nii teiste planeetide kui ka astronautide ja mehitatud lennu järel Maale toimetatud materjalid uurimiseks vajalikke seadmeid.

Niisiis on laskumissõidukid ette nähtud teaduskosmonauti Maale toimetamiseks või teadusaparatuuri toimetamiseks teisele planeedile, et selle atmosfääris või pinnal teadustööd teha.

laskumissõiduki otstarve

Maalähedaste lendude tingimustes on laskumissõiduk mõeldud astronaudi Maale toimetamiseks pärast uurimisprogrammi läbimist Maa tehissatelliidi orbiidil, samuti nende uuringute materjale foto- ja filmifilmide kujul, tehnoloogiliste katsete tulemused jne. Päikesesüsteemi kehade uurimiseks mõeldud automaatse kosmosejaama laskumissõiduk on ette nähtud teaduslike seadmete kompleksi toimetamiseks planeedi pinnale. Selle varustuse abil pildistatakse maandumiskoht ja edastatakse pilt Maale, uuritakse pinnase keemilisi ja mehaanilisi omadusi. Määratakse atmosfääri keemiline koostis (kui see on olemas), valgustus atmosfääris ja pinnal, tuule kiirus, aerosoolide olemasolu ja palju muud.

Laskumissõidukid võivad kosmonaute-uurijaid toimetada teistele kehadele (eriti Kuule) ja seejärel määrata laskumissõiduki osa abil planeedi tehissatelliidi orbiidile suunamise põhilaevaga dokkimiseks. Ja seejärel toimetab põhilaeva laskumissõiduk astronaudid Maale. Ilma kosmonaudita laskumissõidukid, mis on varustatud automaatse seadmega, võivad sisaldada ka tagasisõidulava.

Näiteks Kuu pinnale maandunud jaam Luna-16 sisaldas tagasitulekulava. Pärast laskumissõiduki laadimist Kuu pinnasega lasti välja tagasisõidurakett Kuul asuva laskumissõiduki baasilt. Käivitamine viidi mööda kohalikku vertikaali ülespoole, ilma Kuu tehissatelliidi orbiidile sisenemata ja väike laskuv sõiduk saabus Maale mööda lennutrajektoori. Oma koosseisus oli tagasilaval raketiüksus (kütusepaakidega tõukejõusüsteem), instrumendiruum ja Maale maandumiseks mõeldud laskumissõiduk. Laskumissõiduk toimetas Maale Kuu pinnase proovid, mis viidi üle teadusasutustele uurimistööks.

Kosmoselaevade laskumissõidukid moodustavad oma konstruktsioonilt kaks suurt rühma. Need on laskumissõidukid, mis on ette nähtud maandumiseks Maa tüüpi ja tihedama atmosfääriga planeetidele, ning laskumissõidukid, mis on mõeldud maandumiseks päikesesüsteemi kehadele, millel pole atmosfääri. Esimese koostisesse kuulub eeltingimusena kuumusvarjestuskate, et hoida laskumissõidukit atmosfääri ülemistes kihtides pidurdamisel ülekuumenemise eest. Reeglina kasutatakse langevarjusüsteemi aeglustuse viimases osas, et teha laskumissõiduki pehme maandumine.

Teine rühm laskumissõidukeid ei vaja kuumakaitsekatet, mis kaitseb neid atmosfääris pidurdamise ajal, sest atmosfäär ise puudub. Ka langevari on vaakumis kasutu, kuna selle varikatust pole millegagi täita. Mitteatmosfäärilise kere laskumissõiduki põhielement on rakettmootorid, mis suudab suhteliselt pika töö ajal vähendada kosmosest lähenemise kiirust ebaolulise väärtuseni suurusjärgus 1–10 m/s. Haruldase atmosfääriga planeedile (näiteks planeedile Mars) maandumisel kasutatakse järjestikku mõlemat meetodit: aerodünaamilist pidurdamist atmosfääris langevarjuga laskumisega ja lõpppidurdust jõusüsteemi töö tõttu.

Niisiis on laskumissõiduk seade, mis on ette nähtud pehmeks maandumiseks Maale või mõnele teisele päikesesüsteemi kehale, et kaitsta inimest või teadusseadmeid suurte ülekoormuste ja soojusvoogude eest atmosfääri pidurdamise ajal.

ATmosfääris pidurdamine

Seni on kosmoselaevade maandumiseks Maale ja Veenusele kasutatud Maa tüüpi või tihedama atmosfääriga planeetide laskumissõidukeid. Atmosfääriga planeetidele maandumiseks mõeldud kronoloogiliselt laskuvad sõidukid ilmusid varem kui mitteatmosfääriliste planeetide laskumissõidukid. Esimene laskumissõiduk maandus Maale 1960. aasta mais. See oli mehitamata satelliit, mis oli mõeldud mehitatud kosmosesselendu kõigi etappide väljatöötamiseks. Kosmoselaeva esimene maandumine mitteatmosfäärilisele kehale (Kuule) viidi läbi 3. veebruaril 1966 (“Luna-9”).

Tõsi, kosmoselaev tabas Kuud juba 1959. aastal, kuid see juhtus laskumissõiduki puudumisel ja kokkupõrge Kuu pinnale lõppes kosmoselaeva täieliku hävimisega. Vimplite eriline (mahuline) paigutus võimaldas aga osa neist kahjustamata jätta.

Nagu juba mainitud, on kosmoseaparaadi lennukiiruse vähendamiseks kaks peamist võimalust: kasutada tõukejõusüsteemi, mis sarnaneb sellega, mida kasutati satelliidi orbiidile viimisel, ja pidurdamine planeedi atmosfääris. Esimene meetod nõuab hiiglasliku kiiruse kustutamiseks suurt kogust kütust ja praegu peetakse atmosfääriga planeetide puhul keemilise kütuse kasutamist ebaökonoomseks.

Pidurdamine kosmiliste kehade atmosfääris on looduses tavaline nähtus. Tänu atmosfääri olemasolule leiame Maalt langenud "taevakivid", mida nimetatakse meteoriitideks. Neid on kivist, rauast ja vahepealset tüüpi. Maale langenud meteoriidid on nende orbiitidel lennanud ja Maaga kokku põrganud msteoroidide jäänused. Kolossaalse alglennukiirusega atmosfääri läbimine on taevase külalise jaoks kulukas. Suurem osa sellest on sulanud, aurustunud ja hajutatud atmosfääris. Aga õnneks mitte kõik, muidu ei peaks me meteoriite leidma.

Asi on selles, et vabanenud soojusenergiat ei kasutata täielikult meteoroidi ega kosmoseaparaadi soojendamiseks (seetõttu olid varem antud hinnangud kogu langeva keha kineetilise energia muundamise kohta soojuseks liialdatud). Soojusenergia olemus on selline, et see kipub erineva intensiivsusega levima igas suunas. Ja atmosfääris pidurdades kandub soojusenergia (ja reeglina suurem osa sellest) atmosfääri.

Ja veel, meteoroidi kiirus Maaga kohtumisel on väga suur - 11,2–72 km / s. Teoreetilised arvutused ja vaatlusandmed näitavad, et kohtumiskiirustel üle 22 km/s hävivad meteoroidid Maa atmosfääris täielikult. Huvitav on märkida, et 30. juunil 1908 nägid pealtnägijad "Tunguska meteoriidi" jälge, mis lendas loodest kagusse. Järelikult lendas ta suure nurga all Maa poole ja võib-olla risti selle liikumisega. Seega oli kohtumise kiirus üle 30 km/s, mis võis põhjustada taevakeha täieliku hävimise.

Kuid pöördume tagasi kosmoselaeva aeglustamise probleemi juurde. Pange tähele, et isegi kui kasutame selleks selle loomulikku pidurdamist atmosfääris, ei saa me ikkagi hakkama ilma tõukejõusüsteemita. Vaba lasku orbiidilt aeglustumise tõttu haruldases atmosfääris ei saa pidada vastuvõetavaks, kuna see põhjustab raskusi maandumisaja ja -koha ennustamisel. Tõukejõusüsteem loob pidurdusimpulsi, et muuta orbiit selliseks, et selle perigeeosa oleks täpselt atmosfääri tihedates kihtides. Sel juhul, mida suurem on pidurdusimpulss, seda järsem on kosmoseaparaadi sisenemine atmosfääri tihedatesse kihtidesse ja seda intensiivsem on selle aeglustumine.

Aeglustamise intensiivsust peaksid aga piirama meeskonnale ja instrumentidele lubatud ülekoormused ning laskumissõiduki konstruktsioon. Nendel põhjustel tuleb atmosfääri sisenemise järsust vähendada. Suurem osa laskuva sõiduki kineetilisest energiast, mis muutub atmosfääri aeglustamisel soojuseks, peab hajuma väliskeskkonnas ning vaid väikest osa sellest saab neelata konstruktsiooni mass või tajuda sõiduki soojusvarjestussüsteemides. Õrnade laskumistrajektooride korral atmosfääris on ülekoormuste tase ja kuumutamise intensiivsus madalamad, kuid laskumise kestuse pikenemise tõttu suureneb seadme pinnale tarnitava soojusenergia koguosa.

Laskuva sõiduki ja õhu vastasmõju olemust ja intensiivsust aeglustamisel mõjutavad atmosfääri parameetrid, nagu tihedus, rõhk, temperatuur, molekulaarkeskmine vaba tee, häirete levimiskiirus (heli kiirus), molekulmass jne Aga ka need parameetrid ei ole konstantsed, vaid kõikuvad olenevalt aasta- ja päevaajast, päikese aktiivsuse muutustest, klimaatilistest teguritest, tuulemuutustest jne.

Laskuva sõiduki atmosfääri sisenemise tohutu kiirus põhjustab selles suuri häireid. Lennusuunas ettepoole hakkab atmosfääri gaas kokku suruma, kuid mitte järk-järgult, vaid löögiga, ja tekib tihend - nn lööklaine. Viimane liigub sama kiirusega laskuvast sõidukist mõnevõrra ette. Lööklaine esiosa temperatuur ulatub mitme tuhande Kelvinini. Soojusvood liiguvad igas suunas, sealhulgas laskumissõiduki suunas. Sellisel juhul sõltub laskumissõidukile langev soojusvoog atmosfääri koostisest ja selle termodünaamilistest omadustest.

Suurte sisenemisnurkade korral tõuseb ja langeb vooluhulk järsu aeglustuse tagajärjel tipptasemel. Selgub võimas termiline ja dünaamiline šokk ning tugeva termilise kaitse kiire eemaldamine. Väikeste sisenemisnurkade korral on soojusvoo kasvukõver lamedam ja selle toimeaeg pikem ja kate kandub vähem ära, kuid loomulikult on kogu soojuskaitsesüsteemi suur kuumenemine.

Kosmoselaeva pidurdamisel siseneb soojusenergia selle pinnalt atmosfääri kahel põhilisel viisil - piirikihis kovektiivse soojusülekande ja lööklainefrondi kiirguse tõttu. Suurel lennukiirusel muudab konvektiivse soojusülekande protsessi keeruliseks gaasi ionisatsioon, piirkihi tasakaalustamatus ja kui mass viiakse nahapinnalt eemale (katte põletamine, termokaitse aurustumine jne) - massiülekanne ja keemilised reaktsioonid piirkihis. Lööklainekiirgus – kiirgussoojusülekanne – muutub oluliseks lennukiirustel 6–8 km/s, määravaks suurtel kiirustel.

Väljast laskumissõiduki nahale antav soojusenergia hajub osaliselt kuumutatud pinnalt tuleva kiirguse toimel, osaliselt neeldub või kannab ära (jahutamisel koos massieemaldusega) termokaitsesüsteemide poolt, osaliselt akumuleerub soojusmahtuvuse tõttu. laskumissõiduki konstruktsioon, mis põhjustab jõuelementide temperatuuri tõusu. Reaalse konfiguratsiooniga laskuva sõiduki naha erinevate punktide soojusrežiimide täielik uurimine, mis nõuab piisavalt üksikasjalikku soojus- ja massiülekande arvestamist jahutatud pinna lähedal ning temperatuuriväljade uurimist konstruktsioonis, on väga oluline. raske ülesanne. Ligikaudseid seoseid kasutatakse tavaliselt mõne tüüpilise laskumissõiduki pinnaosa kuumenemise intensiivsuse hindamiseks. Seejärel täpsustatakse neid hinnanguid eksperimentaalsete uuringute põhjal. Seega on konkreetsete atmosfääriga planeetide jaoks laskumissõidukite loomine töömahukas ja väga keeruline ülesanne isegi ainult termokaitse mõttes, kuid see lahendatakse edukalt disainibüroodes.

APARAAT ATmosfääris LASTUMISEKS

Vaatame olemasolevaid ja juba kasutusel olevaid laskumissõidukeid soojusvoogude jaotuse seisukohalt. Laskuva sõiduki kineetiline energia, kuigi see on väga suur, on kergesti arvutatav. Vaid väike osa (1–2%) atmosfääris laskuva sõiduki aeglustamisel vabanevast energiast kulub selle soojendamiseks ära, samas kui suurem osa sellest energiast soojendab ümbritsevat õhku ja hajub atmosfääri. Praktiliselt tuleks tekkiva soojuskaitse arvutamiseks kasutada seda 1–2% laskumissõiduki käsutuses olevast energiast.

Üldiselt kulutatakse astronautikas energiat raiskavalt. Kosmoselaeva startimisel kulub ainult 1–2% tõukejõusüsteemis põletatud kütuse energiast kosmoselaeva kineetilise energia suurendamiseks. Ülejäänu kulub gaaside kuumutamisel tekkivatele kadudele ja nende väljavoolule atmosfääri, kanderaketti esimeste etappide liikumisele ja kineetilise energia suurendamisele, kosmoselaeva potentsiaalse energia suurendamisele jne (Ilmselt on need protsendid Sageli leidub looduses. Isegi, nagu on näidanud akadeemik I. V. Petrjanov-Sokolov, on mineraalide töötlemise efektiivsus Maal vaid 1–2%, kuid need kokkusattumused on ilmselt mõne teise vestluse teema.)

Nii soojusvoo kestus kui ka takistuse suurus sõltuvad atmosfääri sisenemise nurgast. Suurte sisenemisnurkade korral suureneb takistus nii järsult, et ülekoormuse suurus ulatub mitmesaja g-ni. See oli tüüpiline esimese põlvkonna planeetidevahelistele jaamadele "Venus" (kuni "Venera-8" kaasa arvatud). Nende atmosfääri sisenemisnurgad ulatusid 62–65 °, samas kui g-jõud olid kuni 450 g. See tähendab, et iga seade, iga laskumissõiduki element muutus 450 korda raskemaks ja avaldas toele sama palju survet, kus see oli fikseeritud, kui montaažikojas laskumissõidukisse paigaldamise ajal.

Kosmoselaev "Venus" on pikka aega nullgravitatsiooni tingimustes planeetidevahelisel orbiidil Maast Veenuse poole, kui laskuv sõiduk nelja kuu jooksul jõukoormusi ei koge. Ja alles Veenuse atmosfääriga kohtudes langeb järsku, ootamatult laskuva sõiduki kerele ja kestale tohutu jõud – atmosfääritakistusjõud, mis nagu võimas press kipub laskuvat sõidukit purustama. Samal ajal mõjutab see samaaegselt kahte mõju: atmosfääri tõmbejõud ja võimas soojusenergia voog. See juhtub iga laskumissõidukiga, mis on osa nii planeetidevahelisest jaamast kui ka kosmoselaevast, kui astronaudid Maale naasevad.

Termokaitse eesmised välimised kihid sublimeeruvad, st aurustuvad, ja kanduvad õhuvooluga minema, tekitades atmosfääris helendava jälje. Kõrge temperatuur lööklaines ioniseerib atmosfääris olevad õhumolekulid – tekib plasma. Plasmatekk katab suurema osa laskumissõidukist ja katab sarnaselt ekraaniga atmosfääris oleva laskumissõiduki ning jätab seeläbi kosmonautidelt sidest astronautidega või automaatsõiduki raadiokompleksiga maandumisel. Veelgi enam, maapealsetes tingimustes toimub ionisatsioon reeglina 120–15 km kõrgusel, maksimaalselt 80–40 km kõrgusel.

Laskuvate sõidukite vormid. Esiteks märgime, et atmosfääriga planeetidele mõeldud laskumissõidukeid saab luua kas ilma juhtimiseta laskumiseks - mööda ballistilise trajektoori või liikumisjuhtimissüsteemiga laskumiseks, mis on võimeline atmosfääris manöövreid sooritama. Loomulikult võivad veelgi arenenumad juhtimissüsteemiga varustatud laskumissõidukid laskuda mööda ballistilist trajektoori.

