В этой статье будет затронута такая тема, как космические корабли будущего: фото, описание и технические характеристики. Прежде чем перейти непосредственно к теме, предлагаем читателю короткий экскурс в историю, который поможет оценить современное состояние космической отрасли.
Космос в период холодной войны был одной из арен, на которых велось противостояние между США и СССР. Главным стимулом развития космической отрасли в те годы было именно геополитическое противостояние сверхдержав. Огромные ресурсы были брошены на программы освоения космоса. Например, на реализацию проекта под названием "Аполлон", основная цель которого - высадка на поверхность Луны человека, правительство Соединенных Штатов потратило примерно 25 млрд долларов. Эта сумма для 1970-х годов была просто гигантской. Бюджету Советского Союза лунная программа, которой осуществиться так и не было суждено, обошлась в 2,5 млрд рублей. 16 млн рублей стоила разработка космического корабля "Буран". При этом ему было суждено совершить только один космический полет.
Программа "Спейс шаттл"
Его американскому аналогу повезло намного больше. "Спейс шаттл" совершил 135 запусков. Однако "шаттл" этот оказался не вечен. Последний его запуск состоялся 8 июля 2011 года. Американцы за время осуществления программы выпустили 6 "шаттлов". Один из них являлся прототипом, не осуществлявшим никогда космических полетов. 2 других и вовсе потерпели катастрофу.
Программу "Спейс шаттл" с экономической точки зрения вряд ли можно считать успешной. Гораздо более экономичными оказались корабли одноразового использования. К тому же вызвала сомнения безопасность полетов на "шаттлах". В результате двух катастроф, произошедших в период их эксплуатации, жертвами стали 14 астронавтов. Однако причина таких неоднозначных итогов путешествий заключается не в техническом несовершенстве кораблей, а в сложности самой концепции предназначенных для многоразового использования космических аппаратов.
Значение космических аппаратов "Союз" сегодня
В итоге "Союз", космические корабли одноразового использования из России, которые были разработаны еще в 1960-е годы, стали единственными аппаратами, осуществляющими сегодня пилотируемые полеты на МКС. Следует отметить, что это не означает их превосходства над "Спейс шаттлом". Они обладают рядом существенных недостатков. Например, грузоподъемность их ограничена. Также использование такого рода аппаратов приводит к тому, что накапливается орбитальный мусор, который остается после их эксплуатации. Очень скоро космические полеты на "Союзе" станут историей. На сегодняшний день нет реальных альтернатив. Все еще находятся в стадии разработки космические корабли будущего, фото которых представлены в этой статье. Заложенный в концепции многоразового использования кораблей огромный потенциал зачастую даже в наше время остается технически нереализуемым.
Заявление Барака Обамы
Барак Обама в июле 2011 года заявил о том, что главной целью астронавтов из США на ближайшие десятилетия является полет на Марс. Космическая программа "Созвездие" стала одной из программ, которые NASA осуществляет в рамках полета на Марс и освоения Луны. Для этих целей, конечно, нужны новые космические корабли будущего. Как же обстоит дело с их разработкой?
Космический корабль "Орион"
Основные надежды возлагаются на создание "Ориона" - нового космического корабля, а также ракет-носителей "Арес-5" и "Арес-1" и лунного модуля "Альтаир". В 2010 году правительство Соединенных Штатов решило свернуть программу "Созвездие", но, несмотря на это, NASA все-таки получило возможность дальнейшей разработки "Ориона". В ближайшем будущем планируется осуществить первый испытательный беспилотный полет. Предполагается, что аппарат во время этого полета удалится от Земли на 6 тыс. км. Это примерно в 15 раз больше, чем расстояние, на котором находится от нашей планеты МКС. Корабль после тестового полета возьмет курс на Землю. Новый аппарат в атмосферу может входить, развивая скорость 32 тыс. км/ч. "Орион" по данному показателю превосходит на 1,5 тыс. км/ч легендарный "Аполло". На 2021 год намечено осуществление первого пилотируемого запуска.
В роли ракет-носителей этого корабля, согласно планам NASA, будут выступать "Атлас-5" и "Дельта-4". Было решено отказаться от разработки "Ареса". Для освоения дальнего космоса, кроме того, американцы проектируют SLS - новую ракету-носитель.
Концепция "Ориона"
"Орион" является кораблем частично многоразового использования. Он находится концептуально ближе к "Союзу", чем к "Шаттлу". Большинство космических кораблей будущего являются частично многоразовыми. Данная концепция предполагает то, что жидкую капсулу корабля после посадки на Землю можно будет использовать повторно. Это позволит совместить экономичность эксплуатации "Аполло" и "Союза" с функциональной практичностью многоразовых кораблей. Это решение является переходным этапом. По всей видимости, в далекой перспективе станут многоразовыми все космические корабли будущего. Такова тенденция развития космической отрасли. Поэтому можно сказать, что советский "Буран" - прототип космического корабля будущего, как и американский "Спейс шаттл". Они сильно опередили свое время.
