КулЛиб - Классная библиотека! Скачать книги бесплатно
Всего книг - 706338 томов
Объем библиотеки - 1349 Гб.
Всего авторов - 272771
Пользователей - 124663

Последние комментарии

Новое на форуме

Новое в блогах

Впечатления

DXBCKT про Калюжный: Страна Тюрягия (Публицистика)

Лет 10 назад, случайно увидев у кого-то на полке данную книгу — прочел не отрываясь... Сейчас же (по дикому стечению обстоятельств) эта книга вновь очутилась у меня в руках... С одной стороны — я не особо много помню, из прошлого прочтения (кроме единственного ощущения что «там» оказывается еще хреновей, чем я предполагал в своих худших размышлениях), с другой — книга порой так сильно перегружена цифрами (статистикой, нормативами,

  подробнее ...

Рейтинг: +1 ( 1 за, 0 против).
DXBCKT про Миронов: Много шума из никогда (Альтернативная история)

Имел тут глупость (впрочем как и прежде) купить том — не уточнив сперва его хронологию... В итоге же (кто бы сомневался) это оказалась естественно ВТОРАЯ часть данного цикла (а первой «в наличии нет и даже не планировалось»). Первую часть я честно пытался купить, но после долгих и безуспешных поисков недостающего - все же «плюнул» и решил прочесть ее «не на бумаге». В конце концов, так ли уж важен носитель, ведь главное - что бы «содержание

  подробнее ...

Рейтинг: 0 ( 0 за, 0 против).
DXBCKT про Москаленко: Малой. Книга 2 (Космическая фантастика)

Часть вторая (как и первая) так же была прослушана в формате аудио-версии буквально «влет»... Продолжение сюжета на сей раз открывает нам новую «локацию» (поселок). Здесь наш ГГ после «недолгих раздумий» и останется «куковать» в качестве младшего помошника подносчика запчастей))

Нет конечно, и здесь есть место «поиску хабара» на свалке и заумным диалогам (ворчливых стариков), и битвой с «контролерской мышью» (и всей крысиной шоблой

  подробнее ...

Рейтинг: +1 ( 1 за, 0 против).
iv4f3dorov про Соловьёв: Барин 2 (Альтернативная история)

Какая то бредятина. Писал "искусственный интеллект" - жертва перестройки, болонского процесса, ЕГЭ.

Рейтинг: 0 ( 0 за, 0 против).
iv4f3dorov про Соловьёв: Барин (Попаданцы)

Какая то бредятина. Писал "искусственный интеллект" - жертва перестройки, болонского процесса, ЕГЭ.

Рейтинг: +1 ( 1 за, 0 против).

Космодром [Владимир Николаевич Твердовский] (fb2) читать онлайн


 [Настройки текста]  [Cбросить фильтры]
  [Оглавление]

В. Н. Твердовский КОСМОДРОМ


Москва

«Машиностроение»

1976

Предисловие

Много раз бывая на космодроме, я храню в своем сердце особое, благоговейное чувство к земле Байконура. Это священные места советской космонавтики: здесь все связано с ее историей, с ее настоящим и будущим. Здесь, в Байконуре, и время идет стремительнее, четче слышится ритм Земли, ярче проступают черты будущего. Но самое удивительное чувство вызывают люди, которые там трудятся. Это необыкновенно самоотверженные и преданные своему делу люди. Своим кропотливым и повседневным трудом они помогают шагать человечеству к звездам. И я преисполнен к ним, скромным труженикам, от работы которых во многом зависит успех наших космических дорог, чувствами самого искреннего восхищения и благодарности.

Настоящая книга посвящена космодрому, его структуре, принципам построения. Она рассказывает об оборудовании этого сложного комплекса, его работе и взаимодействии. И мне кажется, автор достаточно полно рассказал об этом, чтобы представить себе место, где работают эти люди.

Летчик-космонавт СССР

дважды Герой Советского Союза

В. СЕВАСТЬЯНОВ

Введение

Космонавтика шагает семимильными шагами, решая последовательно различные технические проблемы — достижение первой космической скорости, затем второй, посадка на различные небесные тела и взлет с них, выход человека в открытый космос, создание долговременных орбитальных обитаемых станций, и, наконец, стыковка и работа на орбите космических кораблей двух стран — СССР и США.

Первоочередными научными задачами космонавтики являются: исследование космического пространства и небесных тел Солнечной системы, галактических и внегалактических объектов; изучение Земли из космоса, ее атмосферы и природной среды; практическое использование космических летательных аппаратов для связи, метеорологии, навигации, геодезии, поиска природных ресурсов и др.

Таким образом, космонавтика обогащает наши знания о Вселенной, открывает перед многими отраслями науки и техники новые возможности, стимулирует прогресс науки и техники.

На космические орбиты уже выведены многие сотни космических аппаратов разных стран. Растет космическое хозяйство Земли. И все старты осуществлены с космодромов. Космодром — это космические ворота Земли, земная гавань Вселенной, откуда отправляются в путь посланцы человечества.

Так, что же такое космодром? Каково его место в системе космических средств? Какие функции он выполняет? Каковы его структура и оборудование? И, наконец, каковы перспективы развития современного космодрома?

Попытаемся кратко ответить на эти вопросы.

──────

Глава 1. Ракетно-космический комплекс

Прежде чем начать рассказ о космодроме, необходимо, хотя бы кратко, ознакомиться с ракетно-космическим комплексом, составной частью которого и является космодром.


Рис. 1. Структура ракетно-космического комплекса


Ракетно-космический комплекс (рис. 1) включает в себя ракетно-космическую систему, состоящую из ракеты-носителя и космического объекта, стартовый комплекс, т. е. космодром, где осуществляется сборка, проверка, подготовка и запуск ракеты-носителя и космического объекта, и систему, обеспечивающую полет ракеты и космического объекта — командно-измерительный и поисково-спасательный комплексы.

Рассмотрим один из современных сложнейших многоотраслевых инженерных комплексов — космодром и некоторые составные части ракетно-космического комплекса.

Ракета-носитель служит для выведения космического объекта на соответствующую орбиту или траекторию. Современные ракеты-носители имеют от двух до четырех ступеней. Причем в большинстве случаев это ракеты, в двигательных установках которых используются жидкие космические топлива (жидкостные ракеты). Твердотопливные двигатели служат главным образом для вспомогательных целей: для ускорителей, устанавливаемых на первой ступени ракеты-носителя, для отделения ступеней ракеты, систем мягкой посадки.

Существуют три конструктивные схемы расположения ступеней ракет-носителей: 1) с последовательным расположением ступеней (или как ее называют с поперечным делением); 2) с параллельным расположением ступеней или с продольным делением (при таком расположении двигательные установки ступеней могут работать параллельно); 3) смешанная, т. е. является комбинацией первых двух схем.

Классическими образцами ракет с поперечным делением ступеней являются ракеты-носители «Космос» и «Сатурн-5», а ракета-носитель для вывода космических кораблей «Восток», «Восход» и «Союз» представляет собой ракету смешанной схемы расположения ступеней.

Космическая ракета — совершенная в инженерном смысле машина. Конструкция ракеты весьма легка, ее масса с двигательной установкой, без топлива составляет всего 8―11 % от массы заправленной ракеты, т. е. 9―12 % от массы топлива. Так, масса конструкции ракеты-носителя «Сатурн-5» составляет около 180 т, а заправленной топливом 2500 т Создание такой легкой конструкции ракеты-носителя с высокой прочностью и жесткостью — сложная техническая задача. Наряду с использованием высокопрочных легких сплавов, малая масса конструкции обеспечивается оригинальными конструктивными решениями. Например, несущие баки, т. е. топливные баки ракеты, которые одновременно являются основной частью корпуса ракеты. Прочность и жесткость этих тонкостенных конструкций достигается за счет внутреннего давления в баках, которое заставляет оболочку работать на растяжение и обретать необходимые прочность и жесткость для восприятия продольных сжимающих сил и изгибающих моментов, действующих на ракету во время полета.

Ракета-носитель работает в очень напряженных режимах. При этом конструкция должна выдерживать как статические, так и динамические нагрузки, включая весьма неблагоприятные вибрационные, вызываемые работой ракетных двигателей. Поэтому при создании конструкции ракеты-носителя необходим точный учет всех сил, действующих на нее в полете.

В состав оборудования ракеты-носителя входит ряд систем и агрегатов, осуществляющих управление ракетой в полете, отделение ее ступеней, наддув топливных баков, регулирование подачи компонентов топлива к двигателю. Система управления движением обеспечивает полет по заданной траектории, стабилизацию ракеты относительно центра массы, регулирование тяги двигателя, его включение и выключение и отделение ступеней.

Двигательные установки ракет-носителей состоят, как правило, из нескольких двигателей, работа которых синхронизируется системой управления. Это позволяет увеличить суммарную тягу двигательной установки до нескольких сотен тонна-сил. Так, например, ракета-носитель корабля «Восход» имела семь ракетных двигателей с суммарной тягой 650 тс. Ракета-носитель «Сатурн-5» — пять двигателей с суммарной тягой 2900 тс.

Космический объект является полезным грузом ракеты-носителя. Им может быть как автоматический аппарат, так и пилотируемый космический корабль. В зависимости от орбиты полета космические объекты разделяют на искусственные спутники Земли и межпланетные станции.

Искусственные спутники используются для научных исследований и ряда прикладных задач (метеорологических, связных, геофизических, навигационных и др.). Например, с помощью спутников проводятся научные исследования околоземного космического пространства, солнечной активности, наблюдают астрономические объекты. Особое место среди них занимают спутники для биологических исследований различных живых организмов в условиях космического полета. Хорошо известны советские спутники серии «Космос», «Прогноз», «Электрон», «Протон» и американские «Эксплорер», «OAO», «OSO» и др.


Рис. 2. Научно-исследовательский спутник серии «Космос»


Метеорологические спутники служат для наблюдения за распространением облачного покрова и теплового излучения Земли с целью получения данных для прогноза погоды, для оперативного оповещения о зарождении и передвижении бурь, тайфунов и цунами. Высота полета метеорологических спутников обычно достигает 500―1200 км, что обеспечивает телевизионным системам полосу обзора до 1000 км и более. К советским метеорологическим спутникам относятся некоторые спутники серии «Космос» (рис. 2) и «Метеор», к американским — «Тирос» и «Нимбус».

Для ретрансляции радиосигналов между земными станциями, расположенными далеко за пределами прямой видимости, используют связные спутники. Они бывают пассивными и служат направленными отражателями для земных радиостанций, или активными, т. е. ретранслируют радиоволны земных радиостанций. Это советские спутники «Молния-1» (рис. 3), «Молния-2» и американские «Телестар», «Эрли Берд», «Интелсат».


Рис. 3. Советский спутник связи «Молния-1»


Геодезические спутники предназначены для геодезической привязки отдельных пунктов на поверхности Земли путем точных радиотехнических или оптических измерений положения спутников с нескольких наземных измерительных пунктов, часть из которых имеет известные координаты, а остальные подлежат геодезической привязке. К их числу относятся американские спутники «Анна» и «Секор».

Навигационные спутники (типа американских спутников «Транзит») помогают при навигации кораблей и самолетов. Навигационными радиотехническими системами определяется положение корабля или самолета относительно спутника в нескольких точках его орбиты. Координаты спутника в этих точках в земной системе координат устанавливаются исходя из параметров орбиты спутника и времени измерений. Обычно текущие значения параметров орбиты хранятся в бортовом запоминающем устройстве навигационного спутника и в сеансе навигации передаются на корабль или самолет по радио. Высота полета существующих навигационных спутников 800―3000 км.

К категории автоматических космических объектов относят и автоматические станции для межпланетных перелетов. Конструкция их, наличие определенных элементов, систем и агрегатов во многом определяются поставленными перед ними полетными и научными задачами, т. е. будут зависеть от того, надо ли станции просто пролететь мимо небесного тела, облететь его или сесть на его поверхность. Совершенно очевидно, что конструкции посадочных аппаратов будут сильно отличаться друг от друга в зависимости от того, предназначены они для посадки на планету с сильно разреженной атмосферой и относительно умеренным температурным режимом (например Марс), или на планету с огромным атмосферным давлением и высокими температурами (как это имеет место на Венере). Установка тех или иных научных приборов тоже требует внесения изменений в конструкцию межпланетной станции. Обычно межпланетные станции снабжаются системами астроориентации и двигательными установками для коррекции траектории полета. Энергоснабжение станций, как правило, обеспечивается солнечными батареями.

Семейство автоматических межпланетных станций довольно велико — это советские станции «Луна», «Зонд», «Венера», «Марс» (рис. 4), а также американские — «Рейнджер», «Сервейер», «Пионер», «Маринер».

Все космические объекты как пилотируемые, так и автоматические имеют много общего в принципах построения конструкции и в наличии агрегатов и систем. Общим условием, предъявляемым к конструкции космических объектов, является их способность к длительному самостоятельному функционированию в условиях космического пространства. Поэтому особое значение уделяется вопросам надежности работы космических объектов и особенно пилотируемых космических кораблей. Надежность космических объектов обеспечивается широким комплексом мероприятий, проводимых на всех этапах их создания и подготовки к полету: строгий технологический контроль на всех стадиях изготовления отдельных элементов аппаратуры и оборудования, тщательная отработка систем и агрегатов с имитацией условий космического полета, комплексные предполетные испытания, дублирование наиболее ответственных элементов систем и агрегатов, применение автоматических систем распознавания отказов приборов или их элементов и их своевременная замена.


Рис. 4. Межпланетная автоматическая станция «Марс-3»


Так как космические объекты предназначены в основном для длительного времени функционирования в условиях космического пространства, то совершенно очевидно, что такие факторы космического пространства, как глубокий вакуум, солнечная радиация, наличие метеоритных частиц и невесомость, предъявляют особые требования к конструкционным материалам для создания космических аппаратов и к самой конструкции. В условиях глубокого вакуума изменяются характеристики трения, возникает явление так называемой холодной сварки материалов. Поэтому обычные механизмы в таких условиях не могут надежно работать. В связи с этим приходится или размещать их в герметизированных отсеках, а если это невозможно, то изготовлять из специальных материалов или применять особые смазки и покрытия. В отдельных случаях для защиты от метеоритов используют специальные противометеоритные экраны и наносят на элементы конструкции покрытия, стойкие к метеоритной эрозии.

В комплекс бортового оборудования космических объектов входят системы терморегулирования, энергопитания, радиосвязи, ориентации и управления движением и радиотелеметрии. Эти системы обычно объединены общей электрической схемой управления, электропитания и контроля, обеспечивающей их работу и взаимодействие. Не все космические аппараты оборудуются всеми этими системами. Так, например, на неориентируемых автоматических аппаратах нет системы ориентации и управления движением, в то время как пилотируемые корабли, кроме перечисленных, имеют еще системы жизнеобеспечения и приземления.

Система терморегулирования служит для поддержания на борту космического объекта заданного температурного режима. Это весьма сложная техническая задача. В отличие от земных условий в космическом пространстве между телами осуществляется только лучистый теплообмен. На космический объект воздействуют внешние тепловые потоки и прежде всего — излучение Солнца. Даже если допустить, что можно было бы изолировать космический объект от внешнего излучения, то, оказывается, все равно нельзя добиться стабильной температуры внутри объекта, так как электронная аппаратура, электрооборудование и другие системы при работе выделяют значительное количество тепла, и температура внутри космического объекта неизбежно стала бы расти и довольно скоро превысила бы допустимую. А так как нельзя полностью изолировать объекты от внешнего излучения, а также избежать внутреннего нагрева, то задачей системы терморегулирования является поддержание баланса между поглощением и излучением тепла космическим объектом. Регулирование общего теплового баланса при теплообмене космического объекта с окружающей средой достигается обычно путем создания на оболочке-конусе космического объекта радиационной поверхности, излучающей большое количество собственного тепла при малом поглощении тепла извне. Подводя к радиатору-излучателю то или иное количество тепла, накапливаемого внутри космического объекта, можно влиять на температурный режим объекта. Из-за отсутствия конвекции внутри космического объекта теплопередача между его элементами осуществляется в основном за счет теплопроводности конструкции, передача тепла от источников внутри космического объекта к радиатору — циркуляцией газа в отсеках космического объекта, а также в специальных теплообменниках жидких теплоносителей.

Таким образом, современная система терморегулирования включает в себя чувствительные элементы, измеряющие температуру внутри космического объекта, электронные блоки, вырабатывающие управляющие сигналы для исполнительных органов, сами исполнительные органы, воздействующие на тепловой процесс, радиатор-излучатель для избыточного внутреннего тепла и экранно-вакуумную изоляцию. В простейших системах терморегулирования исполнительными органами могут служить вентиляторы, создающие циркуляцию газа внутри отсеков космического объекта, и механизм, меняющий активную поверхность радиатора-излучателя, изготовленного в данном случае по типу жалюзей. В более сложных системах терморегулирования имеется жидкостной контур, переносящий тепло от его источников к наружной радиационной поверхности космического аппарата, причем, этот контур имеет систему, позволяющую изменять режим циркуляции теплоносителя в контуре и таким образом влиять на вывод тепла из космического объекта.

Система энергопитания бортового оборудования и аппаратуры космического объекта состоит из источника электроэнергии, коммутационных (распределительных) блоков, преобразователей постоянного тока в переменный, если в этом есть необходимость, кабельной сети и системы контроля за электропитанием. Источниками электрического тока обычно служат аккумуляторы, топливные элементы, солнечные батареи, изотопные и ядерные энергетические установки. Несмотря на значительную энергоемкость современных аккумуляторов, примерно 100 Вт/ч на 1 кг массы аккумулятора, их используют только для кратковременных полетов, так как энергопотребление аппаратуры космических объектов, особенно космических кораблей и тяжелых спутников, очень велико. При долговременном полете потребовались бы аккумуляторные батареи общей массой в несколько тонн. Поэтому чаще всего в качестве источников электроэнергии используются солнечные батареи. Панели солнечных батарей подключаются к буферному аккумулятору, который они постоянно или периодически подзаряжают, а уже с него идет энергосъем потребителями.

Применяют на космических объектах и топливные элементы, вырабатывающие электроэнергию в результате электрохимических процессов между двумя веществами, например, между кислородом и водородом, как это имеет место в топливных элементах космических кораблей «Джемини» и «Аполлон». Топливные элементы по энергоемкости в 4―5 раз превосходят аккумуляторы.

Используются также изотопные генераторы, в которых тепло, выделяемое радиоактивными изотопами, преобразуется в электрический ток. Перспективными источниками электроэнергии являются ядерные энергетические установки с реактором. Уже сейчас за рубежом ведутся разработки по созданию таких малых атомных электростанций мощностью до нескольких киловатт; в будущем возможно появятся ядерные энергетические установки мощностью в тысячи киловатт.

Система управления космического объекта — одна из важнейших бортовых систем. Она предназначена для поддержания движения космического объекта близким к расчетному или выбранному в данный момент самой системой для выполнения конечной задачи, т. е. для достижения определенной планеты, встречи с другим космическим аппаратом и т. п. Различаются системы управления движением центра масс космического объекта и управления его угловым движением. Система управления угловым движением космического объекта делится на систему угловой стабилизации и систему ориентации. Большинство систем управления состоят из чувствительных элементов, преобразующих устройств и исполнительных органов.

Во время пассивного полета выведенного на траекторию космического объекта часто бывает необходимо, чтобы этот объект находился в пространстве в определенном положении. Это может понадобиться для ориентации остронаправленной антенны на Землю, телескопа на определенный участок неба, солнечных батарей на Солнце при подзарядке буферных аккумуляторов. Такое же совершенно строгое положение в пространстве должен занять космический объект перед включением двигательной установки для изменения траектории полета. Для разворотов космического объекта и принятия им необходимого пространственного положения служит система ориентации. В тех случаях, когда на космический объект воздействуют внешние силы при движении в атмосфере или работает двигательная установка объекта, необходимо управление его угловым движением. Такое управление угловым движением объекта называется стабилизацией. Стабилизация в отличие от ориентации влияет на само движение объекта и является вспомогательной операцией при управлении движением центра масс объекта, в то время как ориентация — самостоятельная операция. Система ориентации и стабилизации нередко взаимосвязаны между собой, и для них используются одни и те же датчики. В качестве датчиков определения угловых положений космического объекта могут служить электронно-оптические приборы, работающие по опорным ориентирам небесных светил Земли, Луны, Солнца или звезд, и гироскопические датчики. Чаще используются смешанные системы датчиков обеих групп.

Исполнительными органами в системах ориентации могут быть реактивные сопла, расположенные по трем осям и разнесенные на достаточное расстояние от центра масс космического объекта, для создания достаточных управляющих моментов. В качестве рабочего тела реактивные сопла используют ракетное топливо или сжатые газы. Применяются также гиросиловые стабилизаторы и реактивные маховики. Маховики располагают также в трех плоскостях объекта и, изменяя скорость их вращения, разворачивают космический объект в требуемом направлении. Могут применяться и электромагнитные исполнительные органы, взаимодействующие с магнитными полями Земли или иной планеты, а также системы, использующие солнечное давление, аэродинамическое сопротивление.

Управление полетом или навигация сводится к трем задачам: управлению движением центра масс, включая стабилизацию и ориентацию, навигационным измерениям и вычислениям. Все это может осуществляться автоматически, тогда навигационные приборы, бортовая вычислительная машина, чувствительные элементы и исполнительные органы войдут в единый контур автоматической системы управления движением центра масс космического объекта.

Такая система позволяет проводить траекторные измерения, вычислять местонахождение космического объекта, сравнивать эти данные с расчетными, производить вычисления, необходимые для коррекции траектории, т. е. для изменения параметров движения. Коррекцию траектории движения производят при помощи двигательной установки космического объекта.

Космические объекты (кроме тех, для которых нет необходимости в изменении траектории движения) снабжены двигательными установками. В зависимости от сложности аппарата и его полетных задач эти установки различны. Это может быть корректирующая двигательная установка, как например у большинства автоматических межпланетных станций. На пилотируемых космических кораблях кроме такой установки имеется тормозная двигательная установка для схода с орбиты и возвращения на Землю; для приземления служит двигатель мягкой посадки. Для посадки на другие небесные тела используют двигательные тормозные установки в сочетании с парашютной системой или тормозным аэродинамическим щитком, если небесное тело имеет атмосферу. Для старта с небесного тела применяется специальная двигательная установка.

Спуск космического объекта на поверхность Земли или планет одна из наиболее сложных и ответственных проблем, связанных с межпланетными полетами, в особенности для пилотируемых кораблей. Скорость движения космических объектов при возвращении на Землю равна или больше первой космической скорости, и к моменту посадки объекта на поверхность Земли ее необходимо погасить практически до нуля. Погасить скорость можно двумя способами. При первом способе торможение осуществляется при помощи ракетного тормозного двигателя. Для этого на космических аппаратах должен быть достаточный запас топлива. Часто масса тормозного двигателя с баками топлива значительно превышает массу самого космического аппарата, этот способ применяется только при посадке на небесные тела, не имеющие атмосферы, например, при посадке советских и американских автоматических аппаратов на Луну. При втором — используются аэродинамические тормозящие силы, воздействующие на космический объект. Аппарат входит в атмосферу под определенным углом, образующим пологую траекторию спуска для снижения возникающих перегрузок.

Такая траектория позволяет использовать кроме силы сопротивления, действующей на аппарат, подъемную силу, что значительно снижает перегрузки. Кроме того, изменяя направление действия подъемной силы путем регулирования угла крена и изменения величины подъемной силы регулированием угла атаки можно построить управляемую систему спуска.

На конечном участке спуска, когда скорость достигает 150―250 м/с, для пилотируемых кораблей вводится в действие парашютная система. На советских космических кораблях «Восход» и «Союз» применяется дополнительно еще и система мягкой посадки, использующая двигатели и гасящая скорость к моменту встречи с поверхностью Земли практически до нуля.

При движении космического аппарата со скоростью, значительно превышающей первую космическую, во избежание больших перегрузок вход в атмосферу производят в два этапа. На первом этапе спускаемый аппарат входит в атмосферу по касательной к Земле. При этом возникает значительная подъемная сила, которая изгибает траекторию полета и как бы «выпирает» спускаемый аппарат из плотных слоев атмосферы. Через некоторое время, погасив часть скорости и взмыв над Землей, аппарат осуществляет второе погружение, которое происходит уже обычно, как у космических кораблей, возвращаемых с орбиты вокруг Земли. По такой схеме возвращались на Землю советские автоматические станции «Зонд-6» и «Зонд-7» после облета ими Луны.

Система связи служит для передачи телеметрической и телевизионной информации с борта космического объекта на Землю и проведения траекторных измерений, а также для приема радиокоманд по управлению полетом объекта и работой аппаратуры космического объекта. На пилотируемых кораблях она обеспечивает телефонную и телеграфную связь космонавтов с наземными пунктами.

Система связи состоит из различных радиотехнических средств, включающих в себя теле- и радиопередатчики и антенно-фидерные устройства. Радиотехнические средства получают электроэнергию от бортовых источников, и вследствие этого потребная мощность их невелика.

На борту космических объектов из-за весовых и габаритных ограничений нельзя применять антенные устройства с большими коэффициентами усиления. Поэтому на Земле приемные антенные устройства занимают эффективные площади в сотни и тысячи квадратных метров.

Комплекс бортового оборудования космического объекта работает в полете по заданной предварительно (еще до старта с Земли) программе, но большую ее часть приходится определять в процессе полета космического объекта. Это и понятно, так как изменяются фактическое состояние бортовых систем и аппаратуры, а также часто и объекты изучения. Например, при полете пилотируемой орбитальной станции «Салют-4» во время работы астрономического телескопа обнаружились интересные области радиоизлучения в Галактике, и было решено дополнить программу, посвятив целый день полета астрономическим исследованиям, несмотря на то, что пришлось перестраивать всю программу. Поэтому на космических объектах предусматривается возможность управления работой бортовых систем, агрегатов и аппаратуры при помощи радиокоманд Центра управления полетом, подаваемых с Земли. Управление системами космического объекта осуществляется бортовыми программно-временными устройствами, выдающими в определенной последовательности и в определенное время заложенные в них до старта космического объекта с Земли или введенные по радиоканалам во время полета команды. Программно-временные устройства обычно используются для управления аппаратурой в периоды, когда нет радиосвязи с Землей, а так же когда необходимо выдать серию взаимосвязанных команд в ограниченный промежуток времени. На некоторых космических объектах предусматривается возможность автоматического или полуавтоматического управления. Управляющие команды вырабатываются на борту при помощи бортовой вычислительной машины, получающей информацию от бортовых систем, а также с Земли. На пилотируемых кораблях управлять полетом и работой бортовых систем может экипаж. Современные системы радиосвязи позволяют осуществлять связь Земли с бортом космических объектов на огромных расстояниях.

У пилотируемых космических кораблей, кроме перечисленных, имеется система жизнеобеспечения (СЖО). Глубокий вакуум или отсутствие кислорода, резкие колебания температуры, вредные для человека космические излучения и коротковолновая ультрафиолетовая радиация, а также метеоритная опасность угрожают человеку в космосе. Проникновение человека в космическое пространство, связь и деятельность в нем возможны только при наличии специальных защитных приспособлений.

Защита от неблагоприятных действий космической среды осуществляется герметичной кабиной космического корабля и индивидуальным космическим скафандром. Система жизнеобеспечения создает в замкнутом объеме герметичной кабины необходимые для жизни и деятельности человека условия: поддерживает искусственную газовую среду с оптимальными параметрами как по составу, так по давлению и температуре; обеспечивает космонавтов пищей, водой и удаляет отходы жизнедеятельности.

──────

Глава 2. Структура космодрома

Немного истории

С незапамятных времен разум человека, его неудержимое познание мира устремлялись в космос. Древнейшие предания и мифы содержат множество описаний путешествий человека в космическое пространство, к Луне и Солнцу. Средства полета предлагались самые фантастические — и птицы, и бури, и деревянные кони, и даже магия. В эпоху мрачного средневековья мечта человека о полете в космос становится запретной, преследуется церковью. И только в эпоху Возрождения ученые и писатели-фантасты опять возвращаются к ней, предлагая уже и технические транспортные средства…

Ракету, как средство доставки человека на Луну предлагает Сирано де Бержерак в 1657 году в своей Книге «Иной свет, или Государства и империи Луны».

До наших дней дошли предания и о том, как в Китае в 1500 году при помощи пороховых ракет, установленных на воздушном змее, пытался совершить полет смелый испытатель Ван Гу, погибший при эксперименте.

По мере появления в научной и научно-фантастической литературе технических проектов космических полетов их авторы уже начинают задумываться не только о средствах полета, но и об устройствах, при помощи которых они будут осуществляться. Одно из первых — пушка и отрытая для нее в земле шахта в романах Жюля Верна «С Земли на Луну» и «Вокруг Луны».

Пытливая мысль, фантазия дают пищу для раздумий ученым и инженерам, а развитие науки и техники, в свою очередь, обогащает воображение писателей-фантастов. От смелой мечты — к научной мысли и от нее — к расчету, к эксперименту и инженерному воплощению, — таков путь развития цивилизации, вследствие которого неизбежно наступает период практического внедрения ракетной техники. Она находит разнообразное применение. Прежде всего в военной технике, потом уже в качестве спасательных, сигнальных и фейерверочных ракет. Боевое применение ракет, начатое еще китайцами и индусами в XVII―XVIII веках, было перенято и европейцами, сначала в Англии, а чуть позже в России. Боевые ракеты и пусковые станки к ним были разработаны А. Д. Засядко и К. И. Константиновым в России и Уильямом Конгревом в Англии. Ракеты и станки представляли «простейшие» направляющие для старта под углом к горизонту, применялись на суше и устанавливались на кораблях.

Появление нарезной артиллерии во второй половине XIX века вытесняет ракеты и только в самом конце века и начале XX инженерная и научная мысль опять возвращается к ним. К ракете, к реактивному движению обращается мысль инженера-изобретателя Н. А. Телешова, которому в 1867 году был выдан патент на летательный аппарат тяжелее воздуха (газы, образующиеся при взрыве смеси в полом цилиндре, истекая из него, перемещали аппарат).

В 1881 году накануне казни в Шлиссельбургской крепости народоволец Н. И. Кибальчич создает «Проект воздухоплавательного прибора». Проект Кибальчича резко отличался от всех известных ранее проектов, в которых подъемная сила аппарата для полета в атмосфере создавалась или крылом, или при помощи легкого газа (аэростат).

Н. И. Кибальчичем впервые был предложен ракето-динамический принцип создания подъемной силы. По этому проекту аппарат мог перемещаться и в безвоздушном пространстве. Другой русский ученый — С. С. Неждановский в 1880 году также пришел к мысли о создании реактивного летательного аппарата и произвел расчеты двух вариантов пороховых двигателей. Основной вклад в развитие космонавтики и ракетной техники внес наш великий соотечественник Константин Эдуардович Циолковский. Он первым в 1903 году указал на ракету, как на средство осуществления межпланетных полетов. Он является пионером космонавтики, глубоким мыслителем, разносторонним теоретиком, оригинальным конструктором и инженером. Его идеи развиваются и воплощаются в жизнь. К. Э. Циолковский работал не только над проблемами, связанными непосредственно с созданием ракеты, ее полетом, но и над элементами стартового оборудования.

Ракетно-космической технике посвятили свою деятельность ученые разных стран: в Советском Союзе — Ф. А. Цандер, С. П. Королев, В. П. Глушко, М. К. Тихонравов и многие другие; в Австро-Венгрии — Г. Оберт, в США — Р. Годдард.

В 1932―1933 годах в Советском Союзе были впервые в мировой практике разработаны станки для вертикального старта ракеты. 17 августа 1933 года с такого станка был произведен первый успешный запуск советской жидкостной ракеты «09» конструкции М. К. Тихонравова. Эта стартовая площадка, расположенная в подмосковном местечке Нахабино, явилась прообразом будущего космодрома, с которого почти четверть века спустя был запушен первый искусственный спутник Земли.

К началу 40-х годов в Советском Союзе была разработана боевая ракетная установка, получившая наименование «катюша». Стартовые устройства для пороховых ракетных снарядов могли быть установлены на земле, автомашине, боевом корабле или катере, самолете и даже, применительно к горной местности, — на лошади. Во время второй мировой войны в Германии появились ракеты на жидком топливе и были разработаны для них пусковые комплексы. Начинается бурное развитие ракетной техники, а следовательно, наступает и скачок в развитии наземных стартовых комплексов.

Общей чертой первых космодромов являлось то, что все они создавались на базе полигонов для боевых ракет.