Esimesed Maa tehissatelliitide jaoks kasutatavad laskumissõidukid valmistati palli kujul. Need on satelliitlaevade laskumissõidukid, kosmoseaparaadid Vostok ja Voskhod, aga ka biosatelliitid. Nende laskumine toimus mööda ballistilist trajektoori, mis ei erinenud looduslikest "maandumissõidukitest" - meteoriitidest. Palli kuju on looduses kõige lihtsam ja levinuim. See on tähtede, planeetide, väikeste veepiiskade jne kuju.

Sfääriline struktuur, välja arvatud tõmbejõud, ei allu muudele jõududele, välja arvatud tõmbejõud. Aerodünaamika ütleb, et pallil on null kvaliteet, st tõstejõud, kui atmosfäär palli ümber voolab, on null. Sfäärilise struktuuri puhul sõltub ülekoormuse suurus lennukiirusest ja atmosfääri sisenemise nurgast. Maa tehissatelliidi puhul, mille orbiidi kiirus on veidi alla 8 km/s, peaks sisenemisnurk olema väike, suurusjärgus üks või mitu kraadi, et ülekoormused ei ületaks 10 g, mis on väga oluline. laskumissõiduki orbiidilt väljasõiduks koos meeskonnaga .

Mida on vaja mugavateks oludeks astronautide orbiidilt laskumisel, st et aeglustus toimuks maakera gravitatsioonikiirendusega (st peaaegu 10 m/s 2)?

Esiteks peab peatumisteekond olema 3200 km pikk. Teiseks, kui miski ei segaks, st kui me atmosfääri ei arvesta, siis peaksime sisselülitatud mootoriga 800 s laskuma. Ja maapealsetes tingimustes ei saa õhukest ballistilise laskumise ajal nii sujuvalt aeglustuda ning pidurdamine toimub järsemalt, suurte ülekoormustega.

Teisisõnu, ülekoormuse suuruse vähendamiseks on vaja laskumine läbi viia mitte mööda ballistilist trajektoori, vaid kasutades tõstejõudu Sel juhul on vaja kasutada aerodünaamilise kvaliteediga laskumissõidukit. Pallil, nagu juba mainitud, ei ole aerodünaamilist kvaliteeti, kuid juba plaat, kui see on õhuvoolus viltu asetatud, näitab tõste olemasolu.meeskonnaruum - osutus esitule kujul olevaks laskumissõidukiks.

Selle konstruktsiooni aerodünaamiline kvaliteet on kuni 0,35 ehk teisisõnu esitule esiseina teatud kalde all liikudes tekib tõstejõud, mis ulatub 35% tõmbejõust. Tõstejõud võimaldab sooritada laskumist mööda õrnemat trajektoori, väiksemate ülekoormustega. Selline kuju on tüüpiline kosmoselaevade Sojuz, Mercury, Jsmini ja Apollo laskumissõidukitele. Tõsi, laev "Mercury" ei saanud oma kuju lifti tekitamiseks kasutada. Laeva konstruktsiooniline lahendus seda ei võimaldanud ning sõiduki laskumine toimus alati mööda ballistilist trajektoori.

Mida on vaja luua, et esitule esiseina kallutada, kui õhk selle ümber liigub?

Riis. 1. Laskuva sõiduki massikeskme nihkumine: 1 - tõstejõud; 2 - lennusuund; CM - massikese; CD - rõhukeskus; kõige massiivsema varustuse koht on varjutatud

Põhimõtteliselt saaks seda teha orientatsioonisüsteemi abil. Tõsi, kütusekulu ulatuks sel juhul väga suurte väärtusteni: aerodünaamiliste jõudude mõjul tekkivate momentide kompenseerimiseks oli ju vaja luua olulised kontrollmomendid. Ja tohutute kütusemasside maksumuse seisukohast on see tee vastuvõetamatu.

Lihtsam lahendus on nihutada massikeskpunkti sümmeetriatelje suhtes. Esitulede puhul kasutatakse peamise kandepinnana esiseina - põhja, mis on suhteliselt väikese kumerusega sfääri segmendi kujuga. Laskumissõiduki külgpind on valmistatud kas koonuse või koonuse ja keraosa kombinatsioonina. Seadme laskumine toimub altpoolt. Kuna välimuselt on laskuv sõiduk pöördekeha, asub selle rõhukese (sellest tulenev aerodünaamilise toime jõud) sümmeetriateljel. Seega paikneb segatud massikese põhja ja rõhukeskme vahel.

Selline tsentreerimine tagab laskuva sõiduki stabiilse asendi õhuvoolus (alt ettepoole), samuti asümmeetrilise voolu laskumissõiduki ümber. Tänu viimasele tekib tõstejõud, mis on vastutuleva vooluga risti (joon. 1).

Maa tehissatelliidi orbiidilt laskumist saab edukalt läbi viia mitmesugustes algtingimustes vastuvõetava ülekoormuse ja soojuskoormusega nii ballistilisel laskumisel kui ka laskumisel, kasutades laskumissõiduki aerodünaamilist kvaliteeti. Samal ajal kasutatakse laialdaselt laskumisel liikumisjuhtimissüsteemi, mis põhineb laskumissõiduki juhtimise meetodil selle programmilise pöördega piki kaldenurka (konstantse lööginurga all), mis annab lennu ajal muutuse. efektiivne jõud – tõstejõu projektsioon vertikaaltasandil. See meetod nõuab üsna väikeseid juhtimismomente, mis on tingitud nn staatilisest neutraalsusest veerenurgas ja õhuvoolu mustri muutumisest juhtimisprotsessi ümber.

Kuid juba kosmoselaeva tagasipöördumisel pärast lendu Kuule, kui selle Maa atmosfääri sisenemise kiirus on ligilähedane teisele kosmosekiirusele, muutub laskumise probleem keerulisemaks ülekoormuste suurenemise ja õhuvoolu suurenemise tõttu. soojusvoo intensiivsus. Laskumise probleemi edukaks lahendamiseks on sel juhul vaja väga täpselt säilitada atmosfääri sisenemise "koridor", mis määrab piirid atmosfääri sisenemise nurga järgi. Suurte nurkade korral tekivad suured ülekoormused ja vastupidi, väga väikeste nurkade puhul ei pruugi atmosfäär laskumissõidukit "haarata" selle liikumisele vastupanu ebaolulisuse tõttu. Tuleb märkida, et sisenemiskoridori piirid sõltuvad nii laskuva sõiduki aerodünaamilistest omadustest kui ka sellest, kuidas kasutatakse sõiduki aerodünaamilist kvaliteeti atmosfääri sukeldumise algsegmendis. Lisaks väheneb lennukiiruse suurenemisega ka naasmiskoridori laius ning see toob kaasa navigatsiooni- ja korrektsioonisüsteemi täpsuse suurenemise trajektoori lähenemisosas.

Liikumisjuhtimissüsteemiga laskumissõiduki puhul saab tagasipöördumise Kuult lahendada muul viisil. Piisavalt järsu atmosfääri sisenemise korral, kui sisenemisnurk on suurem kui 2°, on laskuva sõiduki trajektoor isegi väikeste konstantsete lööginurga väärtuste ja väikese kvaliteediteguri (vahemikus 0,2–0,3) korral sisaldab tõusvaid sektsioone, st sõiduk võib rikošettida. Sellisel juhul on vastuvõetav laskuva sõiduki kahekordne sukeldumine atmosfääri (joonis ... 2). Lähenedes Maale teise kosmilise kiirusega 3° sisenemisnurga all, väljub laskuv sõiduk pärast esimest sukeldumist atmosfäärist elliptilisele orbiidile ja siseneb seejärel uuesti atmosfääri, kuid juba 10 000 km kaugusel. väljumispunkt.

Riis. 2. Topeltsukeldumine atmosfääri: 1 - esimene sisenemine atmosfääri; 2 - atmosfäärist väljumine; 3 - teine ​​sisenemine atmosfääri; 4 - maandumine; 5 - atmosfääri tingimuslik piir; 6 - sissepääsukoridor

Täpset maandumiskohta on sel juhul siiski raske välja tuua, kuna kui kiirus kaldub arvutatust kõrvale 0,001 (umbes 8 m/s), põhjustab see kõrvalekalde teisese sisenemispunkti vahemikus. atmosfäär 300 km võrra ja trajektoori kaldenurga kõrvalekalle 0,1 ° - ulatuse kõrvalekaldumiseni 180 km võrra. Selle määramatuse vähendamiseks peaks trajektooril olema suurim võimalik kaldenurk atmosfäärist väljumise punktis. Tõsi, selle nurga väärtust piirab nii laskumissõiduki aerodünaamilise kvaliteedi piir kui ka maksimaalsete ülekoormuste lubatud piir (vastasel juhul toimub esimeses osas sügavam sukeldumine atmosfääri). Vahepealsel lennulõigul on seadme juhtimine võimatu ja seetõttu saab akumuleeritud hälbe levialas kompenseerida ainult teise atmosfääri sukeldumise segmendil.

Rõhutame, et arvestades laskuva sõiduki võimalusi orbiidilt naasmisel ja Kuu trajektooridelt, nägime ette sõiduki liikumise tarkvaralise juhtimise. Orbiidilt naastes võib aga ette tulla ka olukordi, kus laskumistrajektoori kontrollimine aerodünaamiliste jõudude abil muutub võimatuks. Näiteks kui ootamatult ei suutnud laskuv sõiduk enne atmosfääri sisenemist orienteeruda või näiteks juhtimissüsteemi ette valmistada. Nendes olukordades on vaja läbi viia ballistiline laskumine mööda trajektoori, mis moodustub ilma seadme tõste- ja külgsuunalisi aerodünaamilisi jõude kasutamata.

Sel juhul valitakse trajektoor, mis tagab maandumiskohtade palju väiksema leviku ja väldib lubamatult suuri ülekoormusi. Ja suured ülekoormused on täiesti võimalikud, kui laskuv sõiduk näiteks siseneb atmosfääri 180° ümberpööratult, st kui tõstejõud ei lükka sõidukit üles, vaid paneb selle vajuma veelgi tihedamatesse atmosfäärikihtidesse ja muudab laskumise järsemaks. . Vajaliku ballistilise laskumise korraldamine on aga üsna lihtne - piisab, kui kästate seadmel pöörlema ​​ümber lennusuunaga ühtiva telje. Selle pöörlemise korral on põiksuunaliste aerodünaamiliste jõudude mõju minimaalne.

Termiline kaitsekate. Nagu juba mainitud, peab peaaegu kogu kanderaketi poolt kosmoselaevale edastatav energia selle aeglustamisel atmosfääri hajuma. Teatud osa sellest energiast viib aga laskuva sõiduki kuumenemiseni selle liikumisel atmosfääris. Ilma piisava kaitseta põleb selle metallkonstruktsioon atmosfääri sattumisel läbi ja aparaat lakkab olemast. Soojuskaitse peab olema hea soojusenergia isolaator, st olema väikese soojusülekandevõimega ja kuumakindel. Selliseid nõudeid täidavad teatud sorti kunstlikud materjalid - plastid.

Laskumissõiduk on kaetud kuumakilbiga, mis on tavaliselt valmistatud nendest tehismaterjalidest ja koosneb mitmest kihist. Pealegi koosneb välimine kiht enamasti suhteliselt tugevast plastikust, mis on täidetud grafiidiga kui kõige tulekindlama materjaliga ning järgmine soojusisolatsioonikiht on enamasti klaaskiudtäidisega plastikust. Soojusisolatsiooni massi vähendamiseks tehakse reeglina üksikud kihid kärgstruktuuriks, poorseks, kuid piisavalt tugevaks.

Termokatte paksus sõltub laskumissõiduki tüübist ja selle otstarbest. Näiteks Venera-14 jaama laskumissõiduki puhul oli soojusvarjestuskatte kadu Veenuse atmosfääri läbimisel umbes 30–70 mm kaitseekraani paksuse ulatuses. Seetõttu peab kuumavarjestuskate olema piisavalt paks, et säiliks laskumissõiduki metallkonstruktsioon. Ja see on juba märkimisväärne protsent laskumissõiduki lubatud väärtuse massist. Niisiis oli kosmoselaeva Vostok laskumissõiduki puhul, mille mass oli 2460 kg, sfäärilise soojuskaitse mass 800 kg.

Niisiis, kui paljastada kõrge temperatuur Kuumavarjestuskate, alustades pinnast, kuumeneb tugevalt ja seejärel aurustub, kandes sellega kaasa üleliigse soojusenergia laskumissõidukist. Soojusvarjestuskatte massi vähendamiseks langeb selle maksimaalne paksus ainult soojusvooga kõige enam kokku puutuvatele kohtadele. Esitulede tüüpi laskumissõidukitel on selleks põhi ja külgpindadel, mis on vähem kuumusel, on ebaolulise paksusega kuumakaitse. Veelgi enam, üksikute laskumissõidukite puhul langeb pärast suurima aeglustuslõigu läbimist ja pärast termiliste koormuste lõppemist massiivne soojuskaitse esiosast (alt).

langevarju süsteem. Pärast intensiivse aerodünaamilise aeglustuse lõppu muutub laskumissõiduki liikumine suhteliselt ühtlaseks. Selle languse kiirus Maa-lähedase atmosfääri erinevate struktuuride jaoks on seatud vahemikku 50–150 m/s. Laskumissõiduki säästmiseks ja meeskonna ohutuse tagamiseks peavad maandumiskiirused olema palju väiksemad. Nii näiteks ei tohiks kiirus veepinnal maandumisel ületada 12–15 m/s, maal (kõval pinnasel) - 6–9 m/s. Võrdluseks märgime, et sportlane-langevarjur maandub kiirusega 5–8 m/s. Maale langeva laskumissõiduki kiiruse vähendamiseks kasutatakse erinevaid langevarjusüsteeme.

Nende süsteemide mass moodustab ka teatud osa laskumissõiduki massist ja reeglina suureneb aparaadi massi suurenemisega proportsionaalselt ka langevarjusüsteemi mass. Langevarjusüsteemi õhusalve viimine ja varikatuse paigaldamine, kuigi mitte lihtne ülesanne, on praktilises astronautikas edukalt lahendatud. Suhteliselt suurel lennukiirusel toob peavarju suure varikatuse kasutuselevõtt kaasa suuri koormusi, millele langevarju materjal ei pruugi vastu pidada. Sel juhul mõjutavad suured koormused ka aparaadi meeskonda. Struktuuriliselt lahendatakse see probleem langevarjusüsteemi abil.

Esiteks tõmmatakse koos väljalastava langevarjukattega välja piloodirenn, mille kupli tööala on väike. See pilootrenn suunab tõmberenni varikatuse vastutulevasse õhuvoolu. Selle tulemusel väheneb laskumissõiduki laskumiskiirus peaaegu poole võrra ja seejärel viiakse pidurdava langevarju abil sisse peamine langevari. Ja enamasti tutvustatakse mitte peamise langevarju täielikku varikatust, vaid osa sellest. Laskumissõiduki kiiruse edasisel vähenemisel lõigatakse läbi nöör, millega põhivarjutus on rifitud ja seejärel avaneb peavarju varikatus täielikult.

Peamisel langevarjuvarjul on suur tööala, mis võimaldab vähendada laskumiskiirust nii meeskonnale kui ka laskumissõidukile endale ohututele väärtustele. Siiski on põhimõtteliselt võimatu laskumissõidukit täielikult aeglustada, kasutades ainult ühte sellist langevarju. Seetõttu võib peamine langevari, olenevalt laskuva sõiduki massist, olla ühe kupliga või mitmega. Mõnikord kasutatakse piduri- ja põhilangevarjude kaskaadi asemel algul riffiga põhilangevarju, kuid laskumiskiiruse vähenemisega eemaldatakse riffing ühes või kahes etapis.

Lõplik pidurdamine toimub mugavalt pulbermootorite abil. Need mootorid lülituvad sisse vahetult enne maapinna puudutamist ja vähendavad laskumiskiirust 2–4 m/s. Pange tähele, et Ameerika kosmoselaevade "Mercury", "Gemini" ja "Apollo" laskumissõidukid olid varustatud ainult langevarjusüsteemiga ja pehme maandumispulbermootoreid neil ei kasutatud, kuna need laskumissõidukid maandusid ookeanis - vees. .

VOSTOKI JA VOSHODI LAEVADE LASTUMISSÕIDUK

Üks esimesi edukalt Maale naasnud laskumissõidukeid oli Nõukogude satelliidi laskumissõiduk, mis oli valmistatud kuuli kujul. See satelliitlaev loodi mehitatud kosmoselennu kõigi elementide ja etappide väljatöötamiseks. Selle laskumissõiduk praktiliselt ei erinenud kosmoselaeva Vostok laskumissõidukist. Viimane koosnes konstruktsiooniliselt kahest peamisest sektsioonist: laskumissõidukist ja instrumendiruumist. Laskumissõiduki juurde kuulus ka astronaudi kabiin.

