1. Понятие и особенности спускаемой капсулы
1.1 Назначение и компоновка
1.2 Спуск с орбиты
2. Конструкция СК
2.1 Корпус
2.2 Теплозащитное покрытие
Список использованной литературы
Спускаемая капсула (СК) космического аппарата (КА) предназначена для оперативной доставки специальной информации с орбиты на Землю. На космическом аппарате устанавливаются две спускаемые капсулы (рис.1).
Рисунок 1.
СК представляет собой контейнер для носителя информации, соединенный с пленко-протяжным тактом КА и снабженный комплексом систем и устройств, обеспечивающих сохранность информации, спуск с орбиты, мягкую посадку и обнаружение СК во время спуска и после приземления.
Основные характеристики СК
Масса СК в сборе - 260 кг
Наружный диаметр СК - 0,7 м
Максимальный размер СК в сборе - 1,5 м
Высота орбиты КА - 140 - 500 км
Наклонение орбиты КА - 50,5 - 81 град.
Корпус СК (рис.2) изготовлен из алюминиевого сплава, имеет форму близкую к шару и состоит из двух частей: герметичной и негерметичной. В герметичной части расположены: катушка о носителем спец.информации, система поддержания теплового режима, система герметизации щели, соединяющей герметичную часть СК с пленко-протяжным трактом КА, КВ передатчики, система самоликвидации и другая аппаратура. В негерметичной части размещены парашютная система, дипольные отражатели и контейнер "Пеленг УКВ". Дипольные отражатели, КВ передатчики и контейнер "Пеленг-УКВ" обеспечивают обнаружение СК в конце участка спуска и после приземления.
Снаружи корпус СК защищен от аэродинамического нагрева слоем теплозащитного покрытия.
На спускаемой капсуле с помощью стяжных отстреливаемых лент (рис.2) установлены две платформы 3, 4 c пневмоагрегатом стабилизации СК 5, тормозным двигателем 6 и телеметрической аппаратурой 7.
Перед установкой на КА опускаемая капсула соединяется тремя замками 9 системы отделения с переходной рамой 8. После этого рама стыкуется с корпусом КА. Совпадение щелей пленко-протяжных трактов КА и СК обеспечивается двумя направляющими штифтами, установленными на корпусе КА, а герметичность соединения - резиновой прокладкой, установленной на СК по контуру щели. Снаружи СК закрывается пакетами экрано-вакуумной теплоизоляции (ЗВТИ).
Отстрел СК от корпуса КА производится с расчетное время после герметизации щели пленко-протяжного тракта, сброса пакетов ЗВТИ и разворота КА на угол тангажа, обеспечивающий оптимальную траекторию спуска СК в район посадки. По команде БЦВМ космического аппарата срабатывают замки 9 (рис.2) и СК с помощью четырех пружинных толкателей 10 отделяется от корпуса КА. Последовательность срабатывания систем СК на участках спуска и приземления следующая (рис.3):
Раскрутка капсулы относительно оси X (рис.2) с целью сохранения требуемого направления вектора силы тяги тормозного двигателя в процессе его работы, раскрутка осуществляется пневмоагрегатом стабилизации (ПАС);
Включение тормозного двигателя;
Гашение при помощи ПАС угловой скорости вращения СК;
Отстрел тормозного двигателя и ПАС (в случае несрабатывания стяжных лент через 128 с происходит самоликвидация СК);
Отстрел крышки парашютной системы, ввод в действие тормозного парашюта и дипольных отражателей, сброс лобовой теплозащиты (для уменьшения массы СК);
Нейтрализация средств самоликвидации СК;
Отстрел тормозного парашюта и ввод в действие основного;
Наддув баллона контейнера "Пеленг УКВ" и включение КБ и УКВ передатчиков;
Включение по сигналу изотопного высотомера двигателя мягкой посадки, приземление;
Включение в ночное время по сигналу фотодатчика светоимпульсного маяка.
Корпус СК (рис.4) состоит из следующих основных частей: корпуса центральной части 2, днища 3 и крышки парашютной системы I, изготовленных из алюминиевого сплава.
Корпус центральной части вместе о днищем образует герметичный отсек, предназначенный для размещения носителя спец.информации и аппаратуры. Соединение корпуса c днищем осуществляется при помощи шпилек 6 с использованием прокладок 4, 5 из вакуумной резины.
Крышка парашютной системы соединяется с корпусом центральной части посредством замков - толкателей 9.
Корпус центральной части (рис.5) представляет собой сварную конструкцию и состоит из переходника I, оболочки 2, шпангоутов 3,4 и кожуха 5.
Переходник I изготовлен из двух частей, сваренных встык. На торцевой поверхности переходника имеется канавка для резиновой прокладки 7, на боковой поверхности - бобышки с глухими резьбовыми отверстиями, предназначенными для установки парашютной системы. Шпангоут 3 служит для соединения корпуса центральной части с днищем при помощи шпилек 6 и для крепления приборной рамы.
