НА ГЛАВНУЮ

 

«ПЕПЕЛАЦЫ» ЛЕТЯТ НА ЛУНУ

 

 

Глава 15

 

 

«Откуда падали капсулы с астронавтами?»

 

 

Часть 2

 

Что собой представляла капсула «Меркурий»

 

 

 

Давайте попробуем сами объективно и непредвзято разобраться с конструкциями первых пилотируемых космических аппаратов.

Во первых строках хотел бы сразу и решительно отвергнуть один исторический миф, который получил широкое хождение как среди NASA-филов, так и среди NASA-фобов: немецкий барон Вернер фон Браун не был главным конструктором ни корабля «Меркурий», ни корабля «Джемини»! О его лично роли мы поговорим позднее.

А пока, для справки, отметим, что главным конструктором корабля «Меркурий» был Макс Фагет (Maxime A. Faget), который с февраля 1962 года занимал пост директора по проектированию и развитию Центра пилотируемых полетов NASA в Хьюстоне (ныне Космический центр имени Джонсона).

Теперь немного общих сведений о типах спускаемых аппаратов и способах их посадки.

 

Таблица 1. Основные варианты аппаратов для спуска в атмосфере [1]

 

Спускаемый аппарат корабля «Меркурия» относится к типу капсул сегментально-конической формы, с нулевым аэродинамическим качеством и единственным видом спуска − по неуправляемой баллистической траектории. Стабилизация аппарата на участке спуска осуществлялась путем закрутки по крену с угловой скоростью 10° − 12° в секунду[9].

В этой связи мне бы хотелось категорически опровергнуть малограмотные домыслы о том, что астронавт мог принимать какое-либо участие в управлении капсулой «Меркурия» на участке спуска в плотных слоях атмосферы − это полная чушь! Спуск мог быть только неуправляемый, в режиме осевой закрутки.

 

Капсула «Меркурий», по сути, разрабатывалась на основе самолетных технологий, представлений и подходов, допустимых для сверхзвуковых (гиперзвуковых) летательных аппаратов, в том числе для суборбитальных полетов, с максимальной скоростью примерно 2300м/с (~8300км/ч). Поэтому в конструкции корабля «Меркурий» нашли широкое применение бериллий, жаропрочный хромоникелевый сплав с молибденом и кобальтом Rene-41 и т.д.

Для следующих орбитальных полетов предполагалось дооснастить «Меркурий» теплозащитным экраном с абляционным покрытием на основе смолы и стекловолокна[8].

 

На рисунке справа: схема организации теплозащиты для орбитального варианта космического корабля «Меркурий»

 

Примерно в это же время был разработан и построен рекордный гиперзвуковой (суборбитальный) ракетоплан Х-15 с максимальной скоростью 7200км/ч и динамическим потолком около 100км, с применением титана и никелевого сплава «Inconel X».

Применение вышеназванных супердорогих материалов можно охарактеризовать, как предел «металлических» технологий в авиации.

Они хороши для рекордных сверхзвуковых самолетов (SR-71, МиГ-25 и т.д.), но совершенно бесполезны для космических аппаратов.

Для освоения космоса это безнадежный технологический тупик.

Американцы строили капсулы «Меркурий» исходя из собственных критериев космоса: все, что выше 50 миль (80,5км) − уже космос!

Согласно правил Международной авиационной федерации FAI − космос начинается на высоте 100км.

Если бы в СССР не создали ракету 8К72 и корабль «Восток», то в США могли бы еще очень долго выдавать суборбитальные «прыжки» за полноценные космические полеты.

Королеву никто не ставил планку − первый космонавт должен непременно облететь вокруг Земли, он сам себе ее поставил!

Первый суборбитальный полет собак в космос Королев осуществил еще 22 июля 1951 года. Ракета Р-1В подняла на высоту 100,8 км первых космонавтов собак Дезика и Цыгана. Можно было бы и человека, но не нужно. Человека готовили для полноценного космического полета - вокруг земного шарика. Юрий Гагарин одним своим витком выбросил всю суборбитальную программу «Меркурий» в мусорное ведро...

Причина, по которой американцы изначально проектировал корабль без применения абляционной теплозащиты, − смехотворна с высоты наших знаний сегодняшнего дня. Дело в том, что главный конструктор «Меркурия» Макс Фагет был склонен к некоторым предрассудкам[28], например, перед абляционными покрытиями. Он полагал, что металлический теплозащитный экран из бериллия гораздо лучше и надежнее абляционного покрытия!  Данные выводы были отмечены в Меморандуме от 28 ноября 1958г. «Технические характеристики пилотируемой космической капсулы». Макс Фагет сказал следующее: «Абляция была исключена в качестве материала для конкурса по той простой причине, что она окажется слишком большой «дикой картой» в технической оценке»[28].

Поразительно, но весь подготовительный период 1958-1959 годов американцы разрабатывали несостоятельную для космических полетов капсулу с бериллиевым щитом!

Есть какая-то вселенская ирония в том, что на их бериллий, молибден и кобальт с никелем мы ответили простым алюминиевым «шариком», асбестовой «мешковиной», стеклотекстолитом и фенольной смолой! При этом их бериллиево-кобальтовый «Меркурий» быстро «сдулся», а наш простой «Восток» в беспилотной модификации (как спутник оптической разведки «Зенит») находился на вооружении свыше тридцати лет, всего было запущено в космос более пятисот «шариков»!

Теперь несколько слов об устройстве «Меркурия».

Внешняя оболочка корпуса корабля изготовлена из никель-кобальтового сплава, внутренняя — из двойных титановых листов толщиной 0,25 мм. Днище корпуса, являющееся тепловым экраном, защищено стеклопластиком. Сужающаяся часть корпуса выполнена из гофрированного листового никель-кобальтового сплава[32].

