МНОГОРАЗОВЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ КОРАБЛИ.
Орбитальный корабль «Буран».
Орбитальный корабль (ОК) «Буран» выполнен по самолетной схеме в России. Его разработка продолжалась 10 лет. Всего по программе «Энергия-Буран» было построено три летных корабля (третий не достроен), заложены ещё два (конструкция, после закрытия программы, была уничтожена), и девять технологических макетов в различной комплектации для проведения различных испытаний.
Внешняя компоновка, конструкция ОК.
В носовой части «Бурана» расположены герметичная вставная кабина объемом 73 кубических метров для экипажа (2-4 человека) и пассажиров (до 6 человек), отсеки бортового оборудования и носовой блок двигателей управления. Средняя часть заменяет грузовой отсек, под которым расположены агрегаты систем энергосбережения и обеспечения температурного режима. В хвостовом отсеке (см. приложение № 5) установлены агрегаты двигательной установки, топливные баки, агрегаты гидросистемы. В конструкции «Бурана» использованы алюминиевые сплавы, титан, сталь и другие материалы. Чтобы противостоять аэродинамическому нагреванию при спуске с орбиты, внешняя поверхность ОК имеет теплозащитное покрытие, рассчитанное на многоразовое использование и выдерживающее температуру до 1300 ºС, а в особо теплонапряженных зонах (в носках фюзеляжа и крыла), до 1500-1600 ºС. Однако конструкция ОК не прогревается к концу полета более чем до 160 ºС, т.к. каждая из 38600 плиток, которыми покрыта вся поверхность корабля, имеет конкретное место установки, обусловленное теоретическим обводом корпуса ОК. Для снижения тепловых нагрузок выбраны также большие значения радиусов затупления носков крыла и фюзеляжа. Расчетный ресурс конструкции – 100 орбитальных полетов.
|
|
|
Выведение на орбиту. Запуск «Бурана» осуществляется с помощью универсального двухступенчатого ракето-носителя (РН) «Энергия». При стартовой массе РН с «Бураном» весит около 2400 т (из них около 90% составляет топливо). Первый испытательный запуск беспилотного ОК, состоялся на космодроме Байконур 15 ноября 1988 года. После отделения ОК то второй ступени РН был осуществлен двукратный запуск его двигателей, что обеспечило необходимый прирост скорости до достижения первой космической и выход на опорную космическую орбиту. Расчетная высота опорной орбиты «Бурана» составляет 250 км.
Возвращение с орбиты. Для схода с орбиты ОК разворачивается двигателями газодинамического управления на 180º (хвостом вперед), после этого на непродолжительное время включаются основные ЖРД и сообщают ему необходимый тормозной импульс. ОК переходит на траекторию спуска, снова разворачивается на 180º (носом вперед) и выполняет планирование с большим углом атаки. До высоты 20 км осуществляется совместное аэродинамическое и газодинамическое управление, а на заключительном этапе полета используется только аэродинамические органы управления. Аэродинамическая схема «Бурана» обеспечивает ему достаточно высокое аэродинамическое качество, позволяющее осуществлять управляемый планирующий спуск. Конфигурация летательного аппарата и принятая траектория спуска (крутизна планирования) позволяет аэродинамическим торможением погасить скорость ОК от близкой к орбитальной до посадочной, равной 300-360 км/ч. Длина пробега составляет 1100-1900 м, на пробеге используется тормозной парашют. Для расширения эксплуатационных возможностей «Бурана», предусматривалось использование до трех штатных аэродромов посадки (на космодроме ВПП посадочного комплекса), а также на востоке (г. Хороль Приморского края) и западной части страны (Симферополь).
|
|
|
Первый испытательный полет беспилотного варианта ОК завершился после выполнения немногим более двух витков вокруг Земли успешной автоматической посадкой на аэродром в районе космодрома. Почему же при всех удачах «Буран» больше не полетел???
|
|
|
РУХНУВШАЯ МЕЧТА «ЧЕЛЛЕНДЖЕР»
В январе 1986 года огненный шар взметнулся в солнечное небо над Флоридой. После ряда успешных рейсов взорвался космический челнок «Челленджер». Погибли семь находившихся на борту корабля космонавтов. Что же произошло? И почему были проигнорированы предупреждения об опасности?
История «Челленджера», взлетевшего в легенду, началась накануне ночью, когда температура во Флориде опустилась до необычно низкой отметки – минус 27 градусов.
Один инженер позвонил в контрольную комиссию и настоятельно потребовал отложить старт корабля из-за опасной степени обледенения. Не знали этого космонавты.
