Когда полетела в космос первая космическая ракета
Содержание:
«Спутник» и «Луна»
В 1957 году первая космическая ракета — та самая Р-7 — вывела на орбиту искусственный «Спутник-1». США чуть позже решили повторить такой запуск. Однако в первую попытку их космическая ракета в космосе не побывала, она взорвалась на старте — даже в прямом эфире. «Авангард» был сконструирован чисто американской командой, и он не оправдал надежд. Тогда проектом занялся Вернер фон Браун, и в феврале 1958 года старт космической ракеты удался. А в СССР тем временем модернизировали Р-7 — к ней была добавлена третья ступень. В результате скорость космической ракеты стала совсем другой — была достигнута вторая космическая, благодаря которой появилась возможность покидать орбиту Земли. Ещё несколько лет серия Р-7 модернизировалась и совершенствовалась. Менялись двигатели космических ракет, много экспериментировали с третьей ступенью. Следующие попытки были удачными. Скорость космической ракеты позволяла не просто покинуть орбиту Земли, но и задуматься об изучении других планет Солнечной системы.
Но сначала внимание человечества было практически полностью приковано к естественному спутнику Земли — Луне. В 1959 году к ней вылетела советская космическая станция «Луна-1», которая должна была совершить жёсткую посадку на лунной поверхности
Однако аппарат из-за недостаточно точных расчётов прошёл несколько мимо (в шести тысячах километров) и устремился к Солнцу, где и пристроился на орбиту. Так у нашего светила появился первый собственный искусственный спутник — случайный подарок. Но наш естественный спутник недолго находился в одиночестве, и в этом же 1959-м к нему прилетела «Луна-2», выполнив свою задачу абсолютно правильно. Через месяц «Луна-3» доставила нам фотографии обратной стороны нашего ночного светила. А в 1966-м прямо в Океане Бурь мягко приземлилась «Луна-9», и мы получили панорамные виды лунной поверхности. Лунная программа продолжалась ещё долго, до той поры, когда американские космонавты на ней высадились.
Юрий Гагарин
Юрий Алексеевич Гагарин (1934 – 1968)
Его открытая улыбка, кажется, вместила всё лучшее, что было в России и в СССР в ХХ веке. 1 сентября 1941 года Юрий пошел в первый класс клушинской сельской школы. Через полтора месяца деревню заняли гитлеровцы. Полтора года семья Гагариных терпела невзгоды оккупации. В 1954-м Гагарин – учащийся индустриального техникума – поступил в Саратовский аэроклуб. Его учителями стали фронтовые летчики – герои Советского Союза. Потом – авиационное училище и служба на Северном флоте. Старший лейтенант Гагарин прошел отбор в отряд космонавтов и, после тяжелых испытаний, был избран для самой опасной и ответственной миссии.
О дальнейшем знает весь мир. После полета Гагарин стал лицом страны – и с этой ролью он справлялся тоже безупречно. Не забывал и службу в отряде космонавтов. Но на славу ему было отведено лишь семь лет. 28 марта 1968 года первый в мире космонавт трагически погиб во время тренировочного полета. Оплакивала Юрия Гагарина вся страна. Не по разнарядке.
Устройство
Сверху вниз: бытовой отсек, спускаемый аппарат, приборно-агрегатный отсек
Корабли этого семейства состоят из трёх отсеков: приборно-агрегатного отсека (ПАО), спускаемого аппарата (СА), бытового отсека (БО).
В ПАО находится комбинированная двигательная установка (ДУ), топливо для неё, служебные системы. Длина отсека 2,26 м, основной диаметр 2,15 м, максимальный диаметр 2,72 м. Двигательная установка состоит из 24 ДПО (двигатели причаливания и ориентации) по 12 на каждом коллекторе, из которых часть имеет тягу 13,3 кгс, часть (12 штук) — 2,7 кгс, а также сближающе-корректирующего двигателя (СКД) тягой 300 кгс. СКД предназначен для орбитального маневрирования и схода с орбиты. Работает на тетраоксиде диазота и несимметричном диметилгидразине. Корабли 7К-ОК и 7К-Т были оборудованы КТДУ-35 (корректирующе-тормозная двигательная установка) тягой 4 кН и удельным импульсом (УИ) 282 с. Фактически стояли 2 независимые КТДУ — основная и резервная.
