Обитаемые космические станции - Бубнов Игорь
Рис. 19. Встреча на орбите по методу совмещения: 1 — орбита ОКС; 2 — орбита ракеты; 3 — траектория выведения Теперь коротко расскажем о других этапах встречи. На третьем этапе, т. е. при сближении, должны быть скомпенсированы все ошибки выведения и траекторного движения ракеты, а расстояние до ОКС и относительная скорость перемещения ракеты уменьшены почти до нуля. В общем случае величина поправок зависит от взаимного положения ракеты и станции, угловой скорости линии визирования (т. е. слежения за целью) и относительной скорости сближения. Поправки будут реализовываться специальными двигателями небольшой тяги. Эти двигатели должны давать приращение скорости вдоль линии визирования или нормально к ней. На ракете должны быть установлены специальные радиолокационные, оптические или инфракрасные чувствительные элементы — датчики расстояния, скорости, ускорения и угловой скорости вращения линии визирования. При сближении они будут непрерывно измерять относительную скорость и определять взаимное положение ракеты и станции. Специальные бортовые счетно-решающие устройства будут вырабатывать необходимые данные для маневра. Конечной целью автоматического управления будет уменьшение расстояния между объектами до нескольких десятков метров и относительной скорости — до нескольких метров в секунду.
Рис. 20. Траектории сближения ракеты с целью: I — с помощью импульсных двигателей постоянной тяги; II — с помощью двигателей регулируемой тяги; III — траектория с минимальным расхода топлива Существует несколько схем реализации задачи сближения. На графике рис. 20 нанесены две линии разных Ускорении ракеты и показаны некоторые траектории сближения. Траектория I обозначает движение ракеты c помощью двигателей постоянной тяги, включаемых импульсно. Сначала ракета движется свободно по траектории с выключенным двигателем. По достижении определенной точки после захвата станции радиолокатором Двигатель включается (точка 1) и ракета идет на сближение с ОКС с уменьшением скорости сближения. Через несколько секунд ракета достигнет второй линии в точке 2. При этом расстояние до цели (ОКС) и скорость сближения уменьшились. В этой точке двигатель выключается, и ракета вновь продолжает движение с постоянной скоростью. В точке 3 ракета снова получает ускорение, и так несколько раз до полного совмещения с ОКС. Чем ближе расположены линии включения и выключения двигателей, тем чаще происходят переключения.
Значительно удобнее было бы применить двигатель с регулируемой тягой (траектория II). Тогда после включения двигателя расстояние и скорость ракеты будут плавно уменьшаться при постоянном ускорении вплоть до встречи с ОКС.
На график нанесена также траектория III, при которой расход топлива является минимальным. В этом случае сначала сводятся к нулю все относительные скорости, кроме, конечно, небольшой поступательной скорости ракеты вдоль линии визирования по направлению к ОКС. Время маневра здесь увеличивается.
На четвертом (последнем) этапе при контакте ракеты с ОКС управление возьмет на себя непосредственно пилот или оператор. С помощью специальных приспособлений (тросов, манипуляторов и т. д.) произойдет швартовка. Энергия удара при этом поглотится специальными амортизаторами.
Возможен и другой метод осуществления контакта, при котором с расстояния нескольких десятков метров с ракеты будет выпущен трос, который будет выловлен на ОКС, после чего произойдет подтягивание ракеты к станции.
В результате контакта ОКС и ракеты почти наверняка потребуется дополнительная стабилизация системы «ОКС — ракета».
Из сказанного видно, что ветрена в космосе, представляет собой труднейшую техническую задачу. Но трудности эти вполне преодолимы уже сегодня, а в недалёком будущем, вероятно, операция встречи и контакта космических кораблей будет немногим сложнее дозаправки самолетов в, воздухе.
Рассмотрим кратко проблему возвращения транспортной ракеты с орбиты ОКС на Землю. Как известно, решение этой проблемы заключается в первую очередь в отводе и поглощении того огромного количества тепла, которое возникает при торможении космического аппарата в плотных слоях атмосферы.
Рис. 21. Различные методы входа в атмосферу космического аппарата: 1 — баллистический; 2 — планирующий; 3 — рикошетирующий Возможны различные способы входа в атмосферу космического аппарата после полета по орбите (рис. 21). Обычно спутники и обитаемые корабли, спускающиеся с орбиты на Землю, входят в атмосферу по довольно крутой баллистической траектории, подвергаясь значительным перегрузкам (до 10 g) и сильному нагреву головной части корабля (до нескольких тысяч градусов). Правда, при таком входе конструкция корабля не успевает сильно прогреться и все тепло поглощается и рассеивается головной частью аппарата. На высоте нескольких километров раскрывается парашют, с которым корабль и приземляется. Корабль или транспортная ракета могут быть спущены на Землю и с помощью винтового ротора типа вертолетного, что повысит точность посадки.
Другие способы входа в атмосферу напоминают обычное приземление самолетов. В таких случаях транспортная ракета должна иметь крылья. При этом траектория спуска может быть планирующей с небольшим углом к поверхности Земли и медленным торможением, при котором перегрузки и температуры относительно невелики, или рикошетирующей, когда крылатая ракета тормозится в процессе многократного соприкосновения с плотной атмосферой. При таких способах возвращения необходимо учитывать длительность теплового воздействия атмосферы.
ДЛИТЕЛЬНОЕ СУЩЕСТВОВАНИЕ НА ОРБИТЕ
Во всех случаях для уменьшения нагрева корабля нужна либо поверхностная термическая защита, либо специальная система охлаждения. Обычно головную часть входящего в атмосферу аппарата покрывают специальными материалами, которые, сплавляясь и испаряясь, поглощают большую часть тепла торможения Охлаждение конструкции возможно и с помощью специальных систем, когда тепло от поверхности забирается каким-либо жидким теплоносителем, а потом отдается в окружающее пространство с помощью радиационного излучателя.
Путешественник, отправляющийся в незнакомые края, стремится взять с собой как можно больше, чтобы гарантировать себя от непредвиденных случайностей. В космических путешествиях в отличие от земных не должно быть ничего лишнего — каждый килограмм веса космического корабля должен быть полезной нагрузкой в полном смысле этого слова. Успешные полеты первых космонавтов доказали принципиальную возможность существования человека в условиях орбитального полета, тем не менее даже наиболее разведанная околоземная область космического пространства таит еще много опасностей. Поэтому, прежде чем в космосе будут созданы обитаемые станции, потребуется провести множество специальных исследований, посвященных вопросам обеспечения безопасного пребывания экипажа на орбите в течение многих дней, недель и, может быть, месяцев.
Необходимо будет предусмотреть самые неожиданные ситуации и учесть совместное продолжительное воздействие разнообразных факторов межпланетного пространства. Первые полеты советских и американских космонавтов совершались по заранее разработанным программам, главной задачей которых была проверка осуществимости путешествий в космос с точки зрения Физиологических возможностей человеческого организма.
Вся деятельность пилотов сводилась в основном к наблюдению и выполнению относительно несложных операций контроля за работой систем ориентации, управления, жизнедеятельности и радиосвязи. Программа деятельности экипажа ОКС будет намного шире и сложней. Конечно, все многочисленные научные исследования на ОКС будут проводиться строго по графику. Однако должны быть предусмотрены и запасные варианты, которые позволили бы в случае необходимости быстро менять направление или характер исследований. Нельзя, видимо, будет обойтись и без инструкции по действию экипажа в аварийных случаях.