 

 

Общая схема космического корабля «Меркурий» МА-6 [12]

 

1 Аэродинамическая игла
2 Система аварийного спасения (САС)
3 Инфракрасные датчики горизонта
4 Аэродинамический обтекатель
5 Двигатели рыскания
6 Основной и резервный щелевые парашюты
7 Перископ
8 Герметичная кабина с двойными стенками
9 Приборные панели
10 Трехосная система ориентации
11 Двигатели крена
12 Кресло астронавта и ограничители

13 Абляционный защитный экран
14 Штанги, удерживающие тормозную установку
15 Двигатели отделения
16 Тормозные двигатели

17 Бак с перекисью водорода
18 Блок управления САС
19 Внешняя обшивка

20 Титановый стрингер закрытого сечения
21 Двигатели тангажа
22 Баллоны с перекисью водорода
23 Конический ленточный вытяжной парашют диаметром 1,8м
24 Двигатели отделения САС

 

Технические характеристики:

 

Полная высота (включая ферму САС с иглой) 7,9м
Ширина (по тепловому экрану) 189см
Стартовая масса (включая САС) 1934кг
Масса на орбите 1355кг
Масса при приводнении 1130кг

 

 

Панель управления космическим кораблем «Меркурий» была выполнена в классическом «самолетном» стиле[32]:

 

Приборная панель космического корабля «Меркурий»

1 — снижение давления в кабине; 2 — повышение давления в кабине; 3 — переключение системы управления на ручное управление положением спутника в пространстве; 4, 5 и 6 — переключение управления по крену, курсу и тангажу соответственно; 7 — включение системы аварийного спасения; 8 — подача кислорода при старте; 9 — отделение стартовой системы аварийного спасения; 10 — отделение спутника от ракеты-носителя; 11 — включение программы на спуск-12 — ориентация спутника перед включением тормозных двигателей; 13 — включение тормозных двигателей; 14 — отделение тормозных двигателей; 15 — ориентация спутника при входе в атмосферу; 16 — снижение ускорения до 0,5; 17 — выпуск тормозных парашютов; 18 — включение подачи атмосферного воздуха; 19, 20 — выпуск основного и тормозного парашютов; 21 — включение системы спасения (наполнение баллона для обеспечения плавучести); 22, 23 — индикаторы скорости, высоты, положения в пространстве, температуры, давления, влажности парциального давления кислорода; 24 — предупредительные сигналы и соответствующие регуляторы; 25 — давление в кабине; 26 — количество кислорода; 27 — аварийная подача кислорода; 28, 29 — парциальное давление О2 и СО2; 30, 31 — избыточная влажность, в скафандре и кабине; 32 — количество топлива; 33, 34 — установка воспламеняющего устройства тормозных двигателей на боевой взвод и предохранитель; 35 — включение часового механизма; 36 — контакты разъемов; 37, 38 — управление радио- и электроаппаратурой; 39 — перископ; 40 — сигналы о выполнении последовательности соответствующих операций.

 

Фотографии приборной панели капсулы «Меркурий» МА-6 в Национальном музее воздухоплавания и астронавтики США[16], на которой Джон Гленн совершил первый орбитальный американский полет, говорят о весьма кустарном способе ее изготовления, без особой тщательности:

 

На фото: часть приборной доски космического корабля «Меркурий» МА-6[16]

Хорошо видно, что надписи возле приборов выполнены фломастером! Важная информация просто напечатана на клочке бумаги и грубо приклеена на приборную доску. Покраска доски явно кустарная...

 

Капсула космического корабля «Меркурий» изначально проектировалась как суборбитальный летательный аппарат на основе предположений, что СССР еще не скоро сможет решить проблему безопасного возвращения человека с орбиты ИСЗ.

Малограмотные домыслы доктора геометрии Зотьева о максимальном нагреве капсулы не свыше 700°С относятся как раз к условиям эксплуатации гиперзвуковых летательных аппаратов. Аналогичные температуры (~650°С) были получены в полетах ракетоплана North American Х-15, что давало американцам основание использовать полученный опыт в проекте «Меркурий».

Однако, вскоре выяснилось, что между условиями полета North American Х-15 и суборбитального «Меркурия» есть существенные различия.

Схема суборбитального полета корабля «Меркурий» выглядит просто и не предполагает особых неожиданностей[9]:

 

 

 

Пожалуй, единственный сложный момент − развернуть капсулу на 180° днищем вперед для правильного входа в атмосферу, и не забыть в конце раскрыть парашют.

Что касается так называемого включения тормозных двигателей длительностью 10 секунд, то сами американцы в отчете о полете MA-3 признают, что речь шла об имитации в целях накопления опыта для будущих орбитальных полетов[9].  

Однако, проблемы настигли «Меркурий» с неожиданной стороны. Это только кажется, что запустить человека на примитивной спиртовой (!) ракете-аналоге «Фау-2» на высоту 100...150км − пустяковое дело.

 

Совсем не зря, как выяснилось, производитель космического корабля McDonnell Aircraft Corporation в своих расчетах прочности ориентировался на максимальные перегрузки при входе в плотные слои атмосферы до 20g[9].

Дело в том, что вход в атмосферу под большим углом, даже с небольшой скоростью (V2,5км/с), предполагает, как ни парадоксально, гораздо большие, почти в два раза, перегрузки, чем при штатном спуске корабля с первой космической скоростью!

В суборбитальном полете 31 января 1961 года корабля «Меркурий» MR-2 с шимпанзе на борту были зафиксированы перегрузки 17g при аварийном отделении корабля от ракеты и почти 15g при спуске в плотных слоях атмосферы[13].

Любопытно, что в своих отчетах NASA оценивало полет MR-2 с шимпанзе не как основание для доработки ракетной программы «Редстоун−Меркурий» в сторону снижения перегрузок, а наоборот − как доказательство ее пригодности и безопасности для дальнейших полетов с человеком на борту!