Шпангоут 4 является силовой частью СК, изготавливается из поковки и имеет вафельную конструкцию. В шпангоуте со стороны герметичной части на бобышках разделаны глухие резьбовые отверстия, предназначенные для крепления приборов, сквозные отверстия "Ц" для установки герморазъемов 9 и отверстия "Ф" для установки замков-толкателей крышки парашютной системы. Кроме того, в шпангоуте имеется паз под шланг системы герметизации щели 8. Бобышки "К" предназначены для стыковки СК с переходной рамой с помощью замков II.
Со стороны парашютного отсека переходник I закрыт кожухом 5, который крепится винтами 10.
На корпусе центральной части имеются четыре отверстия 12, служащие для установки механизма сброса лобовой теплозащиты.
Днище (рис.6) состоит из шпангоута I и сферической оболочки 2, сваренных между собой встык. В шпангоуте имеются две кольцевые канавки для резиновых прокладок, отверстия "А" для соединения днища о корпусом центральной части, три бобышки "К" о глухими резьбовыми отверстиями, предназначенный для такелажных работ о СК. Для проверки герметичности СК в шпангоуте выполнено резьбовое отверстие с установленной в него заглушкой 6. В центре оболочки 2 с помощью винтов 5 закреплен штуцер 3, служащий для проведения гидропневмоиспытаний СК на заводе-изготовителе.
Крышка парашютной системы (рис.7) состоит из шпангоута I и оболочки 2, сваренных встык. В полюсной части крышки имеется щель, через которую проходит хвостовик переходника корпуса центральной части. На наружной поверхности крышки установлены трубки 3 блока барореле и приварены кронштейны 6, предназначенные для крепления отрывных разъемов 9. С внутренней стороны крышки к оболочке приварены кронштейны 5, служащие для крепления тормозного парашюта. Жиклеры 7 связывают полость парашютного отсека с атмосферой.
Теплозащитное покрытие (ТЗП) предназначено для защиты металлического корпуса СК и находящейся в нем аппаратуры от аэродинамического нагрева при спуске с орбиты.
Конструктивно ТЗП СК состоит из трех частей (рис.8): ТЗП крышки парашютной системы I, ТЗП корпуса центральной части 2 и ТЗП днища 3, зазоры между которыми заполнены герметикой "Виксинт".
ТЗП крышки I представляет собой асботекстолитовую оболочку переменной толщины, скрепленную с теплоизоляционным подслоем из материала ТИМ. Подслой соединяется с металлом и асботекстолитом при помощи клея. Внутренняя поверхность крышки и наружная поверхность переходника пленко-протяжного тракта оклеиваются материалом ТИМ и поропластом. В ТЗП крышки имеются:
Четыре отверстия для доступа к замкам крепления лобовой теплозащиты, заглушаемые резьбовыми пробками 13;
Четыре отверстия для доступа к пирозамкам крепления крышки к корпусу центральной части СК, заглушаемые пробками 14;
Три кармана, служащие для установки СК на переходной раме и закрываемые накладками 5;
Отверстия под отрывные электроразъемы, закрываемые накладками.
Накладки устанавливаются на герметике и крепятся титановыми винтами. Свободное пространство в местах установки накладок заполняется материалом ТИМ, наружная поверхность которого покрывается слоем асботкани и слоем герметика.
В зазор между хвостовиком пленко-протяжного тракта и торцем выреза ТЗП крышки укладывается поропластовый шнур, на который наносится слой герметика.
ТЗП корпуса центральной части 2 состоит из двух асботекстолитовых полуколец, установленных на клее и соединенных двумя накладками II. Полукольца и накладки крепятся к корпусу титановыми винтами. На ТЗП корпуса имеются восемь плат 4, предназначенных для установки платформ.
ТЗП днища 3 (лобовая теплозащита) представляет собой сферическую асботекстолитовую оболочку равной толщины. С внутренней стороны к ТЗП стеклопластиковыми винтами крепится титановое кольцо, которое служит для соединения ТЗП с корпусом центральной части при помощи механизма сброса. Зазор между ТЗП днища и металлом заполняется герметиком с адгезией к ТЗП. С внутренней стороны днище оклеивается слоем теплоизоляционного материала ТИМ толщиной 5 мм.
2.3 Размещение аппаратуры и агрегатов
Аппаратура размещена в СК таким образом, чтобы обеспечивались удобство доступа к каждому прибору, минимальная длина кабельной сети, требуемое положение центра масс СК и требуемое положение прибора относительно вектора перегрузки.
Неизведанные глубины Космоса интересовали человечество на протяжении многих веков. Исследователи и ученые всегда делали шаги к познанию созвездий и космического простора. Это были первые, но значительные достижения на то время, которые послужили дальнейшему развитию исследований в этой отрасли.