Предшественницами космических ракет явились геофизические и метеорологические ракеты. Стартовые установки и оборудование для запуска этих ракет можно рассматривать как первое поколение космодромов. Для запуска таких ракет применялись подвижные наземные стартовые комплексы.

В США на полигоне Уайт-Сэндс (штат Нью-Мексико) в 1946 году начались запуски немецких ракет «V-2» по программе исследования верхних слоев атмосферы. Запуск производился с пускового стола. Ракету устанавливали при помощи установщика лафетного типа, заправляли топливом передвижные заправщики. Электропитание и контрольно-измерительная аппаратура были выполнены тоже в подвижном варианте. Вслед за этим «космодромом», на этом же полигоне появляется новый подвижной стартовый комплекс, с которого начинаются запуски двухступенчатой ракеты «Бампер-ВАК», имеющей в качестве первой ступени ракету «V-2», а второй — ракету ВАК-Корпорел.

В эти годы создаются и другие стартовые комплексы для ракет семейства «Найк», «Викинг», «Бампер». Они почти такие же, как и ракеты «V-2». Пусковая установка ракеты «Аэроби», предназначенной для исследования верхних слоев атмосферы, отличалась от ранее применявшихся. Она представляла собой башню высотой около 43 м. Оригинальная стартовая установка была создана для исследовательских ракет США «Дикон», «Рокун» и «Фан-Сайд». Эти ракеты с научными приборами и подопытными животными запускались с высоты 30―40 км от Земли следующим образом: ракета размещалась в направляющих, которые были подвешены к аэростату, имеющему сквозное отверстие, через которое пролетала ракета во время старта. Подъем стартовой площадки на высоту 30―40 км от поверхности Земли давал возможность избежать затраты топлива на преодоление сопротивления плотных нижних слоев атмосферы.

В 1950 году в США на мысе Канаверал в штате Флорида был создан Восточно-испытательный полигон для испытания ракет дальнего действия. В 1958 году в США было образовано национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА), и часть Восточно-испытательного полигона выделилось в Космический центр имени Джона Кеннеди.

В Советском Союзе с 1949 года проводились запуски высотных исследовательских ракет, которые поднимали довольно тяжелое для того времени научное оборудование. Так, в мае 1949 года первым запуском был осуществлен подъем научной аппаратуры весом около 130 кг на высоту 110 км. Стартовый комплекс для этих ракет состоял из подвижного наземного оборудования. В него входили установщик лафетного типа, пусковой стол, передвижная автовышка, передвижное электросиловое и контрольно-пусковое оборудование.

Новым шагом в исследовании космического пространства явился запуск в СССР в середине 50-х годов геофизической ракеты В-2-А. Эта ракета предназначалась для исследования верхних слоев атмосферы, фотографирования солнечного спектра и других научных экспериментов. При ее запуске проводились и медико-биологические исследования поднимаемых на высоту животных. Стартовый комплекс для этой ракеты был подвижным. Аналогичный по конструктивному выполнению был и стартовый комплекс для геофизической ракеты В-5-В.

В 1957 году для запуска метеорологических ракет создается подвижный стартовый комплекс на Земле Франца-Иосифа (остров Хейса). Пусковые установки для метеорологических ракет были смонтированы на научно-исследовательских судах Академии наук СССР — «Обь», «Профессор Визе», «Шокальский», «Войков».

В середине 50-х годов советские ученые и инженеры создают космодром «Байконур», с которого начался штурм Вселенной.

Где строить космодром?

Для нас стали привычными часто встречающиеся в газетах, книгах, радиорепортажах слова «старт», «космодром». Какой же объем знаний и пытливой инженерной мысли в них вложен?

Каждый искусственный спутник Земли, посылающий нам сегодня сигналы из просторов Вселенной, каждая ракета-носитель, выведенная на орбиту, побывали здесь, на космодроме. После путешествия от завода-изготовителя, здесь они проходили окончательную сборку и тщательную проверку. Здесь же впервые космический аппарат и ракета-носитель встретились перед запуском. Состыкованные в единою систему, они затем вместе продолжают свой далекий путь до момента разделения. Но прежде, чем выйти на траекторию полета, ракета-носитель с пристыкованным к ней космическим аппаратом после сборки и проверок доставляется к месту старта, и вся система проходит подготовку к запуску на стартовом столе, где осуществляется заправка ракеты-носителя компонентами топлива, здесь же занимают свои места при пилотируемом полете космонавты…

Окончены последние приготовления, все в ожидании старта. Космический аппарат уже работает в автономном режиме, включены бортовые источники питания. Ракета-носитель готова доставить его к «месту работы» в космическом пространстве. Идет отсчет последних секунд, и вот команда: — «Пуск». Космодром провожает очередного посланца зоркими «глазами» станций слежения, а он в ответ сообщает о своем «самочувствии». Так начинаются дороги во Вселенную всех космических летательных аппаратов; они начинаются здесь — на космодроме.

Известно, что при выведении космического аппарата на соответствующую орбиту или трассу полета большую роль играет время и место запуска.

Выбор места для космодрома является одним из первых этапов его создания и сопряжен с рядом определенных трудностей и ограничений.

Сначала следует остановиться на общем, если можно так сказать, «энергетическом» требовании. Подсчитано, что космодром выгоднее располагать как можно ближе к экватору, так как при разгоне в восточном направлении ракета-носитель получает дополнительную скорость. Эта скорость — окружная скорость космодрома, т. е. скорость его движения вокруг оси Земли благодаря суточному вращению планеты.

Величина этой скорости для определенной широты местности ψ выражается формулой V = 465 cos ψ, т. е. на экваторе она равна 465 м/с, а на широте Советского космодрома Байконур составляет примерно 316 м/с.

Эта дополнительная скорость довольно существенна. Достаточно сказать, что увеличение скорости всего на 1 м/с при запуске к Луне увеличивает дальность полета ракеты на 4000 км.

Поэтому совершенно очевидно, что с экватора ракетой может быть запущен более тяжелый космический аппарат, чем той же ракетой с любой из широт. Не случайно, следовательно, стремление строить космодромы как можно ближе к экватору. Так, американский космодром имени Д. Кеннеди расположен на широте около 25°, а французский космодром Куру во французской Гвиане — на широте около 5°.

Конечно, «энергетические ограничения» в выборе места космодрома — дело временное, пока мощность ракет-носителей ограничена.

Месторасположение космодрома должно быть достаточно удобно для транспортировки ракет-носителей, космических аппаратов и компонентов топлива. Это весьма существенное требование, так как размеры и масса современных космических ракет, да и отдельных космических аппаратов, достигают внушительных величин. Совершенно ясно, что космодром должен иметь железнодорожный узел с подъездными путями и средствами обслуживания, или порт для стоянки, разгрузки и маневров баржи и судов, или же аэродром со всеми свойственными ему службами.

При перевозке негабаритных тяжелых грузов предпочтительнее водный транспорт. Современные космодромы, как правило, имеют комбинированные транспортные средства: порт и железнодорожный узел, железнодорожный узел и аэродром или же все три средства. Конечно, почти всегда имеются и шоссейные дороги для автотранспорта.

Космодром — емкое энергохозяйство, поэтому он должен быть оборудован необходимыми энергокоммуникациями, теплоэлектроцентралями, трансформаторными подстанциями, линиями электропередач. Очень важен вопрос водоснабжения космодрома.

И, наконец, трассы полета запускаемых с космодрома ракет должны проходить над малонаселенными районами Земли, а зона падения отработавших ступеней ракет располагаться на незаселенных участках. Поэтому космодромы в основном размещаются в пустынных районах материков или на океанских побережьях. Так, американские Западный и Восточный испытательные полигоны находятся на Тихоокеанском и Атлантическом побережьях страны, а трассы запускаемых с них ракет проходят над водами этих океанов. Французский космодром Хаммагир расположен в пустыне Сахара, австралийский — в пустынном районе континента, а советский космодром Байконур в малонаселенной части степного Казахстана.

Таким образом, перечисленные основные требования к выбору места для космодрома свидетельствуют о их разнохарактерности и часто противоречивости и заставляют проектировщиков космодрома искать компромиссные решения, оптимально отвечающие всем предъявляемым требованиям.

Планировка комплекса

Выбрав место для будущего космодрома, его создатели должны определить правильную планировку этого сложного комплекса.

Необходимо рационально расположить на определенном участке земли оборудование космодрома, которое делится на две группы: специальное технологическое и общетехническое.

Специальное технологическое оборудование — это комплекс систем, агрегатов и машин, предназначенных для доставки ракет-носителей и космических аппаратов к месту запуска и проведения необходимой подготовки к осуществлению запуска, т. е. к этой группе относится оборудование, непосредственно участвующее в технологическом процессе от момента прибытия космического аппарата и его ракеты-носителя до старта их с космодрома.

Общетехническое оборудование — электросиловые подстанции, системы освещения, вентиляции, отопительное и противопожарное оборудование, системы связи, водоснабжение и канализация — обеспечивает работу агрегатов и систем первой группы.

Общая планировка космодрома определяется технологической схемой взаимодействия оборудования первой группы, т. е. схемой взаимодействия технологического оборудования (рис. 5). Это оборудование в зависимости от характера выполняемых работ, распределяется в двух основных зонах космодрома: на технической и стартовой позициях космодрома.

Оборудование для приема ракет-носителей и космических аппаратов после транспортировки с завода-изготовителя, разгрузки, хранения, сборки, испытаний, стыковки ракеты-носителя и космического аппарата, заправки космического аппарата сжатыми газами и компонентами топлива сосредоточено на технической позиции космодрома.


Рис. 5. Схема взаимодействия технологического оборудования


Оборудование для установки ракеты-носителя с пристыкованным космическим аппаратом на пусковую систему, проверки, заправки ракеты-носителя компонентами топлива и проведения подготовительных операции перед пуском расположено на стартовой позиции космодрома. На некоторых космодромах операции сборки ракет-носителей и пристыковки к ним космических аппаратов выполняются непосредственно на пусковой системе стартовой позиции.

Таким образом, общая планировка космодрома должна соответствовать принципам деления технологического оборудования (рис. 6).

Специальное технологическое оборудование в зависимости от назначения состоит из подъемно-транспортного оборудования; оборудования для заправки ракеты-носителя и космического аппарата компонентами топлива; системы заправки сжатыми газами; системы прицеливания; испытательного оборудования; проверочно-пускового и радиотехнического оборудования.


Рис. 6. Современный космодром:

А, Б, В — стартовые позиции; Г — техническая позиция; 1 — заправочная башня; 2 — башня обслуживания; 3 — станция заправки; 4 — монтажный корпус; 5 — здание вертикальной сборки; 6 — компрессорная станция; 7 — командный пункт; 8 — хранилище окислителя; 9 — ресиверная; 10 — бассейн; 11 — командный пункт; 12 — газоотражатель; 13 — газоотводный канал; 14 — пусковая система; 15 — башня для приборов; 16 — транспортер; 17 — радиолокатор; 18 — укрытие; 19 — хранилище горючего; 20 — заправочная станция водорода; 21 — к испарительным площадкам


Подъемно-транспортное оборудование (иногда оно делится на транспортное, подъемно-перегрузочное и установочное оборудование) служит для передвижения ракеты-носителя и космического аппарата в пределах космодрома, перегрузки их с одного вида транспорта на другой, для подъемно-перегрузочных операций при стыковке и сборке ступеней ракет, а также для установки ракеты-носителя и космического аппарата на пусковую установку.

Заправочное оборудование — это комплекс специальных агрегатов и систем для заправки ракет-носителей и космических аппаратов компонентами топлива, а также для транспортировки топлива и его хранения.

Системы заправки сжатыми газами предназначены для транспортировки, хранения сжатого воздуха и заполнения им или нейтральным газом емкостей ракет и космических аппаратов.

Для пространственного ориентирования ракеты-носителя или элементов ее бортовой системы управления перед запуском для получения заданных параметров полета на активном участке траектории служит система прицеливания.

Испытательное оборудование — это совокупность специальных пультов, испытательных станций, устройств для проведения контрольно-проверочных испытаний приборов, агрегатов, систем ракеты-носителя, а также состыкованных ракеты-носителя и космического аппарата как на технической, так и на стартовой позициях.

Проверочно-пусковое оборудование представляет собой наземную часть системы управления запуском, обеспечивающую предстартовую подготовку и подачу команд на пуск.

Телеметрические измерения и радиоконтроль траекторных измерений с целью управления полетом ракеты-носителя с Земли проводятся радиотехническим оборудованием.

Оборудование второй группы, т. е. общетехническое, обеспечивающее выполнение технологическим оборудованием его функций, может также располагаться как на технической, так и на стартовой позициях.

Помимо технической и стартовой позиций, на космодроме имеются вспомогательные зоны: для хранения компонентов топлива, жилая, учебный центр, вычислительный центр и службы управления, энергоснабжения, водоснабжения и др. Все эти зоны и службы подчинены единому управлению и сообщаются между собой средствами связи и транспортными коммуникациями.

Кроме основной задачи — подготовить ракету-носитель и космический аппарат к старту и осуществить их запуск, на космодроме проводится вспомогательная, но не менее важная работа, определяющая его научно-исследовательское и испытательное значение. Современный космодром, по существу, является научно-исследовательским центром по отработке, испытанию и доводке ракетно-космической техники. Здесь собирается и обрабатывается статистический материал о работе как отдельных видов оборудования, так и целых комплексов, ведутся комплексные испытания ракет-носителей и стартового оборудования. Здесь же, во время испытаний, конструкторские бюро совместно с научными институтами — разработчиками космической техники вносят в их конструкцию необходимые изменения. Во время испытаний используется большое количество различной контрольно-измерительной и регистрирующей аппаратуры. Радиотелеметрическая аппаратура осуществляет контроль за работой агрегатов и систем ракеты-носителя и космического аппарата после их старта.

Итогом всей этой сложной работы является запуск одной из самых сложных машин, когда-либо созданных человеком, — ракеты-носителя с космическим аппаратом на борту.

Все проектные работы по созданию космодрома выполняет головная организация-разработчик, на которую возлагаются обязанности и по координации работ, и контроль за ходом выполнения строительных работ и изготовлением технологического оборудования.

При проектировании космодромов конструктор каждый раз идет непроторенными путями, и прежде чем на чертеже появятся первые линии, он должен мысленно представить весь объем работы космодрома, связь его элементов и взаимодействие агрегатов, чтобы в процессе последующих расчетов рассматривать различные конструктивные решения отдельных агрегатов без нарушения схемы их общего взаимодействия. И только после выполнения необходимых расчетных работ по обеспечению взаимодействия элементов космодрома появляются на чертежах наброски будущих агрегатов, систем и сооружений, которые еще будут изменяться, пересчитываться, из нескольких вариантов будет найден оптимальный, результаты расчетов будут проверяться на стендах и экспериментальных установках, свое слово еще скажут металлурги, химики, строители, электронщики и многие другие специалисты, принимающие участие в разработке. Но космодром уже живет, уже работает в мыслях конструктора, и каждый дальнейший день работы делает его более реальным и совершенным.

──────

Глава 3. Техническая позиция

На технической позиции космодрома располагается оборудование, обеспечивающее прием ракет-носителей и космических аппаратов после транспортировки от завода-изготовителя, разгрузку, хранение, сборку, проверочные испытания, стыковку ракеты-носителя и космического аппарата, заправку космического аппарата компонентами топлива и сжатыми газами.

Путь на космодром

Космические аппараты, ракеты-носители и комплектующие их элементы создаются на разных заводах, а затем доставляются к месту окончательной сборки — на космодром.

Как объект транспортировки они отличаются рядом особенностей, которые необходимо учитывать при выборе средств перевозки. К этим особенностям прежде всего относятся большие массы и габариты, особенно длина, наличие на борту ракеты и космического аппарата весьма чувствительной к перегрузкам аппаратуры, малая жесткость конструкций и ограниченные возможности корпуса ракеты-носителя воспринимать изгибающие моменты и ударные нагрузки.

Для доставки ракет-носителей и космических аппаратов используется железнодорожный, автодорожный, воздушный и водный транспорт. Выбор того или иного вида транспорта (рис. 7) определяется технической характеристикой ракеты и космического аппарата (габариты, масса, жесткость), расстоянием, наличием и состоянием транспортных средств. При перевозке на большие расстояния предпочтительнее железнодорожный транспорт.


Рис. 7. Схема средств транспортировки ракет-носителей и космических аппаратов


Для доставки ракет-носителей и космических аппаратов на космодром по железной дороге применяются специально оборудованные вагоны и приспособленные для этих перевозок вагонные разборные кузова, платформы и полувагоны. Железнодорожные вагоны имеют открывающуюся торцевую стенку, опорные ложементы или ложементные тележки для контейнера ракеты или космического аппарата, передвижную раму с механизмом передвижения и откидными опорами. Рама перемещается на катках по рельсам, закрепленным на полу кузова вагона. При погрузке и выгрузке контейнера рама выкатывается из вагона, откидные опоры под действием собственной массы опускаются катками на рельсы железнодорожного пути и фиксируются в таком положении.

Специальные разборные вагонные кузова собираются из отдельных секций боковых и концевых стен и крыш на базе стандартных грузовых железнодорожных платформ. Погрузка и выгрузка ведется грузоподъемным краном при помощи траверсы при снятой крыше или полностью разобранном кузове.

Ракету-носитель и космический аппарат укладывают в вагон на специальные ложементы и опоры для крепления амортизационными устройствами. Количество опор определяется конструкцией ракеты-носителя или космического аппарата, расположением силовых поясов, величиной максимальных нагрузок. Обычно используют переднюю и заднюю опоры. Передняя опора воспринимает при транспортировке радиальные нагрузки от ракеты-носителя, а задняя — как радиальные, так и осевые. Иногда на торцах ступеней ракет-носителей устанавливают транспортировочные фермы для крепления.

В США для перевозок космического оборудования разработана специальная система амортизаторов и опор различного вида (плоские, цилиндрические, тороидальные, надувные подушки).

Недостаток транспортировки по железным дорогам — габаритные ограничения. Например, по железным дорогам США можно транспортировать грузы диаметром 4,2 м. Диаметр же первой ступени ракеты-носителя «Сатурн-5» более 10 м.

Транспортировка на расстояние до нескольких сот километров обычно осуществляется по шоссейным дорогам автодорожными самоходными и буксируемыми средствами.

Самоходные средства транспортировки используются для сравнительно небольших ракет. Ракета размещается и закрепляется непосредственно на шасси автомобиля или гусеничной машины. Эти средства транспортировки гораздо компактнее буксируемых средств и имеют большую маневренность и проходимость, но их допустимая грузоподъемность ограничена.

Буксируемые автотранспортные средства в зависимости от способа соединения с тягачом бывают полуприцепными и прицепными.

У полуприцепных — буксируемая тележка связана с тягачом специальным опорно-сцепным устройством, закрепленным на раме тягача. При этом часть массы ракеты-носителя и тележки воспринимается ходовой частью тягача. Тележка-полуприцеп имеет дополнительную откидную опору на случай стоянок без тягача.

У прицепных же транспортных средств буксируемая тележка шарнирно связана дышлом с тягачом, и вес на ходовую часть тягача не передается. Прицепные тележки могут быть активными и пассивными. Активные прицепы движутся не только за счет тяги, создаваемой тягачом, но и за счет своих ведущих колес, что в значительной мере повышает проходимость транспортного поезда.

Буксируемые тележки как прицепные так и полуприцепные, состоят из рам, ложементов, опор и захватов для крепления ракет-носителей или их ступеней. Для защиты от пыли и влаги предусмотрено съемное покрытие. Длина грунтовой тележки от 30 до 60 м. Грунтовой транспортер для перевозки ступени ракеты-носителя «Сатурн-5» показан на рис. 8.


Рис. 8. Грунтовой транспортер для перевозки ступени ракеты-носителя «Сатурн-5»


С увеличением размеров ракет-носителей внимание конструкторов все чаще стал привлекать водный способ транспортировки, при условии, если космодром имеет удобные водные коммуникации. Для перевозок по воде могут быть использованы баржи, суда, плавучие доки и специальные плавающие платформы, но, естественно, скорость транспортировки при этом ограничена. Для перевозки ступеней ракеты-носителя «Сатурн-5» в США применялась самоходная баржа (рис. 9).

В настоящее время в США имеются проекты перевозок особо больших ступеней ракет непосредственно буксированием их по воде. Естественно, что ступень ракеты должна быть предварительно загерметизирована и приняты все меры, предупреждающие возможность появления коррозии.

При ограниченных сроках перевозок или невозможности использовать перечисленные выше средства можно доставлять ракеты-носители и космические аппараты и авиационным транспортом — самолетами и вертолетами. Большие габариты грузовых отсеков, грузоподъемность и высокая скорость полета современных авиационных средств позволяют доставлять ракетную технику на большие расстояния и в короткие сроки. Ракетно-космическое оборудование может размещаться как внутри грузовых отсеков, так и на специальных рамах самолета или вертолета в подвешенном состоянии. Скорость доставки выгодно отличает авиационные средства транспортировки от других средств. К недостаткам этого вида транспорта следует отнести, прежде всего, весовые и габаритные ограничения и относительно высокую стоимость перевозок.


Рис. 9. Транспортировка ступени ракеты-носителя на барже по каналу


Для перемещения крупногабаритных грузов специалисты предлагают использовать дирижабли. Дирижабль может перевозить значительно большие по весу и габаритам грузы, чем самолет, а для посадки ему нужна небольшая по размерам и довольно просто оборудованная посадочная площадка.

После доставки на космодром ракета-носитель и космический аппарат некоторое время хранятся в специальных хранилищах, или поступают сразу на сборку в монтажно-испытательный корпус (МИК).

Для погрузочно-разгрузочных работ, а также для сборки и стыковки ступеней ракет и космических аппаратов используется подъемно-перегрузочное и стыковочно-монтажное оборудование. Классификация этого вида оборудования представлена на рис. 10.

Грузоподъемные краны и подъемные механизмы: домкраты, подъемники, лебедки, тали применяются для подъема или опускания грузов, а также их перемещения в поднятом состоянии.


Рис. 10. Классификация подъемно-перегрузочного и стыковочно-монтажного оборудования


Грузоподъемные краны, применяемые на космодромах, по типу конструкции, степени подвижности, направлению перемещения груза, грузоподъемности и приводу можно классифицировать на следующие группы. По типу конструкции: на стреловые, козловые, мостовые, башенные и мачтовые. По степени подвижности: на стационарные, полустационарные и передвижные. Передвижные, в свою очередь, — на самоходные, полуприцепные и прицепные. Ходовая часть передвижных кранов может быть колесной, гусеничной, рельсовой и плавучей.

Полустационарные краны перемещаются на небольшие расстояния, в пределах рабочей площадки. Стационарные краны — башенные, портальные и мачтовые — перемещают груз в любую точку внутри круга, описанного вылетом стрелы крана.

По направлению перемещения груза различаются краны: с прямолинейно-поступательным перемещением груза в двух взаимно перпендикулярных плоскостях; с перемещением груза в произвольном направлении; с поворотной стрелой и радиальным перемещением груза за счет изменения вылета стрелы или перемещения тележки; комбинированные, т. е. обеспечивающие поступательное движение крановой тележки или самого крана с одновременным поворотом стрелы.

По грузоподъемности краны делятся на легкие (до 10 тс), средние (от 10 до 40 тс) и тяжелые (выше 40 тс). Грузоподъемность полуприцепных колесных кранов до 25 тс, гусеничных — до 50 тс. Краны грузоподъемностью выше 50 тс — в основном стационарные и железнодорожные.

Краны бывают с механическим, электрическим, гидравлическим и пневматическим приводами. Чаще используются краны с механическим, электрическим или гидравлическим приводом.

К группе грузоподъемного оборудования относятся домкраты и простейшие подъемные механизмы. Чаще всего применяются винтовые и гидравлические домкраты с ручным и электрическим приводом. Грузоподъемность винтовых и гидравлических домкратов очень большая.

Для подъема обслуживающего персонала на различные ярусы фермы обслуживания или сборочного стапеля в МИКе для вертикальной сборки ракеты-носителя служат лифты.

Для подъема груза на небольшую высоту и выполнения в этом положении монтажных и погрузочно-разгрузочных работ применяются тали, лебедки, которые могут служить и для горизонтального перемещения груза, а также для самовыкатывания подвижных агрегатов наземного оборудования.

Довольно широко используется бескрановый способ перегрузки ракет или их ступеней. Этот способ схематично можно представить так: перед погрузкой и выгрузкой транспортно-перегрузочный агрегат пристыковывается к агрегату, с которого идет выгрузка; рама агрегата горизонтально вывешивается на гидроупорах, а груз, находящийся на ложементных тележках, выкатывается или вкатывается при помощи троса лебедки транспортно-перегрузочного агрегата. Преимущества этого способа — большая сохранность груза (груз не приходится поднимать, а это исключает возможность ударов или падений).

К стыковочно-монтажному оборудованию относятся стыковочные приспособления и монтажно-стыковочные тележки.

Для установки, укладки или подачи деталей на определенное место в строго ориентированном положении используются подвесные, навесные и напольные манипуляторы. Для соединения ступеней ракеты-носителя, стыковки блоков больших космических аппаратов, а также для стыковки ракеты с космическим аппаратом применяются монтажно-стыковочные тележки. Механизмы, расположенные на платформе тележки, обеспечивают такое взаимное положение ступеней ракеты, при котором соединительные узлы, расположенные на шпангоутах, точно совпадают.

Оборудование для доставки ракетно-космической техники на космодром, а также для производства всевозможных перегрузочных и монтажно-стыковочных работ размещается в основном на технической позиции, на пути к стартовой позиции и, иногда, на самой стартовой позиции.

Монтажно-испытательный корпус

В большинстве случаев ракеты-носители и космические аппараты собираются и стыкуются в монтажно-испытательном корпусе на технической позиции.

Сборка, испытание и подготовка космических аппаратов могут производиться как в специальном монтажно-испытательном корпусе космического объекта, так и на специализированном участке монтажно-испытательного корпуса. Для этого используется сборочное, испытательное и контрольно-проверочное оборудование.

Сам монтажно-испытательный корпус космического объекта напоминает большую лабораторию. А сборка космического аппарата иногда похожа на сложную хирургическую операцию или на работу группы часовых мастеров, выполняющих сборку точнейшего часового механизма. Здесь работают прибористы, электрики, двигателисты, химики и специалисты из многих других областей знаний.

Размеры монтажно-испытательного корпуса зависят от размеров собираемых ракет-носителей и способа сборки.

Можно выделить три основных способа сборки ракет-носителей и космических аппаратов: горизонтальный, смешанный и вертикальный.


Рис. 11. Научная орбитальная станция «Салют» в монтажно-испытательном корпусе для горизонтальной сборки


При горизонтальной сборке ступеней ракет-носителей, а также пристыковке к ним космических аппаратов нет необходимости в постройке высокого монтажно-испытательного корпуса. Но вследствие того, что операции стыковки ступеней, проверок и испытаний ракет-носителей в монтажно-испытательном корпусе осуществляются в нерабочем (горизонтальном) положении, после транспортировки ракеты-носителя с пристыкованным космическим аппаратом с технической позиции на стартовую и установки ее в вертикальное положение на пусковую систему необходимо провести повторные комплексные испытания систем. Операция же подъема ракеты-носителя из горизонтального положения в вертикальное является достаточно сложной в техническом отношении задачей.

В качестве примера можно привести горизонтальную сборку научной орбитальной станции «Салют» (рис. 11). Собранные и состыкованные в монтажно-испытательном корпусе космический корабль и ракета-носитель перегружаются на железнодорожный транспортер (рис. 12), который представляет собой железнодорожную платформу с поворотной стрелой и гидросистему с гидродомкратами, переводящими эту стрелу из горизонтального положения в вертикальное, и наоборот. На стрелу, опущенную в горизонтальное положение, укладывается и крепится ракета с кораблем.


Рис. 12. Транспортировка ракеты-носителя и корабля «Союз» на железнодорожной платформе


При втором способе (смешанном) сборка отдельных ступеней ракеты-носителя происходит в горизонтальном положении в монтажно-испытательном корпусе, затем ступени доставляются на стартовую позицию, где на пусковом столе ракета-носитель окончательно собирается и к ней пристыковывается космический аппарат.

Этот способ сборки чаще всего используется на космодромах, расположенных в зоне мягкого климата, когда ряд работ можно вести на стартовой позиции. Монтажно-испытательный корпус при этом значительно сокращается в размерах, уменьшается его стоимость и нет необходимости в дорогостоящей транспортировке собранной ракеты-носителя из монтажно-испытательного корпуса на стартовую позицию. Выполнение операции сборки ракеты-носителя на пусковой системе сокращается, однако для выполнения более интенсивной программы пусков требуется строительство дополнительных стартовых площадок.

Вертикальная сборка отдельных ступеней и сборка всей ракеты-носителя осуществляется в вертикальном положении в монтажно-испытательном корпусе. Для такой сборки монтажно-испытательный корпус строится из двух частей: высотной и низкой. Отдельные ступени ракеты-носителя собирают в низкой части монтажно-испытательного корпуса. В высотной части монтажно-испытательного корпуса производится вертикальная сборка ракеты-носителя непосредственно на верхней части пусковой системы. В таком положении ракета-носитель транспортируется затем на стартовую площадку. Здесь расположены выдвижные площадки, создающие ряд ярусов, позволяющих производить круговое обслуживание собираемой ракеты-носителя. Некоторые из этих площадок могут передвигаться в вертикальном направлении. Такая схема сборки принята в США для ракеты-носителя «Сатурн-5».

Вертикальная сборка ракет-носителей в монтажно-испытательном корпусе и последующая их транспортировка на стартовую позицию обусловлена определенными трудностями при проектировании и строительстве МИКа из-за необходимости сооружения высотной части. Так, например, высота монтажно-испытательного корпуса для вертикальной сборки ракеты-носителя «Сатурн-5» (рис. 13) и космического корабля «Аполлон» достигает 160 м. Каркас такого здания изготовлен из стали, а стены и крыша — из алюминиевых сплавов.

Транспортировка ракеты-носителя с пристыкованным аппаратом с технической позиции на стартовую осуществляется по специальному тракту гусеничными тягачами. Тракт имеет две колеи.

Возможна транспортировка по специальному железнодорожному пути на транспортно-пусковой платформе.

Следует иметь в виду, что при транспортировке ракета-носитель и кабель-заправочная башня подвержены значительным ветровым нагрузкам.

Существует проект вертикальной сборки ракеты-носителя в монтажно-испытательном корпусе на барже, когда перевозка на стартовую позицию осуществляется по каналу, а запуск ракеты-носителя происходит с той же баржи, после окончания откачки воды из пусковой части канала.


Рис. 13. Монтажно-испытательный корпус для вертикальной сборки ракеты-носителя «Сатурн-5»


Для ракет-носителей, имеющих жидкостные ракетные двигатели и твердотопливные ускорители, требуется создание двух монтажно-испытательных корпусов. Первый — для сборки и испытания жидкостной ракеты, а второй — для сборки твердотопливных ускорителей и пристыковки их к жидкостной ракете. Мостовые краны, используемые для сборки ракет-носителей, имеют в два раза больше двигателей по сравнению с обычными. При подъеме грузов работают сразу два двигателя, дублирующие друг друга (в случае отказа одного из них, второй может обеспечить выполнение операции до конца, а в случае выхода из строя части подъемного устройства, вторая половина блоков и тросов в состоянии выдержать полную нагрузку).

В том случае, когда окончательная сборка ракеты-носителя и пристыковка к ней космического аппарата осуществляются непосредственно на пусковом столе, на стартовой позиции должны быть соответствующим образом оборудованы агрегаты и системы, принимающие участие в сборке, т. е. необходимо иметь грузоподъемное оборудование, площадки на башне обслуживания для выполнения сборочных работ, контрольно-проверочную аппаратуру.

Заправочная станция

После сборки и испытаний космический аппарат направляется на заправочную станцию, где получает необходимый запас топлива и сжатых газов. Операции по заправке топливом и сжатыми газами занимают одно из важных мест в процессе подготовки космического аппарата к запуску. При этом необходимо точное дозирование компонентов топлива и сохранение заданного температурного режима.

Заправочная станция космодрома — сложное инженерное хозяйство. Как правило, это большое цехового типа помещение, через которое проходят железнодорожные пути. Вдоль дороги расположены заправочные колонки для герметического соединения гидравлических коммуникаций заправляемого объекта, т. е. космического аппарата, с гидрокоммуникациями емкости для хранения компонентов топлива. Заправочных колонок, как и емкостей топлива, — множество. Это и естественно, ведь на современных космических аппаратах применяются двигательные установки различного назначения. Одни предназначены для разгона аппарата (маршевые), другие — для коррекции траектории полета (корректирующие), третьи служат для торможения, четвертые — для ориентации. Как правило, все эти двигательные установки работают на топливе разных компонентов. Кроме того, нужны еще и газовые колонки для заправки аппаратов гелием и азотом; и колонки вакуумирования для создания в некоторых объемах разрежения.