 

   

Между тем, полет MR-2 был как раз очень важен для подтверждения пригодности системы «Меркурий−Редстоун» для начала пилотируемых полетов, поскольку в первом беспилотном полете 19 декабря 1960 года корабля MR-1A перегрузки также превысили допустимый лимит для пребывания человека на борту.

Первый полет MR-1A был далеко не безупречным: после полета обнаружилось, что один из иллюминаторов дал трещину[33].

Следующий суборбитальный беспилотный запуск корабля «Меркурий» МА-2 был произведен 21 февраля 1961 года при помощи модернизированной ракеты «Атлас-D». Максимальная перегрузка в полете составила почти 16g − что, на самом деле, превышает любые допустимые пределы для безопасности человека на борту.

Я хотел бы сразу отбросить любые отговорки со ссылками на суборбитальный полет Лазарева и Макарова «Союз-18-1», во время которого перегрузки достигли 21g − это, скорее, счастливый случай, из которого не следует делать правила. Мало ли было казусов, когда люди оставались живы после падения с нераскрытым парашютом? Означает ли это, что парашют не нужен вовсе?! Мы ведь не знаем, на самом деле, как бы выглядела статистика, если бы большую группу испытателей подвергнуть перегрузке 15−20g: сколько мы получим телесных повреждений, кровотечений внутренних органов, инвалидности, смертей...

Осознавая ту меру ответственности, которую понесет бывший гражданин Третьего Рейха в случае позорной гибели американского астронавта при попытке совершить первый космический полет, Вернер фон Браун решил перестраховаться и выполнить еще один испытательный суборбитальный полет, в котором должны были быть устранены выявленные недостатки ракетной системы «Меркурий−Редстоун».

В этом месте следует сделать одно важное отступление от нашего повествования. У читателя может возникнуть вопрос: какое отношение имел фон Браун к реализации программы пилотируемых полетов «Меркурий»? Формально − второстепенное, ведь он был всего лишь главным конструктором допотопной спиртовой ракеты «Редстоун» (типа «Фау-2»), давно принятой на вооружение, которая к началу 1961 года полностью морально устарела, но была выбрана в качестве носителя для суборбитального полета.

Но, фактически, заручившись поддержкой нового президента Джона Кеннеди, и что еще важнее − вице-президента Линдона Джонсона − господина барон получил пост главного космического сказочника страны. Благодаря силе характера и умению манипулировать людьми, фон Браун добился того, что к нему, в Хантсвилл, приезжали начальники из NASA на доклад. Именно так выглядит ситуация с переносом пилотируемых полетов в феврале 1961 года, когда какой-то фон Браун запретил (!) заместителю директора NASA Хью Драйдену, руководителю Центра пилотируемых полетов в Хьюстоне Роберту Гилруту, главному конструктору корабля «Меркурий» Максу Фагету подготовку к полету MR-3 с человеком на борту без проведения новых беспилотных запусков[34].

И вот все это космическое начальство пошло на поводу у фон Брауна, согласившись на бессмысленный эксперимент: 24 марта 1961 года состоялся беспилотный запуск ракеты с макетом капсулы под кодовым названием «Меркурий−Редстоун−BD».

Вернер фон Браун, Курт Дебус и другие партайгеноссе были в полном восхищении от полета!

Правда, не совсем понятно, чему они радовались: капсула корабля «Меркурий» не отделилась от ракеты, в результате чего связка «Меркурий−Редстоун» совершила неуправляемое падение и разрушилась в плотных слоях атмосферы, корабль «Меркурий» полностью сгорел.

Американцы утверждают, что в полете перегрузки не превысили 11g, что давало основания для запуска человека на борту. С другой стороны, учитывая печальный финал для самого «Меркурия», не совсем понятно, можно ли доверять подобным измерениям.

Американцы, со своей стороны, возражают, мол, все так и должно было происходить, а корабль «Меркурий» был на самом деле не настоящий, а макет...

В СССР такое объяснение было встречено с большой долей иронии[14]:

 

«Говорил с Вершининым по «ВЧ», доложил, что у нас все идет нормально, пуск намечен на 11–12 апреля. Главком передал, что американцы планируют полет человека в космос на 28 апреля. Я сказал ему, что они раньше нас человека не запустят. 24 марта у них был большой провал: капсула «Меркурий» не отделилась от носителя и затонула в океане».

(7 апреля 1961 года, из дневника Н. Каманина)

 

Однако, взятая из рукава фон Брауна цифра 11g дала основание NASA в дальнейшем для всех пилотируемых суборбитальных полетов писать максимальную перегрузку  11g и таким образом подвести черту и зарыть тему для любых сомнений и вопросов.

В довершение всех «успехов» суборбитальных полетов системы «Меркурий−Редстоун», 25 апреля 1961 года при попытке запуска первого беспилотного орбитального варианта корабля «Меркурий−Атлас» МА-3 ракета была подорвана на 40-й секунде полета на высоте всего 5км, капсула отделилась при помощи сработавшей системы аварийного спасения (САС), и благополучно плюхнулась в Атлантический океан у побережья мыса Канаверал, недалеко от стартовой площадки.

Поставьте себя на место фон Брауна: две недели назад Юрий Гагарин полетел в космос. И не просто поднялся формально выше 100км, а совершил орбитальный полет один символический виток вокруг Земли. Его имя повторяет вся планета! Он символ триумфа Хрущева и КПСС над американским Уолл-Стритом!

А в это время Америка не только не может повторить этот успех, но даже элементарно не может обеспечить наипростейший суборбитальный 15-минутный «прыжок» в космос! Третья авария подряд, да еще и с человеческими жертвами, будет стоить ему, иностранцу и бывшему фашисту, головы...