Немаловажным достижением было изобретение телескопа, с помощью которого человечеству удалось заглянуть значительно дальше в космические просторы и познакомиться с космическими объектами, которые окружают нашу планету более близко. В наше время исследования космического пространства осуществляются значительно легче, чем в те года. Наш портал сайт предлагает Вам массу интересных и увлекательных фактов о Космосе и его загадках.
Первые космические аппараты и техника
Активное исследование космического пространства началось с запуска первого искусственно созданного спутника нашей планеты. Это событие датируется 1957 годом, когда он и был запущен на орбиту Земли. Что касается первого аппарата, который появился на орбите, то он был предельно простым в своей конструкции. Этот аппарат был оснащен достаточно простым радиопередатчиком. При его создании конструкторы решили обойтись самым минимальным техническим набором. Все же первый простейший спутник послужил стартом к развитию новой эры космической техники и аппаратуры. На сегодняшний день можно сказать, что это устройство стало огромным достижением для человечества и развития многих научных отраслей исследований. Кроме того, вывод спутника на орбиту был достижением для всего мира, а не только для СССР. Это стало возможным за счет упорной работы конструкторов над созданием баллистических ракет межконтинентального действия.
Именно высокие достижения в ракетостроении дали возможность осознать конструкторам, что при снижении полезного груза ракетоносителя можно достичь очень высоких скоростей полета, которые будут превышать космическую скорость в ~7,9 км/с. Все это и дало возможность вывести первый спутник на орбиту Земли. Космические аппараты и техника являются интересными из-за того, что предлагалось много различных конструкций и концепций.
В широком понятии космическим аппаратом называют устройство, которое осуществляет транспортировку оборудования или людей к границе, где заканчивается верхняя часть земной атмосферы. Но это выход лишь в ближний Космос. При решении различных космических задач космические аппараты разделены на такие категории:
Суборбитальные;
Орбитальные или околоземные, которые передвигаются по геоцентрическим орбитам;
Межпланетные;
Напланетные.
Созданием первой ракеты для вывода спутника в Космос занимались конструкторы СССР, причем само ее создание заняло меньше времени, чем доводка и отладка всех систем. Также временной фактор повлиял на примитивную комплектацию спутника, поскольку именно СССР стремился достичь показателя первой космической скорости ее творения. Тем более что сам факт вывода ракеты за пределы планеты был более веским достижением на то время, чем количество и качество установленной аппаратуры на спутник. Вся проделанная работа увенчалась триумфом для всего человечества.
Как известно, покорение космического пространства только было начато, именно поэтому конструкторы достигали все большего в ракетостроении, что и позволило создать более совершенные космические аппараты и технику, которые помогли сделать огромный скачок в исследовании Космоса. Также дальнейшее развитие и модернизация ракет и их компонентов позволили достичь второй космической скорости и увеличить массу полезного груза на борту. За счет всего этого стал возможным первый вывод ракеты с человеком на борту в 1961 году.
Портал сайт может поведать много интересного о развитии космических аппаратов и техники за все года и во всех странах мира. Мало кому известно, что действительно космические исследования учеными были начаты еще до 1957 года. В космическое пространство первая научная аппаратура для изучения была отправлена еще в конце 40-х годов. Первые отечественные ракеты смогли поднять научную аппаратуру на высоту в 100 километров. Кроме того, это был не единичный запуск, они проводились достаточно часто, при этом максимальная высота их подъема доходила до показателя в 500 километров, а это значит, что первые представления о космическом пространстве уже были до начала космической эры. В наше время при использовании самых последних технологий те достижения могут показаться примитивными, но именно они позволили достичь того, что мы имеем на данный момент.
Созданные космические аппараты и техника требовали решения огромного количества различных задач. Самыми важными проблемами были:
- Выбор правильной траектории полета космического аппарата и дальнейший анализ его движения. Для осуществления данной проблемы пришлось более активно развивать небесную механику, которая становилась прикладной наукой.
- Космический вакуум и невесомость поставили перед учеными свои задачи. И это не только создание надежного герметичного корпуса, который мог бы выдерживать достаточно жесткие космические условия, а и разработка аппаратуры, которая могла бы выполнять свои задачи в Космосе так же эффективно, как и на Земле. Поскольку не все механизмы могли отлично работать в невесомости и вакууме так же, как и в земных условиях. Основной проблемой было исключение тепловой конвекции в герметизированных объемах, все это нарушало нормальное протекание многих процессов.
- Работу оборудования нарушало также тепловое излучение от Солнца. Для устранения этого влияния пришлось продумывать новые методы расчета для устройств. Также была продумана масса устройств для поддержания нормальных температурных условий внутри самого космического аппарата.
- Большой проблемой стало электроснабжение космических устройств. Самым оптимальным решением конструкторов стало преобразование солнечного радиационного излучения в электроэнергию.