Orbiidilt laskumisel, pärast aeglustusimpulsi edastamist, eraldus laskuv sõiduk instrumendiruumist ja maandus Maale, samal ajal kui instrumendiruum sisenes atmosfääri tihedatesse kihtidesse ja lakkas seal eksisteerimast. Laskumissõiduki mass oli 2460 kg, kere oli 2,3 m läbimõõduga kuulikujuline ja valmistatud alumiiniumisulamitest. Väljaspool oli kogu kere peale akende kaetud kuumakilbiga, mille peale kanti soojusisolatsioonikiht, mis oli vajalik laeva normaalseks tööks orbitaallennul.

Astronaudi kabiinis oli tool ja kosmoseaparaadi juhtimiseks vajalikud instrumendid. Normaalse tervise tagamise ja inimese normaalse töövõime säilitamise kosmonaudi salongis määrasid kaks peamist süsteemi: elu tagamine ja termokontroll. Need säilitasid salongi õhu normaalse koostise, neelates astronaudi hingamisel eralduvat süsihappegaasi ja tagades õhus püsiva hapnikusisalduse, samuti eemaldades õhust liigse niiskuse ja luues normaalsed temperatuuritingimused 20–25. °C. Salongis hoiti rõhku vahemikus 755-775 mm Hg. Art.

Atmosfääri ühtlaseks segamiseks salongis, kus kaaluta tingimustes ei olnud konvektiivseid voolusid, paigaldati ventilaator. Kahele kambrile ühine termojuhtimissüsteem valmistati vedelana. Laskumissõidukis asuvate seadmete normaalse töö tagamiseks oli laetav aku. Kosmonaudi juhtpaneel sisaldas kolme vabadusastmega kosmoselaeva asendi reguleerimise nuppu, samuti optilist seadet asendi juhtimissüsteemi jaoks.

Enne eraldamist oli kosmoselaev orienteeritud rangelt määratud suunas ja arvutatud ajal lülitus tõukejõusüsteem sisse, andes kosmoselaevale pidurdusimpulsi. Mootor arendas tõukejõudu 17,5 kN, samal ajal kui kiirus vähenes 150–200 m/s. Orbiit muutus elliptiliseks, perigee oli Maa pinnast alla 100 km. Selle tulemusena sisenes laskuv sõiduk atmosfääri tihedatesse kihtidesse ja aeglustus.

Umbes 7 km kõrgusel võis astronaut väljuda - spetsiaalse luugi ava kaudu lasti ta koos tooliga mööda spetsiaalseid juhendeid. Mõni aeg hiljem avanes istme kohal pidurdav langevari ning mõnekümne sekundi pärast 4 km kõrgusel, kui kosmonaut istmelt eraldus, avanes kosmonaudi põhilangevari; astronaudi maandumiskiirus oli 5–6 m/s. Samal ajal laskus laskumissõiduk oma langevarjuga alla. Maanduda sai kabiinist väljumata - laskumissõidukis, mis laskus kiirusega umbes 10 m/s.

Seni bioloogiliste katsete läbiviimiseks kasutatud Nõukogude tehissatelliitide laskumissõidukid erinevad kosmoselaeva Vostok laskumissõidukitest põhimõtteliselt vähe ja seetõttu me neil eraldi ei peatu. Märgime ainult, et nad läbivad kõik laskumise etapid, välja arvatud väljutamine, kuna siin pole astronaudi tooli. Laskumissõiduki sisse on paigutatud erinevad looma- ja taimemaailma esindajad, samuti on paigaldatud seadmed, mis tagavad loomade toitmise ja taimede jootmise.

Voskhodi laevad olid erinevalt Vostoki laevadest mitmekohalised. Mitme kosmonaudi korraga paigutamine nõudis kosmonaudi salongi ümberseadistamist. Sellesse paigaldati kolm üksikute hällidega tooli, st need valmistati iga kosmonaudi kehaomadusi arvestades mõõtudega. Kuna maanduda sai ainult astronautidega laskumissõiduki salongis, varustati mitteväljaviskevabad istmed täiendavate amortisaatoritega. Orbiidilt laskumise peamised etapid olid sarnased kosmoselaeva Vostok omadega. Kuid orbiidilt laskumise suurema usaldusväärsuse huvides dubleeriti selle laeva tõukejõusüsteem: lisaks vedela tõukejõusüsteemile paigutati selle kohale tahke raketikütusega pidurimootor.

Maapinnale avalduva löögi vähendamiseks viidi langevarjutusosas laskumine läbi kahel langevarjul, mis kinnitati mitte otse laskumissõiduki külge, vaid pürolukkude abil pehme maandumisega mootori korpuse külge. Pärast maandumist töötasid pürolukud ja langevarjuniidid visati laskumissõidukist eemale, nii et tugeva tuule korral ei saanud langevari aparaati koos astronautidega mööda maad lohistada.

Pehme maandumise pulbermootori lülitas sisse laskumissõidukist allapoole umbes 3 m võrra langetatud torukujuline varras, mis moodustati mähisest vedrulindi kerimisel ja selle toruks voltimisel. Kui varras puutus kokku Maa pinnaga, suleti kontakt ja lülitati sisse tõukejõusüsteem, mis vähendas laskumiskiirust poole võrra, viies selle kiiruseni 2–4 m/s.

LASTUMISSÕIDUKID KUU "GEOLOOGIDE" TAGASTAMISEKS

Pärast Kuu pinnase proovide võtmist Maale maandumiseks mõeldud automaatsete kosmoselaevade Luna-16, -20 ja -24 laskumissõidukid olid 0,5 m läbimõõduga kuuli kujuga. laskumissõiduki jaoks vajalik spetsiaalne orientatsioonisüsteem aerodünaamilise kvaliteediga. Laskumine atmosfääris toimus mööda ballistilist trajektoori. Siin oli peamine nõue piirata laskumissõiduki massi. Kosmonaudi puudumine eemaldas suurtest ülekoormustest tulenevad takistused.

Nende automaatjaamade maandumislava "Luna", mis oli Kuule maandumiseks mõeldud laskumissõiduk, toimis ka kosmoseraketi "Luna - Earth" stardiseadmena. Viimase hulka kuulus vedelkütusel töötav rakettmootor koos sfääriliste paakidega raketikütuse komponentide jaoks, samuti nelja piitsaantenniga instrumendiruum ja laskumissõiduk, mis oli instrumendiruumi külge kinnitatud kinnitusrihmadega. Instrumentide sektsioon oli juhtimissüsteemi, raadiokompleksi, aku ja pardaautomaatika instrumentide paigalduskohaks.

Pärast seda, kui Luna-16 jaam oli pinnasevõtuseadme abil kuupinna puurinud, pandi puur pinnasega laskumissõiduki konteinerisse, misjärel konteiner suleti ning pärast valmisoleku kontrolli ettevalmistavaid toiminguid juhtimissüsteem lülitas käsu peale sisse Kuu raketi tõukejõu ja see hakkas vertikaalselt ülespoole. Tõukejõusüsteemi lõpus oli raketi kiirus 2708 m / s, mis oli piisav Kuu külgetõmbe ületamiseks.

Raketi lend Maale kulges mööda ballistilist trajektoori, mille puhul korrektsiooni polnud vaja ja ette nähtud ei olnud (lend Maale kestis umbes 3 päeva). Kolm tundi enne Maa atmosfääri sisenemist eraldati laskuv sõiduk pürotehnika abil raketist. Maa atmosfääri sisenemine toimus kiirusega üle 11 km/s.

Aerodünaamilise aeglustuse staadiumis pööras laskuv sõiduk läheneva õhuvoolu mõjul oma esiosa liikumissuunda ja summutusseade hoidis seda stabiilselt selles asendis. Lisaks viidi maandumisprotsess läbi pardaautomaatika abil. Maa atmosfääri suure sisenemisnurga tõttu tekkis laskumissõidukil 350 g ülekoormus ja selle soojuskaitse puutus kokku temperatuuridega üle 10 000 K. 14,5 km kõrgusele jõudmisel oli laskumissõiduki kiirus langes 300 m/s.

Sel hetkel lasti g-force sensori käsul langevarjuruumi kate ja õhuvoolu viidi pidurduslangevari. 11 km kõrgusel hakati baromeetrilise anduri signaali peale pidurilangevari lahti haakima ja peavari sisse viima. Maandumine toimus kindlal pinnasel, kuigi laskumissõiduk võis ka vette laskuda. Ujuvuse suurendamiseks laskumissõiduki ülaosas pumbati pärast langevarjukatte mahalaskmist kaks painduvat silindrit suruõhuga täis.

Joonis 3. Luna-16 jaama laskumissõiduk Maal

Selle Kuu jaama laskumissõiduk (joon. 3) oli hermeetiline metallkuul, mille välispinnal oli soojust varjestav kate, mis tagas sõiduki säilimise aerodünaamilises pidurduspiirkonnas Maa atmosfääri sisenemisel. Kuumakaitsekate oli muutuva paksusega: esiosas suurim (kuni 35 mm) ja vastasküljel vaid paar millimeetrit. Struktuuriliselt koosnes laskumissõiduk kolmest kambrist: instrumentide kamber, langevarjude kamber ja silindriline anum Kuu pinnaseproovide jaoks. Instrumendiruumis olid suunanäitajad, patareid, automaatikaelemendid ja tarkvaraseade. Langevarjuruumis oli (volditud) langevari, neli suunanäitaja antenni ja kaks elastset õhupalli, mida kasutati pärast maandumist ja nende täispuhumist laskumissõiduki asendi fikseerimiseks, samuti veepinnale maandumisel ujuvuse tekitamiseks.

See laskumissõiduk oli suhteliselt väikese suurusega, maandumiskoha levik antud piirkonnas ulatus sadadesse ruutkilomeetritesse ja seetõttu tekkis pärast maandumist seadme leidmisega probleeme. Sellega seoses edastasid sellesse paigaldatud suunatuvastussaatjad pidevalt signaale rangelt fikseeritud sagedusel, võimaldades seda hõlpsasti leida ja maandumiskohta määrata. Laskumissõiduki esiosasse paigaldati kere seest altpoolt summuti, mis võimaldas summutada aparaadi võnkumisi läbisõidu ajal - aerodünaamilise pidurdamise etapis.

SOYUZ LAEVA LASTUMISSÕIDUK

Sellest sõidukist sai esimene Venemaa laskumissõiduk, mis sooritas kontrollitud laskumise atmosfääris. Laskumissõiduki põhi ja lagi on sfääriliste segmentide kujul ning selle külgseinad on tüvikoonuse kujul. Kosmonautid istuvad lööke neelavatel istmetel, mis on paigaldatud nii, et g-jõudude toime suund orbiidile laskmisel ja laskumisel on nende taluvuse seisukohalt optimaalne.

Mõnikord on otstarbekas usaldada osa laskumise kontrolli funktsioonidest meeskonnale. Sellistel juhtudel tuleb meeles pidada, et ülekoormuse tingimustes vähenevad inimvõimed. G-jõudu on kõige raskem taluda, kui see on suunatud jalgadelt pähe, ja kõige lihtsam, kui see mõjub 10–15° nurga all rindkere-selja suuna suhtes ja nii, et tekib väike komponent peast jalgadeni. Kuid isegi sellistel tingimustel, juba kolme-neljakordse ülekoormuse korral, väheneb käte liigeste liikumisulatus oluliselt ning 8g ja enama ülekoormuse korral jäävad vabaks vaid liigutused randmeliigestes.

Seda võetakse juhtseadmete kavandamisel arvesse. G-jõudude paremaks talumiseks peab kosmonaut laskumisosas säilitama lihaste tasakaalu ja selleks on kõige parem kasutada käepidemeid. Seetõttu on laeva liikumisjuhtimise nupp paigaldatud lootsiistmele. Astronautide ees on juhtpaneel ja optiline sihik, mida kasutatakse kohtumisjuhtimise orienteerumisel. Istmete taga on konteinerid langevarjusüsteemidega. Kaugjuhitavad instrumendid ja seadmed asuvad istmete all oleva kambri alumises osas. Astronautidest paremal ja vasakul on külgseintel illuminaatorid.

Väljaspool on laskumissõiduki kerele paigaldatud kuumakaitsekate. Alumisel küljel asuv osa on valmistatud eraldi kilbi kujul. Langevarjuga laskumisel langeb kilp maha. Kuumavarjestava katte kukkumiskilbi all on neli pehmelt maanduvat pulbermootorit, mis aktiveeritakse gammakiirguse kõrgusemõõtja signaaliga.

Laskumissõiduki pinna välisküljel on tahvel koos pistikutega elektriside jaoks, mis pakuvad sidet teiste sektsioonidega. Enne laeva poolitamist eemaldatakse pistikud automaatselt lahti.

Pärast aerodünaamilist pidurdamist laskumisosas mõõdavad baromeetrilised andurid rõhku üle laskumissõiduki parda. 9,6 km kõrgusele vastava atmosfäärirõhu juures käivitatakse programmiaja seade, mis genereerib käsu tulistada põhilangevarjusüsteemi konteineri kaas ja panna tööle piloodiluugid. 16,5 s pärast seda genereeritakse käsk peavarju sisenemiseks. 5,5 km kõrgusel peaks põhilangevari normaalse avanemise korral tagama laskuva sõiduki ühtlase laskumise.

Langevarju tervise kontrollimiseks jälgitakse tegelikku laskumiskiirust 50 s. Kui kiirus ületab maksimaalset lubatud väärtust, moodustatakse käsk põhilangevarju tulistamiseks ja varulangevarjusüsteemi tööle panemiseks.

75 s pärast 5,5 km kõrgusele jõudmist eraldatakse programmiaja seadme käsul eesmine kuumakaitsekilp ning eraldusandurite töö eemaldab pehme maandumise mootorite käivitamise lukustuse. Lisaks annab programm-ajutine seade käsu kinnitada langevari uuesti sümmeetriliste rakmete külge, lülitab sisse gammakiirguse kõrgusemõõtja ja tõmbab istmepolsterdussüsteemi. Maapinnast umbes 1 m kõrgusel oleva kõrgusmõõturi signaali peale lülitatakse sisse pehme maandumise mootorid. Seadme maandumist registreerivate spetsiaalsete löögiandurite järgi eemaldatakse langevarjukiudude laskmise takistus.

Vaatleme näiteks kosmoselaeva Sojuz T-12 laskumissõiduki lendu. Enne maandumisoperatsiooni sooritamist oli kosmoselaev orienteeritud aeglustusele. Atlandi ookeani lõunapiirkonna kohal lülitati sisse 4 kN tõukejõuga tõukejõusüsteem. Olles töötanud 800 s, vähendas mootor orbiidi kiirust 115 m/s - orbiit muutus elliptiliseks. Vahemere kohal 130 km kõrgusel seati kosmoselaev eraldamiseks algsesse asendisse.

See asend valitakse nii, et eraldumise hetkeks kaldub kosmoselaeva pikitelg lennusuunast kõrvale 90° lähedase nurga võrra. Sel juhul ei saa aerodünaamilised jõud pärast eraldamist uuesti põhjustada korduvat lähenemist ja sektsioonide kokkupõrget. Pärast eraldamist talub ja talub kõrgeid temperatuure ja atmosfääritakistust ainult laskuv sõiduk, mis on kaitstud kuumakaitsekattega. Teised sektsioonid ei ole mõeldud nii tõsiste katsete jaoks ja seetõttu põlevad need atmosfääris ära. Kontrollitud laskumine algas otsast peale idaosa Türgi.

Kontrollitud laskumisega lennu ajal märgivad astronaudid, et lend sarnaneb sellest tulenevast vibratsioonist ja värinast munakivisillutisel sõitmisega. Neid nähtusi on ilmselt igaüks meist kiirreisilennukiga lennates kogenud. Lennuki laskumise perioodil maandumislähenemise ajal, eriti tihedate pilvede läbimisel, kus on turbulentsed tõusvad õhuvoolud, tekib vibratsioon. Ka atmosfääri ülemistes kihtides liiguvad alati üles-alla hoovused, puhuvad tuuled, eraldi on madalrõhkkonnad, teised kõrgrõhualad. Purilennukiga väikesel kiirusel lennates rulluvad need ebatasasused sujuvalt üles ning aeglaselt ja sujuvalt tõstavad ja langetavad purilennukit. Kiiruse olulisel suurenemisel tekivad need ebahomogeensused ja vahelduvad sagedamini, võib öelda, et need värelevad ja raputavad lennukit väikeste löökidega.