Вот отсюда и кажущаяся на первый взгляд неоправданность такого обилия заправочных колонок.

В этом, основном, заправочном зале космический аппарат на железнодорожной платформе движется по путям мимо заправочных колонок, останавливается перед нужной и производит заправку, затем перемещается к следующей.

Заправочные колонки соединяются топливной магистралью с дозаторами и через них с хранилищем топлива или топливного компонента. В дозаторной осуществляется одна из самых ответственных операций заправки — набор количества компонентов топлива, определенного полетным заданием и тщательный контроль набранной дозы. (Как правило, дозировка контролируется взвешиванием продукта.)

На высокоточных весах выставлена емкость дозатора, снизу или сверху к ней подходят гибкие шланги. Количество коммутационных связей дозатора должно быть минимальным, так как масса шлангов и их жесткость влияют на точность взвешивания. Поэтому наполнение дозатора и выдача компонента из него производится по одному и тому же гибкому шлангу.

После набора определенного количества топливного компонента в дозатор подается под давлением газ, который выталкивает компонент к заправочной колонке, т. е. применяется так называемый вытеснительный способ заправки.

Как уже упоминалось ранее, топливо в дозаторную поступает из хранилищ, предназначенных для приема топлива от железнодорожных или автоцистерн и длительного его хранения. Топливо должно иметь заданные параметры, в частности, температуру, определенный процент примесей и влаги. Поэтому хранение компонентов топлива это тоже ответственный момент в работе технической позиции. Емкость для хранения топлива оборудованы приемными и сливными коммуникациями, пробоотборниками, контрольными, предохранительными и другими устройствами.

Хранилища связаны между собой и с насосной станцией. Насосная станция подает компонент топлива в дозатор и перекачивает из транспортных цистерн в хранилища, а также перемешивает, когда необходимо выровнять температуру топлива по всему объему емкости. Кроме того, насосы станции прокачивают компонент через теплообменник, который совместно с емкостями хранилища и регулирующей аппаратурой образует огромный термостат.

Обычно в насосной, а точнее в специальных углублениях пола, располагаются вспомогательные емкости для слива остатков компонентов топлива из магистралей и насосов после окончания заправки. Затем остатки топлива удаляются из емкостей при помощи системы пневматического выдавливания в специальные емкости. В дальнейшем остатки химически нейтрализуются или сжигаются.

Холодильный центр располагается отдельно от оборудования заправочной станции. Вырабатываемый холод подается к месту потребления, т. е. к теплообменникам емкостей для хранения компонентов топлива.

Обычно на втором этаже здания заправочной станции располагаются пульты дистанционного и автоматического управления процессом заправки космического аппарата компонентными топливами.

Заправка космического аппарата занимает в общем цикле подготовки к запуску незначительное время. Но работа станции по подготовке и заправке начинается задолго до того, как на нее прибывает космический аппарат. Прежде всего компоненты топлива предельно охлаждают для того, чтобы максимально повысить их удельный вес. Такое охлаждение компонентов заложено в технологическую схему заправки еще при разработке космического аппарата, что позволяет конструировать баки минимального объема, а следовательно, и минимальной массы.

Кроме охлаждения компонентов топлива, на заправочной станции производится их деаэрация. Известно, что газ, содержащийся в жидкостях в растворенном или во взвешенном состоянии, на участках гидромагистралей с пониженным давлением выделяется из жидкости и скапливается в виде пузырьков. Это приводит к резкому увеличению гидравлического сопротивления магистралей, а следовательно, к срыву работы насосов. Особенно страшны такие газовые пузыри в невесомости, где нет четкой границы между жидкой и газовой фазами. Образующие пузырьки могут нарушить работу двигательной установки в самые ответственные моменты. И совершенно ясно, что в отдельных случаях (при коррекции траектории, торможении для перехода с трассы перелета на околопланетную, торможении во время посадки) это может привести к невыполнению программы и даже к аварии космического аппарата.

В отдельных случаях, чтобы избежать такие неблагоприятные моменты, применяются микродвигатели, которые перед включением основного двигателя создают искусственную силу тяжести и отгоняют воздушно-газовую подушку от заборника гидромагистрали двигателя. Но это значительно усложняет систему управления и снижает надежность работы всего аппарата.

Поэтому перед заправкой топлива в баки космического аппарата стараются уменьшить концентрацию газа. Можно было бы полностью удалить газ из жидкости вакуумированием, но при этом в процессе вакуумирования происходит интенсивное испарение более летучих фракций топливного компонента, а это приводит к изменению его свойств. Поэтому применяется деаэрация, которая заключается в замене хорошо растворимых в жидкости газов (таких как кислород, азот) на менее растворимые (например, гелий).

Таким образом, охлаждение или как принято говорить у специалистов «захолаживание» и деаэрация являются основными операциями при подготовке топлива к заправке.

Мы познакомились с основными принципами работы заправочной станции и с ее оборудованием. Необходимо только добавить, что станция имеет мощную противопожарную систему и приточно-вытяжную вентиляцию.

После окончания заправки космический объект доставляется в монтажно-испытательный корпус, откуда уже вместе с ракетой-носителем — на стартовую позицию. В том случае, когда в процессе транспортировки возможно изменение температуры компонентов топлива, превышающее допустимые пределы, транспортные средства снабжаются системами термостатирования, для поддержания необходимого температурного режима.

Ракета-носитель с пристыкованным космическим аппаратом, пройдя все операции сборки и подготовки на технической позиции, доставляется на стартовую позицию, где начинается второй этап подготовки ее к запуску.

──────

Глава 4. Стартовая позиция

На стартовой позиции все проникнуто настроением будущего полета космического аппарата. Отсюда, где размещена пусковая установка, осуществляется запуск. Несмотря на то, что это уже не первый запуск ракеты-носителя, и не первый подобный космический аппарат, но волнения остаются такими же, как и в первый раз, те же заботы людей, вложивших огромный труд в подготовку этого события. Выполнение технических операций подчиняется общему плану подготовки, требующему такой же точности и четкости, как и на предыдущих этапах.

Какое же оборудование используется на стартовой позиции при подготовке ракеты-носителя и космического аппарата к запуску? Это — установочные агрегаты, транспортно-установочные агрегаты и транспортно-установочные тележки (на некоторых космодромах транспортно-пусковые платформы), пусковые системы и пусковые сооружения, агрегаты обслуживания ракет-носителей и космических аппаратов на пусковой системе, специальные рельсовые пути для передвижения агрегатов обслуживания, хранилища компонентов топлива для ракеты-носителя и криогенных компонентов топлива для космического аппарата, системы заправки топливом, станция газоснабжения и системы заправки ракеты-носителя и космического аппарата сжатыми газами. Следует сказать о системах термостатирования, холодильных установках, помещениях для нейтрализации оборудования при использовании токсичных компонентов топлива, о комплексе автоматических и дистанционных систем управления, комплексе стартовой аппаратуры для ракеты-носителя и космического аппарата и о сооружениях командного пункта. Здесь находятся также и системы тушения пожаров, молниеотводов — диверторов, подъездные пути и трансформаторная подстанция.

Перечислены наиболее крупные системы и сооружения, обеспечивающие выполнение основного цикла работ с ракетой-носителем и космическим аппаратом на стартовой позиции.

Установочное оборудование

Установочное оборудование (установщики) предназначается для установки ракет-носителей на пусковые устройства стартовой позиции или для их снятия в случае несостоявшегося пуска.

В настоящее время на космодромах в основном применяются транспортно-установочные агрегаты, совмещающие в себе функции транспортных, и установочных средств. Они доставляют ракету-носитель от монтажно-испытательного корпуса на стартовую позицию к пусковому устройству. Естественно, что конструкция установочного оборудования в значительной степени зависит от типа ракетного комплекса, ракеты, способа ее установки на пусковое устройство, а также и от типа пускового устройства. Это оборудование может быть классифицировано на несколько групп по следующим основным принципам: 1) по способу установки ракеты на пусковое устройство: с использованием способов «вывешивание» и «опрокидывание»; 2) по типу конструкции силового несущего элемента: с подъемно-вращающейся стрелой, с опорно-мачтовой стрелой, с подъемной стрелой; 3) по степени подвижности: подвижное, полустационарное, стационарное.


Рис. 14. Установка ракеты-носителя с кораблем «Союз» на стартовое устройство:

а — подъем ракеты-носителя; б — ракета установлена


Установщик с подъемно-вращающейся стрелой представляет собой специальный подвижной колесный грузоподъемный кран с поворотной платформой и изменяемым вылетом стрелы. Ракета подвозится к пусковому устройству на транспортной тележке. Стрела установщика размещается над ракетой и такелажными приспособлениями, и ракета крепится к стреле захватами. Затем стрела с закрепленной на ней ракетой поднимается в вертикальное положение и поворотом платформы крана устанавливается во взвешенном состоянии над пусковым устройством. После этого, манипулируя полиспастовой системой, удлиняя канаты, ракету вертикализируют и опускают на пусковой стол. Установщик такого типа используется, например для американских ракет «Титан-2» и «Редстоун».

Преимущество подобного способа заключается в том, что кран-установщик можно использовать и для других грузоподъемных целей, кроме того исключается операция по перегрузке ракеты с транспортного агрегата на установщик.

К недостаткам следует отнести большую массу установщиков, продолжительность и трудоемкость рабочих операций по установке ракеты-носителя. Естественно, что подобный способ установки неприменим для больших и тяжелых ракет-носителей.

Установщик с опорно-мачтовой стрелой используется при установке ракеты-носителя на пусковое устройство способом «опрокидывания». Схема установки по этому способу такова: установщик пристыковывается к пусковому сооружению или устройству с одной стороны, а транспортный агрегат с ракетой — с другой. Вертикально поднятая стрела установщика служит при этом опорной мачтой канатно-полиспастовой системы, которую приводит в действие лебедка установщика. Ракета может устанавливаться двумя способами. При первом — ракета шарнирно пристыковывается к пусковому устройству, а канатно-полиспастовая система крепится к ракете. При работе лебедкой ракета поднимается в вертикальное положение, а транспортный агрегат остается на месте. При втором — ракету поднимают вместе с рамой транспортного агрегата, которую предварительно освобождают от тягача. В этом случае канатно-полиспастовая система крепится к раме транспортера, а сама рама транспортера — шарнирно к пусковому устройству. После установки ракеты-носителя на пусковое устройство раму транспортера опускают на колесный ход тягача транспортера.

Опорно-мачтовая стрела установщика переводится в вертикальное положение одним или двумя гидродомкратами телескопического типа. Вкачестве механизма подъема ракеты используются грузовые лебедки с электромеханическими или электрогидравлическими приводами. При таком способе установки нет необходимости в перегрузке ракеты-носителя с транспортного агрегата на установщик, кроме того получение большого плеча подъема за счет большой высоты опорно-мачтовой стрелы позволяет поднимать большегабаритные и большегрузные ракеты-носители.

Недостатком этого способа является большая масса установщика, необходимая для его устойчивости при подъеме ракеты-носителя, большие габариты в рабочем положении, наличие лебедки и механизма подъема опорно-мачтовой стрелы, быстрая изнашиваемость канатно-полиспастной системы.

Наибольшее распространение на космодромах получили установщики с подъемной стрелой. На раме установщика шарнирно закреплена стрела подъема, на которой располагается ракета-носитель. Ракета-носитель укладывается на ложементы стрелы и крепится к ней, как правило, в двух местах. Передние шарнирно-раскрывающиеся захваты прижимают ракету к ложементам и удерживают ее в основном в поперечном направлении. Заднее крепление фиксирует ракету как в поперечном, так и в продольном (осевом) направлениях. Ракета-носитель поднимается в вертикальное положение вместе со стрелой установщика при помощи механизма подъема, чаще всего для этого применяются телескопические гидродомкраты. Поднятая в вертикальное положение ракета стыкуется с опорами пускового устройства. После этого ракету освобождают от стрелы, стрела опускается и установщик может быть отведен от пускового устройства. Иногда на стреле установщика монтируются площадки обслуживания и тогда установщик не отводится от ракеты до тех пор, пока не будет проведена предстартовая подготовка ракеты-носителя.

Длина и масса установщика с подъемной стрелой гораздо меньше, чем у любого другого типа установщика. Кроме того, операция по установке ракеты-носителя довольно проста и невелика по времени. Однако ракету-носитель приходится перегружать с транспортного агрегата на установщик, а это дополнительная операция.

Установщики с подъемной стрелой бывают как самоходные (для небольших ракет), так и полуприцепного и прицепного типа. Их можно монтировать и на железнодорожные платформы. Для советской ракеты-носителя «Союз» используется именно такой транспортно-установочный агрегат (рис. 14) с подъемной стрелой и механизмом подъема, размещенными на железнодорожной платформе. Тепловоз-толкач доставляет железнодорожный транспортер-установщик с ракетой-носителем из МИКа на стартовое устройство по железнодорожным путям.

Для установки ракеты могут быть использованы передвижные установщики портального типа. В этом случае находящаяся на грунтовой транспортно-установочной тележке ракета-носитель с космическим аппаратом, поднимается в вертикальное положение с помощью тросовой системы. После установки в вертикальном положении ракеты-носителя на пусковой системе на откидные площадки установщика поднимаются операторы для обслуживания космического аппарата в процессе предстартовой подготовки.

На некоторых стартовых комплексах используются стационарные установщики. Они монтируются около пусковой системы. Стрела стационарного установщика имеет вид платформы с рельсовыми путями и расположена на стартовой площадке таким образом, что железнодорожная транспортно-установочная тележка может закатываться на нее. После этого транспортно-установочная тележка с ракетой-носителем и космическим аппаратом автоматически крепится на стреле и поднимается гидродомкратами в вертикальное положение.

Для перевозки ракеты-носителя «Сатурн-5» с пристыкованным к ней космическим кораблем «Аполлон» применяется транспортно-пусковая платформа, которая перевозит ракету-носитель с космическим аппаратом с технической позиции на стартовую в вертикальном положении. Ракета-носитель, установленная на такой платформе, доставляется на стартовую позицию при помощи гусеничного транспортера по специальным путям.

На транспортно-пусковой платформе имеется кабель-заправочная башня, которая удерживает ракету на платформе и защищает ее от ветровых нагрузок. Гусеничный транспортер подъезжает под поднятую над землей при помощи гидродомкратов пусковую платформу, после чего платформа опускается на транспортер. Затем все сооружение (рис. 15) со скоростью около 1,5 км/ч начинает двигаться к стартовой позиции. После доставки транспортно-пусковой платформы на стартовую площадку, домкраты «вывешивают» платформу вместе с ракетой и космическим кораблем над поверхностью стартовой площадки, а освобожденный таким образом транспортер выходит из-под транспортно-пусковой платформы.


Рис. 15. Вертикальная транспортировка ракеты-носителя «Сатурн-5» с космическим кораблем «Аполлон» к стартовой позиции

Пусковая система

Одним из основных агрегатов стартового комплекса является пусковая система, размещенная в пусковом сооружении. Пусковая система обеспечивает установку и удержание ракеты-носителя в положении для пуска. Через нее электрические, заправочные и другие коммуникации подводятся к ракете-носителю и космическому аппарату. Пусковые системы могут быть подвижными и стационарными. Стационарные пусковые системы отличаются большим разнообразием конструктивных параметров.

Различие в конструкции пусковых систем определяется особенностями ракет-носителей. Основными элементами пусковой системы являются: опорная силовая конструкция, опорные элементы для ракеты-носителя, устройства и механизмы для установки ветрового крепления ракеты-носителя, а также для подводки к ней различных коммуникаций. В качестве опорной силовой конструкции некоторым пусковым системам служат откидные фермы (опоры), на которые ракета-носитель устанавливается средним или нижним опорным поясом. Во время старта ракеты-носителя эти фермы автоматически отбрасываются в сторону.

Пусковые сооружения, в которых монтируются стационарные пусковые системы, бывают наземными, полузаглубленными и шахтного типа. Переход от наземных пусковых сооружений к полузаглубленным и шахтным объясняется стремлением конструкторов упростить систему установки ракеты-носителя на пусковую систему, т. е. за счет уменьшения высоты подъема ракеты-носителя сократить размер и мощность гидравлической подъемной системы. А в свою очередь, переход к полузаглубленным и заглубленным пусковым сооружениям связан с решением вопроса отвода газовой струи в зоны, безопасные и для ракеты-носителя и для остального наземного оборудования, расположенного в непосредственной близости от пускового сооружения. В таких пусковых сооружениях строятся газоотводные каналы, позволяющие отводить газы и ограничить или исключить зону их воздействия.

Газы из работающих двигательных установок ракеты-носителя при ее старте поступают в газоотводные каналы после их соударения с гранями и стенками газоотражателя. Газоотражатель располагается непосредственно под соплами двигательных установок ракеты-носителя и предназначен для отвода сверхзвуковой высокотемпературной реактивной струи двигательной установки в необходимом направлении. Грани газоотражателя обычно прямолинейные и закругленные. Стойкость граней при воздействии струи достигается специальным подбором материалов, толщиной стенок и наличием специальных покрытий. В некоторых газоотражателях стенки граней охлаждаются за счет циркуляции охлаждающей жидкости по трубкам, расположенным в самих стенках. Конструкция газоотражателей определяется параметрами реактивной струи, характеристиками двигательных установок и конструктивными особенностями ракеты-носителя.

К установленной на пусковой системе ракете-носителю с космическим аппаратом подводятся топливные, электрические, пневматические и дренажные коммуникации.

Для размещения и стыковки этих коммуникаций устанавливаются кабельные, заправочные и кабель-заправочные мачты, механизмы стыковки электрических и пневматических разъемов, наполнительных и дренажных соединений. Мачты могут быть как отбрасываемыми, так и стационарными. Отбрасываемые мачты отводятся от ракеты-носителя и космического аппарата автоматически по команде с пульта пуска.

Стационарные мачты закрепляются на пусковой системе или рядом с ней на расстоянии, исключающем соударение с ракетой-носителем или повреждение их газовой струей. Они оснащены отводными коммуникациями, соединяющими ракету-носитель и космический аппарат с наземными коммуникациями, проложенными по мачте. Кабель-заправочные мачты или башни имеют весьма внушительные размеры — высота некоторых из них превышает 100 м. В отдельных случаях кабель-заправочные башни могут выполнять функции башен обслуживания, и тогда они снабжаются площадками обслуживания и лифтами.

Пусковая система ракеты-носителя для корабля «Союз» — полузаглубленная, с оригинально решенными конструкциями агрегатов пусковой системы. Подъездные пути, ведущие к стартовому сооружению, расположены на специальной насыпи, подходящей к газоотводящему котловану. Насыпь заканчивается пусковой системой, как бы нависающей над котлованом. Использование такой схемы и позволило легко решить проблему газоотвода, которая достаточно сложна при заглубленных пусковых системах. С другой стороны, поднятие подъездных путей на насыпь значительно упростило схему установки ракеты-носителя на пусковую систему. Это дало возможность уменьшить гидросистемы установщика и упростить его силовую конструкцию.


Рис. 16. Ракета-носитель с космическим кораблем «Союз» на стартовой позиции


Ракета-носитель крепится на пусковом устройстве силовыми фермами обслуживания, которые охватывают ракету с космическим кораблем с двух сторон, а перед пуском откидываются от нее в стороны. По одной из ферм через все площадки обслуживания проходит лифт, доставляющий космонавтов к кораблю. Кабель-заправочные мачты стационарного типа откидываются в сторону аналогично силовым фермам. Струи раскаленного газа от двигательной установки отводятся от ракет по огромному железобетонному лотку-газоходу на безопасное для нее расстояние.

Ракета-носитель с кораблем «Союз» на стартовой позиции представлена на рис. 16.

Для доступа обслуживающего персонала к ракете-носителю и космическому аппарату на различных уровнях, доставки приборов и приспособлений, в отдельных случаях для прокладки коммуникаций применяются агрегаты обслуживания. Они бывают нескольких видов: башни, фермы, автовышки, передвижные механизмы и специальные кабины.

Агрегаты или башни обслуживания используются после завершения операций установки ракеты-носителя с космическим аппаратом на пусковую систему и подводятся к пусковой системе только на период выполнения работ по подготовке ракеты-носителя и космического аппарата к запуску, после этого они отводятся по рельсовым путям на расстояния, обеспечивающие их безопасность при взрыве ракеты-носителя на пусковой системе. В том случае, когда используются поворотные башни обслуживания, они передвигаются по кольцевому рельсу. На некоторых стартовых комплексах башни обслуживания передвигаются по рельсовым путям или при помощи гусеничных транспортеров по специальным путям. Для этого используются те же гусеничные транспортеры, которые уже доставили в вертикальном положении с технической позиции на стартовую ракету-носитель с космическим аппаратом на транспортно-пусковой платформе.

На рис. 17 показано передвижение башни обслуживания ракеты-носителя «Сатурн-5». Высота ее — 122,5 м, передвигается она при помощи самоходного шасси, используемого для доставки стартовой платформы с ракетой-носителем на пусковую площадку. Башни, агрегаты и фермы обслуживания оснащены выдвижными, складывающимися и стационарными площадками для работы обслуживающего персонала. Между площадками расположены лестничные марши и лифты. Некоторые башни обслуживания оснащены грузоподъемными кранами, используемыми при сборке ракеты-носителя и при стыковке космического аппарата на пусковой системе. Для проведения работ с некоторыми приборами ракеты-носителя или космического аппарата, когда нежелателен прямой контакт с атмосферой, на башнях обслуживания сооружаются закрытые помещения, в которые подается кондиционированный воздух.


Рис. 17. Стартовая позиция ракеты-носителя «Сатурн-5». Справа — стартовая платформа с ракетой и кабель-заправочная башня; слева — мобильная башня обслуживания, отведенная от ракеты


Башни обслуживания особенно мощных ракет-носителей имеют отдельную электростанцию, системы отопления и кондиционирования воздуха и системы вентиляции, освещения, пожаротушения, связи.

После установки ракеты-носителя с космическим аппаратом на пусковую систему, подведения башни или агрегата обслуживания и подключения всех необходимых коммуникаций проводится цикл работ по проверке ракеты-носителя и космического аппарата. Испытания проводятся как автономные, так и комплексные, выполняются они при помощи проверочно-пускового оборудования и наземных систем. Основная часть проверочно-пускового оборудования располагается в командном пункте стартового комплекса.

Командные пункты

Командные пункты обычно располагаются в подземных или полуподземных защищенных сооружениях на стартовой позиции, в которых помимо проверочно-пускового оборудования находится аппаратура для дистанционного и автоматического управления операциями по установке на пусковую систему ракеты-носителя, заправке компонентами топлива и сжатыми газами. Командный пункт надежно защищен на случай взрыва ракеты-носителя на пусковой системе.

Несколько слов необходимо сказать о дистанционной системе управления технологическими операциями, являющейся неотъемлемой частью современного стартового комплекса. Эта система состоит из блоков управления, смонтированных в отдельных стойках, и кнопочного пульта с кабельной сетью. Такая система обеспечивает дистанционное управление пусковой системой и транспортно-установочным агрегатом при выполнении операций по установке ракеты-носителя. Входящая в нее система дистанционного управления заправкой ракеты-носителя предусматривает как ручной, так и автоматический режимы работы.

Командные сигналы от системы дистанционного управления технологическими операциями поступают на систему автоматического управления технологическими операциями (АУТО). Она состоит из пульта управления, на котором смонтированы блоки управления отдельными агрегатами и системами измерений, релейного шкафа и кабельных связей.

Электрические связи соединяют АУТО с системами управления ракеты-носителя, контроля уровня топлива в ее баках, наземного электросилового оборудования, пусковой системой, транспортно-установочным агрегатом, системами термостатирования. Таким образом, оператор, находясь у пульта дистанционного управления технологическими операциями, нажимая ту или иную кнопку, приводит в действие один из блоков управления системы автономного управления технологическими операциями. А она в свою очередь начинает последовательно выдавать команды на исполнительные органы соответствующего оборудования стартового комплекса, приводя его в действие для выполнения очередной технологической операции.

На стартовой позиции, так же как и на технической, во время подготовки ракеты-носителя к запуску проводятся автономные и комплексные испытания ракетно-космических систем и их элементов.

Испытания наземного оборудования проводятся до вывоза ракеты на стартовую позицию. Автономные испытания проводятся при помощи контрольно-измерительной аппаратуры с целью определения правильности функционирования систем, узлов и агрегатов. Контрольно-испытательная аппаратура устанавливается стационарно или выполняется в подвижном варианте. В отличие от автономных комплексные испытания представляют собой уже определенную совокупность операций, выполняемых для проверки не только правильности функционирования узлов и агрегатов, но также и их взаимного функционирования. При этом полностью имитируются все операции, выполняемые в процессе предстартовой подготовки, пуска и полета ракетно-космической системы. Эти испытания проводятся проверочно-пусковой аппаратурой, которая в отличие от контрольно-испытательной фиксирует не параметры агрегатов и систем и соответствие характеристик определенным требованиям, а этапы выполнения этими агрегатами своих функций, начальное и конечное их состояние и параметры режимов работы в отдельных случаях.

Последовательность выполнения ряда предстартовых работ и работ в процессе пуска контролируется при этом автоматически.

Операторы, осуществляющие управление и контроль за выполняемыми операциями, наблюдают за ходом работ на экранах телевизоров.

Заправочное оборудование

После завершения автономных и комплексных испытаний ракеты-носителя и космического аппарата проводятся операции заправки ракеты топливом и сжатыми газами. Это основной и ответственный этап подготовки ракеты-носителя к пуску.

К заправочному оборудованию принято относить совокупность специальных агрегатов, систем и устройств, обеспечивающих транспортировку, хранение и заправку ракет-носителей компонентами топлива и сжатыми газами. Кроме того, при помощи заправочного оборудования производится слив компонентов топлива из баков ракеты-носителя, перемешивание компонентов топлива при хранении и термостатирование.

Прежде чем перейти к рассказу о существующих схемах заправки, конструктивном исполнении заправочных систем, необходимо немного остановиться на самих заправляемых компонентах, т. е. поговорить о ракетном топливе.

Современные ракеты-носители и космические объекты используют большой ассортимент топлив для своих двигательных установок. От выбора компонентов топлива во многом будут зависеть конструкция заправочной системы и ее эксплуатационные характеристики.

Одной из наиболее важных характеристик топлива, влияющих на объем заправочной системы, является температура кипения компонентов топлива.

Применяемые ракетные топлива делятся на высококипящие и низкокипящие. Температура кипения высококипящих компонентов не ниже 298 К при атмосферном давлении. Такие компоненты могут длительное время храниться без потерь как в баках ракеты, так и в емкостях хранилища.

Температура кипения низкокипящих компонентов ниже 298 К при атмосферном давлении. К ним относятся сжиженные газы — жидкий кислород, фтор, азот, водород. Низкокипящие жидкости, температура кипения которых ниже 120 К, называются криогенными. Эти жидкости в обычных условиях эксплуатации интенсивно испаряются за счет притока тепла от окружающей среды, поэтому для снижения потерь их хранят в емкостях и баках ракет-носителей с мощной теплоизоляцией.

Ракетные топлива могут быть однокомпонентными и двухкомпонентными. Наибольшее распространение получили двухкомпонентные топлива. Тепловая энергия у таких топлив получается за счет реакции окисления в процессе сгорания в камере ракетного двигателя одного компонента (горючего) с другим (окислителем). При использовании двухкомпонентных топлив необходимо в составе каждой ступени ракеты-носителя иметь два бака: один — для горючего, другой — для окислителя. Двухкомпонентные топлива бывают самовоспламеняющимися, когда горение возникает при простом контакте окислителя и горючего, и несамовоспламеняющимися, в этом случае для начала горения необходимо их зажигание.

Наиболее важные характеристики ракетных топлив: плотность и удельная тяга. Чем больше плотность топлива, тем меньше его объем; а следовательно, меньше объем и масса баков ракеты-носителя. Удельная тяга характеризует эффективность ракетных топлив. Это — отношение тяги, создаваемой двигателем, к секундному расходу топлива.

Как уже указывалось, наибольшее распространение получили двухкомпонентные топлива.

Рассмотрим употребляемые компоненты топлива: среди окислителей распространены жидкий кислород, жидкий фтор, азотная кислота или четырехокись азота.

Жидкий кислород — эффективный криогенный окислитель. Нетоксичен и невзрывоопасен в чистом, виде. Интенсивно поддерживает горение и образует взрывоопасные смеси с такими органическими материалами, как древесные опилки, вата, ветошь, войлок. Пропитанные жидким кислородом эти материалы при ударе и воспламенении могут дать взрыв большой силы, поэтому в помещениях, где работают с жидким кислородом, запрещается курить и пользоваться искрящими электроприборами и открытым пламенем. Вся аппаратура, применяющаяся в работе с жидким кислородом, должна быть обезжирена, а инструмент — во избежание искрообразования омеднен.

В контакте с жидким кислородом используют следующие конструктивные материалы: алюминий и его сплавы, нержавеющие и высоколегированные стали, медь, латунь.

Жидкий фтор — наиболее эффективный криогенный окислитель. Образуемые в паре с фтором топлива имеют наибольшую удельную тягу и плотность, поэтому применение фтора очень перспективно. Фтор химически активен, реагирует со всеми органическими и неорганическими веществами, при контакте с ним большинство веществ воспламеняется, даже металлы. Возгорание происходит и при наличии загрязнений. На поверхности некоторых металлов, таких как железо, медь, алюминий и его сплавы, образует плотную и прочную пленку фторидов, которая предохраняет эти металлы от разрушения.

Жидкий фтор и его пары весьма токсичны. Они действуют на глаза, кожу и дыхательные пути. Пары фтора в соединении с влагой атмосферного воздуха образуют плавиковую кислоту. Продукты сгорания фтора тоже токсичны. Оборудование, контактирующее с жидким или газообразным фтором, должно быть тщательно очищено и подвергнуто пассивации. Для безопасности работ с жидким фтором емкости и трубопроводы для него выполняют с «азотной рубашкой». Эта «рубашка» из-за более низкой температуры кипения жидкого азота позволяет хранить фтор в переохлажденном состоянии, снизив его испарение. Кроме того, «рубашка» защищает фтор от контактов с атмосферным воздухом.

Жидкий фтор нейтрализуется натрием или раствором кальцинированной соды.

Азотная кислота — высококипящий окислитель. Стопроцентная азотная кислота — бесцветная жидкость с резким запахом, взрывобезопасна, гигроскопична, легко разлагается на воду, свободный кислород и окись азота. Примеси двуокиси азота придают ей окраску от желтой до бурой. Азотная кислота токсична, попадая на кожу, вызывает долго незаживающие ожоги — язвы. Весьма коррозионно активна к большинству металлов. В контакте с ней могут применяться нержавеющие хромистые и хромоникелевые высоколегированные стали, алюминиевые сплавы, фторопласты и асбест.

Четырехокись азота — высококипящий окислитель, более чем азотная кислота эффективен, стабилен и взрывобезопасен, менее агрессивен к материалам. Четырехокись азота — токсична.

Теперь познакомимся с горючими, чаще всего применяющимися в ракетно-космической технике.

Жидкий водород — эффективное, криогенное горючее. Бесцветная, прозрачная жидкость, имеет самую низкую (после гелия) точку кипения, равную 20,4 К. Водород не токсичен и коррозионно пассивен. Основными недостатками жидкого водорода являются низкая температура кипения, взрывоопасность его смеси с воздухом и кислородом в низких пределах концентрации и малая плотность.

Керосин — высококипящее горючее, представляет собой смесь углеводородов, получаемых из нефти. Бесцветная или желтоватая жидкость. Из всех горючих керосин наиболее безопасен и удобен в эксплуатации. Стабилен даже при высоких температурах, хорошо совместим с металлами и очень слабо токсичен. Керосин достаточно дешев и его производство имеет широкую сырьевую базу. К недостаткам керосина относится непостоянство его химического состава в зависимости от месторождения нефти. Кроме того, примеси воды, сернистых соединений и органических кислот делают его более активным в коррозионном отношении.

Гидразин — высококипящее горючее. Бесцветен, дымит на воздухе, подвергается под действием нагрева или катализаторов разложению с образованием горячей газообразной смеси водорода, азота и аммиака. Весьма гигроскопичен и токсичен и при нагреве в замкнутом пространстве может взорваться, коррозионно мало активен. Применяется как компонент горючего в смеси с несимметричным диметилгидразином (Аэрозин-50) или аммиаком.