Система энергоснабжения состоит из солнечных батарей и аккумуляторов. До аварии «Союза-11» стояли батареи размахом 9,80 м и площадью 14 м². Система обеспечивала среднюю мощность в 500 Вт. После аварии их убрали ради экономии веса и оставили аккумуляторные батареи на 18 кВт·ч, которых хватало на два дня автономного полёта. Для программы «Союз-Аполлон» использовалась модификация с батареей площадью 8,33 м² с выходной мощностью в 0,8 кВт. Современные «Союзы» оснащены батареями размахом 10 м и площадью 10 м² и средней мощностью около 1 кВт.
Спускаемый аппарат «Союз ТМА-2» после приземления
В спускаемом аппарате находятся места для космонавтов, системы жизнеобеспечения, управления, парашютная система. Длина отсека 2,24 м, диаметр 2,2 м, жилой объём 3,5 м³. Под теплозащитным экраном расположены двигатели мягкой посадки, на внешней поверхности — перекисные двигатели управления спуском, управляющие ориентацией СА во время полёта в атмосфере. Это позволяет использовать аэродинамическое качество СА и снизить перегрузки. В СА помимо космонавтов можно вернуть на Землю 100 кг груза («Союз-ТМА»). СА покрыт теплозащитой на основе абляционных материалов.
Бытовой отсек имеет длину 3,4 м, диаметр 2,25 м, объём 5 м³. Он оснащён стыковочным узлом и системой сближения (ранее «Игла», ныне — система «Курс»). В герметичном объёме БО располагаются грузы для станции, иная полезная нагрузка, ряд систем жизнеобеспечения (в частности туалет). Через посадочный люк на боковой поверхности БО космонавты входят в корабль на стартовой позиции космодрома. БО может быть использован при шлюзовании в открытый космос в скафандрах типа «Орлан» через посадочный люк.
Модификации космического корабля «Союз»
Поезд на воздушной подушке
В 1927 году в небольшой брошюре «Сопротивление воздуха и скорый поезд» Циолковский опубликовал теорию и схему поезда на воздушной подушке.
«Трение поезда почти уничтожается избытком воздуха, находящегося между полом вагона и плотно прилегающим к нему железнодорожным полотном. Необходима работа для накачивания воздуха, который непрерывно утекает по краям щели между вагоном и путем. Она велика, между тем как подъемная сила поезда может быть громадна. Так, если сверхдавление в одну десятую атмосферы, то на каждый квадратный метр основания вагона придется подъемная сила в одну тонну. Это в 5 раз больше, чем необходимо для легких вагонов.
Не нужно, конечно, колес и смазки. Тяга поддерживается задним движением вырывающегося из отверстия вагона воздуха. Работа накачивания тут также довольно умеренна (если вагон имеет хорошую, легко обтекаемую форму птицы или рыбы), является возможность получать огромные скорости», — писал Циолковский.
Эта теория легла в основу создания транспорта на воздушной подушке спустя многие годы: первые морские плоскодонные суда на воздушной подушке поступили в эксплуатацию в Англии лишь в 1958 году.
Устройство
Сверху вниз: бытовой отсек, спускаемый аппарат, приборно-агрегатный отсек
Корабли этого семейства состоят из трёх отсеков: приборно-агрегатного отсека (ПАО), спускаемого аппарата (СА), бытового отсека (БО).
В ПАО находится комбинированная двигательная установка (ДУ), топливо для неё, служебные системы. Длина отсека 2,26 м, основной диаметр 2,15 м, максимальный диаметр 2,72 м. Двигательная установка состоит из 24 ДПО (двигатели причаливания и ориентации) по 12 на каждом коллекторе, из которых часть имеет тягу 13,3 кгс, часть (12 штук) — 2,7 кгс, а также сближающе-корректирующего двигателя (СКД) тягой 300 кгс. СКД предназначен для орбитального маневрирования и схода с орбиты. Работает на тетраоксиде диазота и несимметричном диметилгидразине. Корабли 7К-ОК и 7К-Т были оборудованы КТДУ-35 (корректирующе-тормозная двигательная установка) тягой 4 кН и удельным импульсом (УИ) 282 с. Фактически стояли 2 независимые КТДУ — основная и резервная.
Система энергоснабжения состоит из солнечных батарей и аккумуляторов. До аварии «Союза-11» стояли батареи размахом 9,80 м и площадью 14 м². Система обеспечивала среднюю мощность в 500 Вт. После аварии их убрали ради экономии веса и оставили аккумуляторные батареи на 18 кВт·ч, которых хватало на два дня автономного полёта. Для программы «Союз-Аполлон» использовалась модификация с батареей площадью 8,33 м² с выходной мощностью в 0,8 кВт. Современные «Союзы» оснащены батареями размахом 10 м и площадью 10 м² и средней мощностью около 1 кВт.