LAEVA "ZOND" LASTUMISSÕIDUK

Selle kosmoselaeva laskumissõiduk erines vähe kosmoselaeva Sojuz laskumissõidukist, see siseneb Maa atmosfääri teise kosmilise kiirusega. Seetõttu on selle kuumust varjestav kate võimsam ning seadmed on mõeldud Kuule ja tagasi lennuks.

Tuleb vaid märkida, et kosmoselaeva Zond-5 laskumissõiduk maandus pärast Kuu piirkonda Maa atmosfääris mööda ballistilise trajektoori piirkonnas. India ookean, ja laeva laskumissõiduk Zond-6 maandus kontrollitud laskumissüsteemi abil Nõukogude Liidu territooriumil. Esimene sukeldumine atmosfääri tehti maandumiskohast umbes 10 000 km kaugusel. Esimesel sukeldumisel atmosfääris vähendati laskumissõiduki kiirust 8 km/s-ni, teisel - 220 m/s. Kõik edasise maapinnale maandumise etapid sarnanesid kosmoselaeva Sojuz laskumissõiduki maandumisega.

AMEERIKA LAEVADE LASTUMISSÕIDUKID

Laeva "Mercury" laskumismoodul. Kui automaatsetes kosmoselaevades kasutasid Ameerika spetsialistid Maale naasmiseks sfäärilise kujuga laskumissõidukeid, mis sooritasid laskumise mööda ballistilist trajektoori, siis mehitatud kosmoselaevade puhul erineb igat tüüpi laevade laskumissõiduki kuju kuulist. Kosmoselaeva Mercury jaoks töötati välja tüvikoonuse kujul laskuv sõiduk väiksema aluse küljel, mis on ühendatud silindrilise kereosaga. Koonuse teisel küljel oli sfäärilise segmendi kujul põhi.

Praktiliselt peaaegu kogu laev "Mercury" koosnes laskumissõidukist, millest pärast orbiidile laskmist kukutati välja päästemootoritega farm, mis aeglustuslõigus pärast jõusüsteemi lõppu eraldati. Pidurdusjõusüsteem oli kinnitatud laskumissõiduki põhja, mis suutis laskuda ainult mööda ballistlikku trajektoori nii, et põhi oli ettepoole. Aparaadi põhi kuumenes laskumise ajal lööklaine esiosast kõige rohkem. Kooniliste ja silindriliste kujundite külgpinnad kuumutati vähem.

Laeva "Mercury" langevarjusüsteem oli kaheastmeline, koosnes pea- ja pidurdusvarjudest (viimane täitis ka lootsirenni). Põhjale paigaldati suhteliselt paks kuumakilp, mis pärast pealangevarju kasutuselevõttu eraldati ja riputati amortisaatorite külge. Veepinda põrkudes neelasid amortisaatorid löögienergiat ja vähendasid seeläbi laskumissõiduki ülekoormusi. Tuleb märkida, et kõik Ameerika laskumissõidukid koos astronautidega maandusid veepinnale (välja arvatud MTKK).

On veel üks omadus, mis eristab laskuvaid sõidukeid Ameerika laevad. Kui meie mehitatud kosmoselaevadel on astronautide salongi atmosfääris füüsikaliste ja keemiliste parameetrite poolest Maa atmosfääri meenutav õhukoostis, siis kosmoselaevadel Mercury, Gemini ja Apollo on see puhtalt hapnik rõhul 1/3 normaalne (merepinnal).

Kosmoselaeva Gemini laskumismoodul. Kaksikute programmi eesmärk oli uurida probleeme, mis on seotud pikaajaliste kosmoselendudega, orbiidil kohtumise ja dokkimisega, kosmoseskäikudega, laskuva sõiduki atmosfääri taassisenemise ja tõstuki abil Maale laskumisega jne. Tehtud töö tulemused välja Apollo programmi jaoks kasutatud programmi Gemini raames.

Gemini oli esimene Ameerika kosmoselaev, mis ehitati laskumissõiduki (meeskonnaruumi) kontrollitud laskumissüsteemi abil. Laskumissõiduki kuju tehti esitule kujul. Maa atmosfääri sisenemine viidi läbi altpoolt ja pikitelje suhtes nihkunud massikeskme tõttu toimus lend atmosfääris konstantse rünnakunurgaga. Kontrollitud lend viidi läbi laskumissõiduki pööramisega piki kaldenurka. Gemini kosmoselaeva laskumissõiduk on kaheistmeline, mis võimaldas teha kosmoseskõnni. Samal ajal pääses kosmosesse kogu astronautide kabiini hapnikust koosnev atmosfäär, mis pärast luugi sulgemist silindritesse salvestatud hapniku tõttu taastati.

Apollo kosmoseaparaadi laskumismoodul. See sõiduk, mida Ameerika eksperdid nimetasid meeskonnaruumiks, kuulus põhiüksuse lahutamatu osana, mis koosnes laskumissõidukist ja mootoriruumist. Põhiplokk ja Kuu kabiin olid tegelikult Apollo kosmoselaev. Edasisel kaalumisel keskendume ainult laskumissõidukile, mis on loodud kolme kosmonaudi toimetamiseks selenotsentrilisele orbiidile ja nende Maale tagasi saatmiseks.

Kosmoselaeva Apollo laskumissõiduki mass oli 5,56 tonni, see oli ümara ülaosaga koonuse kujuga, aluse läbimõõt 3,84 m, kõrgus 3,4 m ja koonuse nurk 66°. Kõige ülemine kooniline osa täitis langevarjuluugi katte rolli, mis eraldati enne langevarjude kasutuselevõttu. Laskumissõiduki kere oli terasest, monteeritud lamineeritud paneelidest, mille kärjed olid valmistatud roostevabast terasest ja olid suletud kahe teraslehe vahele. Seadme alumine osa on valmistatud sfäärilise segmendi kujul.

Laskumissõiduki sees oli alumiiniumsulamitest valmistatud meeskonnakabiin, millel oli ka kärgtäidisega kihiline struktuur. Kärgstruktuurid olid erineva tihedusega (0,07–0,114 g/cm 3 ), et tagada kogu laskumissõiduki raskuskeskme etteantud asukoht. Kokpitis olid spetsiaalsete amortisaatorite küljes riputatud kolm kosmonautide tooli ning toolide istmeid sai paigaldada erinevate nurkade all seljaga. Kabiinis olid ka juhtpaneelid, navigatsioonisüsteemi seadmed ja teadusseadmed.

Kogu laskumissõiduki varustus oli paigutatud nii, et selle sektsiooni raskuskese asus pikiteljest teatud kaugusel. Selle tulemusena tekkis laskumissõiduki atmosfääri sisenemisel teatud ründenurk ja tekkis tõstejõud. Orienteerimissüsteemi mootorite abil sai reguleerida kaldenurka ja sellest tulenevalt ka tõstejõudu lennu ajal atmosfääris, mis võimaldas teostada kontrollitud laskumist.

Programmi järgi lasti laskumissõiduk vette. Küll aga võeti kasutusele meetmed juhuks, kui see maale maandub. Sektsiooni ühel küljel oli neli spetsiaalset eendit (peenikese välisekraaniga varjend piki koonuse kontuuri), mis pidid vastu pinda põrkudes kokku vajuma ja seeläbi põrutuskoormusi summutama. Tagamaks kambri kukkumist äärtele kinnitati langevarjunöörid laskumissõiduki külge asümmeetriliselt.

Kogu laskumissõiduki pind oli kaitstud kuumakilpidega, mille koonilisel osal oli paksus 8-44 mm ja põhjas 63 mm. Ekraanid valmistati kärgtäidisega klaaskiust. Täiteainena toimis ablatiivne materjal: fenool-epoksüvaik, millesse viidi õõnsad klaashelmed.

Pärast aerodünaamilise pidurdamise lõpetamist atmosfääris aktiveeriti langevarjusüsteem, mis sisaldas kahte pidurdamist, kolme heitgaasi ja kolme peamist langevarju. Õhuvoolu viidi 7,6 km kõrgusel 5 m läbimõõduga pidurilangevarjud - need vähendasid kiirust 120-lt 60 m/s-le. 3 m läbimõõduga pilootlangevarjud võeti kasutusele 4,5 km kõrgusel, mõni sekund hiljem 4–4,2 km kõrgusel rifitud peavarjud, millest igaühe kupli läbimõõt oli 26,8 m.

Peamiste langevarjude kasutuselevõtt viidi läbi kolmes etapis. Ojasse sisenedes olid need rifitud, 5 s pärast avanesid osaliselt, veel 3 s pärast avanesid rohkem ja lõpuks, veel mõne sekundi pärast, läksid need täielikult lahti. Pritsimise hetkel oli kiirus 8 m / s ja ühe tõrke korral, st kui üks langevari ei avanenud, oli see 10,5 m / s (mis juhtus Apollo kosmoselaeva ühel lennul).

Korduvkasutatavad kosmoselaevad. Kaasaegses astronautikas kasutatakse Maa tehissatelliitide orbiitidel, välja arvatud harvad erandid (“kosmosesüstik”), reeglina ühekordseid kosmoselaevu, mille iseloomulikuks tunnuseks on see, et pärast kosmoselendu ei naase nad täielikult Maale. . Tavalised tingimused laskumised on ette nähtud ainult ühele sektsioonile - laskumissõidukile. Projekteerimisuuringud on näidanud, et sellistel laevadel on mitmeid eeliseid täisjõus tagastatud laevade ees. Need on tehniliselt lihtsamad ja nõuavad nende loomiseks ja käivitamiseks vähem materjalikulusid.

Fakt on see, et kogu laeva päästmine on seotud paljude lisaprobleemide lahendamisega. Esiteks, selleks, et tagada vastuvõetava temperatuurirežiimiga atmosfääris kontrollitud laskumine, peab laeval olema voolujooneline kuju ja kindlaksmääratud aerodünaamilised omadused. See tähendab, et laeval ei tohiks olla üldse väljaulatuvaid elemente või tuleb need enne vettelaskmist eemaldada siseruumi. Teiseks, et vältida konstruktsioonielementide ja eluruumide atmosfääri ülekuumenemist, on vaja katta kogu laeva välispind termokaitsega. See toob kaasa kogumassi olulise suurenemise.

Kosmosesüstikul on 111-tonnisest kosmoselaeva kogumassist soojuskaitse mass umbes 9 tonni, mis on peaaegu 10% kogumassist. Maandumissüsteem osutub keerulisemaks ja raskemaks. Laskumise kontroll nõuab rohkem kütust. Selle tulemusena muutub kogu laev keerukamaks ja kallimaks ning selle orbiidile laskmiseks on vaja võimsamat kanderaketti.

Tuleb märkida, et ühekordselt kasutatavates sõidukites on kõik seadmed, mida kasutatakse laskumise ja maandumise juhtimiseks, samuti meeskonna viibimiseks maandumise hetkest evakueerimiseni. Siin paigaldavad nad meeskonna mugavuse tagamiseks laskumise ettevalmistamiseks vahendid kosmoselaeva liikumise käsitsi juhtimiseks orbiidil ja vahendid pardasüsteemide juhtimiseks. Samas kohas, laskumissõidukis, on ette nähtud kohad pakkimismaterjalide jaoks koos uuringute tulemustega ja Maale tagastatud seadmetega.

LASTUMISSÕIDUKID AMS "VENERA"

Planeedi Veenuse uurimiseks mõeldud automaatsete kosmosejaamade laskumissõidukid on ehituselt erinevad kosmoselaevade laskumissõidukitest. Planeedil Veenus on üsna võimas atmosfäär: atmosfäärirõhk planeedi pinnal on üle 90 korra kõrgem kui maakeral. Pinna temperatuur on peaaegu 500 °C (umbes 770 K). See jättis jälje Veenuse laskumissõiduki loomisele.

Esimesed lennud planeedile Veenusele olid lisaks planeeritud nii, et laskumissõidukid kukuksid ligikaudu planeedi Veenuse ketta keskele näoga Maa poole. See tingimus oli vajalik raadioside loomiseks laskumissõidukiga, mille suhteliselt kitsa kiirgusmustriga antenn vaatas laskumisel praktiliselt seniidi poole. Kuid see seab erinõuded ka planeedi atmosfääri sisenemise nurgale, kui jaam sellele lähenes, osutusid need kohaliku horisondi suhtes umbes 62–65 °.

Sisenemiskiirusel üle 11 km/s põhjustas see asjaolu suuri ülekoormusi, ulatudes kuni 450 g-ni. Seetõttu oli vaja mõelda vastupidava korpuse ja seadmete loomisele, mis suudavad taluda selliseid tugevaid ülekoormusi.

Esimeste Veenusele lennanud jaamade laskumissõidukid olid pallilähedase kujuga. Samas võiks teadusriistade andureid paigutada vaid laskumissõiduki ülemisse ossa, langevarjuruumi katte allakukkumise järel avanevale lõikele. Esialgne teadmatus planeedi Veenuse täpsetest tingimustest, erinevate vaatluste vastuolulised tulemused viisid suhteliselt tugevate sfääriliste laskumissõidukite loomiseni, mis taluvad vaid kuni 20 atm. Väljaspool oli neid kaitstud märkimisväärse paksusega kuumavarjestuskest.

Veenuse atmosfäärile omaste parameetrite täpsustamiseks paigaldati esimestesse jaamadesse teaduslikud instrumendid ainult temperatuuri, rõhu, atmosfääri keemilise koostise ja valgustuse määramiseks, samuti kõrgusmõõtur andmete ühendamiseks kõrguse järgi planeedi pinnast. . Selliste planeedi Veenuse esimeste luurejaamade hulka kuuluvad Venera-4 jaam, mis lendas 1967. aastal, Venera-5 ja Venera-6 - 1969, Venera-7 - 1970 ja "Venera-8" - 1972. aastal.

Seoses vaadete muutumisega planeedil eksisteerivate füüsiliste tingimuste kohta, kuna laskumissõidukitelt saadi andmeid, muutus ka laskumissõidukite endi disain. Kere tugevust tuli suurendada, et see taluks välist survet 10 atm Venera-4 puhul 120 atm Venera-8 puhul. Selle tulemusena suurenes laskumissõiduki mass ja kui neist esimese puhul oli see 383 kg jaama kogumassiga 1106 kg, siis Venera-7 ja Venera-8 puhul oli laskumissõiduki mass. juba 500 kg jaama massiga 1200 kg.

Atmosfääri tagasisisenemiskiirusel umbes 11 km/s ulatusid ülekoormused 450 g-ni ja gaasi temperatuur lööklainefrondis 11 000 K. Nii kõrgetel temperatuuridel laskuva sõiduki pind isegi ei põle, vaid lihtsalt aurustub.

Jaamade Venera-4 - Venera-8 kuulilähedased laskumissõidukid olid läbimõõduga umbes 1 m. Palli välispind, eriti selle alumine esiosa, oli varustatud võimsa kuumakaitsega. kest. Viimane lükkas ka Veperi atmosfääris laskumissõiduki liikumisel palli pinnalt soojuse sissevoolu hermeetilisesse anumasse.

Laskuvad sõidukid eraldati automaatsetest kosmosejaamadest, kui nad olid veel 20 000–40 000 km kaugusel planeedist Veenus. Selle manöövriga püüdsid nad kaitsta laskuvat sõidukit kahjustuste eest atmosfääri sisenemisel. Sel juhul ei toimu jaamaruumide vahel kokkupõrkeid ja sellest tulenevalt ei kahjustata laskumissõidukit. Orbitaalkamber täitis oma töö – toimetas laskumissõiduki planeedile ja nüüd saab see Veenuse atmosfääri sisenedes hävineda, kuna sellel puudub sobiv kuumuskaitsekate.

Kuid kogu 4-kuulise lennu ajal Maalt Veenusele tagas orbitaalkamber temperatuurirežiimi nii enda kui ka laskumissõiduki vajaduste jaoks. Enne eraldamist jahutas orbitaalruumi termiline juhtimissüsteem laskumissõidukit, mis oli vajalik selle jõudluse pikendamiseks Veenuse atmosfääri kuumades tingimustes. Orbitaalkamber andis ka elektrienergiat erinevate süsteemide tööks, ammutades seda Päikesest päikesepaneelid. Seda kambrit kasutades määrati kindlaks jaama asukoht kosmoses ja viidi läbi vajalik lennukorrektsioon, et suunata laskuv sõiduk etteantud kokkupõrketsooni planeedi Veenuse piirkonnas.

Kuid vaatamata sellistele olulistele funktsioonidele oli orbiidikamber tegelikult vaid vahend töökorras laskumissõiduki toimetamiseks planeedile Veenusele.