- Достаточно долго пришлось решать проблему радиосвязи и управления космическими аппаратами, поскольку наземные радиолокационные устройства могли работать только на расстоянии до 20 тысяч километров, а этого недостаточно для космических пространств. Эволюция сверхдальней радиосвязи в наше время позволяет поддерживать связь с зондами и другими аппаратами на расстоянии в миллионы километров.
- Все же наибольшей проблемой осталась доводка аппаратуры, которой были укомплектованы космические устройства. Прежде всего, техника должна быть надежной, поскольку ремонт в Космосе, как правило, был невозможен. Также были продуманы новые пути дублирования и записи информации.
Возникшие проблемы пробудили интерес исследователей и ученых разных областей знаний. Совместное сотрудничество позволило получить положительные результаты при решении поставленных задач. В силу всего этого начала зарождаться новая область знаний, а именно космическая техника. Возникновение данного рода конструирования было отделено от авиации и других отраслей за счет его уникальности, особых знаний и навыков работы.
Непосредственно после создания и удачного запуска первого искусственного спутника Земли развитие космической техники проходило в трех основных направлениях, а именно:
- Проектирование и изготовление спутников Земли для выполнения различных задач. Кроме того, данная отрасль занимается модернизацией и усовершенствованием этих устройств, за счет чего появляется возможность применять их более широко.
- Создание аппаратов для исследования межпланетного пространства и поверхностей других планет. Как правило, данные устройства осуществляют запрограммированные задачи, также ими можно управлять дистанционно.
- Космическая техника прорабатывает различные модели создания космических станций, на которых можно проводить исследовательскую деятельность учеными. Эта отрасль также занимается проектированием и изготовлением пилотируемых кораблей для космического пространства.
Множество областей работы космической техники и достижения второй космической скорости позволили ученым получить доступ к более дальним космическим объектам. Именно поэтому в конце 50-х годов удалось осуществить пуск спутника в сторону Луны, кроме того, техника того времени уже позволяла отправлять исследовательские спутники к ближайшим планетам возле Земли. Так, первые аппараты, которые были посланы на изучение Луны, позволили человечеству впервые узнать о параметрах космического пространства и увидеть обратную сторону Луны. Все же космическая техника начала космической эры была еще несовершенная и неуправляемая, и после отделения от ракетоносителя главная часть вращалась достаточно хаотически вокруг центра своей массы. Неуправляемое вращение не позволяло ученым производить много исследований, что, в свою очередь, стимулировало конструкторов к созданию более совершенных космических аппаратов и техники.
Именно разработка управляемых аппаратов позволила ученым провести еще больше исследований и узнать больше о космическом пространстве и его свойствах. Также контролируемый и стабильный полет спутников и других автоматических устройств, запущенных в Космос, позволяет более точно и качественно передавать информацию на Землю за счет ориентации антенн. За счет контролируемого управления можно осуществлять необходимые маневры.
В начале 60-х годов активно проводились пуски спутников к самым близким планетам. Эти запуски позволили более подробно ознакомиться с условиями на соседних планетах. Но все же самым большим успехом этого времени для всего человечества нашей планеты является полет Ю.А. Гагарина. После достижений СССР в строении космической аппаратуры большинство стран мира также обратили особое внимание на ракетостроение и создание собственной космической техники. Все же СССР являлся лидером в данной отрасли, поскольку ему первому удалось создать аппарат, который осуществил мягкое прилунение. После первых успешных посадок на Луне и других планетах была поставлена задача для более детального исследования поверхностей космических тел с помощью автоматических устройств для изучения поверхностей и передачи на Землю фото и видео.
Первые космические аппараты, как говорилось выше, были неуправляемыми и не могли вернуться на Землю. При создании управляемых устройств конструкторы столкнулись с проблемой безопасного приземления устройств и экипажа. Поскольку очень быстрое вхождение устройства в атмосферу Земли могло просто сжечь его от высокой температуры при трении. Кроме того, при возвращении устройства должны были безопасно приземляться и приводняться в самых различных условиях.
Дальнейшее развитие космической техники позволило изготовлять орбитальные станции, которые можно использовать на протяжении многих лет, при этом менять состав исследователей на борту. Первым орбитальным аппаратом данного типа стала советская станция «Салют». Ее создание стало очередным огромным скачком человечества в познании космических пространств и явлений.
Выше указана очень маленькая часть всех событий и достижений при создании и использовании космических аппаратов и техники, которая была создана в мире для изучения Космоса. Но все же самым знаменательным стал 1957 год, с которого и началась эпоха активного ракетостроения и изучения Космоса. Именно запуск первого зонда породил взрывоподобное развитие космической техники во всем мире. А это стало возможным за счет создания в СССР ракетоносителя нового поколения, который и смог поднять зонд на высоту орбиты Земли.
