Главная » 2014»Январь»5 » Очередной зигзаг космической политики, часть 3
19:13
Очередной зигзаг космической политики, часть 3
Краткое содержание предыдущих серий.
В первой мы подивились результатам конкурсов 2009 года на новый космический корабль и ракету-носитель. Откуда вдруг, после модернового «Клипера», появился ПТК НП – почти такая же капсула, как «Союз»? И откуда взялась ракета «среднего класса увеличенной грузоподъёмности» (?!) «Русь-М»? Тут даже не спросишь, после чего… Как она смогла выиграть у «Ангары», которая уже в значительной степени воплощена в металле?
Во второй части гадали: что это за цель такая – лететь к Луне, но не садиться на неё? Почему сразу же не проводят конкурс на посадочно-взлётный агрегат?
А здесь обсудим одно техническое решение, которое, как я сказал в конце второй части, вызывает даже не недоумение, а скорее опасение.
Напоминаю: ПТК НП – пилотируемый транспортный корабль нового поколения. А мы будем писать просто ПТК.
Самое, на мой взгляд, существенное отличие ПТК от «Союза» – система посадки. Как известно, «Союз» садится на однокупольном парашюте. Есть и ракетные двигатели мягкой посадки, но они срабатывают в метре от земли, работают доли секунды, то есть их доля в гашении скорости ничтожна.
А ПТК парашюта не имеет вовсе, всё торможение осуществляется ракетными двигателями, а финальная амортизация – выдвигаемыми опорами.
Вы только не пугайтесь. Я сам испугался: это ж сколько ж надо топлива тормозному двигателю?! Вон, на орбиту целая 300-тонная ракета выводит, и 90% этой массы – керосин да кислород. Понятно, спускаемый аппарат (СА) – это меньше половины веса всего корабля, то есть того, что выводит ракета-носитель. Но всё равно – это ж сколько ж?!
Испугался я и ходил испуганный, пока не поговорил со специалистом. Я, конечно, и сам знал, что есть этап торможения в атмосфере, когда кинетическая энергия движения СА переходит в тепловую, испаряя абляционное покрытие. Но я не представлял себе цифр; а когда поговорил со специалистом, узнал, что скорость гасится до величины порядка сотни метров в секунду.
Полезное это дело, поговорить со специалистом. Всем рекомендую :)
Да… Представляете, вся энергия торможения со скорости около 7800 м/с до примерно 150 м/с уходит вместе с улетучивающейся обмазкой, которой и всего-то несколько сотен кило!
Кто может и хочет, подсчитайте, что это за энергия, по формуле mV2/2. И сравните, скажем, со снарядом с броненосца «Микаса» весом килограммов 350–400, ударяющим в борт броненосца «Князь Суворов» со скоростью метров 500–600 в секунду. Или с энергией полной остановки (как если бы врезался в пирамиду Хеопса) товарного поезда из 40 вагонов по 50 тонн каждый, едущего со скоростью, скажем, 80 км/ч. Или, лучше, 72 км/ч, тогда будет как раз 20 м/с, считать легче.
Ну, ладно, отвлёкся. И ведь что характерно: разве я не мог сам сообразить? Что могло мне представляться? Что об атмосферу он тормозится, скажем, до 2 км/с? А что тогда будет с парашютом? Выпусти тряпочку в поток со скоростью 2000 м/с… Порвёт мгновенно, корабль даже не качнётся! Да, можно было сообразить, на какой скорости допустимо выпускать парашют обычного типа. Если б подумал. То есть думать – тоже полезное дело…
Итак, скорость капсулы после аэродинамического торможения – всего 100–150 м/с. Затормозиться от такой скорости ракетными двигателями – совсем другой коленкор. Хотя всё равно мне казалось, что движки со своею горючкою должны весить больше, чем парашют, хоть и здоровенный, но сделанный всего лишь из ткани. Это уже потом, после вертикальной посадки «Грассхоппера» я решил сам прикинуть, сколько надо топлива для такой посадки и поглядеть, насколько его вес сравним с весовыми затратами на парашют или крыло. А тогда…
Тогда я опять спросил специалиста. И он сказал, что, да, есть такие оценки. При сравнительно небольших весах выигрыш в весо-габаритных характеристиках даёт парашютная система, а при увеличении тормозимой массы этот выигрыш уменьшается, и, наконец, преимущество переходит к тормозным двигателям. И на сегодняшнем уровне развития нашей техники точка паритета находится как раз где-то в районе расчётного веса этого самого ПТК НП. У которого масса возвращаемого аппарата, по недавним заявлениям, будет 7770 кг. А у «Союза-ТМА» она 2950 кг, и для него парашютная система обеспечивает выигрыш в весе.
