Система аварійного порятунку: короткий історичний нарис

Навчання 26 серпня 2022 Перегляди: 67

Аварія ракети «Союз-ФГ» на активній ділянці траєкторії виявила не тільки вразливі місця сучасних вітчизняних технологій, але і продемонструвала ефективність конструкторських рішень, прийнятих в частині створення систем аварійного порятунку (назву прийнято скорочувати до САС). Їхня історія сповнена драматизму і може послужити хорошим уроком проектантам перспективних космічних кораблів.

Ідея відділення головного блоку ракети з метою порятунку обладнання або евакуації пілота з’явилася на зорі практичного ракетобудування, проте реалізована була тільки після війни. У 1945 році інженери Михайло Тихонравов і Микола Чернишов запропонували перетворити трофейну німецьку ракету A-4 (V-2) на пілотований варіант під назвою VR-190 («Перемога»). Для цього її збиралися забезпечити герметичною кабіною у формі «фари» на двох випробувачів, що відокремлюється на вершині балістичної траєкторії підривом сполучних піроболтів і спускається вниз на парашуті; у момент приземлення під кабіною спрацьовував двигун м’якої посадки.

Проект «VR-190» не реалізували, проте сама ідея стала в нагоді, коли на полігоні Капустин Яр почалися випробувальні запуски балістичних ракет R-1, побудованих за зразком A-4. Головний конструктор Сергій Корольов висловив свої міркування по темі в квітні 1947 року на першому пленарному засіданні вченої ради NII-88, а вже в травні сформулював технічну пропозицію щодо доопрацювання R-1 в варіант R-1A з відокремлюваним головним блоком. На реалізацію ідеї пішов цілий рік, перший випробувальний старт R-1A відбувся 7 травня 1949 року. Надалі ракету та її модифікації використовували для запусків на космічну висоту блоків фізичних приладів і контейнерів з піддослідними собаками. Сергій Корольов завжди пов’язував цю роботу з практичною космонавтикою, що забезпечило спадкоємність у розвитку технології: від концепції «складових ракет» Костянтина Ціолковського до системи аварійного порятунку пілотованих кораблів.

У період проектування корабля «Восток» проблема створення надійної САС стала однією з ключових. Велике враження на інженерів справила аварія 28 липня 1960 року, коли ракета з кораблем-прототипом 1K, на борту якого перебували собаки Лисичка і Чайка, вибухнула на 24-й секунді польоту. Собаки, зрозуміло, загинули, що Корольов сприйняв як особисту трагедію.

Відпрацювання системи аварійного порятунку екіпажу на комплексній експериментальній установці

Оскільки «Схід» мав власні двигуни, а космонавт розміщувався в катапультованому кріслі, то САС будувалася на використанні цих пристроїв для евакуації. Проектом САС займався сам Сергій Корольов, а безпосередню роботу вели Борис Супрун і Володимир Яздовський. Запропонована ними схема порятунку космонавта виглядала наступним чином. Якщо аварія ракети відбувалася до 40-ї секунди польоту, то за сигналом, що подається з бункера полігону, катапультувалося крісло з космонавтом. Якщо ракета починала поводитися ненормально в проміжку з 40-ї по 150-ту секунду польоту, її двигуни відключалися, і при падінні ракети до висоти 7 км здійснювалося катапультування за штатною схемою. Якщо збій траплявся з 150-ї по 700-ту секунду, відділявся апарат, що спускається. При несправності третього ступеня ракети, яка могла виявитися в проміжку з 700-го по 730-ту секунду польоту, відбувалося відділення всього корабля.

Однак завдання порятунку на перших 15-20 секундах не мала задовільного рішення. Конструктори вважають, що достатньо розвісити металеві мережі в районі передбачуваного падіння космонавта після його катапультування, адже парашут у цьому випадку просто не встиг би розкритися. Але навіть якби космонавт у такій ситуації вцілів, до нього могло дістатися полум’я пожежі.

Королева турбувало, що пілота не можна врятувати на «фатальних» секундах, але оскільки затягувати роботи було неможливо, головний конструктор пішов на усвідомлений ризик і постановив, що в даній ситуації пілотований запуск слід виробляти тільки після двох успішних польотів повністю зібраного безпілотного корабля — це знижувало ймовірність технічного збою до прийнятної.

Треба сказати, Корольову пощастило. В ході реалізації програми «Схід» лише одного разу САС була перевірена у справі: 22 грудня 1960 року під час запуску корабля-прототипу 1K з собаками Перлова і Жулька через несправність у третьому ступені він на орбіту не вийшов, проте система «відстрелила» апарат, який благополучно приземлився в районі річки Підкаменна Тунгуска. Собаки вижили, були знайдені і вивезені до Москви.

Посадка апарата космічного корабля «Союз»

При проектуванні багатомісних кораблів «Схід» САС довелося переробити. У «кульку» апарата не влазили два або три катапультовані крісла, тому від початкового варіанту евакуації відмовилися. В результаті «фатальний» період збільшився до 44 секунд. У разі нештатного розвитку ситуації відбувалося аварійне скидання головного обтічника, після чого від корабля відділявся апарат. Щоб гарантувати відділення, конструктори збільшили кількість пружинних штовхачів під головним обтічником і забезпечили його чотирма невеликими твердопаливними двигунами. Схема виглядала громіздкою, але Корольов знову ризикнув, оскільки інших варіантів просто не існувало, а запуски «Сходів» мали велике значення для розвитку вітчизняної космонавтики. На щастя, вони пройшли бездоганно.