CST-100
Слова "предусмотрительность" и "практичность", похоже, характеризуют американцев как нельзя лучше. Правительство этой страны приняло решение не взваливать на плечи "Ориона" все космические амбиции. Сегодня по заказу NASA сразу несколько частных фирм разрабатывают свои космические корабли будущего, которые призваны заменить аппараты, используемые сегодня. Компания Boeing, например, разрабатывает CST-100 - частично многоразовый и пилотируемый корабль. Он предназначен для коротких путешествий на орбиту Земли. Основной задачей его будет доставка грузов и экипажа на МКС.
Планируемые запуски CST-100
До семи человек может составлять экипаж корабля. Во время разработки CST-100 было уделено особое внимание комфорту астронавтов. Было существенно увеличено жилое пространство его по сравнению с кораблями прошлого поколения. Вероятно, запуск CST-100 будет производиться с использованием ракет-носителей "Фалькон", "Дельта" или "Атлас". "Атлас-5" при этом является самым подходящим вариантом. С помощью воздушных подушек и парашюта будет осуществляться посадка корабля. Согласно планам фирмы Boeing, CST-100 в 2015 году ждет целая серия испытательных запусков. Беспилотными будут первые 2 полета. Основная задача их - вывести на орбиту аппарат и протестировать системы безопасности. Пилотируемая стыковка с МКС планируется во время третьего полета. CST-100 в случае успешных испытаний очень скоро придет на замену "Прогрессу" и "Союзу" - российским кораблям, монопольно осуществляющим сегодня пилотируемые полеты на МКС.
Разработка "Дракона"
Другим частным кораблем, призванным выполнять доставку экипажа и грузов на МКС, будет разработанный фирмой SpaceX аппарат. Это "Дракон" - моноблочный корабль, частично многоразовый. Планируется построить 3 модификации данного аппарата: автономную, грузовую и пилотируемую. Как и у CST-100, экипаж может составлять до семи человек. Корабль в грузовой модификации может брать на борт 4 человека и 2,5 тонны груза.
"Дракон" хотят в будущем использовать также для полета на Марс. Для этого создается специальная версия этого корабля под названием "Рэд драгон". Беспилотный полет этого аппарата на Красную планету состоится, согласно планам космического руководства США, в 2018 году.
Конструктивная особенность "Дракона" и первые полеты
Многоразовость является одной из особенностей "Дракона". Топливные баки и часть энергетических систем после полета будет спускаться вместе с жилой капсулой на Землю. Затем их можно использовать вновь для космических полетов. Данная конструктивная особенность выгодно отличает "Дракон" от большинства других перспективных разработок. "Дракон" и CST-100 в ближайшем будущем будут дополнять друг друга и служить в качестве "подстраховки". Если один из этих типов корабля не сможет по какой-то причине выполнить задачи, поставленные перед ним, то часть его работы возьмет на себя другой.
Впервые "Дракон" был выведен на орбиту в 2010 году. Успешно завершился испытательный беспилотный полет. А в 2012 году, 25 мая, этот аппарат пристыковался к МКС. К тому моменту на корабле системы автоматической стыковки не было предусмотрено, и пришлось для ее осуществления воспользоваться манипулятором космической станции.
"Дрим Чейзер"
"Дрим Чейзер" - еще одно название космических кораблей будущего. Нельзя не упомянуть этот проект компании SpaceDev. Также в его разработке приняли участие 12 партнеров компании, 3 университета США и 7 центров NASA. Данный корабль существенно отличается от других космических разработок. Он напоминает внешне "Спейс шаттл" в миниатюре и может осуществлять посадку так же, как и обычный самолет. Основные его задачи схожи с задачами, стоящими перед CST-100 и "Драконом". Аппарат предназначен для доставки экипажа и грузов на околоземную орбиту, а выводиться туда он будет с помощью "Атласа-5".
А что у нас?
А чем же может ответить Россия? Каковы российские космические корабли будущего? РКК "Энергия" в 2000 году начала проектирование космического комплекса "Клипер", являющегося многоцелевым. Этот космический аппарат многоразовый, напоминающий чем-то внешне "шаттл", уменьшенный в размерах. Он предназначен для решения различных задач, таких как доставка груза, космический туризм, эвакуация экипажа станции, полеты на другие планеты. Определенные надежды возлагались на этот проект.
Предполагалось, что космические корабли будущего России будут вскоре сконструированы. Однако из-за отсутствия финансирования пришлось с этими надеждами распрощаться. Проект закрыли в 2006 году. Технологии, которые были разработаны за эти годы, планируется использовать для проектирования ППТС, известной также как проект "Русь".
Особенности ППТС
Лучшие космические корабли будущего, как полагают специалисты из России, - это ППТС. Именно этой космической системе суждено будет стать новым поколением космических аппаратов. Она будет способна заменить "Прогрессы" и "Союзы", стремительно устаревающие. Разработкой этого корабля, как в прошлом "Клипера", занимается сегодня РКК "Энергия". ПТК НК станет базовой модификацией этого комплекса. Основная задача его, опять же, будет заключаться в доставке экипажа и грузов на МКС. Однако в отдаленной перспективе находится разработка модификаций, которые будут способны летать на Луну, а также выполнять различные исследовательские миссии, продолжительные по времени.
Сам корабль должен стать частично многоразовым. Будет повторно использована жидкая капсула после совершения посадки, а вот двигательно-агрегатный отсек - не будет. Любопытной особенностью данного корабля является возможность его посадки без парашюта. Реактивная система будет применяться для торможения и приземления на земную поверхность.