Поставьте себя на место фон Брауна: вы не главный конструктор корабля «Меркурий», ракету «Редстоун» производят давно и без вас, ракета «Атлас» совсем чужая, вам просто сгребли весь этот то ли хлам, то ли цирковой реквизит, сгрузили одной кучей, и говорят: давай, вперед! Ты теперь главный режиссер и художественный руководитель космического цирка во Флориде! Делай что хочешь, но высокое доверие, оказанное президентом, должен оправдать!  

Чтобы вы предприняли? Правильно − организовали бы видимость успеха! Все, так или иначе, пытаются не быть, а казаться...

И мы, и они периодически прибегали и прибегаем к помощи волшебной силы искусства массовой информации. Где-то больше, где-то меньше...

Тут еще сыграл фактор Хрущева: Никита Сергеевич не умел вести себя дипломатично, и постоянно дразнил Дядю Сэма космическими кораблями, которые бороздят просторы Большого Театра с ядерной бомбой на борту...

Американцы и так параноики от рождения, весь их кинематограф пронизан манией преследования, а тут еще этот малокультурный «фермер», который откровенно дразнит и провоцирует США на ответные решительные действия... Америка только-только начала оправляться от мрачного периода массовых репрессий и борьбы с безродными космополитами во времена работы комиссии сенатора-алкоголика Джозефа Маккарти, как новое противостояние СССРСША ввергло их в состояние панической атаки...

Поэтому, меня совсем не удивляет, что худрук Вернер фон Браун был вынужден прибегнуть к услугам «нетрадиционной» космонавтики...

Попробовал бы он этого не сделать: теневые короли Америки обоих братьев Кеннеди прихлопнули! Жизнь старого немца в их глазах не стоила бы ломаного гроша...

Однако, мы отвлеклись. 5 мая 1961 года фон Брауном был блестяще организован и проведен «альтернативный» космический полет Алана Шепарда, что дало возможность президенту США Джону Кеннеди наконец-то насладиться своими пятью минутами телевизионной славы и продемонстрировать нации сильного лидера, а всему космическому начальству − получить долгожданную передышку и время выправить ситуацию на будущее...

Но тут расслабившихся американцев, понадеявшихся, что Гагарин был единоразовым эпизодическим успехом, и можно продолжать малоэффективные в глазах общественности суборбитальные «подпрыгивания» (вроде Вирджила Гриссома на корабле «Меркурий» MR-4), − догнал «Восток-2» с Германом Титовым на борту!

Полет Титова 6−7 августа 1961 года пришелся на разгар Берлинского кризиса 1961 года, завершившегося строительством Берлинской стены и противостоянием советских и американских танков, готовых стрелять практически в упор друг в друга. «Восток-2» стал весомым аргументом в расстановке сил на международной арене.

Вашингтон требовал новых космических успехов, поэтому пришлось опять прибегать к услугам «альтернативный» космонавтики. 12 сентября 1961 года, почти через месяц после полета Герман Титова, было объявлено о проведении первого американского беспилотного орбитального полета: капсула «Меркурий» МА-4 совершила символический виток вокруг Земли и приводнилась в 176 милях к востоку от Бермуд.

Давайте же тщательно осмотрим это чудо американской техники вскоре после начала подъема краном на борт корабля:

 

На фото: подъем на борт капсулы «Меркурий» МА-4

 

Ослепительно белую краску надписи United States заметили и оценили многие!

Однако, я предлагаю внимательно изучить кромку капсулы по самому ее широкому диаметру, для чего дам увеличение этой части фотографии:

 

На фото: нижняя кромка обода конической части абсолютно чиста!

 

Представьте себе картину: вы имеете спускаемый аппарат, донный теплозащитный экран которого покрыт абляционным составом на основе смолы и стекловолокна.

При входе в атмосферу он подвергается нагреву на тысячи градусов, полному термическому разложению главным образом на сажу и водород, которые выносятся набегающим потоком воздуха наружу. При этом сажа, обладая высокой адгезией, налипает на все боковые поверхности и выступающие предметы, создавая эффект нагара.

Кромка наибольшего диаметра у основания конуса подвергается наибольшему тепловому воздействию. Вся она, по идее, должна быть покрыта мощным нагаром.

Но мы ничего не видим − нагара нет вообще! Даже следов, намека на нагар...

 

На фото: так выглядит абляционный (!) теплозащитный экран космического корабля «Меркурий» МА-6[16]

Нагара нет! Зато есть непонятные дыры в теплозащите. В центре инородный круг с рваными краями...

 

С другой стороны, поймите правильно: «Меркурий» − это не полноценный космический корабль, это демонстрационный летательный аппарат, который никогда не был рассчитан на первую космическую скорость! Просто посмотрите на убогие заклепки и выступающие концы - ну, куда ему в космос!

Где фон Брауну за месяц раздобыть другой, настоящий космический корабль? Ни за месяц, ни даже за год такие вещи вдруг не родятся...

Поэтому, проведя 29 ноября 1961 года еще один такой же «альтернативный» полет корабля «Меркурий» МА-5 (два витка вокруг Земли), и убедившись, что никто не разгадал «альтернативный» способ полетов американских кораблей, было принято окончательное решение: пора лететь человеку вокруг Земли!

Этот светлый и радостный день для американского шоу-бизнеса наступил 20 февраля 1962 года, когда было объявлено об успешном выполнении первого пилотируемого трехвиткового космического полета с корабля «Меркурий» МА-6 с астронавтом Джоном Гленном на борту.

Фотографиями приводнившейся капсулы утомлять не буду: она визуально ничем не отличается от таких же чистеньких капсул MR-2, MR-3, MR-4, MA-2, МА-4, МА-5... 