Ракета-носій «Союз» з кораблем «Союз»

У кораблі «Союз», розрахованому на тривалі польоти трьох космонавтів, схема з використанням катапультування теж не годилася. Для вирішення проблеми евакуації було вирішено застосувати систему, схожу з тією, яка стояла на американському кораблі Mercury: САС встановлюється зверху на корабель, при найменшій небезпеці «здергує» його з ракети, відводячи якомога вище і далі.

До конструювання корабля «Союз» співробітники OKB-1 приступили в 1963 році. Тоді ж у відділах № 3 і № 11 під керівництвом Костянтина Бушуєва і Сергія Крюкова почалося проектування нової САС. За рік інженери підготували макет системи і провели серію випробувань спільно з лабораторією Гая Северина в Льотно-дослідному інституті, які підтвердили принципову здійсненність запропонованих технічних рішень. Оскільки апарат корабля «Союз» на відміну від «Сходу» знаходиться не зверху, а під побутовим відсіком, то конструкторам довелося вдатися до варіанту відділення всього головного блоку. Конструкція — це стартуючий з аварійного носія модуль, який складається з виводимої частини корабля (спускається апарат і побутовий відсік), головного обтічника і порохового двигуна відведення. Порохова рухова установка з верхнім блоком сопел встановлюється безпосередньо на головний обтічник. Корабель з’єднується з головним обтічником трьома опорами, які «впираються» в нижній шпангоут побутового відсіку. Крім того, для збереження стійкості в польоті на обтічнику встановлено чотири решітчасті стабілізатори.

Схема спрацьовування САС «Союзу» теж оригінальна. Вона вводиться в черговий режим за п’ятнадцять хвилин до старту і відповідає за евакуацію дві хвилини польоту — до відділення бічних блоків ракети і скидання головного обтічника. Якщо протягом перших хвилин відбувається аварія, САС вимикає двигуни ракети, розділяє космічний корабель і фіксує зв’язки, які утримують відведену частину всередині головного обтічника. Далі поділяється поперечний стик в обтічнику і розкриваються решітчасті стабілізатори. Одночасно запускається основний твердопаливний двигун. У процесі його роботи включаються рульові двигуни відведення, що забирають головний блок подалі від гнучкої ракети. На вершині траєкторії відбувається відділення побутового відсіку від апарата, після чого на останньому виводиться запасний парашут (при аварії на малих висотах) або основний парашут (при аварії на великих висотах). Якщо аварія трапиться на висотах, де головний обтічник скинутий, то корабель самостійно розділиться на відсіки, апарат, що спускається, увійде в атмосферу і приземлиться за штатною схемою.

Порядок роботи системи аварійного порятунку екіпажу космічного корабля типу «Союз»

Система пройшла багаторазові випробування в наземних умовах. Її допрацьовували з урахуванням зауважень, і до початку польотів у 1967 році вона була готова. Крім іншого, САС встановлювалася на безпілотних місячних варіантах кораблів «Союз», відомих під назвою «Зонд»: при п’яти аваріях ракет-носіїв вона спрацювала бездоганно. Надалі САС «Союзу» тричі врятувала космонавтів: 5 квітня 1975 року, 26 вересня 1983 року та 11 жовтня 2018 року.

У США на пілотованих кораблях також використовувалися системи аварійного порятунку різного типу. На Mercury САС відділяла всю капсулу корабля з астронавтом; на Gemini використовувалися катапультовані крісла; на Apollo відділялася кабіна з екіпажем. Розглядалася можливість встановлення системи евакуації і на кораблях багаторазового використання Space Shuttle. Спочатку планували відокремлювати при аварії всю кабіну з екіпажем, але конструкція виходила занадто громіздкою, і від ідеї відмовилися. Після довгих суперечок керівництво проектом ухвалило багаторазово збільшити вимоги до надійності шатла — вважалося, що таким чином вийде компенсувати відсутність САС. Проте в перших п’яти польотах багаторазових кораблів на них були встановлені катапультовані крісла для двох пілотів-випробувачів. Потім крісла прибрали, повіривши досконало Space Shuttle. Як ми тепер знаємо, відсутність САС призвела в результаті до загибелі чотирнадцяти осіб — екіпажів кораблів Challenger і Columbia.

Сьогодні фахівці NASA і приватних космічних фірм повернулися до перевірених схем. САС корабля Orion, який, як передбачають, літатиме до Місяця, нагадує систему «Союзу» з відділенням головного блоку; її повноцінні випробування заплановані на майбутній рік. Для Dragon V2 компанії SpaceX обрано схему відділення всього корабля; вона поки випробовувалася тільки в «стендовому» варіанті. Зате компанія Blue Origin давно і успішно випробувала свою САС «штовхаючого» типу для суборбітального багаторазового корабля New Shepard, причому і ракета, і відокремився від неї модуль екіпажу приземлилися благополучно.

Ілюстрації взято з книги «Ракетно-космічна корпорація» Енергія «імені С. П. Корольова: 1946 ‑ 1996 «(М.: Менонсовполіграф, 1996)

Література:

Афанасьєв І., Шлядинський А. Порятунок на старті//Новини космонавтики. — 2009. — № 10.Галковський

В., Москаленко Г. Проект VR-190 — крок на шляху до створення космічних кораблів//З історії авіації і космонавтики: вип. 42. — М.: АН СРСР, 1980.Мирова

пілотована космонавтика. Історія. Техніка. Люди — М.: Р   офт, 2005.Мол

одцов В. Історія проектування корабля «Восток »//Космічний альманах № 5. — М.: Слово, 2001.Ракетно-космічна

корпорація «Енергія» імені С.П. Корольова: 1946 ‑ 1996. — М.: Менонсовполіграф, 1996.Ф

еоктистов К. Траєкторія життя. Вагріус, 2000.Формін

Г. Чому польоти «Сходів» і «Сходів» були безаварійними//Новини космонавтики — 2004. — № № 6, 7.