Новый космодром
В отличие от "Союзов", которые взлетают с расположенного в Казахстане космодрома "Байконур", новые корабли планируется запускать со строящегося в Амурской области космодрома "Восточный". 6 человек составит экипаж. Аппарат может также брать груз весом до 500 кг. Корабль в беспилотной версии может доставлять грузы до 2-х тонн весом.
Проблемы, стоящие перед разработчиками ППТС
Одной из основных проблем, стоящих перед проектом ППТС, является отсутствие ракет-носителей с необходимыми характеристиками. Основные технические моменты космического аппарата сегодня проработаны, однако в весьма затруднительное положение ставит его разработчиков отсутствие ракеты-носителя. Предполагается, что она будет близка по характеристикам к "Ангаре", которая была разработана еще в 90-е годы.
Другой серьезной проблемой, как ни странно, является цель проектирования ППТС. Едва ли Россия сегодня может позволить себе осуществление амбициозных программ по освоению Марса и Луны, аналогичных тем, которые претворяют в жизнь Соединенные Штаты. Даже если космический комплекс будет успешно разработан, скорее всего, единственной его задачей останется доставка экипажа и грузов на МКС. До 2018 года отложено начало испытаний ППТС. Перспективные аппараты из США к этому времени, скорее всего, уже возьмут на себя функции, выполняемые сегодня российскими кораблями "Прогресс" и "Союз".
Туманные перспективы космических полетов
Фактом является то, что мир сегодня остается лишенным романтики космических полетов. Речь, конечно, идет не о космическом туризме и запуске спутников. Можно не беспокоиться за эти сферы космонавтики. Полеты на МКС очень важны для космической отрасли, однако срок пребывания на орбите самой МКС ограничен. В 2020 году планируется ликвидировать эту станцию. А пилотируемые космические корабли будущего являются составной частью конкретной программы. Нельзя разрабатывать новый аппарат в случае отсутствия представлений о стоящих перед ним задачах. Не только для доставки экипажей и грузов МКС проектируются новые космические корабли будущего в США, но также для полетов на Луну и Марс. Однако данные задачи от повседневных земных забот настолько далеки, что нам вряд ли стоит ожидать в ближайшие годы значительных прорывов в сфере космонавтики. Космические угрозы остаются фантастикой, поэтому нет смысла конструировать боевые космические корабли будущего. И, конечно, у держав Земли множество других забот, кроме борьбы друг с другом за место на орбите и других планетах. Строительство таких аппаратов, как военные космические корабли будущего, поэтому также нецелесообразно.
Работы над эскизным проектом космического корабля будущего идут уже больше года. Ракетно-космическая корпорация (РКК) "Энергия", выигравшая тендер, получила на первый этап разработки 800 миллионов рублей и в июне должна представить проект. Космическая корпорация предоставила эксклюзивные видеоматериалы, иллюстрирующие то, каким быть кораблю следующего поколения.
Работы над проектом нового корабля ведутся в строгой секретности, его эскизы - полная тайна РКК "Энергия". В распоряжении телеканала "Россия 24" оказались только предварительные наброски. Изначально предполагалось, что космический аппарат получит короткое наименование "Русь". Теперь стало известно, что это одно из рабочих названий ракеты-носителя грузоподъёмностью 20 тонн. Президент ракетно-космической корпорации "Энергия" Виталий Лопота рассказал: "Наименование "Русь" присвоено одному из проектов ракеты-носителя, а по кораблю мы с такой инициативой не выходили, потому что сейчас идёт эскизный проект и поиск облика. Вернее, облик нового корабля уже понятен и сформирован. Мы надеемся, к 2015 году начнём лётные испытания".
Ранее руководитель Федерального космического агентства Анатолий Перминов заявил: "Срок очень ограниченный по нынешним временам - в 2015 году первый полёт должен быть осуществлён в грузовом варианте, а в 2018 году - с экипажем".
Пока что название корабля - "Перспективная пилотируемая транспортная система", сокращённо ППТС. Некоторые ещё называют его "Клипером" по аналогии с . Роскосмос посчитал проект не отвечающим требованиям. Например, крылья для космического корабля не обязательны и даже могут создать проблему при возвращении на землю. Виталий Лопота рассказал о технических деталях новой разработки: "Мы вынуждены искать формы, и мы их нашли. Эти формы чем-то напоминают юлу, наполовину отсечённую - конусная форма. Этот корабль будет более технологичным в изготовлении, будет использовать принципиально новые материалы, он будет достаточно лёгким".
По данным предварительных разработок, корабль будет иметь форму конуса. Ведь конус - оптимальная форма для прохождения плотных слоёв атмосферы. Спускаемый аппарат врезается в них на первой космической скорости - более семи километров в секунду. "Космический аппарат, который с первой космической скоростью влетает в нашу атмосферу, нагревается до 2-2,5 тысячи градусов. Никакие материалы, никакие стали, металлы подобное выдержать не могут. Поэтому мы вынуждены отказаться от развитой поверхности. Это будет комбинация различных систем приземления - то есть, парашютная, реактивная", - пояснил Виталий Лопота.