Несимметричный диметилгидразин (НДМГ) — высококипящее горючее. Бесцветная с аммиачным запахом и очень токсичная жидкость. Коррозионно мало активен, гигроскопичен и легко окисляется кислородом воздуха, более стабилен и менее взрывоопасен, чем гидразин. При повышенных температурах разлагается с выделением тепла и образованием горячих газов.

Монометилгидразин — высококипящее горючее. Бесцветная дымящаяся на воздухе жидкость с аммиачным запахом. По своим свойствам монометилгидразин близок к НДМГ.

Вот, пожалуй, и все из наиболее распространенных окислителей и горючих, образующих двухкомпонентные ракетные топлива. Эти топлива применяются в качестве топлива основных двигательных установок ракет-носителей и космических объектов.

Однокомпонентные топлива применяются для различных вспомогательных целей, в основном в двигателях малых тяг космических объектов и верхних ступеней ракет-носителей, а также для привода турбин насосных агрегатов в парогазогенераторах (ПГГ).

Среди однокомпонентных топлив распространение получили перекись водорода, гидразин, НДМГ. Свойства НДМГ и гидразина мы уже рассмотрели, остается ознакомиться только с характеристикой перекиси водорода.

Перекись водорода — высококипящая бесцветная жидкость. Применяется в виде раствора высокой концентрации (от 80 до 19 %). Очень нестабилен. Бурно разлагается при контакте с такими металлами, как медь, никель серебро и некоторыми окислами (окислы железа и марганца). Перекись водорода разлагается на воду и атомарный кислород с большим выделением тепла, которое превращает воду в пары. Получаемая смесь паров воды и атомарного кислорода образуют парогаз с температурой до 1000 °C, который может быть использован как рабочее тело в соплах двигателей малой тяги или как продукт, вырабатываемый парогазогенераторами для привода турбин насосных агрегатов основных двигательных установок.

К топливам для современных ракет-носителей и космических объектов предъявляются различные требования: высокая удельная тяга, большая плотность, безопасность при обращении и возможность длительного хранения как в зимних, так и в космических условиях. Производство топлива должно быть дешевым и иметь достаточную сырьевую базу.

Ни одно из существующих топлив не удовлетворяет одновременно всем перечисленным требованиям. Поэтому при проектировании ракетно-космического комплекса, в каждом конкретном случае, подбирают эффективное, пригодное для эксплуатации топливо.

Двухкомпонентные топлива, как правило, характеризуют по окислителю, так как окислитель составляет большую его часть.

Среди применяющихся топлив наиболее распространены пары на основе жидкого кислорода. Они обеспечивают наибольшую удельную тягу. С кислородом используются керосин, НДМГ, жидкий водород. Топливная пара «кислород — керосин» самая освоенная. Она удобна в эксплуатации и дешева, ее применяли в первых ступенях советских ракет-носителей корабля «Восток» и американских — «Тор-Дельта», «Тор-Аджена», «Атлас-Кентавр» и «Сатурн-5».

Топливная пара «кислород — НДМГ» имеет наибольшую удельную тягу для топлив кислородного класса с высококипящим горючим. Такое топливо используется на второй ступени советской ракеты-носителя «Космос».

Самая большая удельная тяга у топливной пары «кислород — водород». Ее применение наиболее эффективно на второй ступени ракеты-носителя «Атлас-Кентавр» и на второй и третьей ступенях — «Сатурн-5». По мере отработанности ракетно-космических систем, предназначенных для работы на этой топливной паре, и освоенности самого топлива, его можно будет использовать и на первых ступенях ракет-носителей.

Ко второй группе относятся топливные пары на основе азотной кислоты или четырехокиси азота. Уступая топливам первой группы (высокая токсичность), эти топлива имеют и значительные преимущества перед ними, прежде всего то, что они могут долгое время храниться.

С азотной кислотой в паре применяется керосин, НДМГ, гидразин. Причем, пары «азотная кислота — НДМГ» и «азотная кислота — гидразин» образуют самовоспламеняющиеся топлива. С четырехокисью азота применяются горючие «Аэрозин-50», НДМГ, монометилгидразин. Эти пары также самовоспламеняющиеся.

Возможность длительного хранения, большая плотность и самовоспламеняемость этих топлив делают их незаменимыми в двигательных установках многократного действия и в двигателях малых тяг.

Оборудование для заправки ракет-носителей компонентами топлива и сжатыми газами, а также космического аппарата криогенными топливами состоит из емкостей для хранения компонентов топлива или газа; системы трубопроводов, проложенных в специальных каналах стартовой площадки, по пусковой системе, по заправочным мачтам или башням обслуживания.

Перенос компонентов топлива или газа осуществляется по-разному: или при помощи насоса, или способом выдавливания сжатыми газами, или самотеком.

Оборудование для заправки ракет-носителей компонентами топлива и газом можно классифицировать на различные группы по степени подвижности, методу подачи компонентов топлива, виду заправляемого компонента и способу дозирования (рис. 18).


Рис. 18. Классификация заправочного оборудования


К подвижному заправочному оборудованию можно отнести цистерны, заправочно-дозирующие станции и заправщики. Подвижные цистерны для хранения компонентов топлива могут быть грунтовыми или железнодорожными. Они оборудованы трубопроводами, арматурой и контрольно-измерительными приборами для приема, выдачи компонентов топлива и наблюдения за его уровнем, давлением и температурой. Такие цистерны могут иметь систему для наддува газовых полостей емкости сжатым газом.

Заправочно-дозирующие станции представляют собой дозирующее устройство и насосную установку, смонтированные, как правило, на автомобиле. Такие станции применяются в основном для заправки небольших ракет. Подвижные заправщики объединяют в себе грунтовую или железнодорожную цистерну и оборудование заправочно-дозирующей станции.

Для больших ракетно-космических комплексов чаще всего применяется стационарное заправочное оборудование. Стационарные заправочные системы монтируются в заглубленных долговременных сооружениях, которые располагаются на большом (иногда до нескольких километров) расстоянии от пускового устройства, к которому подведены топливные коммуникации, хорошо теплоизолированные и расположенные в специальных каналах или подземных туннелях-потернах.


Рис. 19. Схема заправки с подачей компонента выдавливанием:

1 — баллоны с сжатым газом; 2 — вентиль; 3 — редуктор; 4 — емкость с компонентом топлива; 5 — клапан; 6 — фильтр; 7 — гибкий шланг; 8 — бак ракеты-носителя


Ранее было сказано, что по способу подачи компонентов топлива в баки ракет заправочное оборудование подразделяется на оборудование с насосной подачей и с подачей выдавливанием.

Система заправки компонентов топлива выдавливанием (рис. 19) состоит из одной или нескольких емкостей, источника сжатого газа, с регулирующей аппаратурой для создания необходимого избыточного давлений над поверхностью компонента в емкости, системы трубопроводов, арматуры, фильтров, гибких шлангов и дополнительных соединений, предназначенных для соединения системы заправки с заправочно-сливными клапанами ракеты-носителя. Для выдавливания компонентов топлива из емкостей используются газы: воздух, азот, гелий, хранящиеся в специальных баллонах. Применяются также газы, получаемые при сжигании жидких или твердых газообразователей, т. е. в жидкостных аккумуляторах давления (ЖАД) или в пороховых аккумуляторах давления (ПАД). Кроме того, могут использоваться газы, получаемые в процессе газификации низкокипящих компонентов топлива, например, жидкого водорода или жидкого кислорода.


Рис. 20. Схема заправки с насосной подачей компонента:

1 — баллоны с сжатым газом; 2 — вентиль; 3 — редуктор; 4 — емкость с компонентом топлива; 5 — насос; 6 — клапан; 7 — фильтр; 8 — гибкий шланг; 9 — бак ракеты-носителя


Во время выдавливания компонента топлива из емкости заданное в ней давление поддерживается постоянным или с небольшими отклонениями от заданного значения. При вытеснительном способе заправки, в отличие от насосного, не требуется интенсивной работы группы насосов в короткий промежуток времени, когда ведется заправка, а следовательно, исключается зависимость процесса заправки от работы источника электроэнергии и значительно сокращается ее потребление. Заправка ведется путем нагнетания газов под высоким давлением в емкости хранения компонентов топлива. Этот способ позволяет получить практически любую производительность. Однако при этом требуются емкости с более толстыми стенками, так как наддув достигает высоких величин давления и, кроме того, требуется большое количество сжатых газов.

Система заправки компонентов топлива с насосной подачей (рис. 20) перекачивает компоненты топлива с требуемым оптимальным напором и расходом компонентов топлива.

Система состоит из емкостей для компонентов топлива, насосной установки, системы трубопроводов, арматуры, фильтров, гибких шлангов и наполнительных соединений.

Емкость с компонентами имеет наддув 0,5―1,5 ат избыточного давления для заполнения насоса перед началом работы и обеспечения его нормальной бескавитационной работы. При перекачке криогенных компонентов топлива насосы и трубопроводы предварительно охлаждаются.

Следует отметить, что оба метода заправки компонентами топлива имеют свои области применения, соотношение которых определяется рядом условий, таких как наличие источников электроэнергии и их мощности, объем заправляемых компонентов топлива, высота расположения заправочных горловин ракеты-носителя, токсичность компонентов топлива, допустимые давления в емкостях хранилища.

Процесс заправки ракет компонентами топлива заключается не только в подаче этих компонентов в баки, но и точном дозировании подаваемого компонента. Насколько важна точность дозирования становится ясным из следующего примера: погрешность при заправке в 2 % может дать отклонение в весе, соизмеримое с весом полезной нагрузки, и свести на нет возможность вывода на орбиту полезного груза.

Дозирование в зависимости от применяемого метода может быть внешним и внутренним.

При внешнем дозировании топливо отмеряется весовыми или объемными измерительными устройствами: весовыми, мерными емкостями, расходомерами, при помощи стационарного весового устройства, которое взвешивает заданное количество компонентов топлива при заполнении емкости подвижной цистерны; взвешиванием частей дозы в цистерне специального весового дозатора, который расположен между заправочной емкостью и баком ракеты, взвешиванием дозы весовым устройством, расположенным на самом заправщике. В заправочной цепочке от емкости к баку ракеты должны быть включены метромер или мерная емкость.

Внутреннее дозирование осуществляется по сигналам датчиков или специальных устройств, расположенных в баках, прекращением подачи компонентов топлива в момент достижения им заданного уровня в баках ракеты.

Внутреннее дозирование ведется до заполнения дренажных устройств (применяется редко) или же с использованием систем контроля, которые тем или иным способом производят дозирование по уровню компонентов топлива в баке.

В ракетной технике нашли применение емкостные, манометрические, индуктивные, ультразвуковые и радиоактивные системы контроля заправки. Чаще всего используются емкостные и индуктивные системы контроля, называемые системами контроля уровня. Они включают в себя емкостные или поплавковые датчики уровня жидкости, которые устанавливаются в баке ракеты и блок контроля заправки, относящийся к наземному оборудованию. Система контроля уровня может выдавать сигнал на переход заправки на малый расход, а затем — и на ее прекращение при заданных, постоянных в процессе эксплуатации, уровнях или же для уровней расчетной дозы для каждого отдельного пуска ракеты-носителя.

Заправка ракеты-носителя и контроль за ее выполнением осуществляется при помощи системы управления заправки с пульта управления заправкой. Пульт представляет собой единую систему релейных и сигнальных блоков. Оператор, управляющий заправкой, подает необходимые команды и контролирует их прохождение. На стойках пульта смонтированы панели с тумблерами для управления гидроарматурой системы и кнопка аварийного отключения заправки, световые транспаранты, отображающие выполнение этапов процесса заправки и соответствующие режимы. В целом контроль и управление заправкой осуществляется дистанционно.

Перед заправкой в баки ракеты-носителя топливо термостатируется в емкостях хранилища подвижных заправщиков для поддержания его температуры в заданных параметрах.

Независимо от схемы и способа заправки в системе заправки имеются емкости для компонентов топлива, трубопроводы для подачи компонентов к бакам ракеты, различная арматура, фильтры и контрольно-измерительные приборы.

Емкости для приема и хранения компонентов топлива могут изготовляться цилиндрическими, сферическими и специальной формы. Наибольшее распространение получили цилиндрические емкости, которые располагаются в хранилищах топлива и горизонтально, и вертикально. Передвижные емкости (автодорожные или железнодорожные цистерны), как правило, цилиндрической формы или с обечайками эллиптической (чечевицеобразной) формы сечения. Днища у цилиндрических емкостей могут быть плоскими, сферическими и полуэллиптическими. В зависимости от агрессивности компонента топлива, т. е. от его физико-химических свойств, емкости изготавливаются из нержавеющей стали, алюминия или обычных конструкционных низкоуглеродистых сталей.

Емкости для хранения компонентов с высокой и низкой температурой кипения отличаются от конструкции. Емкости для компонентов топлива с высокой температурой кипения делают с одной стенкой, обычно имеющей с наружной стороны тепловую изоляцию. Теплоизоляция (стекловолокно, шлаковата) служит для ограничения влияния на компонент топлива температуры окружающей среды. Обычно сверху теплоизоляция закрыта еще легким кожухом, предохраняющим ее от влаги.

Емкости для компонентов топлива с низкой температурой кипения обычно бывают многослойными (два-три слоя). Такая конструкция емкости обеспечивает лучшую теплоизоляцию продукта хранения. В некоторых случаях применяется вакуумная, экрановакуумная и порошкововакуумная изоляция. Вакуумная изоляция создается за счет разрежения газа между стенками оболочек емкости, что резко уменьшает теплопроводность среды между оболочками. При экрановакуумной изоляции наружная поверхность внутренней емкости покрывается экранами из нескольких слоев алюминиевой фольги и стекловолокна. Между стенками такой емкости также создается вакуум. При порошковой вакуумной изоляции полость между стенками заполняется порошками с низким коэффициентом теплопроводности (аэрогель кремниевой кислоты, вспученный перлит), вакуум создается не такой глубокий, как в первых двух случаях.

Емкости для хранения компонентов топлива соединены между собой ресиверной или насосными станциями и через пусковое устройство и заправочную мачту с баками ракеты-носителя трубопроводами, которые как и емкости в зависимости от физико-химических свойств компонента топлива, изготавливаются из труб обычной стали, нержавеющей стали и алюминиевых сплавов. Диаметр труб зависит от расчетного количества компонента, подаваемого в единицу времени, т. е. от расхода.

Для достижения требуемого расхода определяют необходимый напор, который зависит от высоты расположения баков ракеты и потерь на преодоление гидравлического сопротивления трубопровода.

Трубопровод изготавливается из труб, свариваемых между собой и имеющих фланцевые соединения плетей трубопровода. Фланцевые соединения имеют уплотнения типа «шип — паз». Линейные перемещения трубопроводов при изменении их длины от колебаний температуры компенсируется сильфонами, а также S-образными и Ω-образными компенсаторами.

Трубопроводы и емкости снабжаются арматурой для регулирования и поддержания давления, для предохранения от повышения давления свыше допустимой нормы, для включения и отключения отдельных участков трубопроводов, изменения направления движения жидкости, устраняющей движение жидкости в обратном направлении. В зависимости от назначения арматуру можно разделить на запорную, распределительную, предохранительную, перепускную, обратного действия и герметизирующую. Она состоит из различных по конструктивному решению пневмо- и электропневмоклапанов, предохранительных и дыхательных клапанов, предохранительных мембран и перепускных клапанов.

В заправочном оборудовании непременным элементом являются фильтры для очистки компонентов топлива от механических примесей. Очистка может осуществляться механическим или силовым методом. При механической очистке жидкость пропускается через щелевые или пористые материалы фильтрующих элементов, в которых и застревают механические примеси.

При силовой очистке используется магнитный, электрический, гравитационный или центробежные эффекты. Хотя фильтры, работающие на силовом принципе, обеспечивают высокую тонкостьочистки, имеют небольшие габариты и малое гидравлическое сопротивление, в заправочном оборудовании в основном используются фильтры, работающие на механическом принципе очистки.

Основным показателем работы фильтров является степень очистки или тонкость фильтрации от механических примесей. Под тонкостью фильтрации понимается способность фильтра задерживать частицы определенных размеров. Этот размер и является характеристикой тонкости очистки. Например, если тонкость очистки фильтра 20 мк — это значит, что фильтр улавливает частицы, имеющие размер больший 20 мк. В зависимости от тонкости очистки фильтры подразделяются на фильтры грубой (до 100 мк), нормальной (до 10 мк), тонкой (до 5 мк) и особо тонкой (до 1 мк) очистки.

Фильтры грубой очистки устанавливаются на приемных штуцерах и во всасывающих магистралях, фильтры тонкой очистки — в нагнетательных магистралях.

В качестве фильтрующих материалов применяются различные металлические сетки, пакеты, спеченные шарики, а также пористые керамические и пластмассовые материалы.

Тонкость очистки компонентов топлива — важный элемент в подготовке ракеты-носителя к запуску. Современные двигательные установки, особенно агрегаты, регулирующие подачу топлива к двигателю и управляющие его работой, весьма миниатюрны, и попадание частиц даже незначительного размера, например, под какой-либо клапан, может существенно нарушить работу двигателя.

Поэтому в процессе подготовки заправочной системы к работе и во время самой заправки осуществляется контроль за параметрами компонента топлива контрольно-измерительными приборами, размещенными на различных участках заправочной системы и ракеты-носителя. Измеряется уровень компонентов топлива, температура, давление, расход и количество заправленных компонентов.

В заправочных системах используются центробежные, поршневые, вихревые и струйные насосы. Наибольшее применение находят центробежные насосы. Это объясняется простотой их конструкции и удобством эксплуатации. К недостаткам этих насосов можно отнести то, что они не могут сами всасывать и для начала работы насос надо заполнять продуктом. Центробежные насосы по конструктивным решениям бывают: одноколесные, двухколесные и многоколесные, с горизонтальным и вертикальным расположением вала. Для агрессивных и токсичных компонентов топлива используют герметичные насосы с надежными уплотнительными устройствами вала. Поршневые насосы в основном применяются для освобождения (откачки) трубопроводов от остатков компонентов топлива и заполнения рабочей камеры центробежного насоса, являющегося основным.

Для слива компонентов топлива из баков ракеты-носителя при несостоявшемся запуске служат струйные насосы. Они представляют собой эжектор, где побудителем является компонент топлива, прогоняемый насосной установкой заправочного оборудования.

Более простой способ слива компонентов топлива из баков ракеты-носителя — самотек, не требующий дополнительного оборудования, но его можно использовать в том случае, если баки ракеты расположены выше сливной емкости. Слив самотеком — малопроизводителен и долог по времени. Если возможен наддув баков ракеты (при таком сливе), то повышается производительность слива и уменьшается время, необходимое для этой операции.

Заправочное оборудование размещается недалеко от стартового сооружения в заглубленных, хорошо защищенных железобетонных помещениях, предохраняющих заправочное оборудование и в особенности емкости с компонентами топлива при аварийных пусках ракеты.

Под мощными бетонными сводами размещено то же оборудование, что и на заправочной станции космического объекта: емкости, насосы, трубопроводы, только размеры их гораздо больше, так как в ракету-носитель заправляются сотни тысяч литров топлива (а не десятки или сотни литров, как это было при заправке космических аппаратов).

Еще ракета-носитель не вывезена, а на стартовой позиции уже полным ходом идет работа. Охлаждаются до требуемой температуры компоненты топлива. Вспомогательные насосы перекачивают горючее через теплообменники и возвращают его в емкости хранилища. Из емкостей с окислителем (кислородом) мощными насосами — эжекторами отсасывается парожидкостная смесь, что приводит к интенсивному испарению кислорода, а следовательно, и его охлаждению за счет отбора тепла на испарение.

Пары кислорода откачивают и пропускают через специальный теплообменник — конденсатор, где они конденсируются. Отбор тепла в теплообменнике осуществляется жидким азотом. Сжиженный же в конденсаторе кислород возвращается в емкости хранилища. Из хранилища компоненты топлива подаются через насосную станцию по магистральным трубопроводам, покрытым мощной теплоизоляцией, к стартовому сооружению. Из подземных потерн трубопроводы выходят под стартовое устройство, на котором стоит ракета-носитель, и через гибкий металлический рукав-переходник соединяются с трубопроводами фермы обслуживания. На соответствующих высотах эти трубопроводы разветвляются на рукава, идущие каждый к своей ступени ракеты.

Заправочная система соединяется с каждым баком ракеты несколькими трубопроводами. Кроме заправочного трубопровода необходим и сливной, через который производится слив нагревшегося компонента при стоянке ракеты-носителя на старте. При помощи такой циркуляции компоненты топлива термостатируются. Третий — трубопровод закольцовки — соединяет бак ракеты с заправочной системой, т. е. незаполненные жидкостью полости бака ракеты и емкости хранилища. Такие соединения совершенно необходимы при заправке ракеты компонентами, имеющими летучие токсичные фракции. Иначе при заправке появляющиеся по мере заполнения в баке летучие фракции пришлось бы стравливать в атмосферу.

После того как ракета-носитель установлена на пусковое устройство в вертикальном положении и к ней пристыкованы всевозможные коммуникации, она проходит тщательные проверки, проводятся комплексные испытания системы «Борт — Земля». Частью такой комплексной проверки является так называемая «сухая» заправка ракеты, во время которой, как на генеральной репетиции, проигрывается весь цикл заправки без подачи компонентов. При этом контролируется правильность срабатывания запорно-распорядительной арматурой, всех многочисленных дистанционно управляемых кранов, заслонок и дозаторов.

И только после всех этих проверок приступают к настоящей заправке. С центрального поста подготовки ракеты к пуску получено разрешение на начало заправки. Включаются и выводятся на «режим» насосы, и после заполнения заправочных коммуникаций компонентами открывают топливу путь в баки ракеты. По показателям датчиков уровня определяется количество заправленной в баки жидкости, контролируется уровень жидкости каждого бака. Контролируется также и расход продукта в магистралях.

В процессе заправки баков компонентами топлива производится их дренажирование (сброс газовой фазы вместе с парами компонента) через дренажно-предохранительный клапан. Если дренажируется токсичный компонент, то сброс производится в емкость заправочной системы. Дренажирование кислородных баков осуществляется обычно в атмосферу.

Ракета, окутанная белым облаком парящего кислорода, знакома читателю по кинофильмам и телепередачам. Закончена заправка: отстыкованы заправочные магистрали горючего и окислителя, ферма обслуживания отведена. И лишь вспомогательные трубопроводы, проложенные по кабель-заправочной мачте, соединяют кислородный заправщик с баками ракеты-носителя. Продолжается подпитка баков, в связи с тем, что кислород испаряется во время стоянки и дренажируется в атмосферу. Кабель-заправочная мачта отойдет от борта ракеты за несколько секунд до старта. Затем последует команда: «Зажигание». Компоненты топлива поступят в камеры сгорания двигателей, произойдет их воспламенение. Мощные струи огненных газов вырвутся из-под ракеты, двигатели выйдут на режим и дрогнет огромное тело ракеты. Сначала неуверенно, как бы зависая над стартом, ракета-носитель движется вверх, ее бег начал ускоряться, и вот она уже превратилась в небольшую огненную точку, уходящую в космические просторы.

Мы проследили все этапы работы системы заправки топливом ракеты-носителя. Эта система, как уже говорилось, размещается в заглубленном сооружении. Работу ее обеспечивает система термостатирования, нейтрализации токсичных компонентов топлива, дистанционного и автоматического управления, газового контроля, оповещения и сигнализации связи и телеметрии, вентиляции и водоснабжения, освещения и отопления, энергоснабжения и канализации, огневой и газозащиты, пожаротушения и многие другие системы.

Остановимся немного на проблеме безопасности работы системы заправки компонентов топлива.

В современных ракетных двигателях применяются такие агрессивные, токсичные или огнеопасные и взрывоопасные вещества, как азотная кислота, четырехокись азота, несимметричный демитилгидразин, керосин, спирт, жидкий водород и кислород, жидкий фтор. Поэтому необходимость решения проблемы безопасности очевидна.

Как правило, заправка различными компонентами производится с раздельных площадок обслуживания. Самовоспламеняющиеся компоненты топлива необходимо максимально изолировать друг от друга. Все полости, емкости и магистрали заправочной системы тщательно герметизируются. Оборудование и арматура заправочной системы изготавливается из нержавеющих материалов. Все кабельные линии прокладываются в металлических трубах. Оборудование для разрядки статического электричества заземляется.

Заправочные агрегаты снабжены устройствами, которые предотвращают пролив компонентов топлива или обеспечивают быстрое удаление пролитой жидкости.

При дренажировании емкости хранилища предусматривается нейтрализация компонента как в жидкой, так и газовой фазах. Заправочная система (емкости хранилища) и баки ракеты закольцованы, что исключает выброс токсичных паров в атмосферу. Помещения, где находятся заправочные агрегаты, оборудуются мощной вентиляцией и разнообразными средствами пожаротушения.

Основное средство безопасности — автоматизация подготовки процесса заправки, которая позволяет создать дистанционные системы автоматического управления и резко сократить необходимое количество специалистов, обслуживающих систему, а в некоторых операциях вовсе обходиться без людей.

К заправочным системам в ракетно-космической технике относят и системы заправки сжатыми газами. Сжатые газы — воздух, азот, гелий — широко используются в бортовых баллонах ракет-носителей и космических аппаратов и применяются в их пневмосистемах, а у космических аппаратов даже и в качестве рабочего тела в газовых соплах, предназначенных для управления ориентацией аппарата в полете. Кроме того сжатые газы используются для проведения пневмоиспытаний различных систем (топливных коммуникаций и емкостей) для обеспечения работы пневмоавтоматики систем заправки и стартовых устройств при подготовке к пуску и при пуске ракеты-носителя для выдавливания компонентов топлива из цистерны при заправке баков ракеты методом выдавливания, а также для выдавливания компонентов топлива из сливных емкостей. Они применяются при длительном хранении компонентов топлива в емкостях хранилища для проведения опрессовки трубопроводов при проверке герметичности и для обеспечения рабочим телом холодильных газовых машин.

Заправка ракеты-носителя газами

Как и оборудование для заправки ракеты компонентами топлива, оборудование для заправки сжатыми газами бывает подвижным и стационарным.

Подвижное оборудование монтируется, как правило, на шасси автомобилей, стационарное — в специальных сооружениях — рессиверных. Возможно применение оборудования смешанного типа, когда хранилище сжатых газов является стационарным, а оборудование для заправки и подпитки — подвижным.

Применяемые в ракетно-космической технике сжатые газы должны быть минимально влажными и не иметь механических примесей, масла. Кроме того, инертные газы не должны иметь примесей других газов.

Исходя из этих требований, заправочное оборудование должно иметь оборудование для очистки газов от механических примесей и масла, осушки и удаления влаги.

Для очистки газов от механических примесей применяются фильтры. Они устанавливаются на входе в компрессор, а также в трубопроводе. Удаление масла и влаги производится в масловлагоотделителях и в специальных блоках осушки, где применяются сорбенты (алюмогель, силикагель). Влажность сжатого газа является весьма важной характеристикой, так как при работе при различных температурах окружающего воздуха, а также при дросселировании газа при работе различных приборов влага может выпасть (сконденсироваться в виде капель воды), а затем замерзнуть и привести к примерзанию или засорению клапанов, золотников и т. д.). Обычно в ракетной технике влажность газа характеризуется точкой росы, т. е. температурой, при которой наступает насыщенное состояние газа водой и может появиться ее выпадение в виде росы. Например, если газ имеет точку росы —40 °C, то это значит, что при температуре —40 °C в нем появится конденсат.

Осушка газов производится во влагомаслоотделителях. Это физический метод осушки. К нему относятся еще два способа осушки: вымораживание влаги в попеременно действующих теплообменниках и поглощение влаги из газов адсорбентом.

Существует также и химический метод осушки газов. Влага поглощается из газа такими веществами, как едкий натр, едкий кали и хлористый кальций.

Сжатые газы в стационарных или подвижных системах заправки хранятся в баллонах. В рессиверных, как правило, используются баллоны объемом 400 л, рассчитанные на рабочее давление 400 кгс/см2. Баллоны в рессиверных объединены в секции и располагаются в основном вертикально. Для наполнения баллонов сжатыми газами в рессиверной имеется приемная колонка. Для предохранения рессиверной от разрушения в случае повышения давления выше допустимого система имеет предохранительные клапаны. Специальная арматура (редукторы) регулирует давление газа, а также обеспечивает его выдачу. Контроль за качеством сжатых газов и давлением в баллонах осуществляется при помощи контрольно-измерительных приборов. От хранилища газов — рессиверной — пневмомагистрали трубопроводов проложены к системе заправки компонентами топлива, к пневмосистемам наземного оборудования на стартовой позиции. Они по заправочным мачтам или фермам обслуживания тянутся и к самой ракете и космическому аппарату.

После запуска ракеты-носителя с космическим аппаратом связь и управление полетом осуществляется командно-измерительным комплексом.

──────

Глава 5. Вспомогательные службы и оборудование космодрома

Выполнение основных операций технологического цикла по подготовке ракет-носителей и космических аппаратов к пуску и проведение самого пуска требует четкого функционирования ряда вспомогательных служб и оборудования космодрома.

Даже в самом делении космодрома на зоны заложен смысл основных и вспомогательных служб. Совершенно очевидно, что жилая зона космодрома относится к вспомогательным. Жилая зона — это небольшой город и как любой город имеет свое довольно обширное хозяйство, обеспечивающее нормальные условия жизни населения. В ней располагаются жилые дома, гостиницы, столовые, кафе, рестораны, различные магазины, службы быта, мастерские и другие общественные здания, а также различные культурно-массовые и спортивные учреждения: кинотеатры, клубы, библиотеки, стадионы и бассейны. Как и любой город, жилая зона должна иметь развитую отопительную и осветительную сеть, водоснабжение, канализацию, внутренние и внешние средства связи, а также транспорт. В жилой зоне размещается, как правило, учебный центр космодрома для подготовки обслуживающего персонала. Учебный центр располагает для этого необходимым комплексом тренажеров и образцов ракетно-космической техники, оборудования и приборов.

Вторая вспомогательная зона — аэродром, железнодорожный узел или морской порт со всеми необходимыми средствами для нормального функционирования. В этой зоне сосредоточено также погрузочно-разгрузочное оборудование и достаточное количество складских помещений.

Во вспомогательной зоне космодрома располагаются ремонтные мастерские заводского типа и крупное автохозяйство с бензозаправочными станциями и бензохранилищем.

Обычно в отдельную зону выделяется зона производства и хранения криогенных компонентов топлива. Во избежание больших потерь топлива при транспортировке и из-за ее сложности криогенные топлива удобнее изготовлять на месте. Поэтому на космодромах целесообразно строить заводы, изготовляющие криогенные компоненты топлива, а также жидкий азот. Необходимый химический контроль за составом компонентов выполняет специальная химическая лаборатория.

К вспомогательным сооружениям космодрома относятся различного рода хранилища. Часть из них помещается непосредственно в транспортном узле (аэродром, порт, железнодорожный узел). Другие, например, хранилища топлива, — в зоне их производства и в районе стартовых позиций. Обычно это наземные или углубленные в землю сооружения с емкостями для хранения компонентов ракетного топлива. Хранилища оборудованы системами заправки емкостей, отвода паров и их нейтрализации, а также системами термостатирования, пожаротушения и газового контроля.

К вспомогательным сооружениям относятся и специальные помещения, предназначенные для длительного хранения ракет-носителей, их ступеней или блоков, а также космических аппаратов. Их размещают в хранилище на специальных опорных устройствах, стеллажах или складских тележках. В хранилище поддерживается определенный температурно-влажностный режим.

Ракетные двигатели твердого топлива (РДТТ) из-за высокой взрывоопасности хранят отдельно от ракет-носителей и космических аппаратов. РДТТ или их отдельные секции укладывают на стеллажи или складские тележки в специальных хранилищах, в которых также поддерживается строгий температурно-влажностный режим. В этих хранилищах обычно имеется грузоподъемное и специальное оборудование для снаряжения двигателей зарядом твердого топлива.

Важной вспомогательной службой является служба обеспечения космодрома электроэнергией, которая поступает на космодром как от государственной линии электропередачи, так и от местных автономных источников питания. Для ряда агрегатов стартовой позиции автономными источниками электроэнергии служат дизельные или бензиновые двигатели. Такое дублирование снабжения электроэнергией основных агрегатов и систем стартовой позиции обеспечивает надежность их работы. Электроэнергия подается по двум кабелям. При выходе из строя одного из источников электроэнергии питание агрегатов и систем стартовой позиции осуществляется автоматически от второго источника и по второму кабелю. Это особенно важно при межпланетных стартах, когда успех полета зависит от времени старта.