Спускаемый аппарат «Союз ТМА-2» после приземления
В спускаемом аппарате находятся места для космонавтов, системы жизнеобеспечения, управления, парашютная система. Длина отсека 2,24 м, диаметр 2,2 м, жилой объём 3,5 м³. Под теплозащитным экраном расположены двигатели мягкой посадки, на внешней поверхности — перекисные двигатели управления спуском, управляющие ориентацией СА во время полёта в атмосфере. Это позволяет использовать аэродинамическое качество СА и снизить перегрузки. В СА помимо космонавтов можно вернуть на Землю 100 кг груза («Союз-ТМА»). СА покрыт теплозащитой на основе абляционных материалов.
Бытовой отсек имеет длину 3,4 м, диаметр 2,25 м, объём 5 м³. Он оснащён стыковочным узлом и системой сближения (ранее «Игла», ныне — система «Курс»). В герметичном объёме БО располагаются грузы для станции, иная полезная нагрузка, ряд систем жизнеобеспечения (в частности туалет). Через посадочный люк на боковой поверхности БО космонавты входят в корабль на стартовой позиции космодрома. БО может быть использован при шлюзовании в открытый космос в скафандрах типа «Орлан» через посадочный люк.
Модификации космического корабля «Союз»
Последние девять лет американцы летали «Союзами»
Crew Dragon — модификация грузового корабля Dragon, который уже доставляет грузы на МКС. 2 марта этот корабль был в автоматическом, беспилотном режиме отправлен к станции и пристыковался к ней на следующий день.
Нынешний запуск — первый за девять лет пилотируемый полет, осуществляемый с территории США на американском космическом корабле. NASA прекратило пилотируемые полеты в 2011 году после завершения программы использования возвращаемых кораблей Space Shuttle. С тех пор астронавтов доставляли на МКС российскими «Союзами». Первоначально предполагалось, что американские коммерческие корабли начнут осуществлять пилотируемые полеты в 2017 году.
Прообразы спутника
Еще Ньютон в 1687 году при написании труда “Математическое начало натуральной философии” предположил, что на орбиту Земли можно запустить тело таким образом, что оно не упадет на поверхность.
Одна из вариаций ньютоновской пушки
Ученый описал следующий эксперимент, позволяющий достигнуть данного результата. Сначала требуется забраться на высокую гору, пик которой гораздо выше атмосферы. С него нужно выстрелить из пушки таким образом, чтобы ядро полетело параллельно земле. И если снаряд будет двигаться с определенной скоростью, он никогда не опустится на поверхность, а будет лететь вокруг планеты бесконечно.
Позже исследования доказали, что Ньютон был прав. Если объект запустить на орбиту Земли таким образом, чтобы он двигался со скоростью минимум 7,91 км/с, то он будет бесконечно вращаться вокруг планеты, не теряя высоты. Сейчас такая скорость называется “первой космической”. В 1879 году Жюль Верн при написании книги “500 миллионов бегумы” использовал прообраз ньютоновской пушки.
В конце XIX и начале XX веков люди постепенно начали приходить к выводу, что технологии скоро достигнут развития, которое позволит отправиться в космос. Циолковский в свое время утверждал, что человечество уже готово к внеземным путешествиям. Более того, ученый предлагал не проводить экспериментальных запусков, а сразу строить ракету, в которой полетят люди. Это позволит уже в первом полете получить правдивые сведения от живых очевидцев.
Изобретатель Константин Эдуардович Циолковский
Позже немецкий инженер Оберт представил миру проект, представляющий собой станцию из нескольких ступеней. Ее предлагалось запустить на орбиту с целью наблюдения и координации военных сил. Было предложено разместить на внеземном объекте телескоп, который позволит наблюдать за планетами и звездами напрямую из космоса, а не через атмосферные искажения с Земли.
Также тема спутников поднималась в некоторых фантастических романах, выпущенных в 20-х и 30-х годах. В первой половине XX века разные страны проводили множество экспериментов по запуску объектов на орбиту Земли, однако все построенные ракеты развивали недостаточную скорость.