По точности же посадки реактивная система имеет непререкаемое преимущество. Требования по точности к ПТК НП очень строги. Объясняется это тем, что пускать новую систему мы хотим не из дружественного Казахстана, а из родной России, с космодрома Восточный на нашем Дальнем Востоке. А там хоть и просторно, но всё же не бескрайние, безлюдные, безлесные центрально-азиатские степи.
И потом, штатная посадка в выбранное место начинается на орбите; если всё точно рассчитать, то прицелиться можно довольно точно. Во всяком случае, с заранее просчитанной вероятной ошибкой. А если аварийная ситуация при выведении? Где она случится, никто знать не может, и вот уж тут, если мы не в казахских степях, нужно быть очень-очень аккуратным. Точнее, нужно иметь технические средства для того, чтобы быть аккуратным.
Эти два обстоятельства – с одной стороны, по массо-габаритам МОЖНО, с другой – по точности НУЖНО – и объясняют выбор реактивной системы для космического корабля нового поколения.
Поначалу требования по точности были просто удивительными: круг радиусом 2 км, или, по другим источникам, зона 2*5 км. Потом смягчились: круг радиусом 10 км. Всё равно очень жёстко. Почему для этого нужны именно посадочные ракеты? А вот смотрите.
На «Союзе» парашют вводится на высоте 7,5 км. И потом всё в воле ветра… То есть к собственному рассеянию точки приземления, вызванному конечной точностью определения параметров орбиты, момента включения маневрового двигателя на торможение, ориентации корабля в этот момент, величины тормозного импульса (последние три величины как раз выдерживаются довольно строго) и, главное, неминуемому искажению идеальной траектории на допарашютном этапе спуска в атмосфере, ко всему этому потом прибавляется ветровой снос, и тут уже всё зависит от стихии. Может быть так, что мало не покажется… Начальная высота 7,5 км – есть где поработать ветру над аппаратом, спускающимся со скоростью несколько метров в секунду.
У ПТК, если он будет-таки сделан беспарашютным, этого периода полёта «без руля, но с ветрилами» нету. Так что понятно, откуда берётся точность.
Итак, капсула падает, тормозится, и в один прекрасный момент включаются тормозные двигатели – встречаются данные, что на высоте 600–800 метров от земли. А потом выпускаются убираемые посадочные опоры, в амортизаторах которых гасятся последние жалкие остатки скорости. Вот, посмотрите, какие они, эти опоры.
ПТК НП, вид сбоку (или спереди? Сзади?)
Я тут разрезал один рисунок на части, чтобы не уменьшать. И вот надо сразу тут ставить вторую часть и вскоре третью. Потому как вопрос относится к изображённым на них реалиям.
Вот боковая проекция. На ней мы видим два отсека: отсек экипажа, слева, и справа, за полусферической стенкой, отсек посадочных устройств – двигателей и опор. И видим надпись на выноске справа посередине: Теплозащитное покрытие.
Разрез
Смущает. На «Союзах» есть теплозащитный экран, который, отработав на больших скоростях, сбрасывается уже на высоте 5,5 км. То есть, пока жарко, РДТТ, сопла которых открываются в днище спускаемого аппарата, укрыты термозащитой, а когда становится нормально, работать им ничего не мешает – экран сброшен.
А тут написано просто – Теплозащитное покрытие. Понимаете, не экран как конструкция, а покрытие как слой материала, как неотъемлемая часть днища изготовленной на заводе капсулы. Причём, заметьте, многоразовое. То есть, по моему разумению, у сопел тормозных двигателей ПТК должны быть крышки, покрытые, как и всё днище, термозащитой, и у отсеков выпускаемых «ног» должны быть крышки, и от открытия этих крышек зависит, смогут ли работать оные двигатели и «ноги». Или, по крайней мере, штатно работать.
А если покрытие пришкварится?
Я уже писал про слегка аналогичный вариант: возвращаемый аппарат хруничевского ТКСа тоже имел люк в днище, покрытом многоразовой теплозащитой, и с ним в испытательных пусках было всё нормально. Но всё же то был люк для перехода на орбите из возвращаемого аппарата в функционально-грузовой блок. Операция ответственная, но не жизненно важная. Если не откроется переходной люк, космонавты не выполнят задание.
Если не откроются створки отсеков посадочных опор, они покалечатся.
Если не откроются крышки сопел тормозных двигателей, они погибнут.
Почувствуйте разницу…
Это касательно расположения тормозных двигателей. Но это ещё не всё.
Есть очень большой вопрос к их количеству и вообще устройству этой системы. Об этом – в следующей части.
Если вы считаете, что данный текст или изображения нарушают ваши авторские и/или смежные права,
сообщите об этом администрации сайта через Гостевую книгу или на e-mail vemsev@gmail.com для принятия мер по устранению нарушения.