Распределение электроэнергии ведется через центральный распределительный пункт и контролируется центральным пунктом дистанционного управления распределением электроэнергии. Для снабжения электроэнергией отдельных систем и агрегатов ракеты-носителя и космического аппарата в полете используют аккумуляторные батареи. Их заряжают на зарядно-аккумуляторной станции, как правило, расположенной в специальном помещении на технической позиции. Она оснащена оборудованием для приготовления и заливки электролита в аккумуляторы, зарядки и разрядки батареи и холодильниками для хранения заряженных батарей, так как при низких температурах процесс саморазрядки батарей снижается.

Для обогрева в зимних условиях некоторых агрегатов и сооружений служат системы отопления помещений, а также холодильно-нагревательный центр в зоне стартовой позиции. В этом центре имеются нагревательные устройства электрического или парового типа для нагрева газообразных или жидких теплоносителей, а также комплекс холодильных машин, к которым подсоединена теплообменная аппаратура и насосная установка для перекачки теплоносителей. Холодильно-нагревательный центр обеспечивает термостатирование компонентов топлива и отсеков космического аппарата на стартовой позиции. Управление центром и контроль осуществляется с пультов управления на командном пункте.

Для защиты агрегатов, систем и ракеты-носителя от случайного возгорания пролитых компонентов топлива на стартовой позиции предусмотрена противопожарная система. В ее состав входит бассейн с водой, гидроарматура, система насосов, коллекторов и лафетных стволов, а также система дистанционного управления и контроля, сигнализирующая о возникновении пожара или критической обстановки.

К вспомогательному оборудованию относится и система нейтрализации компонентов топлива, в случае их пролива при заправке ракеты.

На космодроме имеются внешние линии связи, соединяющие его при помощи телефонной, телеграфной и радиосвязи со всеми пунктами страны и пунктами командно-измерительного комплекса. Кроме того, развитая система внутренней связи обеспечивает телефонную и телеграфную связь всех служб космодрома между собой.

Очень важна служба единого времени, состоящая из ряда пунктов космодрома, оснащенных специальными атомными, молекулярными или кварцевыми часами. Эти пункты подают сигналы точного времени для синхронизации работы различных систем и служб стартового комплекса и всего космодрома в целом с командно-измерительным комплексом и координационно-вычислительным центром.

К вспомогательным относится и метеорологическая служба космодрома. Метеопрогнозы очень важны для своевременного принятия мер по безопасности работ и защите ракетно-космической техники при неблагоприятной метеорологической обстановке.

Вспомогательные функции выполняет и служба фото- и кинодокументирования, производящая съемку всех этапов работы оборудования космодрома, старта и полета ракет-носителей. Например, съемка полета ракеты на активном участке кинотеодолитными установками с разных точек и синхронизированная по времени помогает исследовать динамику полета ракеты.

К вспомогательным относится и служба поиска упавших ступеней ракет и аварийных ракет-носителей для изучения состояния систем и агрегатов после работы и выявления причин аварии.

Оборудование, связанное с испытанием ракетной техники, например, стенды для огневых испытаний двигателей, термобарокамеры, системы телеметрического контроля и, следовательно, аппаратура и оборудование для обработки телеметрической информации, в том числе и необходимый для этого вычислительный центр, тоже относится к вспомогательному оборудованию.

──────

Глава 6. Космодром — испытательный центр

Всевозможные виды испытаний ракетно-космической техники — автономные, комплексные и летные — занимают ведущее место в работе всех служб космодрома. Испытаниям подвергается как весь ракетно-космический комплекс в целом, включая ракету-носитель, космический объект и оборудование космодрома, так и каждая его часть.

Автономные испытания осуществляются при помощи контрольно-испытательной аппаратуры с целью определения правильности функционирования систем, узлов и агрегатов. Контрольно-испытательная аппаратура, установленная стационарно или в подвижном варианте, используется и на технической, и на стартовой позициях. При таких испытаниях взаимодействие агрегатов и систем не проверяется, и поэтому они могут проводиться в различное время.

Комплексные испытания представляют собой определенную совокупность операций, выполняемых с целью проверки не только правильности функционирования узлов и агрегатов, но и их взаимного функционирования. При этом имитируются все операции, выполняемые в процессе предстартовой подготовки, пуска и полета ракетно-космической системы. Эти испытания проводятся при помощи проверочно-пусковой аппаратуры, которая в отличие от контрольно-измерительной фиксирует не параметры агрегатов и систем, а этапы выполнения этими агрегатами своих функций, начальные и конечные их состояния и в отдельных случаях параметры режимов работы. Последовательность выполнения ряда предстартовых операций и работ, осуществляемых в процессе пуска, контролируется автоматически. Причем, необходимо отметить, что термины «автономные испытания» и «комплексные испытания» одинаково приемлемы и для испытаний ракеты-носителя, и космического объекта, и для испытаний собранной системы: ракета — космический объект и стартовое оборудование.

Летные испытания на космодроме проводятся со вновь разрабатываемой ракетно-космической системой для отработки и проверки отдельных элементов и всей ракетно-космической системы в целом в полете. На ракетах-носителях и космических аппаратах для этого устанавливаются необходимые телеметрические датчики; данные измерений передаются наземным пунктам для их расшифровки и обработки.

Кроме этих видов испытаний на космодроме часто проводятся и другие, специальные, виды испытаний. Но прежде, чем рассказать о них, следует остановиться немного на типовом объеме испытаний ракет-носителей и космических аппаратов перед стартом. Такие испытания входят в технологическую цепочку подготовки космической системы к старту.

Объем испытаний, их последовательность определяются конструктивными особенностями ракеты-носителя и космического аппарата, технологической схемой подготовки их к пуску (способом сборки, транспортировки, программой полета космического аппарата и многими другими факторами).

Рассмотрим наиболее общие методы, виды и способы проведения испытаний.

Испытание ракеты-носителя или ее ступени на технической позиции начинается с внешнего осмотра. Открываются все люки и лючки. Целью такого осмотра является выявление механических повреждений конструкций ракеты-носителя, которые могли появиться во время транспортировки ракеты-носителя от завода до космодрома, и проверка целостности электрокабельной сети и приборов.

После внешнего осмотра емкости, трубопроводы и арматура гидро- и пневмокоммуникаций ракеты-носителя испытываются на герметичность двумя способами; при помощи наддува воздухом различного давления, подаваемого через пневмопульты от сети высокого давления монтажно-испытательного корпуса, при этом давление в емкостях контролируется по манометру, а также путем обмыливания проверяемых соединений. Если соединение негерметично, то на обмыленном стыке появляются воздушные пузырьки, а величина давления на манометре падает.

Во время проведения пневмоиспытаний проверяются настройка редукторов и герметичность электропневмоклапанов на гидро- и пневмомагистралях ракеты-носителя.

Затем следуют электрические испытания ракеты-носителя.

Сначала проводятся автономные испытания бортовых приборов. Приборы можно испытывать и непосредственно на ракете-носителе при помощи переносного оборудования и, снятыми с нее, в специальных помещениях — лабораториях МИКа. Проверяются отдельные цепи приборов и их настройка. Для этого на испытываемый прибор с пульта подаются запрограммированные команды, имитирующие сигналы, поступающие на прибор во время полета, и снимаются характеристики работы прибора в этом режиме.

К электрическим испытаниям относится и проверка изоляции кабельной сети ракеты-носителя, ее проводят пробником или мегомметром (омметром).

Автономно испытывается работа приборов системы управления. Для этого они подключаются к бортовой кабельной сети, а испытания проводятся при помощи пультов комплекта аппаратуры комплексных проверок и пуска ракеты. Так, например, проверяется автомат стабилизации. С пульта проверки подается сигнал, имитирующий отклонение ракеты от направления полета, и фиксируются выходные параметры автомата стабилизации, при этом рулевые машинки выключены. Затем производится проверка автомата стабилизации уже с рулевыми машинками. Визуально наблюдают за отклонением рулей ракеты при подаче на входе цепи автомата стабилизации команд, имитирующих то или иное отклонение ракеты от направления полета.

К автономным испытаниям относится проверка чувствительности рулевых машин, напряжений источников тока и части преобразователей тока, настройка приборов автомата дальности.

После проведения полного объема автономных испытаний приступают к комплексным испытаниям ракеты-носителя, во время которых проводится имитация работы систем полета, включение двигателей от автомата дальности.

При комплексных испытаниях вместо автоматики двигательной установки, которую нельзя подключить из-за того, что в ней имеются узлы разового действия (мембраны, пиропатроны), подключается имитатор, входящий в пульт управления.

Следует отметить, что все испытания проводятся при подключении имитатора бортовых батарей, так как целесообразно использовать электроэнергию от наземных источников электропитания, а не от бортовых электробатарей.

Подготовка и испытания космических объектов на технической позиции проводится в основном по той же схеме, что подготовка и испытания ракеты-носителя. Они также включают сборку и пневмовакуумные и электрические испытания.

Но имеются некоторые отличия в характере самих испытаний вследствие того, что космическому объекту в зависимости от его назначения и программы полета приходится длительное время работать в глубоком вакууме космического пространства. Это время может исчисляться часами, сутками, месяцами и даже годами полета. Так, спутники серии «Интеркосмос» и некоторые спутники серии «Космос» трудятся на орбите от нескольких часов до нескольких дней. Полет к Луне продолжается почти четверо суток, а полет на Луну с возвращением на Землю советских аппаратов серии «Луна» и американских космических кораблей «Аполлон» составлял 10―12 суток. Рейсы межпланетных автоматических станций «Венера», «Марс», «Маринер» длились несколько месяцев.

На околоземных орбитах по году и более функционируют различные долговременные космические аппараты. Это — исследовательские и связные спутники. Все они или имеют герметические отсеки, блоки или целиком выполнены герметичными для обеспечения нормальной работы бортовых приборов, агрегатов, систем и аппаратуры. Необходимость надежной герметичности жилых отсеков для пилотируемых космических кораблей тем более очевидна. Поэтому становится понятной важность тщательной проверки космического объекта на герметичность прежде, чем он отправится в космический рейс. Поэтому пневмовакуумные испытания космического объекта проводятся на технической позиции дважды. Первый раз — когда объект доставляется на техническую позицию, и второй раз — после проведения электрических испытаний и перед заправкой объекта.

Самый распространенный и надежный способ проверки герметичности — это проверка объекта или его части в барокамере, где при помощи механических вакуумных и диффузионных насосов создается разрежение до 10―3 мм рт. ст.

Сам объект или его отсек заполняется гелием и по показаниям гелеевого течеискателя, вмонтированного в барокамеру, следят за падением давления гелия в отсеке в течение определенного промежутка времени.

Если техническая позиция не оборудована барокамерой или испытуемый объект нельзя из-за значительных размеров поместить в нее, применяется способ проверки, при котором объект заполняется воздухом с избыточным давлением по отношению к окружающей среде и в течение определенного промежутка времени замеряется спад давления в его емкостях. Чаще всего этот способ применяют для систем, работающих при избыточных давлениях.

Для систем, работающих с внешним избыточным давлением, применяют способ вакуумирования, при котором негерметичность проверяется по повышению давления за определенное время в системе, в которой предварительно создано разрежение.

Место разгерметизации определяется по показаниям гелеевого течеискателя, при ощупывании им поверхности объекта, заполненного избыточным давлением смеси гелия с воздухом или азотом.

Электрические испытания космического объекта проводят в несколько этапов. При этом бортовая аппаратура, датчики и радиосистемы подключаются к наземной контрольно-измерительной аппаратуре. Как и при подобных испытаниях ракеты-носителя, бортовые источники электропитания заменяются технологическими. Начинают испытания с включений бортовых систем для проверки их функционирования, правильности исходных параметров и устранения возможных неисправностей.

После этого проводят комплексные испытания систем космического объекта с имитацией программы полета, т. е. операций запуска, выхода на орбиту (или трассу полета), ориентации объекта, маневров по орбите и других, предусмотренных программой полета.

Радиотехнические средства космического объекта испытываются обычно в так называемой «безэховой камере». Так называют помещение, у которого поверхности не отражают радиоволн. Это необходимо для того, чтобы исключить появление искаженных или ложных радиосигналов.

Последним этапом являются комплексные испытания космического объекта вместе с ракетой-носителем. При этом космический объект и ракета-носитель связаны между собой специальными кабелями-удлинителями. Во время испытаний имитируется запуск, работа попеременно всех ступеней ракеты и выход на орбиту, а также аварийные ситуации.

Затем проводятся заключительные операции: повторные проверки герметичности, заправка космического объекта компонентами топлива, сжатыми газами и стыковка космического объекта с ракетой-носителем.

После этого космическая система «ракета — космический аппарат» готова к вывозу на стартовую позицию.

Ракета и космический аппарат на старте… Скоро они отправятся в космическое путешествие. Необходимо только заправить ракету-носитель компонентами топлива, сжатыми газами и произвести ее запуск. Но и здесь, на пусковой системе, ракета-носитель и космический аппарат подвергаются еще раз предстартовым проверкам. Объем проверок во многом зависит от класса ракеты-носителя и способа ее транспортировки (вертикальной или горизонтальной) на пусковую систему.

Предстартовые проверки разделяются на автономные и комплексные. При автономных — проверяют функционирование отдельных агрегатов и систем ракеты-носителя и наземного оборудования, а при комплексных — функционирование всех систем и агрегатов как ракеты-носителя, так и наземного оборудования. При комплексной проверке имитируют ход предстартовой подготовки, пуска и полета космической ракеты.

После комплексных испытаний и «расшифровки» результатов, записанных телеметрической системой, дается команда на заправку ракеты-носителя компонентами топлива и сжатыми газами. Естественно, что такая команда дается при условии положительных результатов комплексных проверок.

Таким образом, мы проследили за всем ходом испытаний и проверок, которым подвергается ракетно-космический комплекс при штатном запуске ракеты-носителя и космического аппарата. При отработке новой ракетно-космической системы объем этих испытаний значительно возрастает. После тщательной наземной отработки ракеты-носителя и космического аппарата их подвергают летным испытаниям.

Летные испытания проводят в несколько этапов, причем на каждом из них отрабатывается и испытывается какая-то часть систем, агрегатов и операций в полете. Испытания, как правило, заканчиваются штатной программой полета. Во время проведения летных испытаний функционирование отдельных систем и агрегатов ракеты-носителя и космического аппарата, а также правильность выполнения тех или иных операций (ориентация, стабилизация, развороты, маневры, расстыковка ступеней ракеты и космического аппарата, раскрытие антенн и т. д.) проверяются при помощи специальных датчиков телеметрической системы. Показания датчиков регистрируются специальными устройствами на земле, дешифруются, обрабатываются, изучаются, и в случае необходимости (исходя из результатов испытаний) в системы и агрегаты космической системы или в программу полета вносятся коррективы.

Ракетный двигатель — одна из важнейших частей ракеты и космического аппарата. Поэтому испытаниям двигательных установок отводится особое место. Эти испытания проводят на специальных стендах в двух вариантах: холодные и огневые. В первом случае проверяется работа агрегатов и систем двигательных установок на вспомогательных жидкостях и газах — имитаторах компонентов топлива, без процесса горения топлива. При таких испытаниях осуществляется проверка прочности и герметичности отдельных элементов двигательной системы, а также правильность функционирования систем и механизмов. Огневые испытания двигательных установок проводятся уже с использованием процесса горения топлива. В этом случае проверяется работоспособность двигателя и его характеристики, изучается поведение двигателя при различных режимах расхода топлива, его включении и выключении. Нагрузки на двигательную установку и температурный режим при таких испытаниях близки к полетному, а стенд во многом похож на пусковую систему. Двигательная установка подвергается также ресурсным испытаниям, т. е. выясняется запас прочности двигательной установки и ее надежность. Испытания двигателя ведутся на штатном режиме работы до выхода его из строя.

Ресурсным испытаниям подвергаются большинство агрегатов, систем и механизмов ракетно-космического комплекса: насосные установки заправочных систем и сами заправочные системы, гидропневмоаппаратура, пневмодомкраты, стрелы-установщики, тягачи и другие механизмы.

Оборудование и ракеты-носители подвергают и так называемым климатическим испытаниям, т. е. выдерживают определенное время под открытым небом, или в специальных камерах (ускоренный метод), где их подвергают по определенной методике захолаживанию, нагреву и дождеванию. После этого тщательно исследуют состояние и работоспособность систем и агрегатов объекта.

Ракету-носитель с космическим аппаратом (вместе или раздельно) подвергают транспортировке на всех видах транспортных средств, которые предусмотрены технологической схемой доставки их от завода до космодрома, и на всех допустимых режимах транспортирования. До и после транспортировки системы и агрегаты ракетно-космической системы проходят автономные и комплексные проверки, с целью определения возникших в ней нарушений или изменений.

В связи с тем, что космические аппараты больше по времени находятся в полете, чем ракеты-носители и, следовательно, значительнее подвергаются воздействию космической среды, объем и длительность их испытаний увеличивается. Кроме испытаний на герметичность космические аппараты подвергаются комплексному воздействию вакуума и температурному нагреву в термобарокамерах. Эти же камеры иногда оборудуются и для проверки работы систем астроориентации (имитируется звездное небо).

В глубоком вакууме и при полной или частичной невесомости резко меняются характеристики трения и сцепляемости между металлами, что может вызвать появление так называемой «вакуумной сварки», поэтому в барокамерах выясняется также правильность выбора материалов.

Космические аппараты работают в условиях сильных «морозов» космоса и перегрева от солнечной радиации. Правильность подбора материалов и конструктивных решений аппаратов необходимо проверить на Земле, в условиях, максимально приближенных к космическим. Ярким примером работы аппаратов в трудных условиях космоса являются советские передвижные лаборатории «Луноход-1» и «Луноход-2». Им приходилось передвигаться и выполнять различные исследования на поверхности Луны в условиях почти полного вакуума. Они подвергались нагреву до 170 °C на дневной стороне Луны и охлаждению до —150 °C на ночной. Конструкция аппаратов и их системы позволяли не только успешно перемещаться по сложному рельефу лунной поверхности, но и поддерживать внутри герметичного приборного отсека температуру, приемлемую для работы аппаратуры и приборов. Успешная работа этих исследовательских лабораторий в космическом пространстве не могла бы быть обеспечена, если бы на Земле не были проведены испытания и отработка всех элементов, систем и агрегатов, составляющих их, специальные проверки по вождению луноходов на «лунодроме» со структурой поверхности, похожей на лунную.

Другим примером могут служить аппараты, которые ведут исследования в условиях атмосферы Венеры, где давление достигает 100 кгс/см2, а температура 500 °C. В этих условиях пришлось работать советским автоматическим станциям «Венера». Эти аппараты перед полетом испытывались в специальных камерах высокого давления на функционирование в условиях, близких к условиям у поверхности Венеры.

Длительным испытаниям и проверкам подвергают системы аварийного спасения, приземления и мягкой посадки пилотируемых кораблей. Причем двигательную установку системы аварийного спасения, парашютную систему и двигатели мягкой посадки испытывают автономно. Затем они проходят комплексные испытания.

Таким образом, совершенно очевидно, что испытания ракетно-космической техники на космодроме занимают весьма важное место. Поэтому космодромы называют еще и испытательными полигонами. Так, основные космодромы США — Западный и Восточный — называются испытательными полигонами.

И даже тогда, когда на космодроме не производятся запуски, он живет полнокровной жизнью испытательного центра. Пытливая мысль и скрупулезные исследования испытателей проверяют созданные образцы ракетно-космической техники, совершенствуют их конструкцию и дают им путевку в жизнь, т. е. открывают дорогу в космос.

В административном центре космодрома имеются специальные службы, которые занимаются испытаниями. Они дробятся на различные отделы по видам испытаний. В их распоряжении находится сложное испытательное оборудование, измерительная и контрольная аппаратура. Особое место занимает телеметрическая аппаратура, позволяющая прослеживать и фиксировать состояние агрегатов и систем космических аппаратов вполете. На космодроме имеются автоматические и полуавтоматические линии обработки данных измерений и вычислительный центр, помогающие испытателям быстро обработать, обобщить и разобраться в результатах проведенных испытаний.

──────

Глава 7. Командно-измерительный и поисково-спасательный комплексы

С момента старта за ракетой-носителем и космическим аппаратом ведутся наблюдения визуальные, а также при помощи оптических средств.

Результаты оптических наблюдений, которые ведутся как в видимом, так и в ультрафиолетовом и инфракрасных участках спектра, записываются на пленку. Они помогают определять траекторию полета, ее отклонение от расчетной, пространственную ориентацию аппарата и ракеты.

При помощи оптических средств можно наблюдать за объектами до границ видимости или до горизонта. А как быть дальше? Как наблюдать за полетом космического аппарата вокруг Земли или к другой планете?

Прежде всего несколько слов о том, почему необходимо наблюдать за дальнейшим полетом космического аппарата, зачем нужно поддерживать связь с ним.

Для выполнения определенной программы исследований необходимо, чтобы космический аппарат совершал полет по определенной орбите и траектории. Различного рода возмущения, действующие на аппарат во время полета, и погрешности выполнения динамических операций (ориентация аппарата, включение и выключение двигателя, величина импульса, получаемого от работы двигателя) приводят к отклонениям траектории от расчетной. Эти погрешности и различного рода возмущения накапливаются к концу активного участка выведения объекта на околоземную или межпланетную орбиту и могут достигнуть такой величины, что орбита будет значительно отличаться от расчетной и не позволит выполнить задачу полета, например, достигнуть поверхности планеты, выйти на околопланетную траекторию. Так, для формирования эллиптической орбиты максимально допустимые ошибки по скорости выведения аппарата могут составлять всего 1 % от заданной, а по углу выведения до 5°; для круговой орбиты — соответственно 0,1 % и 0,5°. Поэтому орбиту аппарата необходимо корректировать.

Необходимость коррекции траектории межпланетного полета еще более очевидна. Например, для того чтобы космический аппарат в результате полета достиг Марса, погрешность по скорости выведения не должна превышать 0,0005 % от расчетной, а по углу выведения — 0,0005°.

Проведение коррекции требует ряда операций: определенной ориентации космического аппарата, включения и выключения двигателя, т. е. необходимо выбрать оптимальный момент включения, рассчитать параметры ориентации и величину импульса двигательной установки. Все эти операции — определение параметров орбиты, расчет необходимой коррекции — удобнее произвести на Земле, а затем передать необходимые команды на борт космического аппарата. Конечно, можно построить такую систему контроля, которая полностью автономно решала бы эти задачи, но тогда она стала бы настолько громоздкой, что вряд ли ее можно было бы вывести на орбиту современными средствами. Кроме того, с космическим аппаратом необходима связь для контроля за работой его систем, для получения информации от установленных на нем научных приборов и оборудования и поддержания связи с космонавтами.

Таким образом, мы убедились в необходимости связи с космическим объектом, наблюдения за ним и проведении определенных операций во время его полета. Все это и обеспечивает командно-измерительный комплекс (КИК).

Командно-измерительный комплекс

Командно-измерительный комплекс обеспечивает траекторные измерения полета ракеты-носителя и космического аппарата, срочно передает эти измерения по каналам связи в координационно-вычислительный центр для определения орбит и траекторий космических объектов, а также передает команды на космический аппарат по включению программ, заложенных в бортовое программное устройство для выполнения определенных операций бортовыми исполнительными системами и механизмами. Кроме того, КИК обеспечивает передачу на борт «уставок», так называются кодированные команды для изменения, полной замены или исключения программ, заложенных в программном устройстве космического аппарата. КИК осуществляет прием с борта ракеты-носителя и космического аппарата телеметрической информации, телевизионных изображений и их ретрансляцию. В функцию КИКа входит также телефонная или телеграфная связь с космонавтами через радиоканалы и ее ретрансляция.

Командно-измерительный комплекс представляет собой сеть наземных измерительных пунктов, расположенных на значительном расстоянии друг от друга. Такое расположение измерительных пунктов обеспечивает наиболее равномерную связь с космическим объектом. Время сеанса связи одного пункта с космическим объектом ограничено, так как скорость движения искусственного спутника Земли по околоземной орбите составляет около 480 км/мин, поэтому радиовидимость такого спутника с одной станции находится в зависимости от прохождения его орбиты над наземным пунктом (в зените или под определенным углом по отношению к пункту) и может длиться от нескольких минут до нескольких десятков минут.

Наземные измерительные пункты стараются расположить таким образом, чтобы максимально приблизить радиовидимость одного пункта к радиовидимости следующего, стремясь создать как бы сплошной сеанс связи с космическим аппаратом. Но это не такая простая задача, так как бо́льшая часть орбиты проходит над океанскими просторами. В этих случаях часть измерительных пунктов размещают на кораблях. Все измерительные пункты командно-измерительного комплекса имеют общую службу единого времени и надежную связь с координационно-вычислительным центром, центром управления полетом и основным пунктом КИКа, а также между собой. Основной пункт КИКа может быть расположен как на космодроме, так и вне его, в зависимости от того, где проходят наиболее важные участки типовых траекторий полета Космических объектов, запускаемых с данного космодрома.

Центр управления полетом может быть совмещен с основным измерительным пунктом, но может располагаться и далеко от него.

Часто Центр управления полетом совмещен с координационно-вычислительным центром или основным измерительным пунктом.

Состав аппаратуры наземных измерительных пунктов включает в себя радиотелеметрические станции, радиоприемные и радиопередающие устройства, мощные антенные установки, телевизионные установки, линии автоматической обработки получаемых данных, счетно-вычислительные машины, а также средства связи и источники электроснабжения и электропитания спецтоками.

Средства связи наземных измерительных пунктов с космическими объектами должны обладать высокой надежностью при длительной работе, большой дальностью действия и большой пропускной способностью информативных материалов, при минимальных габарите и массе.

Линию связи принято характеризовать отношением мощности принятого сигнала к мощности шума. Мощность же принимаемого на Земле сигнала прямо пропорциональна мощности передающих устройств космического аппарата, степени усиления передающей антенны и эффективной площади приемной антенны и обратно пропорциональна квадрату расстояния от наземного пункта до космического аппарата.

Поэтому-то ученые и инженеры, увеличивая дальность действия радиолиний, стремятся создать приемные антенны с большими эффективными площадями, а передающие антенны — с большим коэффициентом усиления.

Так, в современных радиолиниях «Земля — Луна», «Земля — Марс» применяются наземные антенные установки с чашей, диаметром в несколько десятков метров и эффективными площадями в 2000―3000 м2 (рис. 21).

На борту космических аппаратов устанавливаются всенаправленные и остронаправленные антенны. Применение остронаправленных антенн на космических аппаратах требует сложных систем ориентации, а следовательно, дополнительных затрат веса и увеличения габаритов, но качество принимаемого сигнала при этом во много раз возрастает. Поэтому в космических аппаратах применяются остронаправленные антенны диаметром до нескольких метров.


Рис. 21. Антенны центра дальней космической связи


После проведения траекторных измерений и обработки данных, объем информации, полученный измерительным пунктом за один сеанс связи, сокращается с нескольких тысяч параметров до нескольких значений проверенных величин и готов для передачи в КВЦ. Это избавляет центр от необходимости проводить сложную работу по выявлению искажений, неизбежных при срочной передаче большого объема информации по линиям связи.

Теперь представим, как работает командно-измерительный комплекс, Центр управления полетом и координационно-вычислительный центр. Рассмотрим все это на примере работы комплекса во время пилотируемого околоземного полета.

В Центр управления полетом, как на командный пункт, стекаются все данные после обработки телеметрической информации, полученной любым из наземных измерительных пунктов. На больших световых табло и специальных экранах командного пункта сообщаются основные параметры состояния работы агрегатов и систем космического корабля, температура, давление и влажность воздуха в жилых отсеках корабля, напряжение и сила тока источников электропитания. На одном табло — параметры орбиты движения корабля: апогей, перигей и наклонение. На центральном табло — светящаяся карта Земли с движущейся яркой точкой, показывающей точку земной поверхности, над которой в настоящий момент находится космический корабль. Еще одно табло сообщает время очередного сеанса связи с кораблем, какой измерительный пункт будет его проводить и какая программа работы этого сеанса связи.

Многие экраны и табло транслируются на экраны телевизоров, которые расположены на рабочих местах специалистов, участвующих в управлении полетом космического корабля.

В работе Центра управления полетом принимают участие различные оперативные группы, каждая из которых выполняет строго определенные функции.

Так, например, группа целеуказаний постоянно следит за движением космического корабля по орбите полета, и при помощи электронно-вычислительных машин определяет когда, на каком расстоянии и под каким углом к горизонту лучше «привязать» его к одному из измерительных пунктов, т. е. она выдает целеуказания для антенной установки наземного пункта, определяет время начала сеанса связи и задает направление и скорость движения антенны за кораблем.

Другая группа, называемая баллистической, определяет параметры орбиты корабля по результатам проводимого во время сеанса связи радиоконтроля орбиты. Результаты радиоизмерений записываются на приемной аппаратуре телеметрической системы, обрабатываются на автоматической линии и поступают по каналам связи в КВЦ, где счетно-вычислительные машины по специальным программам быстро высчитывают параметры орбиты и сообщают их в Центр управления полетом. Эта группа также прогнозирует орбиты, т. е. определяет скорость изменения параметров орбиты. Это особенно необходимо при длительных полетах, для того чтобы вовремя «поднять» орбиту и не дать кораблю слишком опуститься вниз и войти в плотные слои атмосферы. Баллистическая группа определяет и операции, необходимые для изменения орбиты или для проведения каких-либо маневров на ней, т. е. когда, в каком месте орбиты включить корректирующую двигательную установку, сколько времени она должна работать и как при этом должен быть сориентирован корабль. Баллистическая группа при помощи КВЦ определяет и необходимый момент для работы тормозной двигательной установки при возвращении космического корабля на Землю.

Специалисты группы медико-биологического контроля непрерывно следят за телеметрическими данными о состоянии космонавтов в полете. Как правило, на Земле постоянно контролируется частота дыхания и пульса космонавтов, температура тела. За самочувствием космонавтов следят также по телевизионным системам во время сеансов связи. Не менее важным является контроль за работой системы жизнеобеспечения космического корабля: контролируется состав воздуха, давление, влажность и температура воздуха в жилых помещениях. В случае, если медики замечают утомляемость космонавтов, снижение их работоспособности или другие отклонения, то они сразу же принимают соответствующие меры (например, изменяют распорядок дня, назначая отдых, и т. д.).

В тесном контакте с медико-биологической группой работает группа радиационного контроля. Особенно важно знать радиационную обстановку на трассе полета космического корабля при длительных полетах. Прогноз радиационной обстановки составляется еще до полета, но во время полета он все время уточняется и корректируется. Прогноз этот составляется на основе данных, получаемых «службой Солнца», так называется система наземных станций-обсерваторий, расположенных на территории Советского Союза, которые постоянно ведут наблюдение за солнечной активностью и интенсивностью космических излучений. В получении более полной картины радиационной обстановки в околоземном пространстве, помогают и приборы, установленные на советских искусственных спутниках Земли «Метеор» и «Прогноз». Группа радиационного контроля следит за уровнем радиации внутри жилых отсеков самого корабля по данным телеметрической системы и датчиков, установленных на борту космического корабля. Если на трассах полета в результате мощной вспышки на Солнце радиация выше допустимого уровня и это в какой-то мере угрожает жизни космонавтов, то группа решительно принимает все меры по ликвидации возможных последствий: изменяет высоту орбиты, а в отдельных случаях — прекращает полет. Практически такого не происходит, так как радиационная защита космического корабля и фармакологические средства, имеющиеся в аптечке корабля, надежно защищают космонавтов в полете. Но контроль за уровнем радиации как внутри корабля, так и на трассе его полета необходим, он повышает надежность безопасности полета.

Ведущей группой Центра управления полетом является группа анализа. Она состоит практически из специалистов по всем системам и агрегатам космического корабля. В эту группу поступают данные телеметрического контроля состояния систем и агрегатов корабля, а также результаты обработки данных телеметрического контроля с выводами и предложениями от других групп Центра. Группа анализирует состояние корабля и его систем, оценивает их работоспособность, определяет запасы топлива в двигательной установке системы ориентации, в корректирующей двигательной установке, состояние и запасы системы жизнеобеспечения. Она подводит итоги проделанной работы и произведенных операций, сопоставляет их с планами и программой полета, и в результате этого корректирует программу дальнейшего полета. В случае-отказа в работе какой-либо системы корабля или аварийной ситуации, группа анализирует создавшееся положение и оперативно принимает меры к изменению программы полета, а иногда и к прекращению его. Группа анализа разрабатывает скорректированную программу очередного дня или этапа полета и передает ее в группу управления полетом.

