Валентин Бобков - Космические корабли

• Название: Космические корабли
• Автор: Валентин Бобков
• Издательство: Знание
• Жанр: Техническая литература
• Год: 1984

Брошюра подписной научно-популярной серии «Космонавтика, астрономия» библиотечки «Знание. Новое в жизни, науке, технике» № 11, 1984 г.

В брошюре рассказывается о космических кораблях, занимающих центральное место среди различных типов космических аппаратов. Описываются структура, основные системы и оборудование космических кораблей от первых «Востоков» до современных совершенных транспортных средств.

Брошюра рассчитана на широкий круг читателей, интересующихся актуальными вопросами космической техники.

---

Так же как и на первых советских КК, в жилых отсеках КК «Союз» поддерживалась нормальная воздушная атмосфера с давлением 760 ± 200 мм рт. ст. Система жизнеобеспечения была также построена на описанных ранее принципах с проведением ряда усовершенствований.

Для сведения к минимуму внешнего теплообмена все отсеки КК изолировались так называемой экрановакуумной теплоизоляцией. Дело в том, что из всех видов внешнего теплообмена на орбите имеет значение в условиях вакуума практически только лучистый теплообмен (нагрев за счет излучения Солнца и Земли и охлаждение за счет излучения поверхности самого КК), который зависит прежде всего от так называемых оптических свойств поверхности (степени ее черноты).

Каждый слой экрановакуумной теплоизоляции в некотором приближении отражает лучи хорошо, а многослойный пакет такой теплоизоляции практически исключает как поглощение, так и излучение тепла. Даже некоторые необходимые «окна» (например, сопло основного двигателя) были закрыты крышкой с экрановакуумной теплоизоляцией, снабженной автоматическим приводом для открытия и закрытия крышки.

Однако внутри КК тепло выделяется непрерывно: его выделяют сами космонавты, да и вся потребляемая электроэнергия в конце концов превращается практически в тепло. Поэтому необходим сброс этого тепла за борт КК. С этой целью над частью обшивки приборно-агрегатного отсека был закреплен внешний радиатор, поверхность которого отражала большую часть солнечных лучей и интенсивно излучала тепло в космическое пространство. В результате эта поверхность оказывалась всегда холодной, а циркулировавший по радиатору теплоноситель интенсивно охлаждался.

Количество теплоносителя, протекавшего через радиатор, менялось, и таким образом регулировался сброс тепла. С помощью же насосов теплоноситель через разветвленную систему теплообменников перекачивался во все отсеки КК.

На КК «Союз» совершались полеты (в том числе автономные) различной продолжительности вплоть до 18 сут (КК «Союз-9» с космонавтами А. Г. Николаевым и В. И. Севастьяновым). Большая продолжительность, обширная программа полета и, как следствие, большая сложность систем, потреблявших много электроэнергии, привели к созданию новой системы электропитания с солнечными батареями. Две панели солнечных батарей, раскрываемые после выхода КК на орбиту, обеспечивали электроэнергией все системы КК, в том числе зарядку аккумуляторной батареи, называемой буферной.

Для более эффективной работы солнечных батарей КК ориентируют (если это возможно) так, чтобы плоскости батарей были перпендикулярны солнечным лучам. Такая ориентация обычно поддерживается за счет того, что кораблю сообщается определенная, сравнительно небольшая скорость вращения (этот режим полета так и называется — закрутка на Солнце). При этом заряжаются буферные батареи, и снова можно менять ориентацию КК для выполнения других разделов программы полета.

Следует сказать несколько слов о некоторых преимуществах и недостатках системы электропитания с солнечными батареями. Прежде всего эта сравнительно простая и надежная система становится эффективной только при достаточно продолжительных полетах, поскольку ее масса не зависит от времени использования. В то же время такая система требует достаточно больших раскрываемых панелей, которые ограничивают маневренность КК, особенно в периоды ориентации на Солнце.

К наиболее сложным системам КК «Союз» относился комплекс средств управления маневрированием: коррекцией параметров орбиты, сближением и стыковкой. Эти средства с самого начала были построены так, что имелось несколько контуров управления и сложные маневры могли выполняться в автоматическом или полуавтоматическом режиме. Команды на включение этих режимов могли выдаваться как космонавтами, так и с Земли по командной радиолинии.