Примерно по такому же принципу пошло американское НАСА, создавая свой будущий корабль "Орион". Его первый полёт запланирован на 2014 год. Российский космический аппарат следующего поколения рассчитан на 15 лет эксплуатации и, как минимум, 10 полётов, но не все его части будут многоразовыми. "Лишним при входе в атмосферу и в этой критической ситуации будет приборно-агрегатный отсек - он будет отстрелен, и для следующего использования надо будет устанавливать новый. Отстрелен будет тепловой щит, который возьмёт на себя максимум энергии при входе в атмосферу. А самое дорогостоящее - это возвращаемый аппарат, это люди, это система жизнеобеспечения, система управления, система движения", - уточнил президент РКК "Энергия".
Про корабли новой системы известно, что они будут весом от 18 до 20 тонн в зависимости от назначения. Новые корабли смогут выводить на околоземную орбиту до шести членов экипажа и перевозить не менее 500 килограммов груза. На окололунную орбиту они будут способны доставить четырех космонавтов и 100 килограммов груза. Предполагается, что беспилотный вариант ППТС сможет вывести на околоземную орбиту не менее двух тонн груза и около полутоны вернуть на Землю.
Виталий Лопота рассказал и о других особенностях создаваемой системы: "Реально корабль должен обеспечивать взлёт и быструю стыковку с экспедиционным комплексом для стыковки со станцией, либо для полёта к другим планетам, либо для выполнения задач на орбите. Если будут нужны длительные полёты, мы способны пристыковать бытовой отсек".
Как ранее заявил глава Роскосмоса Анатолий Перминов, экипаж корабля будет не менее четырех-шести человек. "Корабль должен летать успешно как на околоземную орбиту, то есть к , к другим станциям такого же типа, к будущему сборочному комплексу на околоземной орбите, так и иметь возможность полёта на орбиту вокруг Луны, находиться не менее 30 суток в автономном полёте", - уточнил он.
Будущий сборочно-экспериментальный комплекс на околоземной орбите - это продолжение пилотируемой программы на следующие два, а то и три десятилетия. Возможно, даже тогда, когда Международная космическая станция уже отслужит свой срок. В Роскосмосе на эту программу - большие надежды. Начальник управления пилотируемых программ Роскосмоса Алексей Краснов рассказал о предполагаемых задачах: "Возможность сборки на базе МКС небольшого космического аппарата, который улетел бы с космической орбиты за пределы околоземного пространства. Пока цель не определена, это предстоит ещё сделать, но это может быть лунная орбита, это может быть астероид. Улетел и вернулся обратно".
Вероятно, новый аппарат станет частью марсианской программы. Будущий межпланетный комплекс соберут на так называемой низкой орбите Земли. Его вес может быть до 500 тонн. В собранном виде, конструкцию постепенно поднимут на высоту 200 тысяч километров, и на это понадобится несколько месяцев. Экипаж марсианской экспедиции доставят в последний момент перед стартом, чтобы космонавты не получили дополнительную дозу солнечной радиации, и уже с высокой орбиты комплекс стартует в сторону Красной планеты.
Космические корабли «Восток». 12 апреля 1961 г. трехступенчатая ракета-носитель доставила на околоземную орбиту космический корабль «Восток», на борту которого находился гражданин Советского Союза Юрий Алексеевич Гагарин.
Трехступенчатая ракета-носитель состояла из четырех боковых блоков (I ступень), расположенных вокруг центрального блока (II ступень). Над центральным блоком помещена III ступень ракеты. На каждом из блоков I ступени был установлен четырех-камерный жидкостно-реактивный двигатель РД-107, а на II ступени — четырехкамерный реактивный двигатель РД-108. На III ступени был установлен однокамерный жидкостно-реактивный двигатель с четырьмя рулевыми соплами.
Ракета-носитель «Восток»
1 — головной обтекатель; 2 — полезный груз; 3 — кислородный бак; 4 — экран; 5 — керосиновый бак; 6 — управляющее сопло; 7 — жидкостный ракетный двигатель (ЖРД); 8 — переходная ферма; 9 — отражатель; 10 — приборный отсек центрального блока; 11 и 12 — варианты головного блока (с АМС «Луна-1» и с АМС «Луна-3» соответственно).
| Лунная | Для полета человека | |
| Стартовая масса, т | 279 | 287 |
| Масса полезного груза, т | 0,278 | 4,725 |
| Масса топлива, т | 255 | 258 |
| Тяга двигателя, кН | ||
| I ступени (на Земле) | 4000 | 4000 |
| II ступени (в пустоте) | 940 | 940 |
| III ступени (в пустоте) | 49 | 55 |
| Максимальная скорость, м/с | 11200 | 8000 |
Корабль «Восток» состоял из соединенных вместе спускаемого аппарата и приборно-агрегатного отсека. Масса корабля около 5 т.
Спускаемый аппарат (кабина экипажа) был выполнен в виде шара диаметром 2,3 м. В спускаемом аппарате было установлено кресло космонавта, приборы управления, система жизнеобеспечения. Кресло располагалось таким образом, чтобы возникающая при взлете и посадке перегрузка оказывала на космонавта наименьшее действие.
Космический корабль «Восток»
1 — спускаемый аппарат; 2 — катапультируемое кресло; 3 — баллоны со сжатым воздухом и кислородом; 4 — тормозной ракетный двигатель; 5 — третья ступень ракеты-носителя; 6 — двигатель третьей ступени.