Группа управления полетом, получив программу на очередной этап или день полета, разрабатывает «уставки» для введения их в бортовое программное устройство космического корабля. «Уставкой» называется кодируемая команда, передаваемая на борт для коррекции заложенной в программном устройстве команды для выполнения определенных операций систем и агрегатов корабля. Она может полностью заменить введенную ранее команду.

В качестве примера можно привести «уставку» на коррекцию орбиты. Эта команда состоит из сложного комплекса динамических операций, взаимосвязанных между собой: сначала надо привести в действие систему ориентации и сориентировать соответствующим образом корабль, затем включить в строго определенное время двигатель и вовремя выключить его. Вводятся «уставки» на ориентацию корабля на Солнце и «закрутку» его в этом положении для сохранения ориентации солнечных батарей на Солнце для их подзарядки. Для расчета вводимых в программное устройство «уставок» привлекается координационно-вычислительный центр с его мощными электронно-вычислительными машинами. Так что, практически КВЦ является «мозговым центром», позволяющим группе управления быстро получать ответы на поставленные задачи.

Все разработанные группой управления «уставки» поступают на командный пункт Центра управления, а затем измерительным пунктом, проводящим очередной сеанс связи, передаются на корабль. Есть в Центре управления полетом одна группа, выполняющая важную работу — это группа посадки. Она постоянно следит за полетом космического корабля и поддерживает связь с поисково-спасательным комплексом, о котором будет рассказано ниже. Группа должна точно зафиксировать спуск корабля с орбиты, определить данные фактической траектории спуска и передать их по линиям связи поисковым группам.

Вот так выглядят службы Центра управления, непосредственно участвующие в управлении полетом. Конечно же, для их нормальной работы необходимы десятки других служб, обеспечивающие их обработанной информацией, связью, электроэнергией и другими условиями для работы.

На примере работы командно-измерительного комплекса во время проведения коррекции траектории полета межпланетной станции покажем взаимодействие Центра управления полетом (в Советском Союзе Центр управления полетом межпланетными станциями называется Центром дальней космической связи) с антенным хозяйством измерительного пункта и координационно-вычислительным центром.

Автоматическая межпланетная станция, стартовавшая с промежуточной околоземной орбиты к планете назначения, устремляется к ней по траектории полета, близкой к расчетной. Но все же из-за неточности ориентации во время старта и ошибки в определении величины конечной скорости станции после работы разгонного двигателя траектория получается такой, что двигаясь по ней станция может не встретиться с планетой назначения. Можно было бы создать систему управления, позволяющую избежать этих ошибок, но это неоправдано усложнило бы ее, поэтому удобнее корректировать траекторию движения станции к планете.

Для осуществления коррекции прежде всего необходимо с высокой точностью определить параметры траектории. Поэтому через некоторое время после того, как станция начала движение, производят несколько сеансов радиоконтроля траектории, во время которого определяют ее параметры. Группа целеуказаний, получив от координационно-вычислительного центра расчетные параметры местонахождения станции, в определенное время выдает их антенне дальней космической связи. В центре дальней космической связи объявляется сеанс связи со станцией. Могучая антенна приводится в действие: она разворачивается в поисках цели, и вот на табло в зале управления загорается надпись: «Есть сигнал». Это значит, что со станции принят сигнал. Радиосистемы настраиваются на прием, сигнал усиливается, и вот он уже устойчивый и четкий. Идет прием телеметрических данных радиоконтроля орбиты. Их записывают специальные устройства — регистраторы. Подключенные к ним автоматические линии обработки поступающей телеметрической информации, уменьшив объем информации, передают данные измерений в координационно-вычислительный центр. Там, получив данные нескольких сеансов радиоконтроля траектории полета автоматической станции, вычисляют на ЭВМ траекторию полета и сравнивают ее с расчетной траекторией. После чего КВЦ решает следующую задачу: когда провести коррекцию траектории движения и какой для этого нужен импульс (т. е. сколько времени должна проработать двигательная установка). Решив эту задачу, КВЦ выдает в центр дальней космической связи все необходимые параметры для проведения коррекции траектории движения станции. Группа управления эти данные превращает в «уставки», которые передаются на борт в очередном сеансе связи. Эти «уставки» заключают в себе команды на ориентацию межпланетной станции в пространстве и на включение и выключение корректирующей двигательной установки.

Теперь в центре дальней космической связи ждут рабочего сеанса связи. Все следят за информационным табло. Приближается сеанс связи, антенны уже напряженно «вслушиваются» в космические дали. Со станции поступает радиосигнал… «Сеанс начался. На землю поступает телеметрический сигнал о выполнении межпланетной станцией операций по ориентации. „Есть включение двигательной установки“» — информирует табло, а через некоторое время поступает сигнал о выключении двигателя. Коррекция прошла. Теперь необходимо убедиться в правильности ее проведения и узнать параметры полученной траектории. Для этого вновь проводят несколько сеансов радиоконтроля траектории полета межпланетной станции. Данные радиоконтроля опять поступают на обработку в КВЦ, и вот уже известны параметры новой траектории. В зависимости от полученных данных решается вопрос о необходимости проведения дополнительных коррекций.

Так схематично выглядит взаимная связь; наземный измерительный пункт — Центр управления полетом — КВЦ.


Рис. 22. Плавучий измерительный пункт — научно-исследовательское судно АН СССР «Космонавт Юрий Гагарин»


Корабельный командно-измерительный комплекс составляют современные суда, оснащенные мощными радиотехническими средствами. Такие суда представляют собой, по существу, плавучий пункт измерений, выполняющий все его функции только в необычных условиях плавания по морю. Мощные антенны на борту придают своеобразный облик таким судам. Их сразу можно узнать по чашам антенн или куполообразным защитным радиопрозрачным колпакам антенн. Но необычное назначение таких судов накладывает отпечаток не только на внешний облик, оно требует и значительных внутренних конструкционных изменений и своеобразного оборудования. Прежде всего необходимо, чтобы антенны были устойчивы при штормовой погоде. Для этого на судах применяются успокоители качки и автономная гироскопическая стабилизация самой антенны. Особые требования предъявляются к энергетическому оборудованию судна: оно должно вырабатывать достаточное количество электроэнергии для обеспечения работы всех радиотелевизионных систем, автоматических линий обработки телеметрической информации и вычислительной техники.

Некоторые суда, выполняющие (если это необходимо) роль Центра управления и КВЦ, имеют вычислительные машины и все службы, присущие Центру управления и КВЦ.

В Советском Союзе роль корабельного командно-измерительного комплекса выполняют научно-исследовательские суда Академии наук СССР, такие как «Космонавт Юрий Гагарин» (рис. 22), «Космонавт Комаров» и др. Помимо функций КИКа, эти суда ведут и другие исследовательские работы в акватории Мирового Океана.

Поисково-спасательный комплекс

Рассказывая о Центре управления полетом мы коснулись работы группы посадки. Эта группа является одним из звеньев другой большой службы — поисково-спасательного комплекса (ПСК).

Поисково-спасательный комплекс должен обеспечить быстрый поиск, обнаружение и доставку космонавтов и самого космического корабля, совершивших посадку в запланированный район Земли или аварийный спуск.

В состав современного поисково-спасательного комплекса входят новейшие авиационные, сухопутные и морские транспортные средства. Среди них самолеты и вертолеты, оснащенные радиотехникой для поиска и обнаружения корабля и средствами связи, морские суда, катера и даже авианосцы и вертолетоносцы, как это имеет место в спасательном комплексе США, колесные и гусеничные вездеходы и машины-амфибии.

Авиационные средства имеют на своем борту надувные лодки, плотики и другое десантное оборудование, которое сбрасывают на землю или в воду в случае невозможности посадки вертолета рядом с вернувшимся на землю космическим кораблем. Вертолеты оснащаются специальными траверсами, тросами и балками, позволяющими застропить корабль, поднять его в воздух и перенести на нужное расстояние. Так как космические корабли США «Джемини» и «Аполлон» производят посадку только на воду, с вертолетоносца, дислоцирующегося в районе посадки космического корабля, поднимаются вертолеты, которые направляются к обнаруженному радиотехническими средствами спускаемому аппарату корабля «Аполлон». Вскоре с вертолетов обнаруживают хорошо видимые купола парашютов, на которых медленно опускается корабль. После его приводнения один из вертолетов зависает над плавающей кабиной космического корабля. С вертолета сбрасываются спасательные плотики и десантируются спасатели в легких водолазных костюмах, которые подводят плотик под кабину корабля, затем открывается ее люк, и космонавтов в специальной веревочной люльке, спущенной из вертолета, поднимают на борт вертолета. Затем вертолет доставляет космонавтов на борт вертолетоносца. Плавающую кабину корабля при помощи тросов и траверс извлекают из воды и также доставляют на палубу вертолетоносца.

Успешность работы ПСК во многом зависит от хорошей связи, поэтому он оборудован телевизионной, радио- и телеграфной связью. При необходимости может использоваться и спутниковая система связи.

Поисково-спасательный комплекс имеет свой командный пункт, который поддерживает связь с Центром управления полетом и отдельными наземно-измерительными пунктами командно-измерительного комплекса. От них он получает сведения о полете, о предполагаемом районе посадки, координатах места посадки, расчетную, а во время самого спуска корабля и действительную, траекторию спуска. Командный пункт ПСК поддерживает также непрерывную связь со своими поисковыми отрядами, расположенными практически в различных точках обоих полушарий Земли. И если посмотреть на карту дислокации поисковых отрядов, то видно, что сфера действия поискового комплекса носит глобальный характер.

Обычно основные поисково-спасательные средства дислоцируются в районе предполагаемой посадки корабля, а также в наиболее вероятных аварийных или запасных местах посадки. Они размещаются таким образом, чтобы в случае необходимости их можно быстро перебазировать в любой из вероятных районов посадки.

Во время полета американского космического корабля «Аполлон-13», который должен был совершить третью высадку космонавтов на Луну, произошел взрыв в кислородном баке питания топливных элементов, что привело к выводу из строя основного маршевого двигателя. О высадке на Луну в этой ситуации нечего было и думать, надо было срочно решать, как вернуться на Землю.

Для перевода корабля на облетную траекторию вокруг Луны необходимо было откорректировать пролетную траекторию, по которой летел корабль, а затем дать коррекцию для попадания корабля в определенный «коридор возвращения» в атмосфере Земли. Решено было провести все эти коррекции при помощи двигателя лунной кабины, предназначенного для посадки кабины на Луну и взлета с нее, хотя характеристики работы двигателя были далеки от характеристик основного маршевого двигателя. Коррекции были успешно проведены, но траектория возвращения на Землю несколько отклонилась от расчетной. При этом место посадки корабля в Индийском океане должно было сместиться на несколько сотен миль к северу. До приводнения корабля оставалось еще почти трое суток, и за это время поисковый отряд успел переместиться в новый район приводнения и успешно выполнил свои задачи.

А что же произойдет в том случае, если посадку околоземного корабля придется производить немедленно, а район приземления будет значительно удален от ближайших поисково-спасательных групп и они не успеют прибыть туда до посадки корабля, или если район посадки окажется в труднодоступной местности? В любом из этих случаев космонавты приземлившихся космических кораблей могут или ждать прибытия поисковых групп или двигаться им навстречу. Для этого на спускаемом аппарате космического корабля есть средства, которые входят в так называемый носимый аварийный запас (НАЗ). В него входит надувная лодка и весла, которые можно использовать как лыжи — снегоступы, палатка и комплект теплой одежды, запас пищи на несколько суток и портативный примус с топливом. В аварийном запасе имеются также передатчик, сигнальные ракеты и дымовые шашки, которые помогут обнаружить космонавтов или связаться с группами поиска.

В практике космических полетов уже был случай, когда космический корабль был вынужден сесть в незапланированном месте, и поисковые группы не успели занять новые позиции и прибыли в район приземления уже после посадки корабля. Это было в марте 1965 года во время полета советского космического корабля «Восход-2» (экипаж корабля — командир П. И. Беляев и второй пилот А. А. Леонов), когда впервые в истории космических полетов был совершен выход человека в открытый космос. Наступил момент ориентации корабля, включения тормозной двигательной установки и схода его с орбиты. И вдруг с корабля поступает доклад, что система автоматической ориентации корабля не сработала. Земля уже знала об этом по показаниям телеметрического контроля. Голос командира корабля спокоен, он запрашивает разрешение на ручную ориентацию и посадку корабля. Ю. А. Гагарин, находящийся в Центре управления в группе управления полетом, дает от имени Государственной комиссии разрешение на ручное управление посадкой. П. И. Беляев включил систему ручной ориентации корабля, и после того как корабль был сориентирован, — тормозную двигательную установку. «Восход-2» начал спуск с орбиты. Так впервые в мире была произведена посадка космического корабля с применением ручной системы управления. Корабль совершил посадку в 180 км северо-западнее города Перми. Так как посадку пришлось проводить в другом варианте и со следующего витка, естественно, что район приземления несколько отодвинулся от заданного. Купола парашютов зависли на кронах высоких сосен. Кабина оказалась зажатой с трех сторон большими соснами и утонула в глубоком снегу. Космонавты сделали попытку открыть люк и выйти из кабины, но это им не удалось. Поэтому П. И. Беляеву и А. А. Леонову пришлось дожидаться прибытия поисковых групп, люк был открыт и космонавты вышли из кабины.

Среди служб ПСК важное место занимает метеослужба, которая, поддерживая связь с аналогичной службой страны, непрерывно составляет карты метеопрогноза для предполагаемых полигонов посадки космического корабля. Место и время посадки могут быть изменены, если метеообстановка в районе посадки неблагоприятная. В таком случае выбирается для посадки космического корабля запасный район.

В поисково-спасательной службе работают люди самых различных специальностей: летчики и моряки, шоферы и механики, инженеры и техники, синоптики и врачи, слесари, сварщики, водолазы, радисты и др.

Поисково-спасательная служба Советского Союза работает четко и с честью выполняет возложенные на нее задачи. Эта служба успешно находит и встречает советские пилотируемые корабли при посадке и в степных, и лесных районах нашей страны, как в дневное, так и ночное время (например, ночью в августе 1974 года приземлялся корабль «Союз-15»). Хорошо справился комплекс с обнаружением и встречей возвращаемого аппарата автоматических станций «Луна-16» и «Луна-20» с капсулами проб лунного грунта, взятого в различных районах Луны. Четко работал комплекс при обнаружении и встрече автоматических аппаратов «Зонд-5» и «Зонд-7», возвращающихся после облета Луны в акватории Индийского океана. Хорошо известна и уверенная работа поисково-спасательного комплекса США, встречающего свои пилотируемые корабли в водах Индийского и Тихого океанов.

──────

Глава 8. С космодрома — в космос

Кратко остановимся на взаимодействии ракетно-космической техники и служб космодрома при подготовке и осуществлении запусков на примере запусков долговременной орбитальной обитаемой станции «Салют-3» и космического корабля «Союз-14».

Орбитальная станция и космический корабль прибывают на космодром задолго до старта. Будущие космические путешественники совершают обычное земное путешествие от заводов-изготовителей до технических позиций космодрома. Туда же доставляют и ракеты-носители, которым предстоит отправить на космические трассы орбитальную станцию, а затем уже и корабль с экипажем.

Ракеты-носители для вывода в космос орбитальной станции «Салют» и космического корабля «Союз» различны. Поэтому их подготавливают к запуску на различных технических позициях, и они стартуют каждая со своей стартовой позиции, т. е. в этой работе принимают участие два стартовых комплекса.

Как уже говорилось, МИК для сборки ракет-носителей для кораблей «Союз» — горизонтальный. Поэтому корпус здания, хотя и внушительных размеров, но сравнительно невысок, и его не сразу замечаешь, когда подъезжаешь к технической позиции стартового комплекса для кораблей «Союз». Внутри корпус МИКа напоминает сборочный цех и контрольно-испытательную станцию завода: огромные светлые пролеты здания, мостовые краны, стапеля, монтажные тележки, тали и масса кабелей и проводов, идущих к лабораторным помещениям, к приборам контроля.

Четко, размеренно, в соответствии с разработанным графиком ведется подготовка объектов к предстоящему полету. Проводятся тщательные контрольные испытания отдельных систем, приборов и агрегатов орбитальной станции, корабля «Союз» и ракет-носителей. Десятки людей самых различных специальностей кропотливо, как врачи, исследуют, проверяют и перепроверяют «организмы» космических «пациентов». От их работы во многом будет зависеть успех предстоящей космической экспедиции.

Но вот автономные проверки систем и агрегатов закончены, закончен монтаж комплектующих элементов, научных приборов, и космические объекты начинают проходить комплексные испытания. Специальное электронное оборудование, пульты проверки внимательно прослушивают орбитальную станцию, космический корабль и ракеты-носители.

Пока в МИКе идет напряженная работа, на космодром прибывают космонавты. В жилой зоне космодрома, в утопающем в зелени уголке города, неподалеку от местного телецентра, располагается гостиница «Космонавт». Гостиница — название условное. Здесь имеются и классы для занятий экипажей по программе технической и научной подготовки, и спортивный комплекс на открытом воздухе, и спортивный зал для занятий по физической подготовке, и комплекс для исследования состояния здоровья и наблюдений за подготовкой космонавтов к полету. Здесь же можно посмотреть кинофильмы, почитать книги. В часы физической подготовки в «уголке космонавтов» экипаж можно застать и на теннисных кортах, и на беговой дорожке, и на баскетбольной площадке, и в плавательном бассейне.

А в это время в МИКе происходит встреча космических объектов с ракетами-носителями. Производится пристыковка объектов к носителям. Наконец, Государственная комиссия принимает решение о вывозе ракеты с орбитальной станцией «Салют» на стартовую позицию…

Открываются ворота, и ракета-носитель с пристыкованной станцией «Салют», перегруженная на транспортно-установочный агрегат, плавно вывозится тепловозом. Величественное зрелище представляет собой медленно двигающаяся по железнодорожным путям ракета со станцией на фоне застывшей в оцепенении древней казахской степи. Медленно и торжественно этот поезд приближается к стартовому устройству. Могучие руки механизмов плавно ставят на него ракету. Ажурная башня обслуживания своими площадками и «балконами» очень осторожно охватывает ракету-носитель и орбитальную станцию на разных уровнях по высоте.

Вокруг закипела работа — стартовый комплекс приступил к выполнению своей задачи. Началась предстартовая подготовка и проверка ракеты. Затем заправка. Мощные насосы через тончайшие фильтры нагоняют в баки ступеней ракеты сначала окислитель, а затем и горючее.

Наконец, все готово. Звучит команда: «Стартовым расчетам покинуть старт!». Люди уезжают на безопасное расстояние, в укрытие.

Со смотровой площадки наблюдательного пункта все взоры направлены туда, где в рассветной дымке стоит стройная громада ракеты.

Объявлена пятиминутная готовность. Все как бы замерло. Работает автоматика пуска, идет наддув топливных баков, закрываются дренажные клапаны, выводятся на режим двигатели.

«Старт!» — огненная вспышка ослепляет: лавина огня вырвалась из-под ракеты и заволакивает ее. Раздается страшный гул. Разрывая земные путы, ракета сначала медленно, а затем все быстрее и быстрее поднимается вверх.

Пошли сообщения телеметрического контроля: «Давление в камерах двигателя в норме. Полет устойчив». Это вступила в работу приемная антенна наземного измерительного пункта, расположенного на космодроме. Все головы запрокинуты вверх. Вот видно отделение первой ступени. «Произошло отделение первой ступени» — сообщает голос оператора. — «Двигатели второй ступени вышли на режим».

Орбитальная станция «Салют» вышла на орбиту вокруг Земли. Теперь за ней следят наземные радиотехнические средства командно-измерительного комплекса, принявшего эстафету от космодрома.

А в МИКе своим чередом продолжается работа с космическим кораблем «Союз-14». В гостинице «Космонавт» идут последние предстартовые дни. В самой атмосфере, царящей в гостинице, на стартовой позиции и в монтажно-испытательном корпусе, уже чувствуется приближение решающей минуты — старта пилотируемого корабля. Экипаж космического корабля готовится к полету: по-прежнему занятия по научной и технической подготовке, по-прежнему физподготовка. Но экипаж уже выезжает в монтажно-испытательный корпус: производится «примерка» космонавтов в корабле, обживание его отсеков, привыкание к нему. Эту операцию на космодроме шутливо называют «отсидкой» экипажа в корабле.

Производится стыковка корабля «Союз-14» с ракетой, а затем вывоз и установка их на стартовой позиции. Ракета заправляется компонентами топлива. В это время идет заседание Государственной комиссии. Слушаются доклады о готовности ракетно-космического комплекса к старту, о готовности к работе служб космодрома и командно-измерительного комплекса. Принимается решение о времени запуска корабля «Союз-14» — 3 июля 1974 г. Затем заслушивается доклад о готовности экипажа к выполнению программы полета. Утверждается экипаж корабля.

Остается совсем немного времени до старта, а космонавтам предстоит провести еще много земных встреч. На стартовой площадке у ракеты проводится митинг. На нем встречаются те, кто готовил ракету и корабль к полету, кто будет обеспечивать его старт. Звучат теплые слова в адрес экипажа корабля. Рабочие, инженеры, монтажники как бы передают в руки космонавтов корабль. Затем экипаж встречается с журналистами, проводится пресс-конференция. Такие встречи стали на космодроме уже доброй традицией. На космодроме всегда поражает особая атмосфера дружелюбия, слаженности, ответственности и заинтересованности в работе различных служб, сотен людей самых разных специальностей. Это и понятно, так как только слаженная работа всех служб, четкое их взаимодействие венчается на космодроме общим успехом — запуском космического корабля. Во время предстартовой подготовки даже освободившиеся от работы специалисты не уходят со своих мест до тех пор, пока не завершится вся технологическая цепочка подготовки к старту и ракета не уйдет в космос.

Наступает долгожданный день… Солнце уже встало и заливает ярким светом бескрайние просторы степи. Ракета готова ринуться в заоблачные дали. Все в ожидании. Показался знакомый автобус, пламенеют на солнце оранжевые занавески. Космонавты выходят из автобуса, четким шагом подходят к председателю Государственной комиссии. Рапорт о готовности к полету, последние напутствия. Экипаж направляется к ракете.

Экипаж в кабине корабля. Проверяются системы корабля. Земля постоянно ведет переговоры с кораблем, на экранах телевизоров видны космонавты.

Разводятся фермы обслуживания. На КП уже собралось много людей: одни разместились на крытой галерее, другие расхаживали рядом с ней. Медленно, очень медленно тянется время. По громкой связи, время от времени, передаются сообщения о ходе подготовки к старту и о времени готовности. «Готовность 20 минут!» — звучит голос информатора.

Ракета стоит, освободившись от ферм обслуживания, ее удерживают на пусковом устройстве только четыре мощных захвата. С землей ее связывает еще кабель-заправочная мачта. Отсюда в предстартовой дымке она кажется красавицей. Степь кругом замерла в ожидании и кажется сам воздух пропитан этим напряженным ожиданием.

Звучит команда: «Ключ на старт!» Это на пульте управления запуском на командном пункте повернут ключ, который приводит в действие автоматику. Заправляются дренажные клапаны топливных баков, включается телеметрическая аппаратура.

Волнение охватывает всех присутствующих на КП. Здесь члены Государственной комиссии по запуску космического корабля «Союз-14», разработчики ракеты, корабля, отдельных её систем и агрегатов. Не один раз они присутствовали при запуске космических кораблей, но все же — волнуются. Нет, это не страх за работу своих систем, не боязнь отказов или выявления неисправностей — они твердо уверены, что все будет хорошо, что десятки раз проверено и перепроверено. Нет — это совсем другое. Ведь к запуску в космос нельзя привыкнуть. Сейчас люди уйдут в космические дали вот с этого места, где сейчас они сидят в кабине корабля, и где два часа назад мы желали им счастливого пути при посадке в корабль. К этому привыкнуть нельзя. Это переживаешь каждый раз вновь и вновь.

«Пуск!» — звучит голос информатора. На КП запущена автоматика запуска. Пошли необратимые процессы. До старта 40, 30 секунд.

Вот отделилась заправочная и кабельная мачты.

«Зажигание» — и в то же время огненная вспышка озарила стартовую позицию и мощный рокот ударил в ушные перепонки, заработали двигатели первой ступени. Они постепенно выходят на режим, сначала на предварительный, а затем на главный. Постепенно нарастает тяга двигателей. Вот она достигла ужевеличины веса ракеты, вот уже немного больше веса ракеты. Захваты пускового устройства, удерживающие ракету раскрываются, распадаясь в стороны. Теперь ракета свободна, тяга двигателей все возрастает. Ракета медленно начинает подниматься. Но вот она уже начинает ускорять свой бег. Невольно на устах у всех присутствующих на КП звучат ставшие легендарными слова Ю. А. Гагарина, которые он произнес во время подъема ракеты: «Поехали!».

Ракета с космическим кораблем ушла со стартовой позиции, и тут же заботливые руки командно-измерительного комплекса приняли его под свою опеку.

На командно-измерительный комплекс возлагается целый ряд важных задач. Это прежде всего обеспечение траекторных измерений ракеты-носителя, а затем и корабля; прием с борта корабля телеметрической информации и передача на борт команд по включению программ, заложенных в бортовые исполнительные системы. КИК осуществляет связь с космонавтами через радиоканалы телефонной или телеграфной связи, а также прием телевизионных изображений с борта космического корабля, обеспечивает передачу «уставок». Все эти виды работ с космическим кораблем проводятся во время сеансов связи.

Наземные измерительные пункты оборудованы совершенными радиотелеметрическими станциями, телевизионными установками, мощными антеннами, радиоприемными и радиопередающими устройствами.

Могучие антенны — многотонные сложные сооружения, но когда смотришь, как они разворачиваются, следят за полетом корабля, не чувствуешь их тяжести. Кажется, что они вытягивают чаши и внимательно, словно живые, прислушиваются к небесным просторам. И почти наяву видишь невидимые нити, связывающие их с космическим кораблем.

А в это время в Центре управления полетом идет полным ходом работа. Принимается различная телеметрическая информация с борта корабля, которая рассказывает специалистам о работе различных его систем и агрегатов. Телеметрические датчики регистрируют температуру и состав газа в жилых отсеках, пульс, частоту дыхания и температуру космонавтов. Проводится радиоконтроль орбиты корабля и выполняются в вычислительном центре необходимые предварительные расчеты для проведения динамических операций. Ведется связь с экипажем: принимаются доклады и сообщения космонавтов о работе систем корабля, им передаются советы и новые задания. Звучат позывные Земли: «Я — Заря, я — Заря! Как слышишь нас?»

Здесь, в Центре управления полетом напряженно работают различные оперативные группы специалистов.

Группа анализа занята анализом выполненных кораблем и экипажем операций, состоянием бортовых систем и агрегатов, расходом топлива двигательных установок и запасом электроэнергии. Она вырабатывает предложения по дальнейшему ходу выполнения программы полета или по ее изменению в зависимости от возникших обстоятельств.

Группа управления разрабатывает все необходимые команды — «уставки» для проведения кораблем различных динамических операций таких, как ориентация корабля, его закрутка, коррекция орбиты. Она работает в тесном контакте с группой анализа и баллистической группой.

Баллистики же по результатам радиоконтроля орбиты полета космического корабля составляют прогноз орбиты, т. е. определяют время ее существования и скорость изменения ее параметров. Они рассчитывают величины корректирующего импульса для изменения трассы и время включения двигательной установки для проведения этой коррекции. Они рассчитывают и момент включения тормозной двигательной установки, и время ее работы при сходе космического корабля с орбиты при возвращении на Землю. Баллистики сообщают поисковой группе координаты места посадки корабля.

Группа радиационного контроля неустанно следит за активностью Солнца и составляет радиационный прогноз для трассы космического корабля.


Рис. 23. Антенны Центра управления полетом


Группа медиков при помощи объективных и субъективных медицинских данных ведет постоянный контроль за состоянием здоровья космонавтов и при необходимости вносит свои коррективы в программу полета. Например, увеличивает или уменьшает объем физических упражнений, дает советы по вопросам рационального питания.

Вся поступающая на наземные измерительные пункты информация от космического корабля немедленно по каналам связи направляется в координационно-вычислительные машины, которые быстро анализируют параметры траектории и сравнивают их с расчетными. При необходимости группы специалистов — баллистики, управления и другие вместе со специалистами Центра управления полетом оперативно принимают решение о коррекции программы и через наземные измерительные пункты немедленно передают ее на борт корабля.

Так, в полете корабля «Союз-14» командно-измерительный комплекс успешно рассчитывал орбиты корабля и орбитальной станции «Салют-3», помогая им осуществить стыковку в космосе.

Совершеннейшее современное оборудование, опыт, мастерство, талант и самоотверженный труд ученых и инженеров позволяют блестяще справляться с такой сложной задачей. Наземные измерительные пункты, размещенные по всей обширной территории нашей Родины и за ее пределами, на кораблях Академии наук СССР, находящихся в водах Мирового Океана, постоянно осуществляют контроль и при необходимости вмешиваются в ход полета корабля и станции.

Командно-измерительный комплекс, взяв эстафету у космодрома, с честью несет ее дальше.

А на стартовой площадке космодрома, не успевшей еще остыть от огненного смерча ракетных двигателей носителя уже появились стартовики. Они осматривают пусковое устройство, его агрегаты и механизмы, определяют степень их «повреждения» и объем восстановительных работ. Ведь понадобится заменить сменное оборудование одноразового употребления, кое-что проверить и отрегулировать, где-то произвести небольшой восстановительный ремонт.

Космический корабль, состыкованный с орбитальной станцией, совершает виток за витком вокруг Земли. Там, в космосе, у экипажа свои заботы, а здесь, на земле, на месте старта космического корабля развертываются работы. Космодром приводит свое оборудование в готовность к новому пуску. Он всегда должен быть к нему готов. И он всегда готов.

Вот и на этот раз, почти 1,5 месяца спустя после старта космического корабля «Союз-14» на стартовую площадку вывозят новый корабль «Союз-15». И 26 августа 1974 года ночную тишину степи будит знакомый мощный рокот стартующей ракеты. Степь озаряется солнечной вспышкой огненных струй ракетных двигателей. И зажженное человеком Солнце встает над Землей и, устремляясь в бездонную темень ночи, превращается в маленькую звездочку. Она быстро удаляется и вскоре совсем исчезает в ночном небе.

──────

Глава 9. Космодром сегодняшнего дня

За последние годы стремительное развитие ракетно-космической техники охватило многие страны на различных континентах. Космонавтика становится областью деятельности Человечества.

Многие развитые страны начинают принимать участие в освоении космического пространства, в использовании достижений ракетно-космической техники в интересах своих хозяйственных нужд. Естественно, что пути в космос у разных стран различны. Эти различия, в первую очередь, обуславливаются научно-техническими и экономическими возможностями каждой страны, а также научными интересами и национальными традициями в научно-техническом развитии.

Вслед за Советским Союзом и США создали свои ракетно-космические системы и с их помощью осуществили запуск национальных искусственных спутников такие страны, как Франция, Япония и КНР. Свои спутники при помощи американских ракет-носителей запустили Канада, Англия, Австралия, Италия и ФРГ.

Все запуски были произведены с национальных космодромов. Сейчас семья космодромов Земли немногочисленна. Еще меньше космодромов, с которых осуществляются запуски на космические трассы. Но число космодромов неуклонно растет и недалеко то будущее, когда они станут такими же привычными, как аэродром или морской порт.

Среди космодромов мира особое место занимает советский космодром Байконур. С ним очень много связано в истории космонавтики и развитии земной цивилизации.

«Здесь гением советского человека начался дерзновенный штурм космоса. 1957 год» — эти слова начертаны на пьедестале скромного обелиска, установленного на космодроме в память о запуске первого в мире искусственного спутника Земли.

Отсюда Человек осуществил дерзновенный шаг во Вселенную. Со стартовых площадок Байконура вслед за Ю. А. Гагариным ушли на штурм космических просторов и другие славные сыны нашей Родины. Всем памятны старты пилотируемых кораблей «Восток», «Восход» и «Союз».

Отсюда, с космодрома, запущены в межпланетные полеты автоматические станции «Венера» и «Марс», стартовые космические аппараты для изучения Луны серии «Зонд» и «Луна». Отсюда уходят на трудовую вахту и спутники для исследований околоземного космического пространства, и космические аппараты народнохозяйственного назначения, связные и метеорологические спутники.