Чтобы узнать обо всем этом и многом другом, наш портал сайт предлагает Вашему вниманию массу увлекательных статей, видеозаписей и фотографий космической техники и объектов.
Межпланетные космические аппараты «Марс»
«Марс» — наименование советских межпланетных космических аппаратов, запускаемых к планете Марс, начиная с 1962 года.
«Марс-1» запущен 1.11.1962; масса 893,5 кг, длина 3,3 м, диаметр 1,1 м. «Марс-1» имел 2 герметических отсека: орбитальный с основной бортовой аппаратурой, обеспечивающей полет к Марсу; планетный с научными приборами, предназначенными для исследования Марса при близком пролете. Задачи полета: исследование космического пространства, проверка радиолинии на межпланетных расстояниях, фотографирование Марса. Последняя ступень ракеты-носителя с космическим аппаратом была выведена на промежуточную орбиту искусственного спутника Земли и обеспечила старт и необходимое приращение скорости для полета к Марсу.
Активная система астроориентации имела датчики земной, звездной и солнечной ориентации, систему исполнительных органов с управляющими соплами, работающими на сжатом газе, а также гироскопические приборы и логические блоки. Большую часть времени в полете поддерживалась ориентация на Солнце для освещения солнечных батарей. Для коррекции траектории полета космический аппарат был снабжен жидкостным ракетным двигателем и системой управления. Для связи имелась бортовая радиоаппаратура (частоты 186, 936, 3750 и 6000 МГц), которая обеспечивала измерение параметров полета, прием команд с Земли, передачу телеметрической информации в сеансах связи. Система терморегулирования поддерживала стабильную температуру 15-30°С. За время полета с «Марс-1» проведен 61 сеанс радиосвязи, на борт передано более 3000 радиокоманд. Для траекторных измерений, кроме радиотехнических средств, был использован телескоп диаметром 2,6 м Крымской астрофизической обсерватории. Полет «Марс-1» дал новые данные о физических свойствах космического пространства между орбитами Земли и Марса (на расстоянии от Солнца 1-1,24 а. е.), об интенсивности космического излучения, напряженности магнитных полей Земли и межпланетной среды, о потоках ионизованного газа, идущего от Солнца, и о распределении метеорного вещества (космический аппарат пересек 2 метеорных потока). Последний сеанс состоялся 21.3.1963 при удалении аппарата от Земли на 106 млн. км. Сближение с Марсом наступило 19.6.1963 (от Марса около 197 тыс. км), после чего «Марс-1» вышел на гелиоцентрическую орбиту с перигелием ~148 млн. км и афелием ~250 млн. км.
«Марс-2» и «Марс-3» запущены 19 и 28 мая 1971 года, совершили совместный полет и одновременные исследования Марса. Вывод на траекторию полета к Марсу осуществлен с промежуточной орбиты искусственного спутника Земли последними ступенями ракеты-носителя. Конструкция и состав аппаратуры «Марс-2» и «Марс-3» существенно отличаются от «Марс-1». Масса «Марс-2» («Марс-3») 4650 кг. Конструктивно «Марс-2» и «Марс-3» аналогичны, имеют орбитальный отсек и спускаемый аппарат. Основные устройства орбитального отсека: приборный отсек, блок баков двигательной установки, корректирующий ракетный двигатель с узлами автоматики, солнечные батареи, антенно-фидерные устройства и радиаторы системы терморегулирования. Спускаемый аппарат оборудован системами и устройствами, обеспечивающими отделение аппарата от орбитального отсека, переход его на траекторию сближения с планетой, торможение, спуск в атмосфере и мягкую посадку на поверхность Марса. Спускаемый аппарат был снабжен приборно-парашютным контейнером, аэродинамическим тормозным конусом и соединительной рамой, на которой размещен ракетный двигатель. Перед полетом спускаемый аппарат был подвергнут стерилизации. Космические аппараты для обеспечения полета имели ряд систем. В состав системы управления, в отличие от «Марс-1», дополнительно входили: гироскопическая стабилизированная платформа, бортовая ЦВМ и система космической автономной навигации. Кроме ориентации на Солнце, при достаточно большом удалении от Земли (~30 млн. км) проводилась одновременная ориентация на Солнце, звезду Канопус и Землю. Работа бортового радиотехнического комплекса для связи с Землей осуществлялась в дециметровом и сантиметровом диапазонах, а связь спускаемого аппарата с орбитальным отсеком — в метровом. Источником энергопитания служили 2 солнечные батареи и буферная аккумуляторная батарея. На спускаемом аппарате устанавливалась автономная химическая батарея. Система терморегулирования активная, с циркуляцией газа, заполняющего приборный отсек. Спускаемый аппарат имел экранно-вакуумную теплоизоляцию, радиационный нагреватель с регулируемой поверхностью и электронагреватель, двигательную установку многоразового действия.
