Лунный корабль

Проект Н1-Л3 был очень огромным для 1-го предприятия (в США на "Аполлон" работало выше 20000 организаций). ОКБ-1 Королёва было назначено основным по Н1-Л3. Сам лунный корабль было доверено создать ОКБ-586 (КБ "Южное" в Днепропетровске), а управляющим по этой части был назначен Янгель.

В общем виде проект Н1-Л3 был закончен 30 декабря 1964 года, тогда же были назначены подготовительные сроки выполнения всех шагов. 1-ый пуск Н1 был должен состояться уже в 1966 году, а 1-ый астронавт на Луне сумел бы посадится уже в 1967-68 году, что позволяло бы обогнать янки, назначивших посадку на 1969 год.

Но как в "Южном" начали детализированную разработку лунного корабля, оказалось, что прошлые оценки массы ЛК оказались очень заниженными, и уложиться в установленную ранее массу не представляется вероятным. Это бывало из-за очень грубого подхода к ЛК в эскизном подходе. К примеру, горизонтальная скорость аппарата при посадке по сути не позволяла радару-высотомеру, который планировали установить на ЛК, найти реальную высоту. Скорость аппарата, оцененная на одном из участков полёта в 30-40 м/с, по сути составляла бы 200-300 м/с. В первом варианте ЛК весил только 2.2 т, причём был рассчитан на 2-ух человек. Для устранения этих и других недочётов пришлось наращивать массу аппарата до 5.5 т, а экипаж уменьшить до 1-го человека.

Сначало Янгель желал бросить место для второго астронавта в лунной кабине, но всё-таки это оказалось неосуществимым. Сокращение веса стало главной задачей, вставшей перед конструкторами, за каждое нововведение, которое уменьшало бы вес лунного корабля на один кг, назначалась премия в размере 60 рублей. Улучшая некие системы орбитальной части, удалось уменьшить массу лишь на 500 кг.

Определение текущей скорости и высоты после отделения блока Д также оказалось проблематическим. От того, как отлично эта система работала, зависела масса нужного горючего и все связанные с этим характеристики, такие как размещение и форма топливных баков.

Сделанная радарная система получила заглавие "Планетка". Она имела четыре антенны. 1-ые три делали лучи, отстоящие друг от друга на 120 о, и по изменению частоты сигнала из-за эффекта Доплера можно было точно найти горизонтальную скорость корабля. Четвёртая антенна ориентирована перпендикулярно к поверхности и служила для определения высоты. Такая система оказалась сравнимо обычный и надёжной, и хотя она так и не поработала по собственному прямому предназначению, "Планетка" показала свою надёжность в процессе полётов АМС серии Е-8 (автоматическая доставка лунного грунта на Землю).

При проведении испытаний радара на борту "МиГа-17" были найдены некие трудности, которые были решаемы. Из-за ограничений Мишин (продолжавший работу погибшего Королёва) позволяет расположить только 280 кг запасного горючего, что тоже задерживает создание радара-высотомера, который должен сейчас с ювелирной точностью проводить измерения для избежания перерасхода горючего.

В 1967 г. Янгель уведомляет Мишина о том, что лунный корабль будет готов не ранее 1971 года (т.е. с запозданием на три года). В 1968 году программка снова претерпевает конфигурации. Сначало предусматривалось совершить посадку на лунном экваторе, т.е. лунный орбитальный корабль находился бы на экваториальной орбите и каждый час пролетал над местом посадки лунной кабины. Это значительно облегчало сближение и стыковку аппаратов, но в то же время более достойные внимания места для посадки не всегда размещены конкретно на экваторе. В случае выбора другого места усложнялась процедура сближения лунного отсека (после его старта с Луны) и лунного орбитального корабля, который сумел оказываться над местом посадки в 2-3 раза пореже. В таком случае было три варианта:

Лунный корабль оснащался четкой инерциальной навигационной системой, позволяющей совершать сложные манёвры на окололунной орбите для стыковки с орбитальным кораблём.
Лунный корабль после старта с поверхности равномерно менял свою орбиту до того времени, пока она не совмещалась с орбитой орбитального аппарата. В данном случае не требовалась сложного навигационного оборудования.
Лунный корабль заблаговременно просчитывал линию движения сближения ещё до старта с Луны, и, стартовав с её поверхности, производил стыковку по просчитанной схеме.
Америкосы избрали 1-ый вариант, в русской программке предпочли 2-ой. Стыковка должна была проходить
на высоте 25-30 км. Так как цифровая ЭВМ для этих целей употребляться не могла (из-за её отсутствия), была разработана аналоговая система, просчитывающая нужные элементы орбиты и моменты включения двигательной установки. Такая система для лунного корабля была сотворена и была очень эффективна.
В отличие от этих задач задачка сохранения центра тяжести была очень сложной. Центр тяжести не был должен передвигаться более чем на 3 см (!). Это добивалось особенного устройства топливных баков блока Е и движков четкой ориентации. Астронавт в лунной кабине также был очень стеснён в собственных действиях. Всё оборудование ЛК также пришлось разрабатывать и располагать согласно этим требованиям. Для компенсации смещения во время посадки и взлёта, когда происходило уменьшение массы лунного модуля в процессе расхода горючего при работе мотора, такие тяжёлые элементы аппарата, как батареи, повсевременно передвигались.

Та часть аппарата, которая конкретно касалась поверхности, называлась аббревиатурой ЛПУ (лунное посадочное устройство). Кроме обеспечения посадки этот модуль служил стартовой площадкой для блока Е, при помощи которого лунный корабль взмывал с Луны. На ЛПУ также располагалось оборудование, которое было задействовано только при спуске либо оно могло работать в лунных критериях и использовалось до взлёта с поверхности. Это были радар-высотомер, параболические антенны, хим источники тока, три бака (потом был добавлен четвёртый) с водой для испарительной системы остывания и камера, которая снимала бы работу астронавта на поверхности. ЛПУ имело массу 1440 кг при полном весе лунного корабля 5560 кг. Как говорилось выше, из-за ограничения массы аппарата двигательная установка могла переместить корабль не дальше, чем на 100 метров от заблаговременно избранной точки. В этом месте могли находиться достаточно большие кратеры, потому лунное посадочное устройство должно было обеспечивать нормальную посадку (и следующий взлёт) на поверхность так, чтоб аппарат мог нормально работать и в тех случаях, когда он создавал с поверхностью достаточно огромные углы (до 30 градусов). Это было нужно ещё и для обеспечения "слепой" посадки аппарата в беспилотных вариантах, когда отсутствовавший астронавт не мог держать под контролем работу автоматики. Перед конструкторами встаёт вопрос: чем конкретно аппарат должен касаться Луны? Наименьшим вариантом было внедрение трёх посадочных опор, конкретно такая схема использовалась для посадки на Луну их "Сервейеров" (автоматических аппаратов для исследования и фотографирования поверхности). Для русского лунного корабля таковой вариант не подходил, так как он не обеспечивал нужную устойчивость и не гарантировал сохранение центра тяжести. ЛПУ начинают разрабатывать сходу несколько КБ, и возникает огромное количество различных проектов: от нескольких опор до особенного посадочного кольца. В конце концов, остались две вероятные схемы: пассивная и активная. В первом случае аппарат садился на несколько пассивных опор, но тогда требовалось обеспечить очень плавный подлёт к поверхности. Во 2-м случае посадочные опоры имели свой корректирующие движки, которые врубались конкретно в момент контакта для четкого позиционирования аппарата.

Для окончательного выбора был сотворен целый комплекс для имитации посадки на лунный грунт: огромное помещение было заполнено вулканическим туфом из Армении (по своим физическим свойствам он похож на лунный реголит), и в нём проводилась имитация касания Луны. Тесты проявили, что более предпочтительна активная схема (использовались твёрдотопливные движки), которая и была выбрана для лунного корабля.

Лунная Кабина

Лунная кабина предназначалась для размещения 1-го астронавта. В центре (относительно астронавта, сидячего в кабине) имелся большой иллюминатор, в который проводились наблюдения во время посадки. Выше него находилось ещё одно окно, которое должно было употребляться для наблюдения процесса стыковки с лунным орбитальным кораблём. Более принципиальные средства регулирования аппаратом находились справа, а наименее — слева от сидячего снутри человека.