Байконур расположен в сердце бескрайних казахские степей, скорее даже в зоне полупустынь. Климатические условия этих мест весьма суровы — жаркое, сухое лето и морозная, малоснежная с сильными ветрами зима. Природа здесь своеобразна: редкая травянистая растительность, быстро выгорающая летом, верблюжья колючка и перекати-поле, весной цветущие тюльпаны и кое-где ирисы, редкие кусты саксаула и казахской «сирени» — вот, пожалуй, весь арсенал растительности этих мест. Иногда на десятки километров тянутся пески, среди которых вдруг полированной гладью проступают ровные и утрамбованные, как асфальт, такыры — высохшие русла рек и озер. И опять солончаковые степи кругом. И только там, где вдруг, среди необозримого простора блеснет пресное озеро, все кругом веселеет: яркая изумрудная зелень, высокие камыши и воздух свежий-свежий. Кажется, что на этой земле нет никакой жизни, но приглядишься и видишь, что ошибся. Черепахи, степные ежи, тушканчики и суслики, фаланги и скорпионы, различные виды ящериц, змей, насекомых и птиц — вот животный мир, населяющий землю вокруг космодрома. И среди этого населения, как сказочные пришельцы из других миров, — огромные стада гордого сайгака, которого спас от истребления человек.

Эти дикие бескрайние степи были разбужены грохотом космических стартов. Здесь, как и везде на новых стройках, началось с палаток строителей, а сейчас живет, трудится и растет многотысячный современный город. Названия улиц напоминают о первых строителях, о создателях ракетно-космических систем, о героях-космонавтах. Зеленые магистрали города выходят на площади, на которых поставлены памятники В. И. Ленину и С. П. Королеву. Современные кварталы домов, большие магазины. В городе институт, техникум, несколько школ, прекрасный Дворец культуры, кинотеатры, стадион с плавательным бассейном, Дворец пионера и школьника. В городе много детских садов и ясель: ведь город молод и как во всяком молодом городе и житель в основном молод. Поэтому на улицах так часто видишь детские коляски и слышишь детские смех и голоса. В городе есть свой телецентр и зеленый парк культуры и отдыха с присущими ему веселыми аттракционами. К услугам горожан прекрасная научно-техническая библиотека. Не забыты и гости города: несколько отличных гостиниц принимают приезжающих по «космическим делам» инженеров и ученых.

Когда подлетаешь к Байконуру и смотришь с самолета вниз, то поражает изумительное зрелище: среди голой, пустынной степи вдруг возникает зеленый оазис. Особенно ценишь эту зелень внизу, на земле: ведь в каждый кустик, каждый цветок, каждое деревце вложен труд и забота людей, призванных творить здесь поистине «космические дела».

Отсюда, из города, уходят асфальтовые ленты дорог к стартовым комплексам, к месту работы жителей этого удивительного города.

Особое место занимает в городе гостиница «Космонавт». Она специально вынесена немного в сторону от жилого массива города, чтобы ничто не мешало космонавтам проводить предстартовые дни, готовиться к полету и отдыхать. Отсюда в день старта их увезет автобус, знакомый нам по телерепортажам из Байконура. Он доставит их прямо к стартовой площадке, к лифту, который поднимет их к кабине корабля. Так происходит сейчас. А еще совсем недавно свою последнюю ночь космонавты проводили вблизи стартовой площадки, в маленьком скромном домике, стоящем под кронами деревьев. Два домика стоят рядом и на обоих мемориальные доски: оба стали музеями. В одном домике (рис. 24) жил и работал в предстартовые периоды С. П. Королев, в другом провел свою ночь перед стартом Ю. А. Гагарин. Все в них сохраняется, как было при хозяевах. Стало традицией, что космонавты, отправляющиеся в рейс, обязательно перед стартом посещают эти священные для советских людей места.

Таков космодром Байконур, ставший символом огромного труда и дерзновенных мечтаний, замыслов и свершений.


Рис. 24. Мемориальный домик С. П. Королева на космодроме Байконур


В США есть место, с именем которого связаны почти все космические успехи страны. Это космодром имени Кеннеди, расположенный на территории Восточного испытательного полигона США. Он расположен на Атлантическом побережье США на южной оконечности полуострова Флорида, на мысе Канаверал, который в 1964―1973 годах носил имя президента Кеннеди. Здесь создано несколько стартовых комплексов для запусков космических объектов различного назначения. Космодром начал свое существование как полигон для испытания баллистических ракет. Его территория занимает мыс Кеннеди и близлежащие острова Бикена, Ривер и Меррит. Трасса запуска космодрома проходит над водами Атлантического океана, на островах которого, вплоть до острова Вознесения, расположены станции слежения. Протяженность трассы космодрома 20000 км. С космодрома возможны запуски космических объектов с наклонением 28,5°―52,4° к плоскости Экватора.

На космодроме имеется Центр управления, координирующий работу всех служб и систем. На Восточно-испытательном полигоне имени Кеннеди, кроме запусков космических объектов, проводятся испытания боевых ракет США. На нем ведутся также и стендовые испытания ракет.

С космодрома имени Кеннеди был осуществлен запуск первого американского искусственного спутника Земли «Эксплорер-1». Здесь испытывались ракеты «Тор», «Юпитер», «Атлас», «Титан» и другие, отправлялись в космические путешествия пилотируемые корабли «Меркурий» и «Джемини». Отсюда стартовали лунные экспедиции кораблей «Аполлон».

Основной объем космических исследований США осуществляется запусками со стартовых комплексов Восточно-испытательного полигона.

Кроме космодрома на мысе Кеннеди, США располагают еще одним космодромом, который расположен на западном побережье страны, в штате Калифорния.

В состав западного ракетно-космического полигона ВВС США входит несколько комплексов (Ванденберг, Аргуэлло, Мугу, острова Санта-Крус, Санта-Росси и др.), принадлежавших ранее различным военным ведомствам. На полигонах испытывают космические системы и средства противоракетной обороны. Отсюда запускаются спутники космической разведки и другие космические аппараты для военных целей. Как считают американские специалисты, западный космодром имеет значительные преимущества по сравнению с восточным. Во-первых, он расположен в менее населенных местах и к нему примыкает водное пространство Тихого океана со значительно удаленными островами. Во-вторых, он удобен для вывода спутников на полярную орбиту (запуск осуществляется в южном направлении). И в-третьих, хорошие природно-географические условия: мягкий климат, гористая местность с удобными долинами для размещения стартовых площадок. Космодром имеет интересную особенность: запуски космических объектов и ракет с него производятся в направлении против вращения Земли. Это обусловлено тем, что в противном случае трасса полета ракет-носителей проходила бы над всей территорией США.

Трасса космодрома более 10000 км проходит над Тихим океаном; возможно ее удлинение до Индийского океана. На трассе расположено около 10 измерительных пунктов, оборудованных оптической, телеметрической и радиолокационной аппаратурой. Для слежения за полетом ракет используются также корабельные и самолетные средства командно-измерительного комплекса. Космодром непрерывно расширяется.

Третья страна в мире, вступившая на путь освоения космического пространства, — Франция. Ее ракеты начали штурм космоса с Африканского континента. Здесь на каменистом плато Хаммагир, в пустыне Сахара, западнее Алжира, и расположен французский космодром. Трасса запуска сухопутная и имеет два направления. Первое направление — юго-западное, протяженность трассы около 1000 км. Второе направление юго-восточное, к озеру Чад, протяженность трассы около 3000 км.

В зеленом оазисе среди песков Сахары был построен космодром Хаммагир. Его стартовая позиция имеет своеобразное решение. Рядом с пусковым устройством возведена круглая башня. Она состоит из четырех этажей и подземных помещений. В башне размещено оборудование и коммуникации для заправки ракеты горючим и окислителем и для предстартовой проверки и контроля систем ракеты. К пусковому устройству с установленной на нем ракетой по рельсам подъезжает металлическая башня обслуживания, имеющая шесть подвижных рабочих площадок для обслуживания ракеты в любой точке по вертикали. Сборка ракеты производится непосредственно на пусковом устройстве. Ступени ракеты, отдельные элементы конструкции и оборудования подаются для монтажа специальным краном и подъемниками.

Слежение за полетом спутников ведется наземными станциями командно-измерительного комплекса, расположенными на территории космодрома и в различных странах Африки и Малой Азии (Ливан, Верхняя Вольта, Конго и ЮАР).

С космодрома в Сахаре стартовали ракеты «Диамант», выведены на околоземные орбиты искусственные спутники земли «А-1», «Диапазон-1», «ФР-1», «Диадем-1», «Диадем-2».

В связи с эвакуацией в 1967 г. этого космодрома с территории Алжира Франция создает центр по проведению космических исследований на территории метрополии, а также во Французской Гвиане и на островах Тихого океана. На побережье Бискайского залива строится ракетный полигон в районе г. Бискаррос. Его трасса имеет направление к Французской Гвиане. Для слежения за полетом ракет на Азорских островах построена измерительная станция.

Франция последовательно развивает программу космических исследований. Эта программа предусматривает изучение верхних слоев атмосферы, геодезические и метеорологические исследования, создание связных спутников. Франция успешно сотрудничает в области космических программ с СССР, США и рядом европейских стран.

Во Франции, при финансовом участии стран европейской организации ЕСРО, завершена первая очередь строительства нового космодрома Куру, с вводом которой и был закрыт полигон Хаммагир. Космодром Куру расположен на 5°30′ севернее экватора, на территории Французской Гвианы. Расположение космодрома на побережье Атлантического океана дает возможность осуществлять старт довольно в широком диапазоне азимутов. Экваториальное расположение космодрома делает его очень выгодным в энергетическом отношении для запуска космических аппаратов на экваториальные и особенно синхронные орбиты. При одинаковой мощности ракеты-носителя отсюда возможен вывод на орбиту полезного груза большего веса, чем с любой другой точки земной поверхности. С этого космодрома выгоднее запускать космические аппараты к Луне и планетам солнечной системы, удобнее выводить космические корабли для стыковки на орбите вокруг Земли, так как нет необходимости учитывать вращение Земли, что делается при запусках под углом к экватору с других широт. Причем благоприятные условия для стыковки возрастают до пятнадцати раз в сутки при экваториальной орбите с двух раз, как это бывает при наклонной орбите при запуске с более высоких широт. А это означает, что старт для стыковки кораблей практически возможен при каждом витке корабля, запущенного первым.

Поэтому космодром Куру интересует специалистов многих стран. С него в 1970 году был осуществлен запуск французского спутника «Пэол», а в 1971 году — спутника «Турнесоль» ракетой «Диамант-Б».

Теперь мысленно перенесемся на Австралийский континент. На южном побережье Австралии, в пустыне, возник космодром Вумера. Его появление связано с развитием английского ракетного оружия, испытание которого проводилось именно здесь. Космическая эра в Вумере началась с запусков геофизических ракет. Сухопутная трасса полигона Вумера протяженностью 2000 км проходит над малонаселенными районами Австралии и может быть продолжена на 4400 км в Индийский океан. Вдоль трассы расположено более 200 контрольно-измерительных пунктов. На полигоне проводятся все испытания боевой ракетной техники Англии. К космодрому в Австралии проявляют большой интерес и другие европейские страны, в частности Франция и ФРГ, а также и США. Здесь создан стартовый комплекс для ракеты «Европа», разработанной международной европейской организацией ELDO, отсюда был запущен американской ракетой-носителем «Редстоун» австралийский спутник «Вресат». Космодром в настоящее время находится в ведении правительств Австралии и Англии.

У берегов Африки, в Индийском океане, находится еще один космодром. Это — морской космодром на сваях (рис. 25), созданный учеными и инженерами Италии. Он состоит из двух плавучих платформ, которые установлены на металлических сваях в прибрежных водах Кении. Одна из платформ выполняет роль стартовой площадки, другая — командного пункта управления запуском.

Со стартовой площадки уже произведено несколько запусков. Отсюда Италия при помощи американской ракеты-носителя «Скаут» осуществила запуск научного спутника «Сан-Марко-II».

Большие работы по созданию ракет ведутся в Японии. На островах Японии сейчас имеются три космодрома. С одного из них, а именно Утиноура, расположенного на острове Кюсю, после нескольких попыток в 1970 году был запущен первый японский искусственный спутник «Осуми». Запуск был осуществлен четырехступенчатой твердотопливной ракетой «Ламда-4С».

На полигоне Утиноура закончено строительство стартового комплекса для запуска твердотопливных ракет-носителей серии «Мю».

Другой японский ракетный полигон Микисава, расположенный в префектуре Акита, предназначен для запуска исследовательских ракет.


Рис. 25. Итальянский морской космодром на сваях


Кроме того, в Японии ведутся работы по строительству ракетного полигона Танегасима.

В 1970 г. с полигона, где ведутся работы по созданию ракетного оружия, осуществлен запуск на орбиту Земли первого спутника КНР.

Большой интерес к развитию космических исследований проявляет Индия. В 1963 г. с ракетной станции Тумба, расположенной на геомагнитном экваторе, стартовала первая высотная ракета. С тех пор оттуда регулярно осуществляются запуски небольших высотных ракет «Найк Апаши» и «Джути Дарт». Индия заявила о готовности предоставить станцию для запусков исследовательских ракет любой стране, входящей в ООН, и призвала страны, заинтересованные в проведении научных работ на этой станции, оказать станции материальную и техническую помощь. Одним из первых оказал помощь станции Тумба Советский Союз. На станции Тумба проводятся исследования верхних слоев атмосферы, изучение движения воздушных масс и распределения давления в атмосфере, определение состава ионосферы, изучение атмосферных явлений. Отсюда запускаются индийскими специалистами советские метеорологические ракеты М-100. Сейчас в Индии развивается строительство космодрома Шрихарихота. Индия вступила в сотрудничество с Советским Союзом; она намерена использовать советские ракеты-носители для запуска национальных спутников.

В мае 1972 года между Индийской организацией космических исследований и Академией наук СССР было подписано соглашение в области исследования и использования космического пространства в мирных целях. Согласно этому соглашению Индия и СССР осуществляют запуск научного спутника, спроектированного и изготовленного в Индии. Эта программа успешно была выполнена, и 19 апреля 1975 года с советского космодрома с помощью советской ракеты-носителя был осуществлен запуск первого индийского научного искусственного спутника Земли, получившего имя великого математика древней Индии Ариабаты. Прием телеметрической информации и передача команд на индийский спутник велись с двух наземных станций — в Индии и СССР.

Уже многие годы осуществляются запуски высотных исследовательских ракет со шведского ракетного полигона Кируна.

Ракетно-космическая техника начинает развиваться и в таких странах, как Испания и Нидерланды, Бразилия и Аргентина, Канада и Мексика.

Всем становится ясно, какие большие выгоды хозяйству Земли уже приносит и может принести космонавтика, но она требует больших капиталовложений, развитой промышленности и науки. Поэтому все более очевидной становится необходимость международного сотрудничества в области космоса.

Европейские страны Англия, Франция, ФРГ, Италия, Бельгия, Дания, Испания, Нидерланды, Швеция и Швейцария объединили свои усилия в единой организации. Она получила название ESRO — Европейская организация по космическим исследованиям. Ее цель — обеспечивать и поддерживать сотрудничество между западноевропейскими странами в космических исследованиях и ракетной технике в мирных целях. Она имеет свою штаб-квартиру в Париже и пять научных центров, расположенных в других странах, занимающихся каждый своей частью общей программы космических исследований. Научная программа ESRO состоит из следующих частей. Прежде всего это запуски зондирующих ракет, которые осуществляются с полигона Кируна в Швеции, в количестве около 50 ракет в год. Разработки и запуски ИСЗ массой около 80 кг при помощи американской твердотопливной ракеты «Скаут». Затем разработка ИСЗ массой около 400 кг и запуск их при помощи американской ракеты-носителя «Тор-Дельта». Создание ИСЗ массой около 100 кг и запуск на сильно вытянутую орбиту той же ракетой-носителем. И завершающий этап программы — это разработка большого астрономического спутника массой до 800 кг и запуск его при помощи ракеты-носителя «Европа-1», создаваемой Европейской организацией по разработке ракет (ELDO).

Европейская организация по разработке ракет является второй международной организацией западно-европейских стран, цель которой — создание европейской ракеты-носителя «Европа-1» для запуска международных и национальных спутников. В состав этой организации входят Англия, Франция, ФРГ, Италия, Бельгия, Нидерланды и Австралия. В этой организации существует разделение задач между странами. Так, создавая трехступенчатую ракету-носитель «Европа-1», Англия проектирует и изготовляет первую ступень, Франция — вторую и ФРГ — третью. Италия должна изготовить исследовательский спутник, Бельгия — построить наземную станцию слежения, Нидерланды вместе с Италией — создать телеметрическое оборудование и радиоаппаратуру для наземных станций. Австралия предоставит для запусков полигон Вумера.

Программой ELDO предусматривалось создание в дальнейшем второго и третьего поколений ракеты «Европа-1», т. е. ракет-носителей «Европа-2» и «Европа-3». Эта программа не была реализована. Причин для этого было много. Среди них экономические трудности и различные точки зрения на то, нужно ли создавать свой европейский носитель или лучше использовать американские. За создание носителя была Франция, против — ФРГ и Англия.

В середине 1973 г. западно-европейские страны — члены ESRO и ELDO приняли решение о реализации трех крупных космических программ: создание ракеты-носителя L-3S, космической лаборатории «Спейслэб» и спутника «Маротс» для обслуживания морских судов.

С 1 мая 1974 года ESRO и ELDO были объединены в западноевропейское управление по космосу — ЕСА, в которое вошли: Англия, Бельгия, Дания, Испания, Италия, Нидерланды, Франция, ФРГ, Швеция и Швейцария. Космические программы, принятые в середине 1973 года стали программами ЕСА.

По программе L-3S предусматривается создание носителя, способного выводить на стационарную околоземную орбиту полезный груз весом до 750 кг. Эта ракета по энергетическим возможностям близка к ракете «Европа-3», но стоить она будет в полтора раза дешевле вследствие меньшего количества новых технических разработок. Ракету-носитель предполагается закончить к 1980 г. Основную часть затрат по ее созданию берет на себя Франция.

По программе «Спейслэб» создается орбитальная космическая лаборатория, предназначенная для научных исследований и экспериментов на околоземной орбите. Доставляться на орбиту лаборатория будет американским транспортным кораблем. Первый полет транспортного корабля с лабораторией на борту намечается на 1980 год.

Специалисты считают, что в 1980-х годах можно осуществить до 336 таких полетов, но пока соглашением между НАСА и ЕСА предусматривается изготовление только одного образца орбитальной лаборатории, рассчитанного на 50 полетов.

Американский транспортный корабль с лабораторией должен находиться на околоземной орбите от 7 до 30 суток. В полете по орбите лаборатория не отделяется от транспортного корабля и использует его бортовые системы ориентации, навигации, связи и терморегулирования. Лаборатория имеет свою автономную систему жизнеобеспечения. По первоначальному проекту лаборатория «Спейслэб» должна была выдвигаться из грузового отсека транспортного корабля и находиться в орбитальном полете в положении, перпендикулярном продольной оси корабля. Предполагалось в дальнейшем отделить лабораторию от корабля для автономного полета и путем стыковки нескольких лабораторий образовать долговременную орбитальную станцию. Но позднее этот план был изменен. По новому проекту космическая лаборатория будет находиться в грузовом отсеке транспортного корабля, располагаясь соосно его продольной оси. Она рассчитана для работы не менее двух-четырех человек, которые будет размещаться в пассажирском отсеке корабля и иметь возможность переходить в лабораторию через герметизированный туннель-лаз и шлюзовую камеру. Величина космической лаборатории ограничена размерами грузового отсека транспортного корабля, длина которого около 18,3 м, а диаметр 4,6 м. Длина лаборатории будет, как считают сейчас специалисты, не более 13,7 м, а диаметр — 4,3 м. Масса лаборатории около 14 т, т. е. такая, которую транспортный корабль способен вернуть с орбиты на Землю. Лаборатория «Спейслэб» будет состоять из нескольких отсеков, количество и тип которых можно будет в зависимости от задач полета варьировать. Предполагается иметь три основных отсека.

Первый — герметизированный отсек, где будут располагаться служебные системы и рабочие места космонавтов. Второй — герметизированный лабораторный отсек для научных приборов и оборудования, не рассчитанных для работы в открытом космосе. И, наконец, третий — негерметизированный лабораторный отсек с приборами, предназначенными для работы в открытом космосе. «Начинка» приборами второго и третьего отсеков может различаться по составу от полета к полету.

Такие международные организации, как Международная астронавтическая федерация МАФ и КОСПАР, своей деятельностью способствуют пропаганде идей космонавтики, творческому обмену мнениями ученых разных стран, международному сотрудничеству ученых. Международная астронавтическая федерация создала Международную астронавтическую академию и Международный институт космического права, она и ее организации способствуют развитию космонавтики в мирных целях, помогают широкому распространению информации, поощряют и стимулируют ученых, занимающихся космонавтикой, проводят международные конгрессы и симпозиумы.

Сейчас МАФ объединяет 49 национальных обществ, 5000 членов из 33 стран.

Многие страны участвуют и в других формах международного сотрудничества. Они разрабатывают космические аппараты по совместным программам или участвуют в космических экспериментах других стран. Так например, Франция и ФРГ работают над созданием совместного связного спутника «Симфония» и исследовательского спутника «Диал».

Создана международная спутниковая система связи «Интелсат», которую финансируют многие страны при головном участии США.

Плодотворно идет сотрудничество социалистических стран по космической программе «Интеркосмос» и при запусках высотных геофизических ракет «Вертикаль». Сотрудничество началось с организации совместных наблюдений за первыми советскими ИСЗ в 1957 г. Затем оно вылилось в многостороннее сотрудничество Академий наук социалистических стран по комплексным программам «Планетарные физические исследования» и «Научные исследования с помощью наблюдений искусственных спутников Земли».

Новый этап сотрудничества в области космических исследований начался после ряда московских совещаний представителей социалистических стран (1965―1967 гг.), которыми была подготовлена и принята программа широкого сотрудничества социалистических стран в исследовании и использовании космического пространства в мирных целях.

Она включает исследование физических свойств космического пространства и верхней атмосферы, спутниковую метеорологию, космическую связь, космическую биологию и медицину, запуски спутников и ракет, проведение конференций, симпозиумов, совещаний, стажировок специалистов.

Первым космическим аппаратом, запущенным по программе сотрудничества, был ИСЗ «Космос-261», выведенный на орбиту вокруг Земли в декабре 1969 года. Он предназначался для проведения экспериментов по изучению верхней атмосферы Земли и природы полярных сияний.

Начиная с 1969 года систематически запускаются спутники и геофизические ракеты с аппаратурой социалистических стран. К настоящему времени осуществлен запуск шестнадцати спутников серии «Интеркосмос».


Рис. 26. Передвижная научная лаборатория «Луноход-2»


Весьма благоприятно развивалось в последние годы сотрудничество между Францией и Советским Союзом, скрепленное «Соглашением о сотрудничестве в области исследования и освоения космического пространства в мирных целях», подписанные 30 июня 1966 г. В настоящее время франко-советское сотрудничество развивается в четырех основных направлениях: исследование космического пространства; космическая метеорология и аэрономия; космическая связь и космическая биология и медицина.

На советских самоходных аппаратах «Луноход-1» и «Луноход-2» (рис. 26) были установлены французские уголковые отражатели лазерных лучей, предназначенные для лазерной локации Луны. На межпланетных станциях «Марс-3» работала французская научная аппаратура «Стерео» для исследования радиоизлучения Солнца в метровом диапазоне волн. При запуске советского связного спутника «Молния» одновременно этой же ракетой-носителем был выведен на орбиту вокруг Земли французский малый автономный спутник (МАС) для отработки элементов солнечных батарей различных типов.

Для совместного эксперимента «Аркад» был осуществлен запуск спутника «Ореол». Широкая программа этого эксперимента была предназначена для изучения природы полярных сияний. Причем, в наземных наблюдениях участвовали геофизические обсерватории не только Франции и СССР, но и других стран. На советской автоматической станции «Прогноз-2» была установлена французская аппаратура для двух совместных экспериментов. Первый эксперимент предназначался для изучения частиц малых энергий во внешних слоях магнитосферы, второй — для исследования нейтронов и гамма-лучей солнечного происхождения.

Для исследования состава верхней атмосферы проводились запуски с острова Хейса (Земля Франца-Иосифа) советских метеорологических ракет МР-12 с французской аппаратурой, а также запуски с полигона в Ландах, на берегу Бискайского залива, французских ракет «Дракон-2Б» с советскими приборами. Аналогичные запуски были проведены с полигона Куру и с борта советского научно-исследовательского судна «Профессор Зубов». Сотрудничество между Советским Союзом и Францией успешно развивается.

Большие совместные работы по освоению космического пространства намечены межправительственным соглашением между СССР и США, подписанным 24 мая 1972 года. Они предусматривают изучение околоземного пространства, Луны и планет. Большое внимание в этих работах уделяется космической метеорологии, биологии и медицине.

Особое место в сотрудничестве стран отведено созданию совместных средств сближения и стыковки советских и американских пилотируемых космических кораблей и станций. В рамках этой программы стороны наметили провести экспериментальный полет кораблей «Союз» и «Аполлон».

Начиная с 1972 по март 1973 года в ходе встреч, созданных рабочих групп советских и американских специалистов были определены основные цели экспериментального полета и разработаны технические требования к совместимым и взаимодействующим системам кораблей. Тогда же была и назначена дата совместного экспериментального полета «Союз» — «Аполлон» — 15 июля 1975 года.

Основной задачей экспериментального полета «Союз» — «Аполлон» являлась проверка в летных условиях технических требований и принятых решений по совместимости средств сближения и стыковки. Она включала в себя испытанные в полете системы сближения стыковочных средств, проверку техники взаимного перехода космонавтов из корабля в корабль, выполнение ряда совместных действий советского и американского экипажей в состыкованном положении кораблей. Кроме того, полет служил целям накопления опыта в проведении совместных полетов космических кораблей СССР — США, включая, в случае необходимости, оказание помощи в аварийных ситуациях.

Совершенно естественно, что осуществление этих задач космическими кораблями, созданными в разных странах по своим программам представляло значительные трудности. Ведь советский и американский корабли имели различные конструкции стыковочных узлов, различное приборное оборудование и радиотехническое решение средств сближения, не говоря уже о различных параметрах атмосферы в жилых отсеках космических кораблей.

Эти различия в кораблях двух стран было решено преодолеть следующим образом. Стыковочные агрегаты решено было создать совершенно новые — универсальный стыковочный агрегат, так называемый андрогинный стыковочный узел. Он позволял любому кораблю быть активным или пассивным.

В экспериментальном полете «Союз» — «Аполлон» решено было в качестве активного корабля использовать корабль «Аполлон», так как он имеет большие возможности к маневрированию на орбите из-за больших запасов топлива двигательной установки. Поэтому поиск и измерение параметров относительного движения космических кораблей возлагались на радиосистемы космического корабля «Аполлон», а корабль «Союз» при этом имел только ответную часть радиосистемы, т. е. приемоответчик.

Наряду с радиосистемой использовалась и оптическая система, причем для возможного слежения за кораблем «Союз» в темноте на нем установлены импульсные световые маяки. На конечном участке сближения взаимное положение кораблей должно было определяться визуально с помощью оптического визира корабля «Аполлон» по бортовым огням ориентации и стыковочным мишеням космического корабля «Союз».

Все управление кораблей при сближении осуществлялось при помощи бортовой вычислительной машины корабля «Аполлон», которая получит информацию при измерении параметров взаимного положения.

Не менее важным и необходимым условием совместимости была совместимость параметров атмосферы жилых отсеков космических кораблей. Если бы корабли имели существенно различные параметры атмосферы, то экипажи не могли бы осуществить переход из одного корабля в другой. Как и известно, атмосфера корабля «Союз» практически была такой же, как на Земле. Давление составляло 750―860 мм рт. ст., содержание кислорода 20―25 %, азота 78―73 %. Атмосфера же корабля «Аполлон» представляла собой чистый кислород с давлением 260 мм рт. ст.

Такое различие в параметрах атмосферы кораблей могло привести к декомпрессионным расстройствам у экипажа при переходе из корабля «Союз» в «Аполлон». Для того чтобы избежать декомпрессионных расстройств, нужно постепенно в течение суток снижать общее давление, сохраняя парциальное давление кислорода или использовать в течение нескольких часов прием десатурации, т. е. удаления азота из крови при дыхании чистым кислородом. И тот и другой способ были неприменимы из-за потребности большого количества времени.

Поэтому в экспериментальном полете «Союз» — «Аполлон» был создан специальный стыковочный или переходный модуль, представляющий собой своеобразную шлюзовую камеру. Он располагался на корабле «Аполлон», и при стыковке оказывался между отсеками кораблей. В переходном отсеке создавалась атмосфера жилого отсека. Для исключения десатурации было решено снизить общее давление в корабле «Союз» до 490―550 мм рт. ст. при сохранении абсолютного содержания кислорода.

Таким образом, стыковочный модуль и снижение давления в жилых отсеках корабля «Союз» обеспечило быстрый и безопасный переход экипажей из одного космического корабля в другой, не добиваясь полной совместимости атмосфер космических кораблей.

Кроме совместимости кораблей существовала еще проблема совместимости наземных служб управления полетом. Корабль «Аполлон» должен был управляться из американского центра управления полетами пилотируемыми космическими кораблями, расположенного в городе Хьюстон, а «Союз» — из советского Центра управления, расположенного в Подмосковье.

Осуществление совместного полета двух кораблей требовало координирования действий наземных служб управления СССР и США при выполнении полетных операций.

Для этого потребовалось разработать единую документацию, приемлемую для обеих сторон и регламентирующую деятельность служб управления в различных ситуациях полета.

Для этого потребовалась регламентация терминологии, условных обозначений, унификации координатныхсистем и исходящих данных для совместных расчетов. Так для осуществления баллистических расчетов потребовалось принять модель верхней атмосферы, принятую в СССР, а модель гравитационного поля Земли, — предложенную американской стороной.

Принимались и компромиссные решения. Так, время старта кораблей «Союз» и «Аполлон» было выбрано компромиссное, после того как выяснилось, что невозможно удовлетворить одновременно требования обеих сторон по традиционным ограничениям ко времени старта.

Стороны также обменялись краткими математическими описаниями методом определения и прогнозирования движения космических кораблей. Причем США передали методику сближения «Аполлона», а СССР — методику формирования «Союзом» монтажной орбиты.

Вот так в основных чертах выглядели задачи, стоящие перед советской и американской сторонами при осуществлении подготовки к полету по программе «Союз» — «Аполлон» (рис. 27).


Рис. 27. Стыковка космических кораблей «Союз» и «Аполлон» (рисунок).


Как уже говорилось, работа по увязке проекта в целом и разработке основных технических требований к взаимодействующим системам была завершена в ходе встреч рабочих групп специалистов во второй половине 1972 года и в марте 1973 года. По мере согласования технических требований развертывались работы по конструированию систем, разработке технической документации и изготовлению совместного оборудования.

Рассмотрение конструкций совместимых средств проводилось до апреля 1974 года. С октября 1973 года успешно проходили наземные испытания совместимых средств.

В соответствии с советской программой подготовки к совместному полету были в 1974 году успешно проведены два полета беспилотных вариантов кораблей типа «Союз» — «Космос-638» и «Космос-672». В декабре 1974 года был осуществлен полет космического корабля «Союз-16», пилотируемого летчиками-космонавтами А. В. Филипченко и Н. Н. Рукавишниковым. В ходе шестисуточного полета были успешно проведены испытания бортовых систем, в том числе первого стыковочного узла и его автоматики, системы ориентации и управления движением и комплекса системы жизнеобеспечения.

Кроме того, во время этого полета была экспериментально проверена совместимость баллистического обеспечения во время совместных экспериментов по слежению наземными станциями СССР и США.

Одновременно с отработкой техники, разработкой совместной полетной документации, тренировкой персонала Центров управления полетами шла и подготовка экипажей космических кораблей к предстоящему полету.

Экипажи обоих кораблей проводили подготовку как автономно, так и совместно.

Автономная подготовка предусматривала теоретическую подготовку, изучение конструкции и устройства корабля, космической навигации, изучения научной аппаратуры и методики проведения технических и научных экспериментов. Она включала в себя физическую, летную и медицинскую подготовки.