В кабине поддерживалось нормальное атмосферное давление и такой же, как на Земле, состав воздуха. Шлем скафандра был открыт, и космонавт дышал воздухом кабины.
Мощная трехступенчатая ракета-носитель выводила корабль на орбиту с максимальной высотой над поверхностью Земли 320 км и минимальной— 180 км.
Рассмотрим, как устроена система приземления корабля «Восток». После включения тормозного двигателя скорость полета уменьшалась и начиналось снижение корабля.
На высоте 7000 м открывалась крышка люка и из спускаемого аппарата выстреливалось кресло с космонавтом. В 4 км от Земли кресло отделялось от космонавта и падало, а он продолжал спуск на парашюте. На 15-метровом шнуре (фале) вместе с космонавтом спускался неприкосновенный аварийный запас (НАЗ) и лодка, которая автоматически надувалась при посадке на воду.
|
Схема спуска корабля «Восток» 1 и 2 — ориентация по Солнцу; 4 — включение тормозного двигателя; 5 — отделение приборного отсека; 6 — траектория полета спускаемого аппарата; 7 — катапультирование космонавта из кабины вместе с креслом; 8 — спуск на тормозном парашюте; 9 — ввод в действие основного парашюта; 10 — отделение НАЗа; 11 —посадка; 12 и 13 — открытие тормозного и основного парашютов; 14 — спуск на основном парашюте; 15 — посадка спускаемого аппарата. |
Независимо от космонавта на высоте 4000 м раскрывался тормозной парашют спускаемого аппарата и скорость падения его существенно уменьшалась. В 2,5 км от Земли раскрывался основной парашют, плавно опускающий аппарат на Землю.
Космические корабли «Восход». Расширяются задачи космических полетов и соответственно совершенствуются космические корабли. 12 октября 1964 г. сразу три человека поднялись в космос на корабле «Восход»: В. М. Комаров (командир корабля), К. П. Феоктистов (ныне доктор физико-математических наук) и Б. Б. Егоров (врач).
Новый корабль существенно отличался от кораблей серии «Восток». Он вмещал трех космонавтов, имел систему мягкой посадки. «Восход-2» имел шлюзовую камеру для выхода из корабля в открытый космос. Он мог не только спускаться на сушу, но и приводняться. Космонавты находились в первом корабле «Восход» в полетных костюмах без скафандров.
Полет корабля «Восход-2» состоялся 18 марта 1965 г. На борту находился командир летчик-космонавт П. И. Беляев и второй пилот летчик-космонавт А. А. Леонов.
После выхода космического корабля на орбиту была раскрыта шлюзовая камера. Шлюзовая камера развернулась с наружной стороны кабины, образовав цилиндр, в котором мог разместиться человек в скафандре. Изготовлен шлюз из прочной герметичной ткани, и в сложенном состоянии он занимает мало места.
Космический корабль «Восход-2» и схема шлюзования на корабле
1,4,9, 11 — антенны; 2 — телевизионная камера; 3 — баллоны со сжатым воздухом и кислородом; 5 — телевизионная камера; 6 — шлюз до наполнения; 7 — спускаемый аппарат; 8 — агрегатный отсек; 10 — двигатель системы торможения; А — наполнение шлюза воздухом; Б — выход космонавта в шлюз (люк открыт); В — выпуск воздуха из шлюза наружу (люк закрыт); Г — выход космонавта в космос при открытом наружном люке; Д — отделение шлюза от кабины.
Мощная система наддува обеспечила наполнение шлюза воздухом и создание в нем такого же давления, как и в кабине. После того как давление в шлюзе и в кабине выравнялось, А. А. Леонов надел ранец, в котором размещались баллоны с сжатым кислородом, подключил провода связи, открыл люк и «перешел» в шлюз. Покинув шлюз, он удалился на некоторое расстояние от корабля. С кораблем его связывала только тонкая нить фала, человек и корабль движутся рядом.
Двадцать минут А. А. Леонов находился вне кабины, из них двенадцать минут — в свободном полете.
Первый выход человека в космическое пространство позволил получить ценнейшую информацию для последующих экспедиций. Было доказано, что хорошо подготовленный космонавт даже в условиях открытого космоса может выполнять различные задания.
Корабль «Восход-2» был доставлен на орбиту ракетно-космической системой «Союз». Унифицированная система «Союз» начала создаваться под руководством С. П. Королева уже в 1962 г. Она должна была обеспечить не отдельные прорывы в космос, а его планомерное обживание как новой сферы обитания и производственной деятельности.
При создании ракеты-носителя «Союз» основной доработке подверглась головная часть, фактически она была создана заново. Это было вызвано единственным требованием — обеспечить спасение космонавтов при аварии на стартовой площадке и атмосферном участке полета.
«Союз» — третье поколение космических кораблей. Корабль «Союз» состоит из орбитального отсека, спускаемого аппарата и приборно-агрегатного отсека.
В кабине спускаемого аппарата расположены кресла космонавтов. Форма кресла позволяет легче переносить перегрузки, возникающие при взлете и посадке. На кресле расположены ручка управления ориентацией корабля и ручка управления скоростью при маневрировании. Специальный амортизатор смягчает удары, возникающие при посадке.