Дополнительным требованием перед разработчиками явилось то, что ЛК был должен способен к беспилотному полёту: автоматом садится на Луну и автоматом стыковываться с орбитальным кораблём. Это требовалось как для испытаний аппарата в беспилотном режиме, так и для воплощения вероятных "спасательны
х" операций, когда в случае повреждения блока Е ЛК не мог взлететь с Луны и астронавт оставался на поверхности. Это добивалось, естественно, одновременного пуска к Луне 2-ух аппаратов: рабочего (пилотируемого) и запасного. Автономность лунного корабля обеспечивалось телевизионными камерами, что позволяло с Земли созидать всё происходящее и дистанционно управлять галлактическим кораблём.

В задней части лунной кабины располагался дискообразный модуль с оборудованием, таким, как:
Система управления
Радиотехнические модули
Система управления электропитанием
Система теплорегуляции
Аппаратура для обеспечения стыковки.

Сначало в лунной кабине предполагалось использовать незапятнанный кислород под давлением 0.4 атмосферы. Но это была очень огнеопасная среда, потому потом долю кислорода, добавив азота и повысив давление до 0.74 атмосфер. При всем этом хоть и требовалось наращивать массу припасов воздуха вдвое, все же, корабль становился более неопасным в плане пожароопасности. На завершающем шаге посадки лунной кабины, как уже говорилось, управление брал на себя астронавт. Но на момент разработки посадочного аппарата создание схожей системы тормозило полное отсутствие опыта. Все пришлось начинать поначалу. Кроме сохранения центра тяжести нужно было обеспечить полную работоспособность даже в случае вероятной разгерметизации кабины. Хотя все системы при разгерметизации должны были остаться целыми, скафандр был рассчитан лишь на 10 часов, т.е. в данном случае требовалось немедля ворачиваться на лунный орбитальный корабль. В связи с этим пришлось отрешиться от использования ножных педалей. Разработчикам пришлось учить опыт авиаконструкторов, создававших в те годы самолёты вертикального взлёта-посадки.

Длительно прорабатывались и варианты размещения приборных панелей и иллюминаторов. Было выяснено, что для обзора поверхности Луны при подсадке лучший угол обзора составляет 7 градусов. Иллюминатор, использующий для контроля за спуском, имел координатную сетку для определения и корректировки места касания грунта. Приходилось создавать и скафандр, позволяющий достаточно долгое время работать конкретно на Луне. Он имел заглавие "Кречет" и стал прототипом скафандров "Орлан", которые употребляются сейчас русскими астронавтами для работы в открытом космосе. "Кречет", также как и его нынешний аналог "Орлан" представлял собой очень сложное устройство. Он не надевался на человека, а напротив, человек заходил в скафандр — для этого в задней части этого снаряжения имелся лючок. В нём имелась система особых растяжек и фиксаторов, которые были нужны для обеспечения неподвижности человека на время манёвров, так как при малеханькой массе всего лунного корабля смещение центра масс всего аппарата из-за неудобного движения человека могло повлечь за собой очень большие проблемы.

Для тесты скафандра (как, вобщем, и не только лишь его) был построен полномасштабный макет лунного корабля, на котором разные проводились тесты и тренировки экипажа. Наверняка, многие лицезрели эти кадры в хронике. Для того, чтоб имитировать лунную гравитацию, которая в 6 раз земной, была построена особая наклонная башня. Человек прогуливался по её наружной стенке, образовывавшей с вертикалью угол примерно 30 градусов. При всем этом земное притяжение "тянуло" вниз и забирало огромную часть веса (чтобы не свалиться, человек в "Кречете" перед этими операциями подвешивался на тросике), а на упор ногами оставалась только шестая часть веса, что и обеспечивало "лунные условия". Так как скафандр вышел достаточно огромным, пришлось поновой разрабатывать и лючок. По этой же причине размещение устройств и агрегатов лунной кабины также согласовывалось с местоположением человека (опять-таки для сохранения центра тяжести).