Следует заметить, что в СССР не без злорадства описывали американские отчеты о полетах КК «Меркурий»[32]:

 

«Полет первого американского космонавта Джона Гленна 20 февраля 1962 года едва не окончился катастрофой из-за неполадок в системе управления кораблем. В конце первого оборота вокруг Земли система автоматического контроля положения корабля (капсулы «Френдшип-7») отказалась действовать. Капсула имела значительные вращательные движения вокруг собственного центра тяжести, происхождение которых до сих пор не установлено. Корабль накренялся до 20 угловых градусов от нормального положения. Поэтому космонавту, проявившему в полете большое мужество и хладнокровие, пришлось перейти на ручное управление и этим удерживать капсулу в требуемом положении.

Второму американскому космонавту Малькольму Скотту Карпентеру пришлось в полете еще тяжелее. Из-за серьезных неполадок в системе автоматического управления ему тоже пришлось перейти на ручное управление. Температура воздуха в кабине превышала 40 градусов по Цельсию.

В более худших условиях, едва спасшись от неизбежной, казалось бы, гибели, стартовал в конце мая 1963 года Гарри Купер».

 

(«Космическая эргономика» Меньшов А.И., «Наука», 1971г.)

 

Эти отчеты, при всем их драматизме, были призваны решить две задачи: во-первых, подтвердить реальность тех полетов, где происходили все вышеописанные происшествия, и, во-вторых, − лишний раз подтвердить: мы ничего не скрываем, даже свои неудачи! Мы открыты, как чистый лист бумаги!

Американцы все продумали, но кое-что не учли: поскольку им точно не было известно о физических показателях спуска с первой космической скоростью, то в своих послеполетных отчетах NASA указало приблизительные параметры, рассчитанные на основании некоторых теоретических предположений о том, как это должно было бы быть.

Именно в этой части американцы допустили самый серьезный прокол, поскольку их прогнозные данные, которые они пытались выдать за реальные полетные параметры, оказались существенно занижены! В частности, распределение температур согласно данных послеполетного отчета корабля «Меркурий» МА-6 выглядит так[8]:

 

В частности, распределение характерных температур согласно данных послеполетного отчета «Меркурий» МА-6 выглядит так[8]:

На рисунке все температуры указаны в градусах Фаренгейта.

 

Участок измерения

Температура, °С

Ударная волна (вход в атмосферу)

5260

Ударная волна (максимум Q)

4150

Донный абляционной экран

1650

Боковая кромка (запуск)

700

Боковая кромка (спуск)

454

Верх конуса (запуск)

371

Верх конуса (спуск)

538

 

Максимальна перегрузка при спуске 7,7g[8]

   

Все эти данные не имеют ничего общего с действительностью. В первой части этой главы на примере расчетов спускаемого аппарата типа «Орион» по кинетической модели ЦНИИмаш было показано, что для точки начала торможения (Н=91км и V=7,6км/с) температура газа в ударной волне легко превысит T ≥ 8000К, что в полтора раза больше приведенной выше в таблице температуры, согласно данных послеполетного отчета «Меркурий» МА-6.

Согласно советскому авторитетному изданию[15], на которое ссылаются многие другие авторы, физическая картина спуска выглядит немного иначе:

 

 

 

Вышеуказанные данные говорят о том, что максимальная перегрузка при баллистическом спуске (все равно «Восток» или «Меркурий») будет не 7,7g, а все 9g.

Максимальная температура на поверхности теплозащитного экрана будет не 1650°С (~1920К), а все 3000К - или в полтора раза выше!

Все вышеизложенное говорит о том, что американцы в 1961-1962г.г. еще не имели достаточно точного представления о физике процесса при спуске с орбиты Земли крупногабаритных летательных аппаратов сегментально-конической или сферической формы.

Поэтому можно однозначно констатировать, что капсулы «Меркурий» к полетам вокруг Земли с первой космической скоростью не имеют никакого отношения!

 

 

Корабль «Джемини» − это двухместный «Меркурий»   

 

Все, что было выше сказано о недостатках конструкции корабля «Меркурий», в полной мере относится к устройству корабля «Джемини», который представлял собой фактически двухместный «Меркурий» несколько большего размера.

Ведущим конструктором корабля «Джемини» был Джеймс Чемберлен, общее руководство − Макс Фагет, занявший к тому времени пост директора по проектированию и развитию Центра пилотируемых полетов NASA в Хьюстоне.

Судя по фотографиям[16], отличить «Меркурий» от «Джемини» сможет только специалист:

 

На фото слева: корабль «Джемини-4» (1965г.)[16]

 

На фото справа: корабль «Меркурий» МА-6 (1962г.)[16]

Обратите внимание на странную конструкцию крепления люка

   

 

Основным конструктивным отличием «Джемини» от «Меркурия» является размещение большей части бортового оборудования в негерметизированном вспомогательном отсеке, который перед входом в атмосферу отделяется. Экипаж корабля — два человека.

Корабль состоит из четырех отсеков: кабины для экипажа, радиолокатора (передний), системы ориентации и вспомогательного[32]:

 

 

Конструктивно-компоновочная схема космического корабля «Джемини»[32]:

 

1— контейнер с системой парашютов; 2 — отсек системы ориентации; 3 — кресла космонавтов; 4 — ТДУ (четыре РДТТ); 5 — радиатор (система трубопроводов, по которым циркулирует охлаждающая жидкость); 6 — связное оборудование; 7 — топливные баки; 8 — ЖРД для ориентации спутника; 9 — насос охлаждающей жидкости; 10 — бак с жидким кислородом; 11 — бачок с питьевой водой; 12 — топливные элементы; 13 — приборы; 14 — ЖРД для обеспечения маневров спутника; 15 — оборудование инерциальной системы наведения; 16 — оборудование системы электропитания; 17 — датчики горизонта; 18 — радиолокатор для обеспечения встречи спутника на орбите с ракетой «Аджена D».