На «Союзе» имеются две автономно действующие системы жизнеобеспечения: система жизнеобеспечения кабины и система жизнеобеспечения скафандра.
Система жизнеобеспечения кабины поддерживает в спускаемом аппарате и орбитальном отсеке привычные для человека условия: давление воздуха около 101 кПа (760 мм рт. ст.), парциальное давление кислорода около 21,3 кПа (160 мм рт. ст.), температуру 25—30°С, относительную влажность воздуха 40—60%.
Система жизнеобеспечения производит очистку воздуха, собирает и хранит отходы. Принцип работы системы очистки воздуха основан на использовании кислородосодержащих веществ, поглощающих углекислый газ и часть влаги из воздуха и обогащающих его кислородом. Регулирование температуры воздуха в кабине производится с помощью радиаторов, установленных на наружной поверхности корабля.
Ракета-носитель «Союз»
Стартовая масса, т - 300
Масса полезного груза, кг
«Союз» - 6800
«Прогресс» - 7020
Тяга двигателей, кН
I ступени - 4000
II ступени - 940
III ступени - 294
Максимальная скорость, м/с 8000
1— система аварийного спасения (САС); 2 —пороховые ускорители; 3 — корабль «Союз»; 4 — стабилизирующие щитки; 5 и 6 — топливные баки III ступени; 7 — двигатель III ступени; 8 — ферма между II и III ступенями; 9 — бак с окислителем I ступени; 10 — бак с окислителем I ступени; 11 и 12—баки с горючим I ступени; 13 — бак с жидким азотом; 14 — двигатель I ступени; 15 — двигатель II ступени; 16 — камера управления; 7 — воздушный руль.
Автобус подъехал к стартовой позиции. Из него вышли космонавты и направились к ракете. В руке у каждого чемоданчик. Очевидно, многие сочли, что там уложено самое необходимое для дальней дороги. Но если присмотреться внимательно, то можно заметить, что чемоданчик связан с космонавтом гибким шлангом.
Скафандр ведь необходимо непрерывно вентилировать, чтобы удалять выделяемую космонавтом влагу. В чемоданчике находится вентилятор с электроприводом и источник электроэнергии — аккумуляторная батарея.
Вентилятор засасывает воздух из окружающей атмосферы и прогоняет его через вентилирующую систему скафандра.
Подойдя к открытому люку корабля, космонавт отсоединит шланг и войдет в корабль. Заняв свое место в рабочем кресле корабля, он подсоединится к системе жизнеобеспечения скафандра и закроет иллюминатор шлема. С этого момента воздух в скафандр подается вентилятором (150—200 л в мин). Но если давление в кабине начнет падать, то включится аварийная подача кислорода из специально предусмотренных баллонов.
Варианты головного блока
I — с кораблем «Восход-2»; II—с кораблем «Союз-5»; III — с кораблем «Союз-12»; IV — с кораблем «Союз-19»
Космический корабль «Союз Т» создан на базе корабля «Союз». «Союз Т-2» впервые выведен на орбиту в июне 1980 г. экипажем в составе командира корабля Ю. В. Малышева и бортинженера В. В. Аксенова. Новый корабль создан с учетом опыта разработки и эксплуатации КК «Союз» — состоит из орбитального (бытового) отсека с агрегатом стыковки, спускаемого аппарата и приборно-агрегатного отсека новой конструкции. На «Союзе Т» установлены новые бортовые системы, в том числе радиосвязи, ориентации, управления движением, и бортовой вычислительный комплекс. Стартовая масса корабля 6850 кг. Расчетная продолжительность автономного полета 4 суток, в составе орбитального комплекса 120 суток.
С. П. Уманский
1986 «Космонавтика сегодня и завтра»
Современные ракетные двигатели неплохо справляются с задачей выведения техники на орбиту, но совершенно непригодны для длительных космических путешествий. Поэтому уже не первый десяток лет ученые работают над созданием альтернативных космических двигателей, которые могли бы разгонять корабли до рекордных скоростей. Давайте рассмотрим семь основных идей из этой области.
EmDrive
Чтобы двигаться, надо от чего-то оттолкнуться – это правило считается одним из незыблемых столпов физики и космонавтики. От чего конкретно отталкиваться – от земли, воды, воздуха или реактивной струи газа, как в случае ракетных двигателей, – не так важно.
Хорошо известен мысленный эксперимент: представьте, что космонавт вышел в открытый космос, но трос, связывающий его с кораблем, неожиданно порвался и человек начинает медленно улетать прочь. Все, что у него есть, – это ящик с инструментами. Каковы его действия? Правильный ответ: ему нужно кидать инструменты в сторону от корабля. Согласно закону сохранения импульса, человека отбросит от инструмента ровно с той же силой, с какой и инструмент от человека, поэтому он постепенно будет перемещаться по направлению к кораблю. Это и есть реактивная тяга – единственный возможный способ двигаться в пустом космическом пространстве. Правда, EmDrive, как показывают эксперименты, имеет некоторые шансы это незыблемое утверждение опровергнуть.