В целях экономии массы стыковочный узел имел достаточно обычное устройство (по сопоставлению с тем же узлом у "Союзов", летающих на околоземной орбите сейчас). Это сразу снижало цена аппарата и увеличивало надёжность. Так как астронавт переходил из лунного орбитального аппарата в посадочный модуль и назад в процессе выхода в открытый космос, никакой жёсткой стыковки, обеспечивающую герметичный переходной тоннель меж модулями не требовалось. Разработанная для этих целей система "Контакт" обеспечивало обычное сближение аппаратов (после того старта лунного корабля с Луны) и их механический зах
ват.

Эта система должна была быть разработана и испытана ещё к 1968 году. Предусматривалось запустить два "Союза" в беспилотном режиме для отработки стыковки, после этого был должен быть осуществлён схожий полёт пилотируемых "Союзов". Но беспилотные пробы не удались, а пуск сходу после чего "Союза-1" с Комаровым также завершился катастрофой: он гибнет при посадке на Землю. Заместо четырёх "Союзов" было истрачено больше 10-ка аппаратов, а русская лунная программка задержалась (хотя и не только лишь из-за этого) на 18 месяцев. "Контакт" был стопроцентно готов к работе только в течение программки "Салют" (пилотируемые орбитальные станции), поточнее — к октябрю 1971 года. Совместно с системой ориентации-стабилизации и топливом для неё лунная кабина весила около 1300 кг.

Всего же в лунном корабле русской программки Н1-Л3 присутствовали последующие системы.

Система автоматического управления. Эта система, базы которой были взяты с систем наведения у военных ракетных комплексах. Она обеспечивала управление кораблём на всех стадиях полёта лунного модуля: понижения, посадки, взлёта и стыковки. Все нужные для работы вычисления обеспечивала БЦВМ (бортовая электронно-вычислительная машина), которая обрабатывала данные, поступающие с измерительных датчиков, и отдавала команды двигательной установке. Главные данные об ориентации обеспечивали гироскопы и радар, измеряющий горизонтальную и вертикальную скорости аппарата. Астронавт имел возможность корректировать команды, выдаваемые бортовым компом, к тому же поблизости поверхности он уже лицезрел точку, в которую садился аппарат (с помощью особенных обозначений на иллюминаторе) и мог изменять её (избрать новое посадочное место, расположенное не дальше 100 метров от старенького места). Все вычисления проводились в трёх независящих параллельных потоках для уменьшения количества вероятных ошибок.
Радарная система для измерения скорости аппарата. Размещалась снаружи галлактического корабля около оборудования для выхода на лунную поверхность.
Лунное посадочное устройство.
Стыковочная система "Контакт". Она имела маленькой вес и обеспечивала обычный физический контакт и захват кораблей. "Контакт" мог работать как в ручном, так и в автоматическом режиме.
Система электрораспределения. Она размещена в нижнем приборном отсеке. Состояла из системы электронных кабелей и 5 хим батарей: три в ЛПУ и две в лунной кабине. Эти электронные батареи имели относительно большой срок хранения: они могли применяться по собственному прямому предназначению даже после трёх месяцев нахождения в галлактическом пространстве.
Анализатор других бортовых систем, определяющих их исправность.
Кабина для астронавта.
Бортовик. Употребляется в системе автоматического управления. Быстродействие — 20 000 операций за секунду. Обеспечивал параллельное вычисления трёх независящих потоков данных.
Система раскрытия антенн.
Сами антенны: две метровые параболические антенны для скоростной передачи данных и трансляции телевизионного изображения и одна всенаправленная антенна для связи на низкой скорости с Землёй и лунным орбитальным кораблём.
Телевизионные камеры. Созданы для передачи кадров лунной поверхности при посадке беспилотного аппарата и передачи видеоизображения астронавта, выходящего на лунную поверхность и работающего на неё.
Система, передающая телеметрические данные о работе всех систем корабля.
Скафандр "Кречет". Обеспечивал выход в открытый космос и на поверхность. Автономность — 10 часов.
Система поддержания атмосферы лунной кабины.
Система теплорегуляции, обеспечивающая обычный температурный режим при температуре за пределами лунного аппарата от +130°С о до -200°С.
Научное оборудование. Из-за ограничений массы ЛК оно не было совсем выбрано, но понятно, что основным "научным тестом" до 1969 года была установка русского флага на Луне ранее, чем америкосы установят собственный.
Система пожаротушения.