 

 

Каркас отсека радиолокатора и внутренняя обшивка изготовлены из титанового сплава, внешняя обшивка — из бериллия. Между внутренней и внешней обшивкой находится слой теплоизоляции. В отсеке размещен радиолокатор, предназначенный для обеспечения встречи на орбите, и парашютная система.

Корпус отсека системы ориентации по конструкции аналогичен корпусу отсека радиолокатора и также облицован бериллием. В отсеке размещены двигатели системы, обеспечивающей ориентацию спутника при входе в атмосферу и при спуске на Землю.

Отсек экипажа изготовлен из титановых панелей. Внутри отсека размещена кабина космонавтов объемом 2,26 м3. Степки кабины изготовлены также из титанового сплава. В потолке кабины имеются два входных люка с вделанными в них иллюминаторами. Стекла иллюминаторов трехслойные.

Кресла космонавтов катапультируемые для обеспечения спасения их в аварийных случаях.

К днищу отсека экипажа на кольцевом фланце крепится болтами теплозащитный экран, защищающий спутник от нагрева при входе в атмосферу. Между днищем и экраном находится слой изоляции толщиной 9,5 мм. Экран изготовляется из разрушающегося материала (кремнийорганический каучук). Вес экрана всего на 4% больше, чем вес теплозащитного экрана корабля «Меркурий»

Вспомогательный отсек состоит из двух секций — секции ТДУ (тормозная двигательная установка) и секции оборудования. Обшивка секций изготовлена из магниевого сплава. Почти вся площадь боковой поверхности корпуса вспомогательного отсека используется в качестве радиатора. В секции оборудования размещаются топливные элементы, десять ЖРД системы ориентации и маневрирования на орбите, баки с топливом, электронное оборудование и оборудование системы жизнеобеспечения.

Система жизнеобеспечения разомкнутого типа. Атмосфера в кабине чисто кислородная, с давлением 0,36 кг/см2. Основной запас кислорода хранится в виде кипящей жидкости при давлении 29.7 атм. в баке вспомогательного отсека, дополнительный запас — в баллонах.

Это − в теории. На практике, исследование сохранившихся в музеях экземпляров данных летательных аппаратов приводит к удручающим выводам.

Опытные иллюзионисты в цирке не зря ведь очень быстро вертят своим сценическим инвентарем, чтобы не дать зрителю возможность рассмотреть магию в упор. Потому что волшебная сила искусства рассчитана на галерку, а не на зрителя в первом ряду, который очень даже о многом догадывается...

Американцы должны были себе отдавать отчет в том, что капсулы первых поколений («Меркурий» и «Джемини») следовало бы держать подальше от любопытных глаз...    

Потому что при детальном осмотре наружной обшивки корабля «Джемини-4» из экспозиции Национального музея воздухоплавания и астронавтики США[16] возникает масса вопросов о пригодности к реальным полетам в космос данного киносъемочного реквизита:

 

Стесняюсь спросить: эти прямоугольники из ДВП или фанеры? Прикручены мебельными шурупами?!

 

Это вообще что за дыра в корпусе?! Выступающий кусок должно было оплавить в космосе...

 

Обожаю эти роскошные мебельные петли со щелями! Сделано на мебельной фабрике!

 

Теплозащитный экран содержит многочисленные следы повреждений!

 

Окраина теплозащитного покрытия либо прогорела, либо отломалась...

 

Теперь пару слов о том, как выглядел алгоритм «управляемого в ручном режиме» спуска в атмосфере капсулы «Джемини».

При детальном изучении авторитетных источников выясняется, что басни доктора геометрии Зотьева − это миф, не имеющий ничего общего с реальностью.

На самом деле, согласно американской технической документации, полностью автоматизированный алгоритм управления предполагал кусочно-баллистическую траекторию, при которой управление углом атаки использовалось исключительно для прицеливания по дальности и боковому отклонению, после чего капсула переходила в режим закрутки по чисто баллистической траектории. Само прицеливание осуществлялось под управлением БЦВМ без малейшего участия человека[2]:

 

 

Не нужно быть великим физиком, чтобы из вышесказанного догадаться: даже теоретически, этот алгоритм не предполагал использование подъемной силы для уменьшения перегрузок, а только лишь для улучшения точности приземления. Практическую осуществимость возврата из режима закрутки обратно в режим управляемого спуска я бы поставил под большое сомнение исходя из тех выводов,  которые были сделаны в СССР после аварийного запуска «Союз-18-1»...  

Для того, чтобы развеять последние сомнения о том, был ли пригоден корабль «Джемини» к выполнению орбитального космического полета, − я прокомментирую историю летно-конструкторских испытаний (ЛКИ) данной космической капсулы в беспилотном варианте.

Согласно официальной информации НАСА, перед первым пилотируемым полетом корабля «Джемини-3» (23 марта 1965 года) было совершено в рамках ЛКИ всего два испытательных беспилотных запуска, зато каких!

«Джемини-1» был запущен 8 апреля 1964 года. Представлял собой частично действующий макет реального космического корабля, не оснащенного системами обеспечения жизнедеятельности человека на борту. В полете не отделился от второй ступени. Вместо трех витков корабль совершил полных 63 витка, поскольку без разделения корабля и ракеты невозможно задействовать тормозные двигатели,  после чего естественным путем снизился и сгорел в плотных слоях атмосферы...

Тут в точности повторилась история с пуском «Меркурий−Редстоун−BD». НАСА заявило, что так и должно было быть. И даже больше: американцы заявили, что нарочно просверлили четыре огромных дыры в теплозащитном экране «Джемини-1», чтобы он точно сгорел...

Видимо, американцы уже тогда опасались, что их нехитрые аксессуары из кукольного театра фон Брауна могут попасть в лапы русским...