В орбитальном отсеке находились научная аппаратура, предназначенная для измерений в межпланетном пространстве, а также для изучения окрестностей Марса и самой планеты с орбиты искусственного спутника; феррозондовый магнитометр; инфракрасный радиометр для получения карты распределения температуры по поверхности Марса; инфракрасный фотометр для изучения рельефа поверхности по поглощению излучения углекислым газом; оптический прибор для определения содержания паров воды спектральным методом; фотометр видимого диапазона для исследования отражательной способности поверхности и атмосферы; прибор для определения радиояркостной температуры поверхности по излучению на длине волны 3,4 см, определения ее диэлектрической проницаемости и температуры поверхностного слоя на глубине до 30-50 см; ультрафиолетовый фотометр для определения плотности верхней атмосферы Марса, содержания атомарного кислорода, водорода и аргона в атмосфере; счетчик частиц космических лучей; 
энергоспектрометр заряженных частиц; измеритель энергии потока электронов и протонов от 30 эВ до 30 кэВ. На «Марс-2» и «Марс-3» находились 2 фототелевизионные камеры с различными фокусными расстояниями для фотографирования поверхности Марса, а на «Марс-3» также аппаратура «Стерео» для проведения совместного советско-французского эксперимента по изучению радиоизлучения Солнца на частоте 169 МГц. В спускаемом аппарате была установлена аппаратура для измерения температуры и давления атмосферы, масс- спектрометрического определения химического состава атмосферы, измерения скорости ветра, определения химического состава и физико-механических свойств поверхностного слоя, а также получения панорамы с помощью ТВ камер. Полет космического аппарата к Марсу продолжался более 6 месяцев, с «Марс-2» проведено 153, с «Марс-3» — 159 сеансов радиосвязи, получен большой объем научной информации. На расстояния установка орбитального отсека, и космический аппарат «Марс-2» перешел на орбиту искусственного спутника Марса с периодом обращения 18 ч. 8 июня, 14 ноября и 2 декабря 1971 года проведены коррекции орбиты «Марс-3». Отделение спускаемого аппарата осуществлено 2 декабря в 12 ч 14 мин по московскому времени на расстоянии 50 тыс. км от Марса. Через 15 мин, когда расстояние между орбитальным отсеком и спускаемым аппаратом было не более 1 км, аппарат перешел на траекторию встречи с планетой. Спускаемый аппарат двигался 4,5 ч к Марсу и в 16 ч 44 мин вошел в атмосферу планеты. Спуск в атмосфере до поверхности продолжался немногим более 3 мин. Спускаемый аппарат совершил посадку в южном полушарии Марса в районе с координатами 45° ю. ш. и 158° з. д. На борту аппарата был установлен вымпел с изображением Государственного герба СССР. Орбитальный отсек «Марс-3» после отделения спускаемого аппарата двигался по траектории, проходящей на расстоянии 1500 км от поверхности Марса. Тормозная двигательная установка обеспечила переход ее на орбиту спутника Марса с периодом обращения ~12 сут. 19 ч. 2 декабря в 16 ч 50 мин 35 с началась передача видеосигнала с поверхности планеты. Сигнал был принят приемными устройствами орбитального отсека и в сеансах связи 2-5 декабря передан на Землю.
Орбитальные отсеки космических аппаратов свыше 8 месяцев осуществляли комплексную программу исследований Марса с орбит его спутников. За это время орбитальный отсек «Марс-2» совершил 362 оборота, «Марс-3» — 20 оборотов вокруг планеты. Исследования свойств поверхности и атмосферы Марса по характеру излучения в видимом, инфракрасном, ультрафиолетовом диапазонах спектра и в диапазоне радиоволн позволили определить температуру поверхностного слоя, установить ее зависимость от широты и времени суток; на поверхности выявлены тепловые аномалии; оценены теплопроводность, тепловая инерция, диэлектрическая проницаемость и отражательная способность грунта; измерена температура северной полярной шапки (ниже -110 °С). По данным о поглощении инфракрасной радиации углекислым газом получены высотные профили поверхности по трассам полета. Определено содержание водяного пара в различных областях планеты (примерно в 5 тыс. раз меньше, чем в земной атмосфере). Измерения рассеянной ультрафиолетовой радиации дали сведения о структуре атмосферы Марса (протяженность, состав, температура). Методом радиозондирования определены давление и температура у поверхности планеты. По изменению прозрачности атмосферы получены данные о высоте пылевых облаков (до 10 км) и размерах пылевых частиц (отмечено большое содержание мелких частиц — около 1 мкм). Фотографии позволили уточнить оптическое сжатие планеты, построить профили рельефа по изображению края диска и получить цветные изображения Марса, обнаружить свечение атмосферы на 200 км за линией терминатора, изменение цвета вблизи терминатора, проследить слоистую структуру марсианской атмосферы.