Невероятно, но в Хьюстоне, где находилась контрольная комиссия, официальный ведущий не смотрел на телевизионный монитор. Вместо этого его глаза упёрлись в программу полёта. И он говорил не о том, что уже случилось, а о том, что должно было произойти с «Челленджером» в соответствии с графиком полёта и написанным текстом.
«Одна минута пятнадцать секунд. Скорость корабля 2900 футов в секунду. Пролетел расстояние в девять морских миль. Высота над землёй - семь морских миль».
Вдруг ведущий замолчал, и через минуту упавшим голосом произнёс: «Как нам только что сообщил координатор полёта, космический корабль «Челленджер» взорвался. Директор полёта подтвердил это сообщение».
|
|
|
Несколько часов спустя Рейган попытался утешить опечаленную страну проникновенной речью. Обращаясь к школьникам Америки, президент сказал: «Я знаю, очень тяжело осознавать, что такие горькие вещи иногда случаются. Но всё это является частью процесса исследований и расширения горизонтов человечества».
За последнюю четверть столетия учёные и космонавты США совершили 55 космических полётов, и их успешное возвращение на Землю воспринималось как нечто само собой разумеющееся.
Премьер-министр Великобритании Маргарет Тэтчер с грустью заметила, что «новые знания иногда требуют в жертву самых лучших людей».
Сенат Джон Гленн, первый американец, побывавший на космической орбите, сказал; «Первый из нас всегда знал, что когда-нибудь наступит такой день, как сегодня. Ведь мы работаем с такими огромными скоростями, с такой энергией, с которой человечество не когда не сталкивалось».
Почему же произошла такая катастрофа?
Осколки падали на шести тысяч квадратных миль Атлантического океана. Поисковые партии нашли удивительно большие обломки, разбросаны по океанскому дну, в том числе и секцию фюзеляжа «Челленджера».
Экспертам НАСА предстояло решить архисложную задачу: где произошел сбой? Во-первых, в распоряжении учёных уже был фильм, снятый 80 телевизионными камерами. Во-вторых, существовали миллиарды компьютерных сигналов, которыми обменивались обречённые космонавты с центром управления полётов. И, в-третьих, к тому моменту были собраны обломки «Челленджера». Уже существовало подозрение, что лёд, образовавшийся на стартовой площадке на кануне запуска, повредил космический челнок, чего опасался инженер из «Рокуэлла». Также высказывалось подозрения, что стрела подъёмного крана случайно повредила внешнюю изоляцию топливного бака. К взрыву могла привести и утечка топлива через лопнувший шов главная топливного бака.
То, что выяснилось позднее, повергло комиссию в шок. Оказалось, управляющий полетами челноков космического центра Кеннеди Роберт Сайк и директор запуска «Челленджера» Джин Томас даже и не слышали, что инженеры компании «Мортон Тайокоп» возражали пропив запуска челнока из-за холодной погоды на мысе Канаверал.
Большинство экспертов пришли к заключению, что авария произошла из-за возгорания кольца из синтетической резины, герметизирующего сегменты ракеты-носителя. Эти кольца предназначались для того, чтобы выхлопные газы ракеты не выходили через щели в соединениях.
«Будущее не свободно от потерь…»
В целом была пересмотрена вся программа челноков.
29 сентября 1988 года Америка вздохнула с облегчением после успешного полета «Дискавери».
Инженеры НАСА внесли 120 изменений в конструкцию орбитального корабля и 100 – в его совершеннейшую компьютерную начинку.
Но в последующие годы программы комического челнока отягощались большими и новыми проблемами. В связи с сокращением бюджета, комиссия пришла к заключению, что к концу столетия с космическими челноками возможен ещё один трагический инцидент: от сбоя компьютеров до засорения туалетов или из-за опасной утечки топлива. Что и произошло с Шаттлом, но уже не при взлете, а при спуске с орбиты.