Создатель этого двигателя – британский инженер Роджер Шаер, основавший собственную компанию Satellite Propulsion Research в 2001 году. Конструкция EmDrive весьма экстравагантна и представляет собой по форме металлическое ведро, запаянное с обоих концов. Внутри этого ведра расположен магнетрон, излучающий электромагнитные волны, – такой же, как в обычной микроволновке. И его оказывается достаточно, чтобы создавать очень маленькую, но вполне заметную тягу.
Сам автор объясняет работу своего двигателя через разность давления электромагнитного излучения в разных концах "ведра" – в узком конце оно меньше, чем в широком. Благодаря этому создается тяга, направленная в сторону узкого конца. Возможность такой работы двигателя не раз оспаривалась, но во всех экспериментах установка Шаера показывает наличие тяги в предполагаемом направлении.
В числе экспериментаторов, опробовавших "ведро" Шаера, такие организации, как NASA, Технический университет Дрездена и Китайская академия наук. Изобретение проверяли в самых разных условиях, в том числе и в вакууме, где оно показало наличие тяги в 20 микроньютонов.
Это очень мало относительно химических реактивных двигателей. Но, учитывая то, что двигатель Шаера может работать сколь угодно долго, так как не нуждается в запасе топлива (работу магнетрона могут обеспечивать солнечные батареи), потенциально он способен разгонять космические корабли до огромных скоростей, измеряемых в процентах от скорости света.
Чтобы полностью доказать работоспособность двигателя, необходимо провести еще множество измерений и избавиться от побочных эффектов, которые могут порождаться, к примеру, внешними магнитными полями. Однако уже выдвигаются и альтернативные возможные объяснения аномальной тяги двигателя Шаера, которая, в общем-то, нарушает привычные законы физики.
К примеру, выдвигаются версии, что двигатель может создавать тягу благодаря взаимодействию с физическим вакуумом, который на квантовом уровне имеет ненулевую энергию и заполнен постоянно рождающимися и исчезающими виртуальными элементарными частицами. Кто в итоге окажется прав – авторы этой теории, сам Шаер или другие скептики, мы узнаем в ближайшем будущем.
Солнечный парус
Как говорилось выше, электромагнитное излучение оказывает давление. Это значит, что теоретически его можно преобразовывать в движение – например, с помощью паруса. Аналогично тому, как корабли прошлых веков ловили в свои паруса ветер, космический корабль будущего ловил бы в свои паруса солнечный или любой другой звездный свет.
Проблема, однако, в том, что давление света крайне мало и уменьшается с увеличением расстояния от источника. Поэтому, чтобы быть эффективным, такой парус должен иметь очень малый вес и очень большую площадь. А это увеличивает риск разрушения всей конструкции при встрече с астероидом или другим объектом.
Попытки строительства и запуска солнечных парусников в космос уже имели место – в 1993 году тестирование солнечного паруса на корабле "Прогресс" провела Россия, а в 2010 году успешные испытания по пути к Венере осуществила Япония. Но еще ни один корабль не использовал парус в качестве основного источника ускорения. Несколько перспективнее в этом отношении выглядит другой проект – электрический парус.
Электрический парус
Солнце излучает не только фотоны, но также и электрически заряженные частицы вещества: электроны, протоны и ионы. Все они формируют так называемый солнечный ветер, ежесекундно уносящий с поверхности светила около одного миллиона тонн вещества.
Солнечный ветер распространяется на миллиарды километров и ответственен за некоторые природные явления на нашей планете: геомагнитные бури и северное сияние. Земля от солнечного ветра защищается с помощью собственного магнитного поля.
Солнечный ветер, как и ветер воздушный, вполне пригоден для путешествий, надо лишь заставить его дуть в паруса. Проект электрического паруса, созданный в 2006 году финским ученым Пеккой Янхуненом, внешне имеет мало общего с солнечным. Этот двигатель состоит из нескольких длинных тонких тросов, похожих на спицы колеса без обода.
Благодаря электронной пушке, излучающей против направления движения, эти тросы приобретают положительный заряженный потенциал. Так как масса электрона примерно в 1800 раз меньше, чем масса протона, то создаваемая электронами тяга не будет играть принципиальной роли. Не важны для такого паруса и электроны солнечного ветра. А вот положительно заряженные частицы – протоны и альфа-излучение – будут отталкиваться от тросов, создавая тем самым реактивную тягу.
Хотя эта тяга будет примерно в 200 раз меньше, чем таковая у солнечного паруса, заинтересовал Европейское космическое агентство. Дело в том, что электрический парус гораздо проще сконструировать, произвести, развернуть и эксплуатировать в космосе. Кроме того, с помощью гравитации парус позволяет также путешествовать к источнику звездного ветра, а не только от него. А так как площадь поверхности такого паруса гораздо меньше, чем у солнечного, то для астероидов и космического мусора он уязвим куда меньше. Возможно, первые экспериментальные корабли на электрическом парусе мы увидим уже в следующие несколько лет.
Ионный двигатель
Поток заряженных частиц вещества, то есть ионов, излучают не только звезды. Ионизированный газ можно создать и искусственно. В обычном состоянии частицы газа электрически нейтральны, но, когда его атомы или молекулы теряют электроны, они превращаются в ионы. В общей своей массе такой газ все еще не имеет электрического заряда, но его отдельные частицы становятся заряженными, а значит, могут двигаться в магнитном поле.