Но придумать следовало бы более правдоподобную басню: дело в том, что теплозащитный экран под днищем «Джемини» расположен между капсулой и ракетой, поэтому при неконтролируемом падении теплозащитный экран закрыт от набегающего потока и никак не участвует в процессе.

Мне представляется, что отсутствие парашюта уже само по себе является настолько веской гарантией гибели капсулы «Джемини-1» при спуске, что сверлить еще и дырки в абляционном защитном покрытии − форменный идиотизм!

Второй испытательный полет «Джемини-2» был произведен 19 января 1965 года.

Изначально было объявлено, что основная цель полета − подтвердить способность капсулы «Джемини-2» выдержать аэродинамический нагрев при спуске с первой космической скоростью. Если испытательный полет пройдет хорошо, то следующий запуск будет пилотируемый[18].

Учитывая, что в предыдущем полете под именем «Джемини-1» летал макет, запуск «Джемини-2» для американцев был единственным испытательным полетом металлической конструкции конической формы, которая согласно документам являлась полноценным космическим кораблем «Джемини».

Тем более странной выглядело решение NASA: запуск корабля проводить не на орбиту, а по укороченной суборбитальной траектории дальностью примерно 3500км.

Никаких элементов управляемого спуска при этом даже близко не предполагалось − строго фиксированная баллистическая траектория:

 

Схема полета «Джемини-2»[17]

 

При этом не могут не вызывать недоумения некоторые целевые параметры, которые подлежали проверке в полете.

Например, температурный режим аэродинамического нагрева:

 

Для справки:   1740°F ≈ 950°C   680°F ≈ 360°C

 

Если мы посмотрим выше на таблицу данных NASA для космического корабля «Меркурий» МА-6, то вообще не получим ни одного совпадения по прогнозной температуре.

Очевидно, что в каком-то (далеко не самом теплонапряженном) месте «Джемини-2» температуры должны были составить соответственно 950°C и 360°C. Но в каком?!

Явно речь идет не о наружной поверхности теплозащитного экрана, где, повторюсь, по советским данным[15] будет три тысячи кельвинов...

Темой для отдельного большого разговора является реальная скорость «Джемини-2», достигнутая капсулой в этом полете.

Если подходить формально к опубликованным параметрам входа в атмосферу, то возникает масса вопросов:

 

Для справки:  24332,78 фут/с ≈ 7417 м/с

 

Например, указанная в таблице скорость входа в атмосферу Vвх = 7,4км/с при Нвх =  400.000 футов (≈122км) получена на нисходящей ветви параболы.

Школьная физика, столь нелюбимая доктором геометрических наук Зотьевым, учит нас: падая по нисходящей ветви параболы, тело никак не может тормозиться в гравитационном поле Земли. Наоборот − оно только ускоряется под действием силы тяжести!

Это означает, что в апогее суборбитальной траектории капсула «Джемини-2» имела еще меньшую − меньше первой космической − скорость!

Найдем эту скорость. Для решения классической задачи о полете снаряда в безвоздушном пространстве, мы разделим его движение на две ортогональные компоненты − горизонтальное движение вдоль оси Х и вертикальное движение вдоль оси Y.

Закон сохранения энергии всегда подразумевает:  Ек + Eп = const

Потенциальна энергия равна: Eп = m·g·H  кинетическая энергия равна: Ек = ½ m·V²

Поднимаясь вверх против силы тяжести Fy = m · g, потенциальная энергия растет, а кинетическая наоборот падает: ΔEп = ΔЕк

При падении с высоты, уменьшение потенциальной энергии переходит в кинетическую:   ΔEп = ΔЕк

В самой высокой точке параболы (апогее) вертикальная скорость равна нулю: Vy = 0, скорость имеет только горизонтальную составляющую: V = Vx

 

Физика полета снаряда в безвоздушном пространстве

 

Если тело упало вниз на величину ΔH = y − y0, то под действием силы тяжести оно приобретет прибавку кинетической энергии: ΔЕк = ½ m·V²

Пользуясь тем, что = Vx² + Vy²  легко получим всем известную школьную формулу: Vy² = 2ΔH или: ΔVy = √2·g·ΔH

 

Примечание: Земля безусловно круглая, а не плоская, но для коротких суборбитальных участков такие расчеты вполне корректны.

Дело в том, что переход от прямоугольной системы координат (X, Y) в полярную (R, φ) никак не повлияет на законы сохранения классической механики.

Просто высоту вдоль одной оси ΔH = y − y0 можно заменить на радиус от центра Земли: ΔH = (r − r0 ) < 3% радиуса Земли, для данного случая.

Вертикальную и горизонтальную скорость заменить на радиальную и тангенциальную: Vr , Vτ = ώ·r

При этом, в любой ортогональной системе координат будет выполняться теорема Пифагора: = Vx² + Vy² = Vr² + Vτ²

Поэтому, с точки зрения трех процентов, − Земля, в первом приближении, в самом деле очень «плоская»...

 

Теперь вернемся к полету «Джемини-2».

Капсула «Джемини-2» падает с высоты апогея ~169км (91,3 морских мили) до расчетной высоты 400тыс. фут. (≈122км).

Падая вниз примерно на 47км, «Джемини-2» приобретет дополнительную вертикальную скорость ΔVy = √9,8·47000 ≈ 960м/с.

Вычитая из квадрата гипотенузы квадрат катета Vx² = Vy², − выйдем на горизонтальную скорость «Джемини-2» в апогее: Vx = √7400² − 960² ≈ 7337м/с

Таким образом, ракета «Титан-2», по нашим оценкам, смогла обеспечить капсуле «Джемини-2» в точке апогея, равного высоте стандартной опорной орбиты ИСЗ (~170км) полную скорость чуть более ~7,3км/с, что явно меньше первой космической скорости ~7,8км/с!