Блок Е.

Двигательной установке, которая обозначалась блоком Е и предназначалась для мягенькой посадки и взлёта с Луны, уделялось очень пристальное внимание. Уже при первых эскизах лунного корабля присутствовали картинки этого блока. Сначало планировалось уложиться в 510 кг, но уже скоро стало понятно, что это нереально.

Для надёжности блок Е имел не один, а два мотора: РД-858 и РД-859. Как от аппарата отделялся блок Д, они запускались сразу. Если в работе первого мотора автоматика отмечала к
акие-либо сбои, то он сходу выключался, и посадочный аппарат ворачивался на втором, запасном движке к лунному орбитальному кораблю. Если всё было нормально, то лунный модуль продолжал понижаться на основном движке, 2-ой оставался в то время в резерве. Понятно, что бы вызвал отказ сходу 2-ух движков.

В режиме понижения было нужно развивать тягу 850 кг, а в режиме взлёта —2000 кг. РД-858 мог изменять свою мощность в этих границах, а РД-859 имел фиксированное значение — 2000 кг, т.е. с ним посадку совершить было нельзя. В течение всей работы блока Е должно было сгореть 2900 кг горючего.

Создание мотора неоднократного включения с регулируемой тягой потребовало гиганских усилий. Для его разработки пришлось изобретать новые материалы и технологии. Главный неувязкой в разработке блока Е (как и лунного посадочного устройства) явилось "отражение" газов, истекающих из сопел, от лунного грунта в течение посадки. В южноамериканском "Аполлоне" для посадки и взлёта применялись различные движки, что значительно облегчало задачку. Схожий вариант в русском проекте не был вероятен из-за ограничений по массе всего аппарата. Если у южноамериканского лунного модуля движок мягенькой посадки при контакте с поверхностью засорялся либо повреждался (что и случилось пару раз), то это не имело никакого значения. Для лунного корабля пришлось разрабатывать систему, которая направляла реактивную струю газов в конкретной близости от поверхности как можно далее от ЛПУ. В момент выключения блока Е (в режиме "посадка") сопла сразу запирались для избежания попадания в их посторонних частиц, например, лунной пыли, которая подымалась в момент касания грунта.

Для сохранения центра тяжести топливным бакам (объёмом по 1.2 м3) пришлось придать необыкновенную форму: окиситель расходовался в 2 раза резвее, чем горючее. В качестве горючего/окисителя использовались длительно хранимые самовозгорающиеся составляющие: гидразин и азотный тетраксид. Масса на сто процентов заправленного блока Е составляла 2950 кг, пустая ступень весила около 550 кг. Для воплощения мягенькой посадки нужно было спалить около 700 кг горючего, а для взлёта требовалось 2100 кг.

Система ориентации

Для подкорректирующих манёвров была предназначена отдельная двигательная система. Как и в блоке Е, в ней использовались гидразин/тетраксид азота. Она располагалась над лунной кабиной и могла обеспечивать не только лишь горизонтальные, да и вертикальные корректировки. Для завышенной надёжности лунный корабль имел не одну, а две независящих системы ориентации и мог работать даже в этом случае, когда одна из их стопроцентно выходила из строя. Для их работы имелось 100 кг компонент ракетного горючего. Как и в случае с основными топливными баками, пришлось повозиться с центром тяжести: бак с окисителем располагался снутри бака с топливом и имел необыкновенную структуру.

Для подачи горючего в топливные баки подкачивался гелий под давлением 10 атмосфер, вытесняющий жидкость из бака. Движок можно было включать неоднократно, продолжительность малого импульса составляла 9 миллисекунд, наибольшего — 10 секунд. Для сопел, размещённых под углом 20 градусов к горизонтали, был применён новый графито-ниобиевый сплав.

На верхушке всего корабля, кроме системы ориентации, находились радиаторы системы терморегулирования и захват стыковочного узла.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий
SQL - 46 | 0,115 сек. | 11.31 МБ