РОСАВИАКОСМОС И «КЛИПЕР»
Исследование и анализ аэродинамических характеристик возвращаемого аппарата, его устойчивость в управляемости на атмосферном участке полета проводились в ЦАГИ (***) и в НИИ парашютостроения. В результате этих и других исследований появилась окончательная модель корпуса «Клипер» (смотри приложение № 6)
До 2003г. работы по «Клиперу» велись полностью в инициативном порядке, и хроническое недофинансирования космической отрасли не оставляло надежд на реализацию проекта, но 2003г. ситуацию удалось переломить, заинтересовав новым кораблём Росавиакосмос. К этому моменту проектанты, определившись с формой корабля, вплотную занялись его внутренней компоновкой. Этот этап является самым сложный и, пожалуй, самым интересным. В процессе работы стало ясно, что «завязать» полностью многоразовый корабль в выбранных габаритах и массе не получается. Чтобы не повторять ситуацию, возникшую при проектировании западноевропейского многоразового космического корабля «Гермес», когда неуклонный рост массы корабля в процессе проектирования в конечном итоге погубил проект, конструкторы «Клиперы» сразу решили компоновать корабль из двух функциональных отсеков - многоразового возвращаемого аппарата и одноразового служебно-агрегатного отсека, сбрасываемого после отработки тормозного импульса для схода с орбиты. Такая идеология занимает промежуточное место между полностью многоразовым «Бураном» и одноразовым «Союзом», сбрасывающим перед тормозном импульсом бытовой, а затем перед выходом в атмосферу и служебно-агрегатный отсек.
Рассматривалось два варианта расположения не герметичного служебно-агрегатного отсека – впереди и сзади возвращаемого аппарата. Местоположения служебно-агрегатного отсека имеет принципиальное значение, так как от этого зависит не только внешняя, но и внутренняя компоновка возвращаемого аппарата. Первоначальная компоновка «Клипера» повторяла общую компоновку «Союза» ( точнее, его вариант 7К-Л1 – изделия 11Ф91 для пилотируемого облёта Луны с использованием РН «Протон» (УР-500К). Служебно-агрегатный отсек располагается в хвостовой части корабля, стыкуясь разрывными соединениями с возвращаемым отсеком со стороны его задней части, покрытой теплозащитными покрытиями. Космонавты при такой компоновке «Клипера» располагался (двумя рядами по трое) в ориентации, аналогичной их размещению в «Союзе» - спиной к теплозащитному экрану, что обеспечивало оптимальное направление воздействии перегрузок (в направлении «грудь-спина») на этапах старта и посадки. (смотри приложение № 7). Для более комфортабельной переносимости перегрузки экипажа, возвращающемся из длительных космических экспедиций, при спуске предусматривалось изменения наклонов кресел на 30º. Это обусловлено тем, что возвращаемый аппарат «Клипер», выполненный по схеме «несущий корпус», спускается (тормозится) в атмосфере при больших углах атаки по сравнению со спускаемым аппаратом «Союза», и стартовое положение кресел становится неоптимальным. Положение экипажа лицом к стыковому узлу также является более привычным при выполнении различных демонических операций на орбите (сближение, стыковке и т.д.). Такую компоновку «Клипера» предложили в 2001г. Разработчики: Ю.П.Семёнов, Н.А.Брюханов, В.А.Болотин, О.Е.Макарьев, Н.К.Петрову, А.Г.Решетин, Б.И.Сотников и В.В.Цветков, однако при всех достоинствах она имела и принципиальный недостатки.
Для полноценной работы на орбите требуется еще один замкнутый обитаемый бытовой отсек, который мог бы выполнять функции шлюзовой камеры при выходе экипажа в открытый космос, что вызывала серьёзные трудности компоновка системы аварийного спасения для обеспечения безопасности экипажа на участке выведения. Проблему шлюзования можно было решить включением в состав корабля бытового отсека от «Союза» - в таком случае «Клипер» становился просто глубокой модификацией «Союза» с переделкой служебно-агрегатного отсека и существенным увеличением аэродинамического качества, размеров и массы спускаемого аппарата, который, становясь многоразовым, теперь назывался возвращаемым отсеком. Но такие использования проверенных на «Союзе» конструктивных решений требовала мощной и тяжелой системы аварийного спасения (САС), которой теперь предстояло быстро увести от терпящей аварию ракеты-носителя бытовой и возвращаемый отсек общим весом более 10-12т!
Выход был найден в совмещении герметичного бытового и негерметичного служебно-агрегатного отсеков в едином орбитальном отсеке, сбрасываемым перед спуском с орбиты после выдачи тормозного импульса. При такой компоновке орбитальный отсек можно было «оставить» на аварийный РН, а с помощью САС уводить от ракеты только возвращаемый отсек. Теперь у корабля появился чёткие понятия «нос» и «хвост», неизменные для всех участков полёта, от старта до посадки. Экипаж всё время «смотрел» вперёд, но стыковаться приходилось «задом», по прибором либо с выносного пульта управления в бытовом отсеки. Новое положение экипажа было не оптимальным с точки зрения воздействия перезагрузки при спуске, но её направление «голова-ноги» можно изменить на близкое к «грудь-спина» путём повтора (опрокидывание на спину) кресел на 90º.