Это, в частности, относилось к управлению и другими системами КК «Союз» (жизнеобеспечения, терморегулирования, электропитания и т. д.). Наличие автоматических контуров усложняло сами системы, однако расширяло возможности при выполнении различных программ и позволило впоследствии создать принципиально новые космические комплексы (орбитальные космические станции «Салют» с транспортной системой снабжения на базе беспилотного грузового корабля «Прогресс»).

Принципиально новыми и сложными оказались системы сближения и стыковки. При выполнении операций сближения и стыковки принимают участие многие, если не большая часть систем КК и наземных средств слежения, управления и контроля. Это, видимо, самые сложные операции комплексного типа, выполняемые на орбите. Чтобы произвести сближение, нужно сначала определить орбиты обоих космических аппаратов, непрерывно пересчитывать эти данные в процессе выполнения маневров КК (ведь каждое включение двигателя изменяет эти параметры).

Для решения этой задачи используются наземные и бортовые навигационные и вычислительные средства. Основным следствием этих вычислений является определение параметров корректирующего импульса. Причем включение двигателя, который обеспечивает этот импульс, должно производиться в строго определенной точке орбиты, в строго заданном направлении, в точно рассчитанное время, и, наконец, двигатель должен проработать вполне определенное время. Только в этом случае космические аппараты станут постепенно сближаться согласно законам небесной механики.

Обычно корректирующих импульсов в процессе сближения выдается несколько. И каждый раз на Земле производятся сложные вычисления на математической модели с учетом законов небесной механики, так чтобы каждый космический аппарат «знал» свой маневр, а для этого требуется скоординированная работа всех систем космических аппаратов. КК должен сориентироваться в расчетное положение в орбитальной системе координат, одна из осей которой направлена к центру Земли и которая непрерывно «вращается» вместе с КК по орбите, а другая ось направлена по вектору скорости КК.

После включения сближающе-корректирующей двигательной установки необходимо поддерживать и стабилизировать угловое положение КК. Само включение или выключение, а также работа основного двигателя и действие системы управления, двигателей реактивной системы управления и других средств требуют согласованной работы других систем (радиосредств управления и контроля, терморегулирования и др.). Естественно, все действия должны быть строго синхронизированы.

В результате всех маневров космические аппараты должны войти в расчетную точку встречи, а чтобы состыковаться, надо прийти туда не только в одно и то же время, как нужно приходить на каждое космическое «свидание» (американские специалисты его так и называют — «рандеву»), но и с небольшими относительными скоростями. Иначе говоря, к моменту выхода в расчетную точку все параметры орбит обоих космических аппаратов должны практически сравняться. После этого законы небесной механики как бы ослабляют свое действие, практически не сказываются на относительном движении, и остаток пути, последние километры, можно сближаться уже «по-самолетному», т. е. придерживаясь соосного положения при постепенном гашении остаточной скорости, бокового и вертикального сноса.

Существует несколько способов и средств, обеспечивающих прохождение последних нескольких километров этого длинного пути — наиболее сложного участка сближения на орбите. На КК «Союз» для этого использовалась специальная аппаратура радионаведения. Она позволяла определять расстояние между космическими аппаратами, скорость сближения и направление «друг на друга». Если относительная скорость вначале была не слишком велика, с помощью специального вычислительного устройства определялись параметры корректирующих импульсов, которые постепенно «загоняли» КК в «узкую трубку», ведущую к стыковке.

Процесс на этом участке полета обычно длится 15–20 мин, и он, пожалуй, самый напряженный на Земле и в космосе. За всеми работающими системами на многочисленных наземных и плавучих пунктах слежения следят сотни операторов и специалистов в центре управления полетом.

Таким образом, начав полет по орбите с относительной (т. е. относительно другого космического аппарата) скоростью в несколько сот метров в секунду, КК подходит к цели своего полета со скоростью меньше 0,5 м/с. Тем не менее нужна целая система амортизаторов, чтобы без повреждений соединить два космических аппарата, каждый из которых имеет массу в несколько тонн или даже десятков тонн. Эту и другие функции по соединению космических аппаратов в единую конструкцию выполняет система стыковки.

Для КК «Союз» было создано несколько вариантов стыковочного устройства. Первая разновидность стыковочных агрегатов, с помощью которых стыковались КК «Союз-4» и «Союз-5», производила лишь жесткое соединение КК. Космонавты А. С. Елисеев и Е. В. Хрунов совершили «пересадку» из одного КК в другой через открытый космос, воспользовавшись бытовым отсеком в качестве шлюзовой камеры.