Это свидетельствует о превышении массы полезной нагрузки для фактических возможностей ракеты «Титан-2» по выведению на орбиту ИСЗ.

«Джемини» был явно тяжеловат для «Титан-2», чтобы стать искусственным спутником Земли!

 

Другой парадокс: согласно вышеприведенной графической схеме полета, точка апогея находится на удалении ~500 миль, расчетное время t = 5:39 (339с).

Расчетная точка входа для высоты 400 тыс. фут. лежит на удалении 1267 миль, расчетное время t = 7:01 (421с).

Таким образом, капсула преодолела 1267 500 = 767 миль или 1234км всего за 82 секунды. При этом средняя скорость составила... свыше 15км/с !!!

Не иначе, как «Джемини» обладал способностями телепортировать из точки А в точку Б!

Одним словом, что-то у американцев с построением кривой траектории полета не срослось... Тщательнее надо!

Вот, собственно и все летно-конструкторские испытания корабля «Джемини».

Можно ли при таких обстоятельствах отправлять уже на следующем корабле людей в космос?

Считаю, что вопрос носит риторический характер: смотря каких людей в какой «космос»! Если «первопроходца» Вирджила Гриссома − то можно и нужно!

23 марта 1965 года состоялся официальный запуск первого пилотируемого «Джемини-3».

Съемки прошли на высоком идейно-художественном уровне!

 

Экипаж корабля «Джемини-3»: пилот Джон Янг (слева), командир корабля Вирджил Гриссом (справа)

Выгрузка на палубу «Джемини-3» после посадки. Выступы за ободом капсулы не сгорели вопреки отсутствию теплозащиты.

 

«Джемини-3» приводнился. Никто не применяет средств химической защиты, хотя капсула снаряжена ядовитым монометилгидразином!

 

О том, куда и как летал, и откуда падал сгоревший утопленник Вирджил Гриссом − будет рассказано в следующих частях...

 

 

(смотреть 3-ю часть)

 

 

 

Аркадий Велюров

 

[1] «Космические аппараты» Под общей редакцией проф. К.П. Феоктистова. Москва, Военное издательство, 1983г.
[2] «Баллистика летательных аппаратов» Ю.Г. Сихарулидзе, Москва, «Наука», 1982г.
[3] «Джемини» тоже не летали?» Дмитрий Зотьев, http://extremal-mechanics.org/archives/20712
[4] «Первые жестянки в космосе или КА «Восток-1» и КА «Mercury», https://pikabu.ru/
[5] «Великий карбюратор», http://free-inform.ru/pepelaz/pepelaz-13.htm
[6] «32 Мая», http://free-inform.ru/pepelaz/pepelaz-6.htm
[7] «Большая российская энциклопедия», https://bigenc.ru/technology_and_technique/text/1929970
[8] «Results of the first United States manned orbital space flight», NASA, 1962
[9] «Results of the first United States manned suborbital space flight», NASA, 1961
[10] «Пилотируемые полеты на луну, конструкция и характеристики Saturn-V Apollo» М., 1973г. Серия «Ракетостроение», т.3
[11] «Радиационная газовая динамика спускаемых космических аппаратов. Многотемпературные модели», Суржиков С.Т., Москва, 2013г.
[12] «КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКА» К. Гэтланд, перевод на русский язык, с изменениями и дополнениями, «Мир», 1986г.
[13] «Postlaunch report for Mercury-Redstone No.2 (MR-2)», NASA, 1961
[14] «Скрытый космос», Н. Каманин, 1995-97гг. (дневники и письма)
[15] «Прогнозирование межпланетных полетов», Соловьев Ц.В., Тарасов Е.В., Москва, Машиностроение, 1973г.
[16] Национальный музей воздухоплавания и астронавтики США (NASM), https://airandspace.si.edu/
[17] «Manned Space Flight Network Performance Analysis for the GT-2 Mission», NASA, May 14, 1965
[18] «NASA Gemini 2 press kit», NASA, December 4, 1964
[19] Авиационная энциклопедия «Уголок неба», http://airwar.ru/enc/ch/ch54.html
[20] Авиационная энциклопедия «Уголок неба», http://www.airwar.ru/enc/craft/c133.html
[21] http://www.aulis.com/odyssey_apollo.htm
[22] «Chariots for Apollo: The NASA History of Manned Lunar Spacecraft to 1969», стр.259
[23] «Stratopedia», http://stratocat.com.ar/
[24] «Небо вокруг меня» Е.Н. Андреев, 1983г., издательство ДОСААФ СССР

[25] «Redstone Rocket Engines», http://heroicrelics.org/info/redstone/redstone-engines.html
[26] «This New Ocean: A History of Project Mercury» https://www.hq.nasa.gov/office/pao/History/SP-4201/ch10-5.htm
[27] Project Mercury Status Report No.1 for period ending Jan 31, 1959

[28] «This New Ocean: A History of Project Mercury» https://www.hq.nasa.gov/office/pao/History/SP-4201/ch5-7.htm

[29] http://www.astronaut.ru/strato/stratolab/stratolab.htm?reload_coolmenus

[30] National Naval Aviation Museum, https://www.navalaviationmuseum.org/history-up-close/stratosphere/

[31] «Proceedings of the Beryllium conference», 1970, https://books.google.ru/books?id=IGMrAAAAYAAJ&printsec=frontcover&hl=ru&source=gbs_ge_summary_r.

[32] «Космическая эргономика» Меньшов А.И., «Наука» (Ленинградское отделение), 1971г.

[33] «This New Ocean: A History of Project Mercury» https://www.hq.nasa.gov/office/pao/History/SP-4201/ch9-8.htm

[34] «This New Ocean: A History of Project Mercury» https://www.hq.nasa.gov/office/pao/History/SP-4201/ch10-5.htm

 

 

 

 

ОБСУДИТЬ НА ФОРУМЕ