Интересный факт: в 1944-ом году военный Покровский предложил выстрелить в небо из мощной пушки. По его мнению, это позволит остаткам ядра оказаться на орбите.
Первые попытки
Фау-2 – первая баллистическая ракета в мире, создана в Третьем Рейхе
Ученые Третьего рейха сумели разработать ракеты большой массы Фау-2, работавшие на жидком топливе. Считалось, что они способны полететь в космос и даже отправить человека на орбиту. Существуют официальные документы, в которых предлагается с их помощью запускать забальзамированные тела первых космических путешественников с целью отдания почестей.
Начиная с марта 1946-го года Военно-воздушные силы США начали активно работать над космической программой. В стране прекрасно понимали, что выведение объектов на орбиту Земли поможет получить немало полезных сведений, а также серьезно повысит авторитет в лице других государств.
В течение нескольких лет ученые на бумаге конструировали различные аппараты, которые в потенциале могут отправиться во внеземное пространство. Параллельно анализировались последствия, к которым может привести старт покорения космоса. Детально расписывались экономическая составляющая, военный потенциал будущего достижения и возможные перспективы. Как только становилось понятно, что аппарат, изображенный на чертеже, не в состоянии выйти на орбиту, сразу начиналась проектировка нового с учетом изъянов.
В 1953-ем году, на конференции по астронавтике, физик Фред Сингер представил наработки шарообразного спутника, у которого имелись реальные шансы отправиться в космос. По словам ученого, США работают над созданием сферического устройства, которое можно запустить над Землей таким образом, что оно будет двигаться по орбите на высоте в 300 км и пересекать оба полюса планеты.
Компьютерная модель американской ракеты “Редстоун”
В 1954-ом состоялось заседание ведущих американских ракетных конструкторов, на котором обсуждалась вероятность запуска спутника в ближайшие три года. В тот момент было совершенно ясно, что для этого нужно использовать многоступенчатые ракеты, которые по мере отсоединения предыдущих и срабатывания последующих помогут достигнуть нужной высоты.
Интересный факт: в арсенале США тогда имелись ракеты “Локи” и “Редстоун”, которые и предполагалось использовать для запуска первого спутника.
Итогом заседания стало появление проекта “Орбитер”, в рамках которого прорабатывались детали будущего космического запуска. Событие было запланировано на лето 1957-го года. В 1955-ом году США обнародовали проект, название которого сменилось на “Авангард”. Предполагалось, что данный спутник отправится в небо на ракетах “Викинг” и “Аэроби”. На бумаге устройство представляло собой сложную конструкцию весом в 10 кг. Планировалось оснастить аппарат множеством электроники для сбора сведений.
Американский спутник “Авангард-1”
Однако когда стало известно о космической программе СССР, США существенно упростили конструкцию спутника, лишь бы успеть первыми запустить объект в космос. Так “Авангард-1” сбросил вес в шесть раз, и его масса составила 1,59 кг.
Первые
Первой в удачном запуске ушла из СССР космическая ракета-носитель с искусственным спутником на борту 4 октября 1957 года. Спутник ПС-1 удалось вывести на околоземную орбиту. Нужно отметить, что для этого понадобилось создать шесть поколений, и только седьмого поколения космические ракеты России смогли развить нужную для выхода в околоземное пространство скорость — восемь километров в секунду. Иначе невозможно преодолеть притяжение Земли.
Это стало возможным в процессе разработок баллистического оружия дальнего радиуса, где применялось форсирование двигателя. Не следует путать: космическая ракета и космический корабль — это разные вещи. Ракета — средство доставки, а корабль крепится на неё. Вместо него там может быть что угодно — космическая ракета может нести на себе и спутник, и оборудование, и ядерную боеголовку, что всегда служило и до сих пор служит сдерживанием для ядерных держав и стимулом к сохранению мира.
Модернизация
Ракета предельно модернизирована, здесь создана принципиально иная цифровая система управления, разработанная на новой отечественной элементной базе, с быстродействующей бортовой цифровой вычислительной машиной с гораздо большим объёмом оперативной памяти. Цифровая система управления обеспечивает ракету высокоточным выведением полезных нагрузок.
Кроме того, установлены двигатели, на которых усовершенствованы форсуночные головки первой и второй ступеней. Действует другая система телеизмерений. Таким образом повысилась точность выведения ракеты, её устойчивость и, разумеется, управляемость. Масса космической ракеты не увеличилась, а полезный выводимый груз стал больше на триста килограммов.