После выбора общей компоновке на следующем этапе проектирования проводилось многократная оптимизация летно-технических и массогабаритных характеристик корабля (параметрических анализ) с учетом продолжавшихся работ по уточнению выполняемых «Клипером» задач и выбора состава бортового оборудования.
Примерно в этот же период времени в дочерней фирме РКК «Энергия» - консорциуме «Космическая регата» (один из руководителей которого был нынешний генеральный директор РКК «Энергия» - Николай Севастьянов) в период 2003-2004 г.г. в инициативном порядке была предложена новая концепция нового космического корабля, получившего названия «Гибридный», сочетавшего в себе особенности и преимущества космических кораблей двух основных типов: капсульного и крылатого. Основная идея состояла в том, что крылья корабля были выполнены складывающимися и при спуске в атмосферу защищались лобовым экраном, а после его сброса они должны были разворачиваться для посадки на взлётно-посадочную полосу.
Рассматривались различные варианты корабля: массой 7,12 и 20 тонн с экипажем от 2 до 8 человек, но работы были приостановлены на стадии технического предложения.
В начале 2004 г. в РКК «Энергия» был выпущен итоговый отчёт «Результаты проектных проработок и исследований пилотируемого космического корабля с возвращаемым аппаратом конструктивной формы «несущий корпус». Данный проект пилотируемого космического корабля (ПКК) получил официальное название «Клипер».
17 февраля 2004. во время пресс-конференции в ИТАР-ТАСС генеральный директор Росавиакосмоса Ю.Н.Коптев впервые сообщил о проекте перспективного корабля «Клипер» широкой общественности. С его слов, Россия разрабатывает новый космический корабль с 2000 года, эта новость тогда прозвучала как сенсация! Усилия РКК «Энергия» по продвижению проекта нового корабля не пропали даром – уже в апреле 2004 года Николай Моисеев, первый заместитель главы ФКА, сообщил о включении проекта создания «Клипера», в Федеральную космическую программу России на 2005-2015 годы.
Назначение «Клипера»
ПКК «Клипер» представляет собой многоразовый многоцелевой космический корабль, который может использоваться как в пилотируемом, так и в беспилотным (автоматическом) режиме. «Клипер» разрабатывается как элемент транспортной системы обслуживания орбитальных комплексов (станций) на околоземных орбитах высотой до 500 км и выполняет следующие основные задачи:
- Доставка на орбиту и возвращение на Землю экипажа и полезного груза, перевоз экспертов и исследователей.
- Выполнения функции корабля-спасателя для эвакуации экипажа станции на Землю при возникновении экстремальной ситуации (при нахождении корабля в составе станции);
- Удаление со станции отработавшего свой ресурс оборудования, продуктов жизнедеятельности и т.д.
Кроме того, обеспечивается возможность аэродинамического маневра и горизонтальная (самолётная) посадка на аэродром с использованием колёсного шасси. Посадка на аэродром исключает необходимость задействования дорогостоящих средств поисково-спасательной службы (ПСС). К преимуществу «крылатой» схемы можно также отнести большей коэффициент многоразовости: не требуется парашютная система, двигатель мягкой посадки, посадочное устройство, т.е. одноразовые системы, замена которых требуется после каждого полета.
Вывод:
Недостатком «крылатой схемы» «Клипера» я вижу то, что невозможен неуправляемый спуск корабля, значит, к пилотам предъявляются более высокие требования, что опять не исключает «Человеческий фактор». Надёжность бортовых систем также должна быть безоговорочной на участке схода с орбиты и приземления. Кроме этого, если случится аварийная ситуация, простой – дежурный аэродром не сможет принять «Клипер», значит, потребуются дополнительные запасные аэродромы, что, в конечном счете, приведёт к удорожанию проекта. Следует также отметить, что конструкция «крылатого» варианта несколько тяжелее, чем аппарат по схеме «несущий корпус» за счёт того, что в нём имеются крылья с теплозащитным покрытиям и шасси, хотя при этом и отсутствует парашютная система, двигатели мягкой посадки и посадочное устройство.
По этому я думаю, этот проект не будет реализован. Не нужен корабль, который, может быть, и гениальный, но он не устрашает риск катастрофы.
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
3.1 тема: Исследование «топлива» модели реактивного двигателя
цель: Определить какое «топливо» более оптимально для развития
Дата добавления: 2018-05-12; просмотров: 295; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!