«Марс-4», «Марс-5», «Марс-6» и «Марс-7» запущены 21 июля, 25 июля, 5 и 9 августа 1973 года. Впервые полет по межпланетной трассе одновременно совершили четыре космических аппарата. «Марс-4» и «Марс-5» предназначались для исследования Марса с орбиты искусственного спутника Марса; «Марс-6» и «Марс-7» имели в своем составе спускаемые аппараты. Вывод космического аппарата на траекторию полета к Марсу осуществлен с промежуточной орбиты искусственного спутника Земли. На трассе перелета с космического аппарата регулярно проводились сеансы радиосвязи для измерения параметров движения, контроля состояния бортовых систем и передачи научной информации. Кроме советской научной аппаратуры, на борту станций «Марс-6» и «Марс-7» были установлены французские приборы, предназначенные для проведения совместных советско -французских экспериментов по исследованию радиоизлучения Солнца (аппаратура «Стерео»), по изучению солнечной плазмы и космических лучей. Для обеспечения вывода космического аппарата в расчетную точку околопланетного пространства во время полета проводились коррекции траектории их движения. «Марс-4» и «Марс-5», пройдя путь ~460 млн. км, 10 и 12 февраля 1974 года достигли окрестностей Марса. Вследствие того, что тормозная двигательная установка не включилась, космический аппарат «Марс-4» прошел около планеты на расстоянии 2200 км от ее поверхности.
При этом с помощью фототелевизионного устройства были получены фотографии Марса. 12.2.1974 на космическом аппарате «Марс-5» была включена корректирующая тормозная двигательная установка (КТДУ-425А), и в результате проведенного маневра аппарат вышел на орбиту искусственного спутника Марса. Космические аппараты «Марс-6» и «Марс-7» достигли окрестности планеты Марс соответственно 12 и 9 марта 1974 года. При подлете к планете космический аппарат «Марс-6» автономно с помощью бортовой системы астронавигации была проведена заключительная коррекция его движения, и от космического аппарата отделился спускаемый аппарат. Включением двигательной установки был обеспечен перевод спускаемого аппарата на траекторию встречи с Марсом. Спускаемый аппарат вошел в атмосферу Марса и начал аэродинамическое торможение. При достижении заданной перегрузки был сброшен аэродинамический конус и введена в действие парашютная система. Информация со спускаемого аппарата во время его снижения принималась космическим аппаратом «Марс-6», продолжавшим движение по гелиоцентрической орбите с минимальным расстоянием от поверхности Марса ~1600 км, и ретранслировалась на Землю. С целью исследования параметров атмосферы на спускаемом аппарате были установлены приборы для измерений давления, температуры, химического состава и датчики перегрузок. Спускаемый аппарат космического аппарата «Марс-6» достиг поверхности планеты в районе с координатами 24° ю. ш. и 25° з. д. Спускаемый аппарат космического аппарата «Марс-7» (после отделения от станции) не удалось перевести на траекторию встречи с Марсом, и он прошел около планеты на расстоянии 1300 км от ее поверхности.
Запуски космических аппаратов серии «Марс» осуществлялись ракетой- носителем «Молния» («Марс-1») и ракетой-носителем «Протон» с дополнительной 4-й ступенью («Марс-2» — «Марс-7»).
При полете космических аппаратов по околоземным орбитам на их борту возникают условия, с которыми на Земле человек обычно не сталкивается. Первое из них - длительная невесомость.
Как известно, вес тела - это сила, с которой оно действует на опору. Если и тело, и опора свободно движутся под действием силы тяготения с одинаковым ускорением, т. е. свободно падают, то вес тела исчезает. Это свойство свободно падающих тел установил еще Галилей. Он писал: «Мы ощущаем груз на своих плечах, когда стараемся мешать его свободному падению. Но если станем двигаться вниз с такой же скоростью, как и груз, лежащий на нашей спине, то как же может он давить и обременять нас? Это подобно тому, как если бы мы захотели поразить копьем кого-нибудь, кто бежит впереди нас с такой же скоростью, с которой движется копье».
Когда космический аппарат движется по околоземной орбите, он находится в состоянии свободного падения. Аппарат все время падает, но не может достигнуть поверхности Земли, потому что ему сообщена такая скорость, которая заставляет его бесконечно вращаться вокруг нее (рис. 1). Это так называемая первая космическая скорость (7,8 км/с). Естественно, что все предметы, находящиеся на борту аппарата, теряют свой вес, иными словами, наступает состояние невесомости.
Рис. 1. Возникновение невесомости на космическом аппарате
Состояние невесомости можно воспроизвести и на Земле, но только на короткие промежутки времени. Для этого используют, например, башни невесомости - высокие сооружения, внутри которых свободно падает исследовательский контейнер. Такое же состояние возникает и на борту самолетов, выполняющих полет с выключенными двигателями по специальным эллиптическим траекториям. В башнях состояние невесомости длится несколько секунд, на самолетах - десятки секунд. На борту космического аппарата это состояние может продолжаться сколь угодно долго.