Struktuuriliselt koosnes laskumissõiduk ise kahest isoleeritud sektsioonist: alumine - instrumentaal- ja ülemine - langevari. Pärast aerodünaamilise pidurdussektsiooni läbimist maha kukkunud katte all asuvas langevarjuruumis olid teadusinstrumentide andurid, raadiokompleksi antennid ja kõrgusmõõtur, samuti kaheastmeline langevarjusüsteem (pidurdus- ja peavarjudest). ). Langevarjuriie säilitas vajaliku tugevuse temperatuuridel kuni 500 °C. Siin asusid ka selle seeria kahe viimase jaama raadiokompleksi kaugantennid.

Pärast intensiivset aerodünaamilist aeglustumist, kui saavutati kiirus umbes 200–250 m/s, genereeriti baromeetrilistest anduritest (rõhul 0,6 atm) käsk tulistada maha langevarjuruumi kate ja pidurdav langevarju alaga. 2,2 m 2 juhiti õhuvoolu. Kiiruse edasise langetamise käigus andis programmiaja seade käsu eraldada pidurdav langevari ja tutvustada peamist.

Venera-4 pealangevarju pindala oli 55 m2, kuid pärast selle jaama lendu, mille laskumissõiduk laskus peaaegu 1,5 tundi väga "ebasõbralikus" atmosfääris, pidid põhilangevarju omadused muutuma. üle vaadata. Selle kasutuselevõtmisel umbes 70 km kõrgusel peatus laskumissõiduki töö juba umbes 30–40 km kõrgusel, kui atmosfääritase saavutas rõhu üle 20 atm. Veelgi enam, liiga pikk laskumisaeg põhjustas seadmete tugeva kuumenemise kuumas atmosfääris.

Laskumise kiirendamiseks vähendati jaamade Venera-5 ja Venera-6 laskumismasinate pealangevarju pindala 12 m 2 -ni. Selle tulemusena tõusis laskumiskiirus ja laskumine ise kestis 51–53 minutit. Need laskumismasinad laskusid kõrgustele rõhuga 27–28 atm ning langevarjuga laskumine toimus juba 36 ja 38 km kõrgustele. Jaamade Venera-7 ja Venera-8 laskumismasinad jõudsid koos tööseadmetega planeedi pinnale.

Riis. 4. Venera-8 jaama laskumissõiduk: 1 - langevari; 2 - saateantenn; 3 - langevarjuruumi kate; 4 - raadiosaatja; 5 - siiber; 6 - termokaitse; 7 - keha; 8 - soojusvaheti

Esimese põlvkonna Venera jaamade laskumissõiduki alumises instrumendiruumis (joonis 4) oli pardaraadiosaatja, ajaprogrammi seade, automaatikaüksused, telemeetriasüsteem, raadiokõrgusmõõtur, aku, termojuhtimissüsteem, ja teadusaparatuur. Laskumissõiduki alumisse ossa paigaldati spetsiaalne mehaaniline siiber, mis suurendas laskuva sõiduki stabiilsust Veenuse atmosfääris ja vähendas selle võnkumiste amplituudi. Mida väiksem on amplituud, seda väiksemad on külgmised ülekoormused, mis aksiaalsele ülekoormusele lisandudes halvendavad mõju laskuvale sõidukile.

Pärast Veenuse atmosfääri tegelike omaduste kohta andmete saamist suutsid disainerid hakata kavandama ja ehitama uue põlvkonna laskumissõidukeid, mis olid mõeldud selle planeedi atmosfääri ja pinna füüsikaliste ja keemiliste omaduste ulatuslikeks uuringuteks. Teise põlvkonna maandumissõidukid olid mõeldud paljude teaduslike ülesannete täitmiseks, sealhulgas planeedi pinna "uurimiseks". Seetõttu paigaldati laskumissõidukitele foto- ja televisioonitehnika. Keemilise analüüsi läbiviimiseks töötati välja ja paigutati laskumissõidukile pinnase proovivõtuseade ning laskumissõiduki sees oli kompleksne kompleks kogutud pinnase keemilise analüüsi läbiviimiseks. Varrastele pandi antennid, andurid tuule kiiruse, valgustuse jms määramiseks.

Suurem osa teadusaparatuurist tuli paigutada laskumissõidukist väljapoole, kuid kui see oleks sunnitud sellisel kujul atmosfääris pidurdama, siis hävitaks aerodünaamilise pidurdamise käigus tulise tornaado kõik teadusaparatuuriga väljaulatuvad osad. Seetõttu hakati algset laskumissõidukit nimetama maandumissõidukiks, selle peale pandi kuumavarjestuskattega pall ning selle tulemusena saadi uus laskumissõiduk, kuid juba palju suurem. Kuuli läbimõõt oli 2,4 m ja see koosnes kahest poolkerast, mis eraldusid pürotehnika lõhkamisel (joonis 5).

Muutused on läbi teinud ka jaamad ise "Venus". Automaatsete planeetidevaheliste jaamade starti viis läbi võimsam kanderakett ja seetõttu ulatus jaamade mass laskumismasinalt tulevate raadiosignaalide kordajana 4,5–5 tonnini.

Selleks oli vaja see planeedi tabamise trajektoorilt üle kanda möödalennutrajektoorile. Sellest tulenevalt oli enne planeedile lendu vaja laskuv sõiduk eraldada, olles eelnevalt jahutanud, et suurendada selle vastupidavust atmosfääri kuumas hingeõhus, ja seejärel tõukejõusüsteemi abil juba jaam üle viia möödalennu trajektoor. Reeglina toimub laskumissõiduki ja jaama eraldamine kaks päeva enne lähenemist.

Riis. 5. Venera-10 jaama laskumissõiduk: 1 - langevari; 2 - pilvekihis atmosfääris töötavad teadusseadmed; 3 - telefotomeeter; 4 - vastupidav ümbris; 5 - termokaitse; 6 - siiber; 7 - telik; 8 - soojusvarjestuskorpus; 9 - pidurikilp; 10 - antenn

Miks kaks päeva ja mitte üks või kümme ja mitte 27 või 59 tundi?

Laskumissõiduki puhul, mida hilisem eraldamine, seda parem, kuna see kasutab jaama soojusjuhtimissüsteemi ja selle seadmete töövõimet kontrollitakse jaama süsteemide abil. Ja jaama jaoks on vajalik varasem eraldamine, et luua madalam energiaimpulss enesekindlaks üleminekuks sissetulevalt trajektoorilt möödalennule. Kompromissotsus määras eraldumise ette 48 tundi ehk kaks päeva enne planeedile lähenemist. Pärast eraldumist enne langevarjusüsteemi kasutuselevõttu liigub laskuv sõiduk "vaikselt", Maa ei saa seda kontrollida. Eraldusseansi läbiviimiseks kulub täpselt kaks päeva ajal, mil NSV Liidu territooriumil asuvad maapealsed raadioseireseadmed on pööratud planeedi Veenuse poole. Ja laskumissõiduki planeedile saabumise ja maandumise seanss (mis valiti eelnevalt välja) peaks samuti jääma meie riigi territooriumilt raadio nähtavuse perioodi. Loomulikult on need raadionähtavuse perioodid 24-tunnised - Maa igapäevase pöörlemise periood.

Pärast eraldamist saab Venera jaama üle viia Veenuse tehissatelliidi orbiidile (nagu oli jaamade Venera-9 ja Venera-10 puhul) või möödalennutrajektoorile edasilennuga ümber Päikese orbiidil, mis asub Maa ja Veenuse orbiidid. Võimalus kasutada jaama repiiterina võimaldas oluliselt vähendada laskuva sõiduki tugevusomadusi, kuna Maa poole suunatud planeedi ketta keskpunkti laskumiseks ei olnud karme tingimusi.

Nii sai võimalikuks oluliselt vähendada atmosfääri sisenemise nurka. Tõsi, trajektoori lubatud kõrvalekallete tõttu arvutatud trajektoorist ei saa eriti väikeseid sisenemisnurki realiseerida, kuna atmosfäär ei pruugi sel juhul seadet tabada. Teise põlvkonna Venera jaamade arvestuslikeks sisestusnurkadeks võeti 20–23°. Samal ajal ulatuvad maksimaalsed ülekoormused vaid 170 g-ni.

Laskuva sõiduki maandumine on nüüd võimalik praktiliselt kõikjal planeedil, isegi selle vastasküljel, mis pole Maalt nähtav. Nüüd võtsid ju laskumissõiduki raadiosignaalid vastu planeedist mööda lennanud kosmoseaparaat. Ta võttis signaale vastu ja edastas suure suunaantenni kaudu Maale, kuid neid võis ka jaama pardal salvestada ning seejärel vastavalt vajadusele korduvalt reprodutseerida ja Maale edastada.

Laskuvad sõidukid "PIONEER-VENERA"

Veenuse atmosfääri uuringute läbiviimiseks käivitasid Ameerika spetsialistid 1978. aastal 885 kg kaaluva jaama Pioneer-Venus-2, mis sisaldas nelja laskumissõidukit. Neist üks oli suurima massiga 350 kg läbimõõduga 1,5 m ja ülejäänud kolm kaalusid 86 kg läbimõõduga 71 cm Väikesed seadmed olid ette nähtud atmosfääris laskumiseks päeval ja öösel nii planeedi kui ka Veenuse põhjapooluse suunas.

Laskumissõidukid valmistati titaanist kuuli kujul, et need taluksid kuni 100 atm survet. Välispinnalt kaitses palli termoekraan, mille esiosas oli termokaitse fsnol-süsinikkatte eest. Alumises osas oli vahustatud elastomeersest materjalist kate.

24 päeva enne planeedile lähenemist eraldus umbes 12 miljoni km kaugusel jaamast suur laskumissõiduk ja veel 5 päeva pärast eraldusid mitmeminutilise intervalliga väikesed sõidukid. Laskuvate sõidukite sisenemine planeedi atmosfääri toimus kiirusega, mis oli mõnevõrra suurem kui 11 km/s. Samal ajal oli pidurdamine aerodünaamiline.

See sissesõidulõik ja intensiivne aeglustus kestis umbes 30 s, seejärel langetati suure laskumissõiduki lähedale kuumavarjematerjalist ekraan ja 17 minuti jooksul laskuti langevarjuga (väikestel laskumissõidukitel langevarjud puudusid). Selle aja möödudes langevari langes maha, et kiirendada atmosfääri liikumist selle pinnale. Side selle laskumissõidukiga kestis 1 tund 19 minutit, kuni see pinnale jõudis.

Väikesed laskumissõidukid korraldasid pärast kuumakaitsekilpide mahalaskmist ka raadiosaateid enne Veenuse pinnale jõudmist. "Päevane" laskumissõiduk (üks kolmest väikesest) jätkas pärast pinnale jõudmist raadiosignaalide saatmist veel 68 minutit. Pioneer-Venera-2 jaam ise põles sarnaselt Venera-4 jaam planeedi atmosfääris maha.

Tegelikult olid need laskumissõidukid, mis ei olnud ette nähtud pehmeks maandumiseks planeedil, ainult sondidena, kogudes andmeid atmosfääri langemise protsessis. Vaid ühte väikest sõidukit, mis jäi pärast pinnale sõitmist tööle, võib tegelikult nimetada laskumissõidukiks.

Selle säilimist võib seletada Veenuse atmosfääri suure tihedusega, mis võib vähendada langemise kiirust ja järelikult ka ülekoormuse suurust pinnaga kokkupõrkel.

Miks olid siis Veenusele maandumiseks mõeldud laskumissõidukid ainult palli kujulised ja seetõttu toimus nende laskumine ainult mööda ballistlikku trajektoori?

Esiteks ei laskunud Veenusele inimene, vaid teaduslikud instrumendid, mis on võimelised taluma 100 g või suuremat ülekoormust. Teiseks on palli kuju kõige lihtsam ja selle jaoks pole vaja spetsiaalset laskumise juhtimissüsteemi luua. Aerodünaamilise kvaliteediga laskumissõiduki, näiteks esilaternate, kasutamisel on vaja kasutada keerulist orientatsioonisüsteemi, mis määrab atmosfääri sisenemise ja tõstejõu suuna ning võimaldab juhtida ka tõstejõud, kui sõiduk pöördub veeres. Igal juhul mängis Veenusele maandumiseks laskuva sõiduki kuju valimisel peamist rolli loomulikult sellise sõiduki loomise lihtsus ja suhteliselt madal hind.

LASKUMINE ILMA ATmosfäärita

Kell tipptasemel kosmonautika on seni teostanud praktiliselt pehmeid maandumisi atmosfääri puudumisel ainult Kuul. Kuid põhimõtteliselt saab selliseid laskumissõidukeid toimetada Merkuurile, Marsi satelliitidele, teiste planeetide mitteatmosfäärilistele satelliitidele, aga ka asteroididele. Pange tähele, et mida väiksem on päikesesüsteemi keha mass, seda vähem on võimalik selle pinnale kütust maanduda.

Laskumissõidukid, mis on ette nähtud pehmeks maandumiseks atmosfääri puudumisel, ei ole kaetud kuumakaitsekihiga, vaid kiirguse eest kaitsmiseks on need reeglina riietatud ainult ekraan-vaakumsoojusisolatsiooniga "kasukasse". Päikese energia ja kaitseks seadme varjulisel küljel ruumis sügava jahtumise eest. Seda tüüpi laskumissõidukite jaoks ei saa kasutada ka langevari, kuna kuplit pole vaakumis millegagi täita. Seetõttu kasutatakse planeedi pinnale sattumise vältimiseks ainsat vahendit - rakettmootorit, mis suudab kustutada suure kiiruse ebaoluliste väärtusteni, suurusjärgus mitu meetrit sekundis.

Sel juhul meenutab kosmoselaeva maandumine raketi starti, ainult kõik toimub vastupidises järjekorras. Düüsidest leeki kiirgavad mootorid ei suurenda liikumiskiirust, vaid vähendavad seda ning selleks keeratakse mootori otsik liikumissuuna poole. Pealegi ei taga tõukejõusüsteemi töö mitte ainult laskuva sõiduki kiiruse vähenemist sihtmärgi suhtes nullini, vaid kompenseerib ka päikesesüsteemi keha külgetõmbejõudu.

Pidurdusmootor peab vähendama aparaadi kiirust väärtuseni mitu meetrit sekundis ja pidurdamise lõpp peab langema kokku planeedi pinnale lähenemise hetkega, vastasel juhul arendab laskuv sõiduk taas suure kiiruse. vabalangemise tulemus. Erinevate pidurdusskeemide analüüs näitas, et esimeste katsete jaoks on kõige usaldusväärsem variant pidurdamine jaama vertikaalse laskumisega, mis võimaldab maandumissüsteemi lihtsustada.

Teoreetiliselt on seda probleemi lihtne lahendada: planeedi tõmbejõu, mootori tõukejõu ja kosmoselaeva pidurduseelse kiiruse teadaolevate väärtuste põhjal arvutatakse kaugused planeedi pinnast, mille saavutamisel kosmoselaev peab tõukejõusüsteemi sisse lülitama. Kuid praktikas ei ole lihtne kindlaks teha, millal jõusüsteem pidurdamiseks sisse lülitada. Kui palju kilomeetreid on jäänud planeedile lennata - pole kelleltki küsida, kosmose verstaposte pole seatud. Peame kosmoselaevale panema kõrgusemõõtja ehk teisisõnu radari, millega saab määrata kaugust planeedi pinnast.

Vastavalt eelnevalt välja arvutatud ja kosmoselaeva mällu salvestatud programmile tuleb soovitud kõrgusele maapinnast jõudmisel kõrgusmõõturilt käsk tõukejõusüsteemi sisselülitamiseks. Enne jõusüsteemi sisselülitamist on aga vaja mootor suunata otsikuga allapoole. Tõsi, ilmaruumis pole mõisteid "üles" ja "alla". Tavaliselt seostatakse suurte taevakehade, nagu tähed, planeedid, "põhi" nende keskpunktiga, kuid väikeste kehade, näiteks asteroidide puhul määratakse "alumine" ja "ülaosa" ainult tõmbekeskuse suunast.

Seetõttu tuleb atmosfäärita kehale maandumiseks pöörata tõukejõusüsteemi otsik gravitatsioonijõu suunas ja lülitada paigaldus sisse sellisel hetkel, et see puutub kokku pinnaga. , kiirus on nullilähedane. Kosmoselaeva on võimalik paigutada gravitatsioonijõu suunas ainult siis, kui määratakse kosmoselaeva asukoht sihtmärgi suhtes ja selle liikumissuund. Alles seejärel määratakse paranduse läbiviimiseks vajalik impulss, et laskumisrada õigesti sooritada. Taevamehaanika seaduste kasutamine ja lennutrajektoori vajalik korrigeerimine võimaldab suunata kosmoseaparaat keha nähtava ketta keskele või mõnesse muusse määratud maandumispunkti.