Совместная подготовка экипажей двух стран предусматривала изучение документации по совместной деятельности, ознакомление с системами и устройством корабля. Она включала в себя отработку внештатных ситуаций на макете стыковочного модуля и совместные тренировки на комплексных тренажерах кораблей «Союз» и «Аполлон». И, конечно же, она включала в себя изучение английского и русского языков и космической терминологии, принятой в СССР и США.

Совместная подготовка космонавтов и астронавтов проводилась с 1973 по 1975 год поочередно в СССР в Центре подготовки космонавтов имени Ю. А. Гагарина и в США в космическом центре имени Джонсона.

И вот наступил памятный день 15 июля 1975 г. Точно в расчетное время с космодрома Байконур стартовал космический корабль «Союз». Два космодрома — Байконур и космического центра им. Кеннеди, подмосковный Центр управления полетом и Центр управления в Хьюстоне начали работу как единая система. Корабль «Союз», совершив маневры, перешел с эллиптической орбиты на монтажную круговую орбиту с высотой удаления от Земли — 225 км. Центр управления в Хьюстоне, получив все необходимые данные о полете корабля «Союз», выдает команду на старт ракеты «Сатурн-1В» с кораблем «Аполлон». Начался раздельный полет двух космических кораблей.

В конце вторых суток раздельного полета начались операции по сближению, причаливанию и стыковке двух кораблей. Они прошли успешно. Начался совместный полет двух кораблей в состыкованном состоянии. Согласно программе полета экипажи «обменялись визитами», во время которых велись телерепортажи и научные исследования.

Экипажи успешно проводят эксперимент «Ультрафиолетовое поглощение» при помощи источника излучения и спектрометров «Аполлона» и уголкового оптического отражателя корабля «Союз». Успешно было проведено фотографирование и регистрация фотометрических характеристик солнечной короны во время солнечного затмения, «организованного» кораблем «Аполлон» для иллюминатора «Союза» по программе эксперимента «Искусственное солнечное затмение».

Технический эксперимент «Универсальная печь» позволил изучить влияние невесомости на процессы плавления и кристаллизации различных материалов.

Во время эксперимента «Микробный обмен» проводился количественный контроль микробной нагрузки на космонавтов во время полета и оценка характера микрообмена между экипажами при переходе из корабля в корабль. А во время эксперимента «Зонообразующие грибки» изучалось влияние факторов космического полета на наследственную ритмику клеточного деления и спорообразования у грибков, что позволит ученым сделать выводы о границах биологической безопасности пребывания в космосе живых организмов.

Во время двухсуточного совместного полета экипажи произвели расстыковку, а затем повторную стыковку кораблей. После чего корабли расстыковались окончательно и совершили автономные полеты и посадку на Землю.

Уникальный международный эксперимент в космосе успешно завершился. Он продемонстрировал высокую надежность кораблей, отработанность взаимных операций космических средств, космодромов и командно-измерительных комплексов двух стран.

Он продемонстрировал возможность успешного сотрудничества стран во имя будущего прогресса науки и техники.

──────

Глава 10. Будущее космодромов

Прежде чем нарисовать облик космодрома будущего, необходимо кратко рассмотреть пути развития космонавтики в целом.

В общих чертах сейчас известны основные направления ее развития, ясно, какие задачи она будет решать.

Первое и одно из главных направлений — это создание обитаемых орбитальных станций многоцелевого назначения и транспортных космических систем. Орбитальные обитаемые станции позволяют решать множество разнообразных задач. На них очень удобно размещать астрономическое оборудование, которое, будучи вынесенным за атмосферу Земли, мешающую наблюдениям, даст возможность астрономам получить новые важные сведения о Вселенной. С них можно следить за возникновением лесных пожаров и вовремя сигнализировать об этом на землю, за состоянием посевов сельскохозяйственных культур, за таянием льдов и снегов, оценивать запасы влаги по состоянию снежного и ледяного покрова Земли. Орбитальная станция может помочь и рыбакам. Изучая миграцию рыбы и составляя карты «кормовых пастбищ» можно прогнозировать районы рыбной ловли. Глобальные съемки геологических образований, производимые со станций, внесут значительный вклад в разведку полезных ископаемых земли. Постоянное наблюдение с орбитальной станции за облачным покровом земли и за рождением циклонов — может оказать большую помощь метеорологам при составлении прогнозов погоды, предупреждать о надвигающихся тайфунах и ураганах. В дальнейшем орбитальные станции смогут принести большую пользу и медицине — ведь в условиях невесомости можно излечивать некоторые болезни. Большие перспективы сулит использование орбитальных станций в технологических целях. На них можно организовать, например, выращивание кристаллов, которые находят большое применение в электронике и производство которых на Земле очень дорого стоит, изготовление полых деталей литьем, в том числе полых шариков для шарикоподшипников. Здесь приведен далеко не полный перечень задач, которые можно решить с помощью орбитальной обитаемой станции.

В 1969 году в Советском Союзе была создана первая экспериментальная пилотируемая орбитальная станция путем стыковки на орбите двух пилотируемых космических кораблей «Союз-4» и «Союз-5».

Во время полета станции был получен большой объем экспериментальных данных о взаимодействии бортовых систем двух состыкованных кораблей, проведены эксперименты по ориентации и управлению орбитальной станцией, отработан переход космонавта из одного корабля в другой через открытый космос.

В 1971 году была запущена долговременная орбитальная станция «Салют», на которой проводился широкий комплекс научно-технических, медико-биологических и прикладных экспериментов. Результаты экспериментов показали большие перспективы использования станции в интересах народного хозяйства.

В последующие годы велись работы по модернизации и отработке конструкции станции и ее отдельных систем. Для этих целей в 1973 году была запущена в беспилотном варианте орбитальная станция «Салют-2», в 1974 — пилотируемая «Салют-3».

В декабре 1974 года в СССР была запущена долговременная орбитальная научная станция «Салют-4». Затем к станции был выведен и состыкован с ней космический корабль «Союз-12». Целый месяц работал на ней экипаж в составе Г. Губарева и Г. Гречко и благополучно возвратился на Землю, выполнив программу полета. Прошло четыре месяца, в течение которых станция совершила обороты вокруг Земли в беспилотном варианте. И вот в мае 1975 года с Земли стартовал и пристыковался к станции космический корабль «Союз-19». Новый экипаж — П. Климук и В. Севастьянов продолжили дело, начатое первым экипажем. Шестьдесят три дня провели они в космосе, выполняя сложную и насыщенную программу полета. Эта программа включала в себя технические, научные и медико-биологические эксперименты. Среди них важное место занимали астрофизические исследования, изучение Солнца, черно-белая и цветная фотосъемка поверхности территории Советского Союза в интересах различных отраслей народного хозяйства.

22 июня 1976 года в нашей стране был осуществлен запуск орбитальной научной станции «Салют-5». В течение двух недель полет станции осуществлялся в автоматическом режиме, а с 7 июля 1976 года — в пилотируемом.

Экипаж станции в составе летчика-космонавта Б. В. Волынова и борт-инженера В. М. Жолобова был доставлен на нее транспортным кораблем «Союз-21», старт которого состоялся 6 июля 1976 года. Программа полета успешно выполнена экипажем станции.

В процессе проектирования, запусков и испытаний в полете долговременных орбитальных станций «Салют» шло неуклонное их совершенствование, закладывающее основу для создания орбитальных станций будущего. Многие системы переводились на автоматический режим работы. Так, например, на станции «Салют» для подзарядки бортовых аккумуляторов всю станцию надо было разворачивать, ориентируя плоскости жестко закрепленных панелей солнечных батарей на светило. Произведя сложные развороты в пространстве, фиксировалось нужное положение станции и для его сохранения производилась закрутка станции. Это довольно емкие операции и к тому же в период закрутки станции не всегда можно выполнять некоторые научные эксперименты. На станции же «Салют-4» панели солнечных батарей по команде датчиков разворачиваются сами относительно корпуса орбитальной станции, ориентируясь на Солнце. Еще пример. Установленная на станции «Салют-4» система «Каскад» позволила сохранить длительное время установленную ориентацию станции при экономическом режиме расхода топлива. На станциях постепенно вводятся замкнутые системы жизнеобеспечения. Так, на орбитальной станции «Салют-3» космонавты использовали вторично в бытовых целях собранный конденсат. А на борту орбитальной станции «Салют-4» они уже впервые пили очищенную воду.

В 1973 году США была запущена орбитальная станция «Скайлэб», на которой побывали три смены экипажа. Американскими космонавтами выполнен большой объем научных и технических опытов. Особую ценность представляет этот полет в качестве доказательства возможности длительного пребывания человека в условиях космического полета. Последний экипаж пробыл на станции 83 суток. Кроме того, во время запуска на орбитальной станции возник целый ряд значительных неисправностей и поломок, с которыми успешно справился прибывший на нее экипаж, доказав возможность успешных ремонтных работ в открытом космосе.

Успехи на пути создания орбитальных станций вселяют уверенность, что в недалеком будущем вокруг Земли будут созданы большие многоцелевые обитаемые орбитальные станции и с ними будет налажено постоянное сообщение посредством космических транспортных средств.

Основой для таких станций будут служить блоки различного назначения, например, блок для астрономических исследований, снабженный разнообразными телескопами, технологический блок для производства деталей литьем, для выращивания кристаллов, жилой комфортабельный блок для экипажа. Эти блоки будут доставляться на орбиту ракетами или транспортными кораблями многоразового действия.

Вторым направлением развития космонавтики ближайшего будущего является создание глобальных систем связи и метеорологии, унифицированных автоматических спутников-обсерваторий для комплексного решения целого ряда научных задач. Связь и навигация, служба погоды и разведка полезных ископаемых, научные исследования самого широкого диапазона — вот далеко неполный перечень задач, которые они призваны решать. В этом направлении отечественная и зарубежная космонавтика уже достигла определенных успехов.

В Советском Союзе запущены спутники серии «Молния», позволившие создать космическую систему связи. Совместно с наземными станциями системы «Орбита» она соединила районы нашей Родины телефонной и телеграфной связью, ее создание дало возможность транслировать передачи центрального телевидения на обширные районы Крайнего Севера, Сибири, Казахстана и Дальнего Востока. Причем, космическая система связи значительно экономичнее, чем релейная система связи, если бы ее пришлось строить для этих же районов. Надежно служат метеорологам спутники «Метеор» и спутники радиационной разведки «Прогноз». В США успешно функционируют спутниковая система связи «Интелсат», метеорологические спутники «Тирос», «Нимбус», «ESSA», астрономические наблюдения за звездами ведут орбитальные лаборатории «ОАО».

Третье направление развития космонавтики — это дальнейшее проникновение автоматических аппаратов в глубины Вселенной и, прежде всего, изучение таких планет Солнечной системы, как Марс, Венера, Юпитер и Сатурн.

Уже сейчас всему миру известны замечательные полеты советских и американских автоматических межпланетных станций к Марсу и Венере. Эти космические аппараты изучали планеты и с пролетных траекторий, как, например, американские автоматические аппараты серии «Маринер», и с орбит вокруг планеты и ее поверхности, как это было при полетах советских межпланетных станций «Марс-2» и «Марс-3». Советские станции серии «Венера» вели изучение планеты во время спуска в ее атмосфере. В результате этих полетов человечество узнало много нового о своих ближайших соседях — Марсе и Венере. Впереди полеты более тяжелых станций, осуществление посадок на поверхности этих планет, передвижение по ним, как это было при работе советских самоходных аппаратов «Луноход-1» и «Луноход-2», а затем и доставка образцов грунта, а может быть и каких-то форм растительности или жизни с поверхности этих планет.

Для решения этих задач необходимы новые космические транспортные средства. К ним прежде всего относятся системы многократного использования, т. е. такие ракеты-носители, которые можно было бы использовать несколько десятков раз для выведения полезной нагрузки на орбиты ИСЗ.

Как показывают расчеты специалистов, транспортные системы многократного использования в десятки раз снизят стоимость выведения 1 кг веса полезного груза на орбиту ИСЗ.

Кроме того, транспортные системы многоразового использования будут иметь широкое поле деятельности. Ученые считают, что в число задач, выполняемых ими, войдут: транспортировка экипажей и грузов на орбитальную станцию, возвращение экипажей и результатов научных и технических экспериментов в виде фото и кинопленок, выведение блоков орбитальной станции, доставка на орбитальные станции новой аппаратуры, взамен вышедшей из строя, пополнение запасов расходуемых материалов, вывод на орбиту автоматических космических аппаратов, возвращение автоматических аппаратов для ремонта на землю, проведение ремонтных работ на орбите с частичной заменой аппаратуры.

Задачей будущего является создание новых высокоэнергетических двигательных установок и среди них прежде всего ядерных ракетных двигателей (ЯРД). ЯРД будут новым, качественным шагом в энергетике ракет. Если химические топлива приближаются к предельным энергетическим характеристикам и борьба ведется за каждый процент увеличения удельного импульса двигателя, то с применением ЯРД станет возможным увеличить удельный импульс от полутора до 5 раз по сравнению с теоретически возможными предельными значениями удельного импульса химических топлив.

Применение ядерных ракетных двигателей для ракет сопряжено с большими неудобствами загрязнения окружающей среды радиоактивными продуктами. Поэтому ЯРД, как считается сейчас, будут применяться на вторых и третьих ступенях ракет-носителей, на транспортных системах типа орбита — орбита, в разгонных блоках межпланетных кораблей. Применение ЯРД в ракетных комплексах наложит определенный отпечаток и на облик космодрома, о чем будет рассказано ниже.

Мы кратко остановились на основных наиболее ярких чертах развития космонавтики, космических летательных аппаратов и средств их выведения. Ясно, что космические аппараты и ракеты-носителя претерпят определенные изменения. А что же будет с космодромом? Изменится ли его облик? Попробуем заглянуть в будущее космодрома.

Принципиальная схема его построения, основные технические средства, оборудование вряд ли подвергнутся коренным изменениям. Конечно, оборудование будет совершенствоваться, все больше и больше будут внедряться автоматические системы как в технологические процессы сборки и подготовки ракеты и космических летательных аппаратов к запуску, так и в процессы заправки, проверки и самого пуска.

Возникает вопрос, что же космодром достиг своего совершенства и ничего принципиально нового здесь ожидать нечего? Это и верно и нет. Верно, если это касается традиционных средств запуска космических объектов и традиционного места их запуска, т. е. Земли.

Но мы уже говорили о появлении в ближайшее время новых средств выведения, таких, как ракеты с ЯРД ипрежде всего транспортные системы многоразового использования. Создание таких возвращаемых назад, на Землю, космических кораблей существенно изменит облик космодрома. По имеющимся проектам транспортный корабль будет состоять из двух ступеней, снабженных системой возвращения и посадки на Землю. Каждая ступень будет иметь маршевые ракетные двигатели и баки топлива для вывода полезного груза на околоземную орбиту и вспомогательные турбореактивные двигатели для возвращения на Землю. Высокие аэродинамические качества, главным образом за счет применения в ступенях крыла, позволяют маневрировать по курсу при спуске на Землю и обеспечивают посадку в заданном районе. Старт такого корабля предусматривается ракетный — вертикальный, а посадка — самолетная, т. е. горизонтальная. Сразу становится очевидным, что в системе космодрома появится новый элемент, не присущий современному космодрому, — это посадочные аэродромы, подобные взлетно-посадочным полосам на аэродромах, служба посадки, послепосадочного осмотра, проверки и подготовки транспортного корабля к новому старту. Космодром как бы сблизится с аэродромом.

Кроме того, как мы уже говорили, применение ЯРД в ракетных системах тоже изменит облик космодрома. И прежде всего появится специальное здание на технической позиции для снаряжения ядерным топливом двигательной установки. Эта операция будет производиться в специальном изолированном блоке, имеющем надежную радиационную защиту. По-видимому, понадобится и специальное оборудование такое, как манипуляторы, средства транспортировки с радиационной защитой и тому подобное.

Существует множество проектных разработок транспортных кораблей. В США в настоящее время работают над проектом корабля, у которого первая ступень чисто ракетная. Она состоит из двух твердотопливных двигателей, которым с самого старта помогает жидкостная двигательная установка второй ступени. После выключения этих разгонных двигателей они сбрасываются и возвращаются на Землю при помощи парашютной системы, каждый отдельно. Корабль с экипажем и грузом продолжает свой полет. Топливо для ЖРД в течение всего времени работы двигателей до выхода корабля на орбиту поступает из подвесного топливного бака. Перед выходом на орбиту бак сбрасывается и его не спасают, так как он сравнительно дешев и прост в изготовлении. Дальнейшие манипуляции на орбите (маневрирование, стыковка) и сход с нее для посадки на Землю осуществляются при помощи все той же жидкостной двигательной установки. Топливо для этой цели запасено в баках самого корабля. При входе в атмосферу начинают работать те же жидкостные двигатели. Довольно высокие аэродинамические качества корабля дают возможность экипажу осуществить широкий маневр как по курсу, так и по дальности полета, и производить посадку корабля практически в любой точке территории США.

Как уже говорилось ранее, итальянские ученые и инженеры испытали в действии плавучий космодром. Он представляет собой стартовую площадку, установленную в море на металлических сваях. Существовал проект стартовой площадки — баржи. По этому проекту специальный канал, наполненный водой, подходит прямо в монтажно-испытательный корпус, куда и заходит баржа. Сборка ракеты-носителя, подготовка ее к старту и все проверочные работы должны были проводиться прямо на барже в вертикальном положении ракеты. Затем баржа должна была переплыть по каналу в пусковую часть, представляющую собой шлюз, из которого выкачивается вода, и старт должен производиться прямо с этой баржи. Эти проекты вполне осуществимы и имеют свои определенные преимущества. Но есть более смелые проекты. Космодром на сваях, космодром на плаву, это еще как-то уживается с привычными представлениями о космодроме. Но космодром на дне моря? Это вызывает некоторое недоумение: зачем? Однако такой проект есть. Мощность ракет-носителей все возрастает, соответственно растут их габариты и размеры стартовых сооружений. Ветровые нагрузки становятся огромными и борьба с ними весьма сложна. Молния неоднократно уже являлась помехой при запуске космических кораблей. Так было при запуске «Джемини-3» и «Аполлона-14». Специалисты, разработавшие проект подводного космодрома, предлагают для исключения перечисленных недостатков наземного космодрома поместить стартовые сооружения под водой. Стартовая команда, обслуживающая ракету и ведущая подготовку к запуску, работает в водолазных костюмах. Транспортировка ракет-носителей по морю не представляет трудностей. Казалось бы все просто, но однако целесообразность этого проекта сомнительна, так как кроме сложности работы под водой возникает еще целый ряд проблем, связанных с подводным запуском ракеты-носителя.

Более интересна идея перенесения космодрома с Земли на орбиту.

Прежде всего старт с орбитального космодрома значительно энергетически выгоднее. Очевидно, что космическому кораблю, стартующему с космодрома на орбите, для того чтобы преодолеть земное притяжение, нужно развить значительно меньшую скорость, чем при взлете с поверхности Земли, так как корабль уже находится на орбите и ему нет необходимости тратить энергию на преодоление аэродинамического сопротивления атмосферы планеты. Так, если высота орбиты, на которой находится космодром — 200 км над поверхностью Земли, то дополнительные скорости для полетов составят: к Марсу — 3,6 км/с, к Венере — 3,5, к Юпитеру — 6,3, к Меркурию — 5,6, к Плутону — 8,4 км/с. Но совершенно ясно, что кораблю или же ракете-носителю для того чтобы попасть на этот космодром, пришлось затратить энергию. Так в чем же преимущество такого космодрома? А в том, что при полете корабля как бы в два этапа, — с Земли на орбитальный космодром и с космодрома к какой-либо планете, затраты энергии делятся также на две части, но их сумма не оказывается равной затрате энергии при прямом старте с Земли к этой же планете. Почему же так получается? Да потому, что потери энергии складываются из потерь на преодоление гравитационного притяжения земли и аэродинамического сопротивления атмосферы планеты. При вертикальном старте с планеты затраты энергии на преодоление атмосферного сопротивления минимальные, так как при этом путь через толщу атмосферы наикратчайший. Зато затраты на преодоление притяжения земли максимальные. Если осуществлять старт с Земли по касательной к ее поверхности, то затраты энергии на преодоление гравитационных сил будут сведены к минимуму, а на преодоление атмосферного сопротивления будут максимальны из-за значительного удлинения пути корабля в атмосфере Земли. Поэтому при запусках с Земли стараются выбрать оптимальную траекторию выведения, которая компромиссно решает распределение энергии на преодоление двух этих факторов: атмосферы и гравитации. Совершенно очевидно, что при старте с Земли на космический космодром можно выбрать оптимальнейшую траекторию полета, так в принципе безразлично, в какой точке орбиты встретятся корабль и орбитальный космодром. А с космической гавани можно осуществить старт почти по касательной траектории полета космодрома, т. е. по касательной к поверхности Земли, и, следовательно, затраты энергии при полете к планете будут минимальными. А это значит, что с орбитального космодрома при тех же энергетических затратах можно отправить в рейс гораздо более тяжелый груз, чем с поверхности Земли. При старте же непосредственно с поверхности Земли построить такую оптимальную траекторию невозможно.

Кроме того, при запуске межпланетного корабля с поверхности Земли необходимо учитывать положение планеты назначения относительно плоскости эклиптики и местонахождение ее на своей орбите. Это довольно сложная проблема потому, что приходится вносить необходимые коррекции в траекторию полета ракеты-носителя. И хотя внесение таких корректирующих полет поправок возможно, все же траектория выведения корабля на трассу усложняется, а, следовательно, увеличивается и вероятность накопления ошибок. При старте же с орбитального космодрома этих ошибок можно избежать. В связи с тем, что орбитальный космодром обращается вокруг Земли, число позиций, с которых удобен запуск межпланетных кораблей, значительно увеличивается. Старт может быть произведен практически над любой точкой поверхности и поэтому момент отлета не так строго ограничен положением стартовой площадки и временем старта. При этом можно выбрать такую точку старта и форму траектории, которые обеспечивают малые гравитационные потери.

При выведении корабля на межпланетные трассы необходима большая точность получения его конечной скорости и угла полета. Так, например, при запуске к Венере если к концу активного участка вектор скорости корабля отклонится от программного направления всего на одну угловую минуту, то корабль пройдет мимо Венеры на расстоянии ста тысяч километров! При запуске межпланетных кораблей с орбитального космодрома можно обеспечить гораздо большую точность вывода его на заданную траекторию, чем при старте с Земли. Это и понятно, ведь при старте с Земли ракета должна не только двигаться в течение некоторого времени, строго выдерживая заданное направление и скорость полета, но и своевременно сбрасывать отработавшие ступени, включать и выключать двигатели и изменять режим их работы. Вполне понятно, что какой бы совершенной ни была автоматика, всегда могут быть некоторые отклонения от расчетных величин. Эти ошибки, накопленные во время движения ракеты на участке ее разгона, неизбежно приведут к отклонению фактической траектории от расчетной. При старте же космического корабля с орбитального космодрома имеется возможность определить с высокой точностью скорость, высоту и направление его полета, учесть их отклонения от расчетных значений и тем самым повысить точность выведения аппарата на межпланетную трассу.

Еще одно преимущество старта с такого космодрома — это возможность применения в качестве двигательной установки ядерных ракетных двигателей. Ведь вне Земли нет опасности отравления среды радиоактивными продуктами. А применение ЯРД сулит большие энергетические выгоды, так как удельный импульс их в несколько раз выше, чем у химических жидкостных ракетных двигателей. Можно стартовать, используя электрические двигатели с малой тягой, так как отпадает необходимость в мощных двигателях с колоссальной силой тяги для преодоления притяжения Земли и сопротивления атмосферы.

И еще одна причина диктует необходимость вывода космодрома на околоземную орбиту. Вес космических аппаратов, а, следовательно, и ракет-носителей, предназначенных для доставки этих аппаратов к намечаемым целям в Солнечной системе, неуклонно растет, и, как следствие этого, увеличиваются их габариты, а с такими ракетно-космическими системами становится все трудней и трудней работать на Земле. Орбитальная станция превращается в космодром: на ней производится сборка, подготовка, проверка и запуск межпланетного корабля. Блоки такого корабля доставляются ракетой-носителем приемлемых для земных условий размеров. Особенно это станет выгодным с появлением транспортных кораблей многократного использования. Они доставят на околоземную орбиту космический корабль или его отсеки, ступени разгонных блоков с топливом, экипаж межпланетного корабля.

Так, одним из имеющихся проектов полета экспедиции на Марс создание корабля предусматривается на орбите. Ракета-носитель сначала выводит на орбиту экспедиционный корабль, состоящий из нескольких отсеков. Другая ракета выводит транспортный корабль с экипажем, которому предстоит работать на орбите. Затем последовательно выводятся и стыкуются с кораблем блоки: ракетные ступени разгона корабля к Марсу, торможения его у планеты, осуществления посадки на Марс и взлета с него для возвращения на Землю.

Экипаж, состоящий из различных специалистов, участвует в сборке экспедиционного корабля на орбите, проверке его систем и оборудования и подготовке к старту. Причем предусматривается неоднократная смена экипажа «космической стартовой команды», так как продолжительность создания марсианского корабля на орбите оценивается в шесть-десять месяцев. И только после этого специалисты орбитального космодрома покидают корабль и на него прибывают в транспортном корабле космонавты предстоящей экспедиции на Марс.

Уже в этом проекте ярко проглядывают черты будущего космодрома вне Земли. Легко представить его развитие, когда будут созданы огромные постоянные орбитальные станции-поселения, о которых мечтал К. Э. Циолковский. Они в дальнейшем станут базами, с которых могут стартовать пилотируемые космические корабли и автоматические аппараты, направляющиеся к планетам Солнечной системы. Корабли будут возвращаться обратно на базу, доставлять туда материалы исследований, полученные в полете и во время посещения планет: фото- и кинодокументы, образцы пород, данные измерений и т. п. На базах будет происходить смена экипажей, заправка топливом и запасами средств жизнеобеспечения, замена оборудования, выполнение профилактических ремонтных работ. Совершенно очевидно, что на таких базах-станциях будут специальные блоки, куда будут причаливать и откуда будут стартовать прилетающие и отлетающие корабли. Этот блок или отсек будет оборудован причальными устройствами, шлюзовыми камерами для перехода из корабля на станцию и различными техническими средствами и системами, присущими космодрому. Появятся совершенно новые специальности, такие как «космические сварщики», «космические монтажники», специалисты по ремонтным работам в космосе, которые будут работать как в открытом космосе, так и в специальных аппаратах-манипуляторах. Над проектами таких аппаратов уже работают ученые и инженеры.

Уже сейчас имеется прообраз старта космических аппаратов с искусственных тел в космосе. Это старт космических аппаратов с промежуточных околоземных орбит. Такой старт впервые был успешно осуществлен в 1961 году. С борта тяжелого искусственного спутника Земли стартовала автоматическая станция «Венера-1». В дальнейшем таким же образом запускались автоматические станции «Марс», «Зонд» и некоторые «Луны».

Очень интересным был полет автоматической станции «Луна-16». Так как еще рано говорить о создании «настоящего» космодрома на Луне или какой-либо планете Солнечной системы, то космическим аппаратам, которые должны возвратиться после пребывания на Луне или другой планете на Землю, приходится возить с собой не только запасы топлива, но и «космодром». Так, «Луна-16» после мягкой посадки на Луне и взятия лунного грунта стартовала назад на Землю. «Космодромом» и стартовой площадкой для возвращаемой ракеты явилась посадочная ступень автоматической станции «Луна-16». Она обеспечила вертикальное положение ракеты в допускаемом диапазоне отклонений и создала нормальные условия для работы двигательной установки. Перед стартом с Луны были проведены проверка систем ракеты, определены точные координаты ее расположения и положения продольной оси ракеты относительно местной вертикали. В запоминающее устройство системы управления ракеты было «заложено» с Земли время старта и значение конечной скорости на активном участке полета, по которому должно быть произведено выключение ее двигателя. И в назначенное время по команде с Земли был произведен старт ракеты с Луны. Роль командного пункта выполнил центр дальней космической связи, а роль стартового комплекса — стартовая платформа — посадочная ступень автоматической станции. Аналогичным образом работала и автоматическая станция «Луна-20».

Многие писатели-фантасты и ученые рисовали картину создания космодромов на орбитальной станции вокруг Луны и на самой Луне. Заглядывая в будущее, можно ожидать появление космодромов на Луне и на планетах Солнечной системы. Поэтому вспоминая сказанные в начале нашего рассказа слова о том, что космодром — это земные ворота в космос, можно указать на их неточность: эти ворота будут воротами Вселенной.

Мы рассказали здесь об изменении облика космодрома в зависимости от путей развития ракетной техники. Но развитие науки, техники беспредельно, как беспредельна человеческая мысль. И облик космодрома может стать совсем непохожим на настоящий. Если позволить себе несколько пофантазировать, то со временем появятся совершенно новые средства для полетов в космическом пространстве, такие как, например, антигравитационные машины и другие. К примеру можно рассказать о совсем простом способе выведения на космические трассы космических кораблей без помощи ракеты, способе в настоящее время технически неосуществимом. Он получил в литературе название — «космического лифта». Представьте себе гигантскую трубу длиной около 40000 км, установленную на нашей планете. Эта труба может быть выполнена и из нескольких канатов этой же длины, скрепленных через определенные промежутки кольцами. Вот и весь космодром! Если внутри трубы поместить космический аппарат и при помощи какого-либо подъемного устройства поднимать его вверх по трубе, то совершенно очевидно, что по мере подъема будет увеличиваться центробежная сила, действующая на аппарат. Легко проверить расчетом, что на высоте 35810 км усилий для подъема не потребуется, так как центробежная сила, действующая на аппарат, сравняется с силой земного тяготения. Дальше космический аппарат пойдет вверх без усилий подъемника. Начиная с высоты 47000 км, космический аппарат будет вылетать из трубы со второй космической скоростью. Как видите, теоретически этот способ вполне приемлем. Практическое же осуществление его сейчас невозможно из-за отсутствия таких конструкционных материалов для канатов, которые бы вынесли хотя бы свой собственный вес.

Имеются и другие интересные предложения о способах перемещения в космическом пространстве. Космонавтика, ставшая одной из равноправных отраслей деятельности Человечества, имея своей целью освоение космического пространства, бурно развивается. Сейчас даже невозможно представить какими станут космические средства далекого будущего. Поэтому трудно увидеть и облик «сверхдалекого» космодрома. Но он обязательно будет и какие-то черты, хотя бы отдаленно напоминающие современный космодром он сохранит. А сейчас дерзновенная мысль наших современников ищет все новые и новые пути человека в космос. И какими бы фантастическими и нереальными не выглядели в настоящее время смелые проекты и гипотезы, только время рассудит справедливость взглядов их авторов.

Все развитие науки и техники шло от полета фантазии к опыту и утверждению. И еще раз вспоминаются слова К. Э. Циолковского о диалектике развития познания, что сначала неизбежно идут: мысль, фантазия, сказка; за ними шествует научный расчет; и уже в конце концов исполнение венчает мысль!

──────

Список литературы

1. Циолковский К. Э. Собрание сочинений. Изд-во АН СССР, 1954.

2. Космонавтика. Маленькая энциклопедия. М. «Советская энциклопедия», 1971.

3. Левантовский В. И. Механика космического полета в элементарном изложении. М. «Наука», 1970.

4. Маликов В. Г., Комисарик С. Ф., Коротков А. М. Наземное оборудование ракет. М. Военное издательство МО СССР, 1970.

5. Твелев В. Н. Космодром. М. «Знание», 1973.

6. Зигель Ф. Ю. Занимательная космонавтика. М. «Машиностроение», 1970.

──────

Оглавление

  • Предисловие
  • Введение
  • Глава 1. Ракетно-космический комплекс
  • Глава 2. Структура космодрома
  •   Немного истории
  •   Где строить космодром?
  •   Планировка комплекса
  • Глава 3. Техническая позиция
  •   Путь на космодром
  •   Монтажно-испытательный корпус
  •   Заправочная станция
  • Глава 4. Стартовая позиция
  •   Установочное оборудование
  •   Пусковая система
  •   Командные пункты
  •   Заправочное оборудование
  •   Заправка ракеты-носителя газами
  • Глава 5. Вспомогательные службы и оборудование космодрома
  • Глава 6. Космодром — испытательный центр
  • Глава 7. Командно-измерительный и поисково-спасательный комплексы
  •   Командно-измерительный комплекс
  •   Поисково-спасательный комплекс
  • Глава 8. С космодрома — в космос
  • Глава 9. Космодром сегодняшнего дня
  • Глава 10. Будущее космодромов
  • Список литературы