В ионном двигателе инертный газ (обычно используется ксенон) ионизируется с помощью потока высокоэнергетических электронов. Они выбивают электроны из атомов, и те приобретают положительный заряд. Далее получившиеся ионы ускоряются в электростатическом поле до скоростей порядка 200 км/с, что в 50 раз больше, чем скорость истекания газа из химических реактивных двигателей. Тем не менее современные ионные двигатели обладают очень маленькой тягой – около 50–100 миллиньютонов. Такой двигатель не смог бы даже сдвинуться со стола. Но у него есть серьезный плюс.
Большой удельный импульс позволяет значительно сократить расходы топлива в двигателе. Для ионизации газа используется энергия, полученная от солнечных батарей, поэтому ионный двигатель способен работать очень долго – до трех лет без перерыва. За такой срок он успеет разогнать космический аппарат до скоростей, которые химическим двигателям и не снились.
Ионные двигатели уже не раз бороздили просторы Солнечной системы в составе различных миссий, но обычно в качестве вспомогательных, а не основных. Сегодня как о возможной альтернативе ионным двигателям все чаще говорят про двигатели плазменные.
Плазменный двигатель
Если степень ионизации атомов становится высокой (порядка 99%), то такое агрегатное состояние вещества называется плазмой. Достичь состояния плазмы можно лишь при высоких температурах, поэтому в плазменных двигателях ионизированный газ разогревается до нескольких миллионов градусов. Разогрев осуществляется с помощью внешнего источника энергии – солнечных батарей или, что более реально, небольшого ядерного реактора.
Горячая плазма затем выбрасывается через сопло ракеты, создавая тягу в десятки раз большую, чем в ионном двигателе. Одним из примеров плазменного двигателя является проект VASIMR, который развивается еще с 70-х годов прошлого века. В отличие от ионных двигателей, плазменные в космосе еще испытаны не были, но с ними связывают большие надежды. Именно плазменный двигатель VASIMR является одним из основных кандидатов для пилотируемых полетов на Марс.
Термоядерный двигатель
Укротить энергию термоядерного синтеза люди пытаются с середины ХХ века, но пока что сделать это так и не удалось. Тем не менее управляемый термоядерный синтез все равно очень привлекателен, ведь это источник громадной энергии, получаемой из весьма дешевого топлива – изотопов гелия и водорода.
В настоящий момент существует несколько проектов конструкции реактивного двигателя на энергии термоядерного синтеза. Самой перспективной из них считается модель на основе реактора с магнитным удержанием плазмы. Термоядерный реактор в таком двигателе будет представлять собой негерметичную цилиндрическую камеру размером 100–300 метров в длину и 1–3 метра в диаметре. В камеру должно подаваться топливо в виде высокотемпературной плазмы, которая при достаточном давлении вступает в реакцию ядерного синтеза. Располагающиеся вокруг камеры катушки магнитной системы должны удерживать эту плазму от контакта с оборудованием.
Зона термоядерной реакции располагается вдоль оси такого цилиндра. С помощью магнитных полей экстремально горячая плазма проистекает через сопло реактора, создавая огромную тягу, во много раз большую, чем у химических двигателей.
Двигатель на антиматерии
Все окружающее нас вещество состоит из фермионов – элементарных частиц с полуцелым спином. Это, к примеру, кварки, из которых состоят протоны и нейтроны в атомных ядрах, а также электроны. При этом у каждого фермиона есть своя античастица. Для электрона таковой выступает позитрон, для кварка – антикварк.
Античастицы имеют ту же массу и тот же спин, что и их обычные "товарищи", отличаясь знаком всех остальных квантовых параметров. Теоретически античастицы способны составлять антивещество, но до сих пор нигде во Вселенной антивещество зарегистрировано не было. Для фундаментальной науки является большим вопросом, почему его нет.
Но в лабораторных условиях можно получить некоторое количество антивещества. К примеру, недавно был проведен эксперимент по сравнению свойств протонов и антипротонов, которые хранились в магнитной ловушке.
При встрече антивещества и обычного вещества происходит процесс взаимной аннигиляции, сопровождаемый выплеском колоссальной энергии. Так, если взять по килограмму вещества и антивещества, то количество выделенной при их встрече энергии будет сопоставимо со взрывом "Царь-бомбы" – самой мощной водородной бомбы в истории человечества.
Причем значительная часть энергии при этом выделится в виде фотонов электромагнитного излучения. Соответственно, возникает желание использовать эту энергию для космических перемещений путем создания фотонного двигателя, похожего на солнечный парус, только в данном случае свет будет генерироваться внутренним источником.
Но чтобы эффективно использовать излучение в реактивном двигателе, необходимо решить задачу создания "зеркала", которое было бы способно эти фотоны отразить. Ведь кораблю каким-то образом надо оттолкнуться, чтобы создать тягу.
Никакой современный материал попросту не выдержит рожденного в случае подобного взрыва излучения и моментально испарится. В своих фантастических романах братья Стругацкие решили эту проблему путем создания "абсолютного отражателя". В реальной жизни ничего подобного пока сделать не удалось. Эта задача, как и вопросы создания большого количества антивещества и его длительного хранения, – дело физики будущего.