Laskumissõiduki pööramine pidurdamiseks vajalikus suunas saab toimuda orienteerimissüsteemi abil. Selle süsteemi optiliste andurite abil määratakse suund Päikesele või võrdlustähele. Trigonomeetrilise ülesande lahendamisel leiavad nad seejärel suuna planeedi keskpunktile Päikese suuna ja tähe suunas. Lõpuks pöörab juhtimissüsteem seadme soovitud asendisse.

Ajavahemik mootori sisselülitamisest maandumiseni arvutatakse kosmoselaeva projekteerimisel ette ning kaugus planeedini määratakse raadiokõrgusemõõtja abil. Sõltuvalt seadme massist valitakse nii mootori tõukejõu väärtus kui ka sisselülitamise kõrgus. Mis puutub atmosfääris laskuvatesse laskumissõidukitesse, siis sel juhul ei päästeta mitte kogu kosmoselaeva, vaid ainult osa sellest. Praegusel hetkel, kui jõusüsteem on sisse lülitatud, visatakse ära lisakambrid, st mida maandumiskohas enam ei vajata. Need on astro-orientatsioonisüsteemi plokid, mis on vajalikud ainult lennuks Maalt uuritavasse kehasse, samuti kasutatavad keemilised vooluallikad jne. Näiteks märgime, et Luna-9-s on mass nendest tühjendatud sektsioonidest oli proportsionaalne Kuule maandunud automaatse Kuu jaama massiga.

Seda kõike tehakse selleks, et vähendada kosmoselaeva aeglustamiseks kuluvat kütust. Kuid kosmoselaeva liikumise kontrollimiseks on vaja perioodiliselt määrata selle kiirus. Inertsi kiirust ei saa mõõta. Kui aga kosmoselaeva mootor sisse lülitada, ilmub kiirendus. Sel juhul on güroskoopilist integraatorit kasutades võimalik mõõta liikumiskiirust lineaarsete kiirenduste integreerimisega. Tõsi, sel juhul ei tuvastata mitte kosmoselaeva tegelikku kiirust, vaid ainult tõukejõusüsteemi tööst tuleneva kiiruse muutuse suurust.

Selle probleemi lahendamiseks saab kõrgusmõõtjat küsiv elektrooniline arvuti andmed kõrguse kohta ja integraatorilt kiiruse tõusu väärtused hetkedel, mis vastavad kõrgusemõõtja abil planeedi pinna kauguse määramisele. . Seejärel töötab elektrooniline aju vastavalt programmeeritud programmile välja soovitused jõusüsteemi drosseldamiseks või suurendamiseks, kui tegelikud kiiruse väärtused erinevad arvuti mällu salvestatud arvutatud väärtusest.

Laskumissõiduki maandumine pinnale pärast tõukejõusüsteemi töö lõppu toimub planeedi gravitatsiooni mõjul väikeselt kõrguselt kukkudes. Löögi summutamine vastu pinda, et vähendada sõiduki ülekoormust, tehakse reeglina kõigil laskumissõidukitel, kasutades kolme või nelja tuge koos individuaalsete amortisaatoritega.

Vaid esimesed Kuusõidukid Luna-9 ja Luna-13 viisid laskumissõiduki maandumise läbi erineval viisil.

JAAMADE LUNA-9 JA LUNA-13 LASTUMISSÕIDUKID

Enne kosmoseaparaadi maandumist Kuu pinnale oli selle omaduste kohta kõige vastuolulisem teave. Mõnedel andmetel oli Kuu pind kivine mägikõrb, teistel arvati, et Kuu “mered” ja mandrid olid kaetud paksu tolmukihiga, milles kõik kosmoselaevad, kes julgesid sellele pinnale maanduda. võis uppuda.

Riis. 6. Jaama "Luna-9" pehme maandumise skeem

Algse lahenduse Kuule pehmeks maandumiseks pakkus välja S.P. Korolev. Algul tuli tõukejõusüsteemi abil pidurdada Kuu jaama lendu kiiruseni mitu meetrit sekundis ja seejärel automaatne kuujaam tõukejõusüsteemist maha visata ning Kuul oli surugaasiga täispumbatud pehmetesse ja elastsetesse silindritesse pakitud laskumissõiduk (joonis 6). Väikese massi (umbes 100 kg) ja silindrite suhteliselt suure kandepinna (umbes 1,5 m 2) korral on erirõhk maapinnale tühine. Maandumissüsteem oli konstrueeritud nii, et mis tahes pinnase all (olgu see siis kõva kivine pind või lahtine hajutatud pinnas) oleks tagatud jaama usaldusväärne kuu maandumine.

Luna-9 jaama laskumissõidukit võib tegelikult nimetada umbes 100 kg kaaluvaks automaatseks Kuujaamaks. Kõik muu oli pinnaga kokkupuutel kas hävinud või kahjustatud. Laskumissõiduki kerakujuline, umbes 50 cm läbimõõduga suletud kroonlehtedega kere võttis munaja kuju. Jaam lendas Kuule kiirusega 2,6 km/s. Astroorientatsioonisüsteem pööras ja fikseeris jaama kindlas suunas nii, et tõukejõusüsteemi otsik oli suunatud Kuu pinna poole.

48 s enne lähenemist, kui Kuule oli jäänud 75 km, eraldati jaamast autonoomse kõrgusemõõtja märguandel kaks tarbetuks muutunud sektsiooni koos seadmetega ja lülitati sisse pidurdusjõusüsteem. (Selle õigem nimetus oli korrigeeriv-pidurdusjõusüsteem, kuna Maa-Kuu lennumarsruudil korrigeeriti sellega lennutrajektoori Kuule.) Käiturisüsteemi tööd juhiti vastavalt koostatud programmile ja jaama mälu. Mootoril oli võimalus kontrollida tõukejõudu suhteliselt laias vahemikus.

Käiturisüsteemi töö algusest peale oli surve all kaks elastset silindrit, mille sees asus automaatne kuujaam. Silindrid, mis hoiavad laskumissõidukit, on üksteisega kindlalt ühendatud, moodustades suure elastse palli. Kuu pinna lähedal lülitati mootor välja ja selle düüsi osa pöördus ümber ning moodustas lamedast vedruribast torukujulise sondi. Pinnaga kokkupuutel andis sond signaali silindritest laskuva sõiduki tulistamiseks. Sel juhul katkes ühendus jaamaga praktiliselt ning eraldumine tekkis algselt jaama toele surutud silindrite elastsusjõu tõttu.

Pind, millele silindrid suruti, oli mõnevõrra kaldu küljele, et eraldada automaatne kuujaam mitte vertikaalselt, nii et kukkumine ei toimuks jõusüsteemil, vaid mõnevõrra küljele. Jaamaga pall tegi mitu hüpet ja jäi seisma. Ajaprogrammi seadme signaalil katkesid silindritevahelised ühendused ja need nagu kaks kuuli põrkasid jaamast välja. Väikesest kõrgusest laskuv sõiduk laskus õrnalt pinnale.

Tänu munakujulisele kujule ja massikeskme madalale asendile võis seade võtta etteantud asendi. 4 minutit pärast maandumist andis programmiaja seade käsu püroluku avamiseks ja kroonlehtede antennid avanesid, vabastades samal ajal ka piitsaantennid. Lobe antennid täitsid lennu ajal vastuvõtu-edastusantennide rolli ning pärast avamist lülitusid saateantennidena tööle, piitsaantennid aga täitsid vastuvõtuantennide rolli.

Laskumissõiduki kere sisse paigaldati jäik raam raadioseadmete, elektrooniliste programmiaja- ja automaatikaseadmete, telemeetria- ja teadusseadmetega. Peal asus telefotomeeter, mis võimaldas näha ja Maale edastada ümbritseva piirkonna panoraami. Seadmete katkematuks tööks Kuu tingimustes säilitati vajalik temperatuurirežiim. See saavutati nii kere välise soojusisolatsiooni seadme kui ka soojusjuhtimissüsteemi tööga. Viimane sisaldas veepaaki, püroventiili, aurusti ventiili, ventilaatorit ja torusüsteemi.

Pärast Kuule maandumist püroklapp plahvatas, veeaurustussüsteem lülitati sisse ja ventilaator hakkas tööle, mis tagas soojuse ülekande seadmest gaasile. Aurusti ventiil oli süsteemi tundlik element, veevarustuse regulaator ja aurusti. Vesi tuli talle paagist rõhu all ja mida intensiivsem, seda kõrgem on klapi temperatuur. Klapis see aurustus ja võttis läbi klapi puhutud gaasist soojuse ära.

Automaatne kosmosejaam Luna-13 oli konstruktsiooni ja massi poolest sarnane jaamaga Luna-9, sellele paigaldati ainult täiendavad teaduslikud seadmed, samuti instrumendid Kuu pinnase otseseks uurimiseks. Need olid mehaaniline pinnas sr-penetromstr, mis võimaldas määrata kuu aine väliskihi mehaanilisi omadusi, ja kiirgustiheduse mõõtur Kuu pinnase väliskihi tiheduse määramiseks. Seadmed paigaldati mehhanismidele, mis tagasid jaama väliskorpusele kinnitatud seadmete eemaldamise. Eemaldamismehhanismid võimaldasid paigaldada need seadmed Kuu pinnale kuni 1,5 m kaugusele automaatsest kuujaamast.

Pärast jaamade Luna-9 ja Luna-13 lendu saadi lähteandmed Kuu pinnase omaduste kohta. Sellest ajast peale pole olnud vajadust konstrueerida laskumissõidukeid, mis suudaksid maanduda nii kivisele pinnasele kui ka paksu tolmukihiga kaetud pinnale. Kõik järgnevad Kuu maandurid on juba kasutanud teisi pehme maandumise meetodeid. Reeglina hakati kasutama jalakujuliste tugedega maandumisseadmeid. Selline telik on võimeline taluma ja summutama jaama kokkupõrget maapinnaga vertikaalkiirusel 6–8 m/s ja horisontaalse kiiruskomponendiga kuni 3–4 m/s ning tagama stabiilsuse kallakutel maandumisel. järsuga 15–20°.

LUNA-16 TÜÜPI JAAMATE LASTUMISSÕIDUKID

Nõukogude Kuu-uurijate uue põlvkonna laskumissõiduk töötati välja maandumislavana iseseisva mitmeotstarbelise raketiüksuse kujul. Sellel plokil oli vedelkütusega rakettmootor, paakide süsteem raketikütuse komponentidega, instrumendiruumid ja amortisaatorite toed Kuu pinnale maandumiseks. Samuti paigaldati maandumislavale pardaraadiokompleksi antennid ja asendikontrollisüsteemi täitevorganid.

Instrumentide sektsioonides olid juhtimis- ja stabiliseerimissüsteemi elektroonilised arvutus- ja güroskoopilised seadmed, elektroonilised orientatsiooniseadmed, pardaraadio-mõõtekompleksi raadiovastuvõtjad ja saatjad, programmiaja seade, mis kontrollib automaatselt kõigi süsteemide ja sõlmede tööd, keemilised akud. ja voolumuundurid, soojusjuhtimissüsteemi elemendid, autonoomsed vahendid kõrguse mõõtmiseks, horisontaalsed ja vertikaalsed kiiruse komponendid maandumisel ning muud seadmed, sealhulgas teadusseadmed.

Maandumisastme tõukejõusüsteemi ei kasutatud mitte ainult maandumisel pidurdamiseks, vaid ka orbiidi korrigeerimiseks lennu ajal Maalt Kuule. Tõukejõusüsteemis oli ka kaks väikese tõukejõuga mootorit, mis lülitati sisse maandumise viimasel etapil. Maandumisastme peamootoril oli korduvkasutatava käivitamise võimalus.

Maandumine Kuule, erinevalt esimestest laskumistest Kuu pinnale, toimus mitte otse lennutraktorilt, vaid kosmoseaparaadi eelsaatmisega Kuu tehissatelliidi orbiidile. Tõukejõusüsteemi abil tehtud manöövreid tehes moodustus maandumiseelne orbiit, mis on vajalik optimaalsete tingimuste loomiseks täpseks maandumiseks Kuu pinna antud piirkonnas.

Sellise orbiidi eripäraks on orbiidi madal kõrgus Kuu pinnast kõrgemal periapsises - ainult umbes 15 km. Pertsenter on sel juhul korraldatud antud maandumisala üle. Pange tähele, et selline kõrgus on tingitud kuni 9 km kõrguste mägede olemasolust Kuul, ülejäänud 5-6 km vahemaa lihtsalt tagas orbiidi moodustamisel lubatud vead.

Enne jõusüsteemi sisselülitamist maandumiseks viidi läbi jaama orientatsiooni- ja programmeerimistoimingud, et tagada mootori düüsi edasiliikumine. Lennutrajooni pikkus töötava mootoriga deorbiidipunktist Kuu maandumiskohani oli 250 km. Jaama asukoht oli kogu laskumislõigu jooksul rangelt stabiliseeritud. Kõrgust ja vertikaalset laskumiskiirust jälgiti pidevalt pardal oleva Doppleri kiirusmõõturi ja kõrgusemõõtjaga. Kõik toimingud laskumise ajal viidi läbi jaama automaatsete seadmete abil ilma Maa sekkumiseta.

Jõudes sättepunktid kõrgusel Kuu pinnast ja kiiruse vertikaalkomponentidest lülitus mootor välja ja uuesti sisse ning 20 m kõrgusel hakkasid hoopiski tööle väikese tõukejõuga mootorid. Enne mootori pidurdamiseks sisselülitamist kaks sektsiooni tühjade kütusepaakidega (kütust kasutati Kuu lähedal korrigeerimisel ja pidurdamisel Kuu tehissatelliidi orbiidi loomiseks), samuti astronavigatsiooniseadmete ja muude instrumentidega, mis ei olnud mida kasutati maandumiseks, lasti maha ja Kuule lasti kandevõimega kerge maandumislava (joon. 7). Viimastena kasutasid Luna-16, Luna-20 ja Luna-24 tagasisõiduraketti Luna-Earth ning Luna-17 ja Luna-21 puhul iseliikuvat sõidukit Lunokhod.

Riis. 7. Luna-16 jaama laskumissõiduk: 1 - antenn; 2 - pinnase sisselaskeseade; 3 - juhtimissüsteemi kamber; 4 - kütuse pool; 5 - tugi; 6 - mootor

Maandumisjärk pärast tõukejõusüsteemi väljalülitamist laskus pinnale. Lööki maapinnale pehmendasid neli amortisaatoritega tuge. Veelgi enam, löögienergia kulus tugede sammastes paiknevate metallvarraste venitamisele ja kärjetäidisega valmistatud tassikujuliste tugede purustamisele.

"SUVEYER" JAAMA LASTUMISSÕIDUK

Programm Surveyor oli mõeldud Kuu pinnase omaduste ja tingimuste uurimiseks Kuu pinnal, et tagada Apollo programmi edu. Struktuuriliselt koosneb Surveyori aparaat alumiiniumtorudest raamist, mille külge kinnitati kolm teliku tuge ning mast päikesepatareide paigaldamiseks ning suure suunaga antenn. Raamil oli kaks suletud mahutit elektroonikaga. seadmed, tõukejõusüsteem, telekaamera, navigatsiooni- ja teadusseadmed.

Surveyori umbes 1-tonnise stardimassiga laskus Kuu peale umbes 280 kg kaaluv laskumissõiduk pärast kütuse kulumist ja osa maandumisel mittevajaliku varustuse mahalaskmist.

Peamine sfääriline pidurimootor töötas tahkel kütusel. Seadmele paigaldatud väikesed tõukemootorid olid vedelad. Seade sisaldas päikesesensorit ja võrdlustähe Kapopuse andurit, samuti mitut radarit, mida kasutati laskumiskiiruse ja Kuu pinna kauguse määramiseks. Raadiokõrgusemõõtja andis signaali pidurimootori väljalülitamiseks. Teine kõrgusmõõtur juhtis pardaarvuti abil väikeseid tõukejõu mootoreid.

Kosmoselaeva telik oli stardi ajal kokkuvolditud olekus ja võeti kasutusele alles pärast seda, kui kosmoselaev oli Kuu lennurajale sisenenud. Tugedel olid nagid lennukitüüpi amortisaatoritega. Alumiiniumist kärgstruktuuriga amortisaatorid kinnitati hingedega tugede põhja külge. Aparaadi raami alumisse ossa kinnitati alumiiniumist kärgedest polsterdusplokid, mis on mõeldud raami löögi maapinnale pehmendamiseks põhitugede läbipainde ajal.

APOLLO LASTUMISSÕIDUK

Selle kosmoselaeva laskumissõidukit nimetasid Ameerika spetsialistid Kuu salongiks. Selle eesmärk oli toimetada kaks astronauti selenotsentriliselt orbiidilt Kuu pinnale, et tagada nende pinnal viibimine ja toimetamine Kuu pinnalt selenotsentrilisele orbiidile. Kuu kabiin koosnes maandumis- ja õhkutõusuetappidest. Kuult startides jäi maandumislava Kuule. Kuu kabiin oli keerukas insenertehniline struktuur, milles asusid elu toetav süsteem, juhtimis- ja navigatsioonisüsteem, elektrijaam, sideseadmed, pardamootorid ja teadusseadmed.

Pärast kuukabiini eraldamist Apollo kosmoselaevast ja nende vahel 18 m kaugusele jõudmist pöördus Kuu kabiin ümber, et seda kontrollida, et otsida võimalikke kahjustusi. Seejärel lülitati 32 sekundiks sisse maandumiskabiini peamootor, mis viis laskumissõiduki elliptilisele orbiidile, mille periapsise kõrgus oli 15 km kõrgusel Kuu pinnast. Kuu kabiini laskumine kuu pinnale toimus kolmes etapis: aeglustamine, taandumine maandumisalale ja maandumine.

Periapsisse jõudmisel lülitati sisse kuukabiini maandumisastme mootor, mis täistõukejõul töötades tekitas 8 minuti pikkuse aeglustuse. Selle aja jooksul läbis salong umbes 400 km ja laskus 2,6 km kõrgusele. Maabumisalani oli veel ca 15 km. Siin algas maandumisalale startimise etapp, selleks paigutati kuukabiin nii, et astronaudid näeksid valitud ala. Sellel etapil töötas maandumisastme mootor 60% täistõukejõuga ja vähendas vähem kui 1,5 minutiga salongi lennukiirust 137-lt 15 m/s-le.

Selle etapi lõpus oli kõrgus maapinnast 150 m ja kaugus maandumiskohast ligikaudu 360 m. Maandumise viimases etapis kontrollisid astronaudid täielikult lendu. Oli ette nähtud Kuu salongi orientatsioon, mootori tõukejõu järkjärguline vähendamine ja vertikaalne laskumine 30 m kõrguselt Minimaalne maandumisaeg oli 75 s, kuid praktikas kestis see kauem, kuna maandumise kontrollimine võttis aega ala ja valige sobivam maandumiskoht.

Pehme maandumise tagamiseks varustati maandumislava spetsiaalse telikuga. Stardimisel pandi telik kokku, teleskooptoed suruti vastu maandumislava korpust. Telik pöördus ümber alles pärast seda, kui astronaudid liikusid Kuu salongi. Alumiiniumist kärgedest topsikujulised toed kinnitati teliku külge hingel. Löökkoormuste neelamiseks kasutati kokkupandavat alumiiniumisulamist kärgstruktuuri südamikku, mis oli saadaval teliku teleskoopjalgades. Riiuli sai lühendada 0,8 m võrra.

Nähti ette, et umbes 1 m kõrgusel lülitavad kosmonaudid maandumislava mootori välja, et vältida laskumissõiduki põhja ülekuumenemist maapinnalt peegelduvast väljavoolavast joast. Samuti kartsid nad mootori plahvatust, kui see puudutab töötamise ajal maad. Kuid praktikas unustas kosmonaut N. Armstrong juba esimesel maandumisel mootori välja lülitada, kuid Kuu salongis oli maapinna puudutamise hetkel kiirus peaaegu null. Mootor lülitati välja telikul asuvast sondist.

Astronautide tagasipöördumine Kuult viidi läbi stardifaasi kasutades. Start viidi läbi sarnaselt raketi Maale saatmisega, kuid stardiseadme asemel kasutati siin maandumislava. Stardilava sisenes Kuu tehissatelliidi orbiidile ja dokkis seejärel Apollo kosmoselaeva põhiplokiga. Pärast astronautide üleminekut sealt ja üleviimist sealt vajalik varustus ja materjalid, eemaldati see põhiseadmest. Seejärel jäi stardietapp kas selenotsentrilisele orbiidile või suunati see Kuu pinnale.

Laskumine haruldases atmosfääris

Kosmoselendude praktikas kasutati selliseid laskumismasinaid ainult lendudeks planeedile Marss. Selle planeedi atmosfäär on väga haruldane. Atmosfäärirõhk pinnal on siin 1/160 kuni 1/100 normaalsest atmosfäärirõhust Maal. Kuid vaatamata sellisele harvaesinemisele kaasnevad kosmilise kiirusega atmosfääri sisenemisega Maa atmosfääriga sarnased nähtused. Aeglustamiseks ja kiiruse vähendamiseks kosmosekiiruselt mitmekilomeetriselt sekundis umbes 200–300 m/s-ni tekib Marsi atmosfääris selleks piisav aerodünaamiline jõud.

Kogu Marsi atmosfääri laskumise raskus seisneb selles, et kiiruseni 200–250 m/s võib jõuda kas pinna lähedal või vahetult enne sellele kokkupõrget. Langevarjusüsteemi kasutuselevõtuks ei jää praktiliselt aega ning laskumissõiduk võib pinnaga kokkupõrkes hävida enne, kui langevarju abil pidurdatakse tõhusalt. Seetõttu on vaja langevarju kasutusele võtta mitte lennukiirusel 200–250 m / s, vaid palju varem - isegi hüperhelikiirusel suurusjärgus 2 M (umbes 650 m / s).

See tõstatab probleemi langevarjude viimisel hüperhelikiirusele. Langevarjude valmistamiseks on vaja kasutada eriti tugevat materjali, mis talub langevarju avamisel tekkivaid suuri koormusi. Langevarju koormuse vähendamiseks on vaja järjestikku sisse viia mitu langevarjukaskaadi suureneva varikatuse pindalaga Sel juhul suureneb koormus aeglaselt. Teine võimalus ülekoormuste vähendamiseks on reefeeritud langevarjusüsteemi kasutuselevõtt koos põhilangevarju järkjärgulise avamisega mitmes etapis.

Langevarjusüsteem vähendab Marsi tingimustes lennukiirust efektiivselt vaid mõnekümne meetrini sekundis (umbes 100 m/s). Kiirust vastuvõetavate väärtusteni, umbes 10 m / s, kustutada ei saa Marsi atmosfääris mõistliku suurusega langevarjusüsteem. Seetõttu on vajadus kasutada kombineeritud süsteemi: koos langevarjusüsteemiga kasutada tõukejõusüsteemi. Kogu pidurdamise etapp kulgeb sel juhul esmalt nagu atmosfääriga planeetide puhul, kasutades eelnevalt aerodünaamilist pidurdamist ja seejärel langevarjusüsteemi abil, kuid viimasel etapil, nagu atmosfäärita planeetidel, kasutatakse tõukejõusüsteemi. kasutatud. Marsi planeedile sellise maandumise teinud sõidukite hulka kuuluvad Marsi seeria Nõukogude jaamad ja Ameerika Vikingi jaamad.

MARSI JAAMA LASTUMISSÕIDUKID

Otsustades, millist skeemi eelistada: kasutada pärast aerodünaamilist pidurdamist tõukejõusüsteemi või langevarjusüsteemi ja alles viimases etapis pinnale pehmeks maandumiseks tõukejõusüsteemi, võitis teine ​​skeem ja selle võidu põhjuseks oli laskumissõiduki parimad massiomadused. Tõepoolest, esimeses skeemis oleks pidurisüsteemi mass, nagu arvutused näitavad, 70% laskuva sõiduki massist, teises skeemis ainult 50%. Seega suurendab langevarjusüsteemi kasutamine kogu laskumissõiduki aeglustusprotsessi ühe komponendina kasutatava teadusaparaadi ja muude seadmete massi.

Kuna Marsi atmosfäär on väga haruldane ja aerodünaamilise pidurdamise võimalus on suurem, mida suurem on konstantse massi juures laskuva sõiduki keskosa, siis pandi laskumissõidukile aerodünaamiline pidurduskoonus läbimõõduga 3,4 m. lift. - ja tõmbe suhe ja sellest tulenevalt toimub liikumine laskumisel mööda ballistilist trajektoori. Järelikult ei olnud laskumissõidukile vaja paigaldada laskumise liikumisjuhtimissüsteeme.

Teise ja kolmanda automaatjaama "Mars" lennu ajal oli kavas läbi viia laskuva sõiduki pehme maandumine planeedi pinnale ja edastada signaale ümber planeedi orbiidil lendavale jaamale. Marsi tehissatelliidi loomiseks oli vaja jaam viia Marsi planeedi piirkonda nii, et selle liikumine ei toimuks mitte mööda sissetulevat trajektoori, vaid mööda lendamist ja suhteliselt väike kaugus pinnast.

Kuid laskuva sõiduki jaoks on selline trajektoor vastuvõetamatu, selle jaoks peab lennutrajektoor lõppema tabamusega, kui mitte planeedil endal, siis vähemalt atmosfääris. Atmosfääri hõrenemise tõttu ja sellest tulenevalt selles oleva aparaadi liikumistee suurendamiseks kõige tõhusama aerodünaamilise pidurdamise jaoks peab laskuv sõiduki lend toimuma peaaegu tangentsiaalselt planeedi pinnaga. Tõsi, ülesande usaldusväärsuse kaalutlustel eeldati, et sisenemisnurk on vähemalt 10°. Väiksemate sisenemisnurkade korral ei suutnud atmosfäär laskuvat sõidukit tabada, kuna sel juhul ei toimuks tõhusat aeglustumist ja laskuv sõiduk, rikošett, läheks planeedilt eemale.

Kõigi nende probleemide lahendus viis selleni, et Marsi jaama lend oli kavandatud mööda lennutrajektoori, kuid planeedist umbes 40 tuhande km kaugusel plaaniti laskuv sõiduk jaamast eraldada ja suunata. mööda uut trajektoori planeedi atmosfääri. Lennutrajektoori muutmise võimaldamiseks paigaldati laskumissõidukile laskumissüsteem, mis koosneb tahkekütuse tõukejõusüsteemiga farmist ja juhtimissüsteemist.

Enne jaama ja laskumissõiduki eraldamist oli Marsi jaam teatud viisil orienteeritud, et laskuv sõiduk oleks eraldamise hetkel suunatud vajalikus suunas. 15 minutit pärast eraldamist lülitati sisse tahke raketikütuse väljatõmbemootor. Saanud lisakiiruse 120 m/s, suundus laskuv sõiduk hinnangulise atmosfääri sisenemispunkti poole. Seejärel rakendas talus asuv juhtimissüsteem aerodünaamilise pidurikoonusega laskumissõiduki sõidusuunas ettepoole, mis. et tagada õige orienteeritud sisenemine planeedi atmosfääri.

Laskumissõiduki sellises orientatsioonis hoidmiseks peaaegu 4 tundi kestva lennu ajal planeedile viidi läbi güroskoopiline stabiliseerimine. Seadme pöörlemine piki pikitelge viidi läbi kahe väikese tahkekütuse mootoriga, mis olid paigaldatud aerodünaamilise pidurikoonuse perifeeriasse. Nüüdseks mittevajalik juhtimissüsteemi ja väljatõmbemootoriga talu eraldati laskumissõidukist.

Enne Marsi atmosfääri sisenemist lülitati ajaprogrammi seadme käsul sisse veel kaks tahkekütusel töötavat mootorit, mis paiknesid samuti pidurikoonuse perifeerias, misjärel laskumissõiduki pöörlemine lakkas. Märgime, et arvesse võeti ka järgmist asjaolu. Pärast evakuatsioonisüsteemi lähtestamist vähenesid inertsimoment ja laskuva sõiduki mass, mistõttu pöörlemise peatamiseks mõeldud mootorid tekitasid vähem hoogu kui güroskoopilised stabiliseerimismootorid.

Pöörlemine peatati peamiselt selleks, et langevarjusüsteemi kasutuselevõtmisel nöörid ei piitsutaks.

Laskuv sõiduk sisenes atmosfääri kiirusega 5600 m/s, kuid seda kaitses termilise löögi eest aerodünaamiline pidurduskoonus, mille välispind oli kaetud kuumust varjestava kestaga (joonis 8). Atmosfääri pidurdamine jätkus, kui kiirus langes 2M-ni. Sellistel kiirustel langevarju sisenemine nõuab palju pingutusi. Kui laskumissõiduk liigub atmosfääris suurel kiirusel, tekib selle taha haruldane, millesse saab tõmmata (eriti loiu sissejuhatusega) langevarju, mis pole veel jõudnud avaneda. Langevarju sundsisenemiseks kasutati tahkekütuse mootorit, mis asus piloodi renni kambri kaanel.

Riis. 8. Jaama "Mars-2" laskumissõiduk: 1 - aerodünaamiline koonus; 2 - raadio kõrgusmõõturi antenn; 3 - langevarjukonteiner; 4 - pilootrenni sisendmootor; 5 - laskumissõiduki eemaldamise mootor; 6 - juhtimissüsteemi instrumendid ja seadmed; 7 - peamine langevari; 8 - automaatne Marsi jaam

Aerodünaamilise pidurduslõigu lõpus viidi ülekoormusandurilt järgnenud käsul isegi ülehelikiirusel pulbermootori abil sisse piloodirenn. 1,5 s pärast lõigati pikliku laengu abil torusekujuline langevarjulahter, mille ülemine osa (kaas) viidi laskumissõidukist eemale piloodi renniga. Kaas omakorda tutvustas peamist langevarju riffeeritud kupliga. Pealangevarju jooned olid kinnitatud hunniku tahkekütusemootori külge, mis olid juba otse laskumissõiduki külge kinnitatud.

Kui seade aeglustus transoonilise kiiruseni, viidi programmiaja seadme signaalil läbi riffing - langevarju peamine varikatus avati täielikult. 1–2 sekundi pärast lasti aerodünaamiline koonus alla ja pehme maandumissüsteemi raadiokõrgusemõõtja antennid avati. Langevarjul mitu minutit laskudes vähenes liikumiskiirus umbes 60 m / s.

20-30 m kõrgusel lülitati kõrgusmõõturilt saadud käsu peale sisse pehme maandumise tahkekütuse pidurdusmootor ja ülemine tahkekütuse evakuatsioonimootor ühendati lahti koos peavarjuga. Viimane tõmbas langevarju kõrvale, et laskumissõiduk ei kataks selle kupliga. Mõne aja pärast lülitus pehme maandumisega mootor välja ja langevarjukonteinerist eraldatud laskumissõiduk vajus pinnale. Samal ajal nihutati väikese tõukejõuga mootorite abil kõrvale pehme maandumismootoriga langevarjukonteiner. Maandumisel kaitses spetsiaalne lööki neelav kate laskumissõidukit usaldusväärselt võimalike vigastuste eest.

Selle kosmoseeksperimendi käigus kasutati esimest korda originaalset sidesüsteemi. Planeedi pinnal asuva laskumissõiduki signaal läks Marsi tehissatelliidile - jaamale Mars-3, mis pärast laskumissõidukist eraldumist ja mootori sisselülitamist suundus Marsi ümber orbiidile. Satelliit jättis pähe Marsilt edastatud signaalid. Seejärel läksid need signaalid mõne aja pärast Maale.

VIKING STATION ALADUMISSÕIDUK

Vikingi automaatsed kosmosejaamad olid mõeldud planeedi Marsi uurimiseks nii Marsi tehissatelliidi orbiidilt kui ka planeedi pinnale toimetatud laskumissõiduki abil. Mõlema jaama mass oli 3620 kg, millest laskumismasin moodustas 1120 kg. Pärast Marsile lähenemist viidi Vikingi kosmosejaam tõukejõusüsteemi abil Marsi tehissatelliidi orbiidile, et uurida planeeti ja valida laskumissõidukile maandumiskoht.

Pärast seda, kui Maal võeti vastu otsus maandumiskoha valiku kohta, jäeti laskumissõiduki bioloogiline ümbris maha. Selles kestas asuv seade oli pärast steriliseerimist, et valmistada ette starti isegi maapealsetes tingimustes. Selliseid meetmeid võeti selleks, et välistada maismaa mikroorganismide viimine Marsile. 1,5 tundi pärast bioloogilise ümbriku vabastamist eraldus laskumissõiduk jaamast.

Laskumissõiduk oli orienteeritud ja 30 minuti pärast lülitati pidurdamiseks sisse 8 vedelkütusega rakettmootorit. Laskumissõiduki orbiit muutus elliptiliseks, laskudes periapsises planeedi atmosfääri sügavustesse. Atmosfääri sisenemise kiirus oli 4,6 km/s 16,5° sisenemisnurga juures. Esiekraan, mis kaitses laskumissõidukit kõrgete temperatuuride eest, oli disainitud ja kinnitatud laskumissõidukile selliselt, et luuakse aerodünaamiline kvaliteet 0,18.

Pärast aerodünaamilist pidurdamist 6 km kõrgusel kiirusel 1,9 M (veidi üle 600 m / s) võeti kasutusele langevarjusüsteem. Selle sisend, nagu ka Nõukogude jaamades "Mars", viidi läbi pulbermootori abil. 15 sekundi pärast tulistati umbes 4,4 km kõrgusel esiekraan. Saavutades 1,2 km kõrgusele ja kiirusele umbes 113 m / s, langevari eraldati. Sellega lõppes atmosfääri kasutav aeglustuslõik ja algas tõukejõusüsteemi kasutav aeglustuslõik.

Tõukejõuga 270 kg/s tõukejõusüsteem lülitati sisse 25–40 s ja 15 m kõrguse saavutamisel tõukejõudu drosseliti (vähendati). Vähendatud tõukejõuga jätkus laskumine kuni 3 m kõrgusele Sellel kõrgusel lülitus tõukejõusüsteem välja ja laskuv sõiduk kukkus vabalt Marsi pinnale. Kokkupõrke kiirus oli 1,5 - 3,3 m/s. Jaamast eraldatud 1120 kg massist laskus pinnale 577 kg kaaluv aparaat. Kiiruse lõplik summutamine toimus tugede abil, mis sarnanesid Kuu pinnale laskuvate sõidukite jaoks kasutatavatele tugedele.

KÕVA MAANDUMISE UURINGUD

Sellised kosmoselaevad pole muidugi mõeldud pehmeks maandumiseks uuritaval planeedil ja uurivad planeeti sellele lennates lühikese vahemaa tagant. Kosmonautika algstaadiumis, kui laskumissõidukeid alles arendati või Maale naasmiseks mõeldud kosmoselaevadel esmakordselt kasutust leidsid, oli juba võimalik teisi Päikesesüsteemi kehasid lähenemisest uurida. Esimesed sellised seadmed olid Luna-1 ja Luna-2.

Kuu lähedalt pildistamiseks kasutati jaamu Luna-3 ja Zond-3. Seejärel olid sellised jaamad Luna-12 ja mitmed Zondi seeria seadmed.

Ameerika programmis Kuu uurimiseks lähenemistrajektoorilt kasutati kosmoseaparaati Ranger, mis võimaldas enne aparaadi kokkupõrget ja surma saada pilte Kuu pinnast kõrgustelt 1800 km kuni 480 m 0,12 s. Kuue telekaamera abil tehtud piltide edastamine viidi läbi kahe saatja abil.

KOKKUVÕTE

Kosmoseuuringute algperioodil loodi suhteliselt lihtsad laskumissõidukid, mille pidurdamiseks ja kiiruse vähendamiseks kasutati planeetide atmosfääri, ilma tõstejõudu kasutamata, st samal ajal kui laskumist ei kontrollitud. Need olid sfäärilise või muu kujuga laskumissõidukid, mille massikese paiknes pikiteljel. Kogunenud kogemused võimaldasid laskumissõidukeid nii konstruktiivselt kui ka laskumisjuhtimissüsteemide küllastumise seisukohalt keerulisemaks muuta.

Praegu kasutatakse maapealsetes tingimustes kosmoselennult naasva inimese maandumise tagamiseks arenenumaid laskumismasinaid, mis kasutavad laskumise juhtimiseks tõstukit. Inimeste poolt veel külastamata atmosfääriga planeetide kosmoseuuringuteks kasutatakse endiselt (harvade eranditega) ballistilisel trajektooril laskuvate laskumissõidukitega automaatjaamu.

Sellist kontrollimatut laskumist kasutatakse laskumissõidukite loomise kulude vähendamiseks. Lisaks tehakse seda seetõttu, et sellised laskumissõidukid on töökindlamad kui juhitava laskumisega sõidukid, millele tuleb paigaldada lisasüsteemid ja juhtimisseadmed. Tõsi, sel juhul tuleb leppida suurte ülekoormustega, mis ulatuvad 100 g või enamani.

Tulevikus, astronautika arenedes, tekib mehitatud lendude ajal teistele planeetidele vajadus luua selleks kontrollitud laskumisega laskumissõidukeid. Ja isegi juhul, kui neist planeetidest lendab mööda ainult Maale naasmine, on vaja luua uusi laskumissõidukeid. Üle 17 km/s atmosfääri tagasisisenemise kiiruse korral on peaaegu võimatu anda vastuvõetavaid g-jõude lähenemiseks umbes 12–16 km laiustele naasmiskoridoridele.

Atmosfääri sisenemiskoridori laius väheneb oluliselt lähenemiskiiruse suurenemisega, mis muuhulgas eeldab orienteerumis- ja navigatsioonisüsteemi täpsuse suurendamist, aga ka suurt täpsust lähenemisalal paranduste tegemisel. Näiteks võib välja tuua, et mõnede arvestuslike lennutrajektooride järgi tõuseb planeedilt Marsilt (või selle ümbruselt) naastes Maale lähenemise kiirus ligikaudu 20 km/s-ni. Sel juhul ei saa olemasolevat tüüpi laskumissõidukite kasutamine tagada meeskonna turvalisust atmosfääris laskumisel.

Selle probleemi lahendamiseks peate kasutama muid maandumisviise. Esiteks on vaja vähendada Maale lähenemise kiirust, s.t pidurdada tõukejõusüsteemi abil atmosfääripiirkonda. Veelgi enam, kiirust tuleb vähendada väärtuseni, mis on suurusjärgus 11 km / s - teine ​​​​ruumikiirus. See tee on praegu suure kütusekulu seisukohalt vastuvõetamatu. Ainult uute, mittekeemiliste kütuste loomise ja rakendamisega muutub see meetod tõenäoliselt saavutatavaks reaalsuseks.

Teiseks laiendada laskumissõiduki tõste- ja tõmbejõu suhet, et suurendada sisenemiskoridori. Kvaliteedi tõstmine üle 1,0–1,2 sissepääsukoridori laiendamiseks on aga ebaefektiivne ja toob kaasa soojuskaitsekatte massi olulise suurenemise.

Kolmandaks, laskumissõiduki liikumise juhtimissüsteemide väljatöötamisel tuleks ratsionaalselt kasutada selle aerodünaamilisi omadusi. Sel juhul ei piisa ainult veeremisnurga juhtimisest pideva rünnakunurga all. On vaja kontrollida nii löögi- kui ka veeremisnurka. Ründenurka tuleb juhtida laskuva sõiduki raskuskeskme reguleerimise teel. Muidugi, kui ründenurga juhtimise ajal selgub, et kogu aerodünaamilise jõu vektor varieerub laskuva sõiduki telgede suhtes laias vahemikus, siis on vaja ette näha süsteem meeskonna istmete orienteerimiseks. tagada ülekoormuse optimaalne mõju.

Reguleerimine, laskumine kahe kaldenurga all ja rünnak tuleks läbi viia vastavalt juhtimissüsteemi integreeritud programmidele. Kosmoselaevade Sojuz või Apollo kasutatavad laskumissõidukid on ebaefektiivsed aerodünaamilise pidurdamise juhtimiseks kahe nurga all. Sel juhul on kõige vastuvõetavamad laskumissõidukid, mis on valmistatud lameda ülaosaga poolkoonuse kujul. Sellise laskumissõiduki kasutamisel võib maanduda Maale otse, lähenemistrajektoorilt või kahekordselt atmosfääri sukeldumisega.

Viimasel juhul väljub laskuv sõiduk pärast esimest sukeldumist atmosfäärist elliptilisele ülekandeorbiidile. Samal ajal on vaja esimesel sukeldumiskohal kujundada laskumissõiduki trajektoor ja võtta arvesse meeskonna ülekoormuse piiranguid, lennukõrguse väärtust ja soojuskoormuste väärtusi, et kiirus atmosfäärist väljumisel ei ületa teise ruumi kiirust.

Mitteatmosfääriliste planeetide maandumiskohad lähitulevikus tõenäoliselt olulisi muudatusi ei muuda. Kuule laskumine on juba väga hiljuti läbi viidud Kuu tehissatelliidi orbiidil eesmärgiga jõuda suure täpsusega maandumiseks kavandatud alale. Kuid seda ainult maandumise kontseptsiooni seisukohalt. Suurendades astronautide mugavust ja mugavust, jätkub uute, täiustatud orientatsiooni- ja juhtimissüsteemi instrumentide kasutamine.

Tabel - Mehitatud lendude kroonika

UPK-8, Krasnokamsk

Viktoriin

1. Miks teevad disainerid ettepaneku katta kosmoseaparaadi laskumisruumid sulava materjali kihiga?

Seda tehakse ohutuse huvides, et kamber ei kuumeneks üle. On olemas nn ablatsioonikaitse (inglise keelest ablation – ablation; mass remover) – kosmoselaevade kaitsmise tehnoloogia.

Laeva temperatuur atmosfääri tihedatesse kihtidesse sisenemisel ulatub mitme tuhande kraadini, ablatiivne kaitse põleb sellistes tingimustes järk-järgult läbi, variseb kokku ja kandub vooluga minema, eemaldades seeläbi seadme korpusest soojuse.

Kosmoselaevade kaitsetehnoloogia, ablatiivsetel materjalidel põhinev termiline kaitse, koosneb struktuurselt elementide jõukomplektist (asbest-tekstoliidist rõngad) ja fenoolformaldehüüdvaikudest või sarnaste omadustega materjalidest koosnevast "kattest".

Ablatiivset termokaitset on kasutatud kõigi laskumissõidukite konstruktsioonides alates kosmonautika arendamise algusaastatest (kosmoseaparaadid Vostok, Voskhod, Mercury, Gemini, Apollo, TKS), seda kasutatakse jätkuvalt Sojuzis ja Shenzhous.

Alternatiiviks ablatiivsele termokaitsele on kuumakindlate kuumakaitseplaatide kasutamine ("Shuttle", "Buran").

2. Kas kosmosejaamas saab kasutada pendelkellasid?

Pendel töötab gravitatsiooni toimel, aga kosmosejaamal gravitatsiooni pole, siin on kaaluta olek. Pendelkellad siin ei tööta. Kosmosejaam hakkab tööle mehaanilise (vedru)kellaga.

Esimene kosmosesse lennanud käekell kuulus Juri Aleksejevitš Gagarinile. Need olid nõukogude "navigaatorid". Alates 1994. aastast on Šveitsi käekellast Fortis saanud kosmonautide väljaõppekeskuse ametlik kell. 2000. aastate alguses katsetati ISS-il kosmonaut Vladimir Džanibekovi välja töötatud orbitaalkella Cosmonavigator. See seade võimaldas igal ajal kindlaks teha, millises Maa punktis laev asub. Esimene kosmoses kasutamiseks mõeldud kell on Jaapani Spring Drive Spacewalk. Elektroonilised kellad ei juurdunud orbiidil. Kosmoselaev on läbistatud suure energiaga osakestega, mis blokeerivad kaitsmata vooluringid

Kas nullgravitatsiooniga on võimalik klaasist vett juua?

Enne esimesi kosmoselende oli teadlastele suuresti mõistatus, kuidas kaaluta olekus sööki korraldada. Oli teada, et vedelik koguneb kas palliks või levib üle seinte, niisutades neid. Seega on klaasist vett võimatu juua. Kosmonaudile tehti ettepanek see laevast välja imeda.

Praktika põhimõtteliselt kinnitas neid eeldusi, kuid tegi ka mõningaid olulisi muudatusi. Selgus, et torudest on mugav süüa, kuid ettevaatlikult võite süüa maisel kujul. Astronaudid võtsid kaasa praeliha, leivaviile. Laeval Voshhod korraldati meeskonnale neli söögikorda päevas. Ja Bykovski lennu ajal nägid vaatajad, kuidas ta sõi roheline sibul, jõi plastpudelist vett ja sõi eriti hea meelega voblat.

Nägime veebisaidil http://www. /vaata? v=OkUIgVzanPM kuidas Ameerika astronaudid kohvi joovad. Aga sealne klaas on ka plastik, selle kuju saab muuta. Sellest saad vedeliku välja pigistada. See tähendab, et nende tavalisest tahkest klaasist tassist vett on peaaegu võimatu juua.

Tänapäeval on igal Rahvusvahelise Kosmosejaama (ISS) meeskonnaliikmel joomiseks individuaalne huulik, mis on paigaldatud parda hargnenud süstaldele. veevarustussüsteemid "Rodnik". "Kevade" süsteemis olev vesi pole lihtne, vaid hõbetatud. Ta on läbinud spetsiaalse hõbedased filtrid, mis kaitseb meeskonda mitmesuguste nakkuste eest.

Kuid võib-olla saavad astronaudid lähitulevikus hõlpsasti tavalisest klaasist vett juua. ISS-ist sõltumatul platvormil on kavas teha ulatuslikke uuringuid vedelike ja gaaside käitumise kohta kaaluta olekus. Hetkel käivad projekteerimistööd, milles osalevad Permi ülikooli üldfüüsika osakonna õppejõud ja üliõpilased. Sellesuunalisi uuringuid on Permis tehtud enam kui 30 aastat.

4. Kes astronautidest esimesena avakosmosesse sattus?

Nõukogude kosmonaut Aleksei Arhipovitš Leonov läks 18. märtsil 1965. aastal esimesena kosmoselaevalt Voskhod-2 painduvat õhulukku kasutades avakosmosesse. 1 tund 35 minutit pärast starti (2. orbiidi alguses) lahkus Aleksei Leonov kosmoselaevalt esimesena maailmas, millest kosmoselaeva komandör Pavel Beljajev teatas kogu maailmale: “Tähelepanu! kosmosesse läinud! Mees on läinud avakosmosesse!" Televisioonipilt taustal hõljuvast kandis üle kõigis telekanalites. Sel ajal eemaldus ta laevast kuni 5,35 m kaugusele.Tema skafander tarbis umbes 30 liitrit hapnikku minutis, kogumahuga 1666 liitrit, mis oli mõeldud 30 minutiks töötamiseks avakosmoses. Tal oli väga raske laevale naasta. Ta räägib sellest intervjuus ajakirja General Director lehekülgedelt (nr 3, 2013): „Skafandri deformatsiooni tõttu (paisus üles) tulid kinnaste vahelt välja sõrmede falangid, nii et see oli väga raske saali kerida. Lisaks muutus võimatuks esimesena siseneda laeva õhulüüsi jalgadesse, nagu peaks. ... Paanikaks ei olnud aega: varju sisenemiseni oli jäänud vaid viis minutit ja varjus ei olnud võimalik saali kerida. ... Ma mõtlesin pidevalt, mis juhtub viie minuti pärast ja mis saab kolmekümne pärast. Ja tegutses nendest kaalutlustest lähtudes.

Esimese väljumise koguaeg oli 23 minutit 41 sekundit (sellest 12 minutit 9 sekundit oli väljaspool laeva). Ta viis läbi meditsiinilisi ja bioloogilisi uuringuid, aitas lahendada kosmose navigeerimise probleeme. Väljumise tulemuste põhjal tehti järeldus avatud ruumis töötamise võimaluse kohta.

Eriolukorra tõttu maabus laev Permi territooriumil Kurganovka küla lähedal Usolski ja Solikamski oblasti piiril 19. märtsil 1965. Kaugest Uurali taigast neid kohe ei leitud. Selle sündmuse mälestuseks ilmusid Permis Beljajevi, Leonovi tänavad ja kosmonautide maantee. Kolm aastat hiljem külastasid astronaudid siin uuesti. Maandumiskohta püstitati stele. Aleksei Leonov on Permi külaline olnud rohkem kui korra.

Kosmonautidest said Permi aukodanikud. Üldiselt on enam kui kolmandik Permi aukodanikest seotud kosmosetööstusega. Tee kosmosesse algab ju meist endist. 1958. aasta märtsis otsustas NSV Liidu valitsus laiendada rakettide ja rakettmootorite tootmist Permi ettevõtetes. 19 suurimat tehast ja disainibürood töötasid ruumi nimel. Permi mootoritega varustatud raketid saatsid kosmosesse sadu kosmoseaparaate. Tänapäeval on Permis kolm ettevõtet, mis panevad kokku kosmoserakettide üksikuid komponente või terveid mootoreid. Proton-PM toodab vedelkütuse mootoreid Protoni kanderakettidele. MTÜ Iskra toodab tahkekütuse rakettmootoreid ja Permi tehas Mashinostroitel toodab erinevaid raketimehhanisme.

Permi ülikoolid on lõpetanud kosmosetööstuse spetsialistid ja ka läbi viivad uurimisprogrammid kosmose teemadel.

2013. aastal kutsuti Permi Riikliku Teadusülikooli füüsikateaduskonna üldfüüsika osakonna teadlaste meeskond taas osalema Venemaa föderaalse kosmoseprogrammi elluviimises. Permi osariigi ülikooli füüsikud töötavad koos Energia raketi- ja kosmosekorporatsiooni spetsialistidega uusima OKA-T kosmoseaparaadi jaoks välja teadusaparatuuri ja rakendusuuringute programmi.