Такое состояние полной невесомости представляет собой идеализацию условий, которые в действительности существуют во время космического полета. На самом деле это состояние нарушается из-за различных малых ускорений, действующих на космический аппарат при орбитальном полете. В соответствии с 2-м законом Ньютона появление таких ускорений означает, что на все предметы, находящиеся на космическом аппарате, начинают действовать малые массовые силы , и, следовательно, состояние невесомости нарушается.
Действующие на космический аппарат малые ускорения можно разделить на две группы. К первой группе относятся ускорения, связанные с изменением скорости движения самого аппарата. Например, за счет сопротивления верхних слоев атмосферы при движении аппарата на высоте около 200 км он испытывает ускорение порядка 10 –5 g 0 (g 0 - ускорение силы тяжести вблизи поверхности Земли, равное 981 см/с 2). Когда на космическом аппарате включают двигатели, чтобы перевести его на новую орбиту, то он также испытывает действие ускорений.
Ко второй группе относятся ускорения, связанные с изменением ориентации космического корабля в пространстве или с перемещениями массы на его борту. Эти ускорения возникают при работе двигателей системы ориентации, при перемещениях космонавтов и т. д. Обычно величина ускорений, создаваемых двигателями ориентации, составляет 10 –6 - 10 –4 g 0 . Ускорения, возникающие вследствие различной деятельности космонавтов, лежат в диапазоне 10 –5 - 10 –3 g 0 .
Говоря о невесомости, авторы некоторых популярных статей, посвященных космической технологии, пользуются терминами «микрогравитация», «мир без тяжести» и даже «гравитационная тишина». Поскольку в состоянии невесомости отсутствует вес, но присутствуют силы тяготения, эти термины следует признать ошибочными.
Рассмотрим теперь другие условия, существующие на борту космических аппаратов при их полете вокруг Земли. Прежде всего это глубокий вакуум. Давление верхней атмосферы на высоте 200 км около 10 –6 мм рт. ст., а на высоте 300 км - около 10 –8 мм рт. ст. Такой вакуум умеют получать и на Земле. Однако открытое космическое пространство можно уподобить вакуумному насосу огромной производительности, способному очень быстро откачивать газ из любой емкости космического аппарата (для этого достаточно ее разгерметизировать). При этом, правда, необходимо учитывать действие некоторых факторов, приводящих к ухудшению вакуума вблизи космического аппарата: утечка газа из его внутренних частей, разрушение его оболочек под действием излучения Солнца, загрязнение окружающего пространства вследствие работы двигателей систем ориентации и коррекции.
Типичная схема технологического процесса производства какого-либо материала состоит в том, что к исходному сырью подводится энергия, обеспечивающая прохождение тех или иных фазовых превращений или химических реакций, которые и ведут к получению нужного продукта. Наиболее естественный источник энергии для обработки материалов в космосе - это Солнце. На околоземной орбите плотность энергии излучения Солнца составляет около 1,4 кВт/м 2 , причем 97 % этой величины приходится на диапазон длин волн от 3 · 10 3 до 2 · 10 4 A. Однако непосредственное использование солнечной энергии для нагрева материалов связано с рядом трудностей. Во-первых, солнечную энергию нельзя использовать на затемненном участке траектории космического корабля. Во-вторых, требуется обеспечивать постоянную ориентацию приемников излучения на Солнце. А это, в свою очередь, усложняет работу системы ориентации космического аппарата и может повести к нежелательному увеличению ускорений, нарушающих состояние невесомости.
Что касается других условий, которые могут быть реализованы на борту космических аппаратов (низкие температуры, использование жесткой компоненты солнечной радиации и т. д.), то использование их в интересах космического производства в настоящее время не предусматривается.
Примечания:
Массовые, или объемные, силы - это силы, которые действуют на все частицы (элементарные объемы) данного тела и величина которых пропорциональна массе.
2 января 1959 года советская космическая ракета впервые в истории достигла второй космической скорости, необходимой для межпланетных полетов, и вывела на лунную траекторию автоматическую-межпланетную станцию «Луна-1». Это событие положило начало «лунной гонки» между двумя сверхдержавами - СССР и США.
«Луна-1»
2 января 1959 года СССР осуществил пуск ракеты-носителя «Восток-Л», которая вывела на лунную траекторию автоматическую межпланетную станцию «Луна-1». АМС пролетела на расстоянии 6 тыс. км. от лунной поверхности и вышла на гелиоцентрическую орбиту. Целью полёта было достижение «Луной-1» поверхности Луны. Вся бортовая аппаратура работала корректно, но в циклограмму полёта закралась ошибка, и АМП на поверхность Луны не попала. На результативности бортовых экспериментов это не отразилось. В ходе полёта «Луны-1» удалось зарегистрировать внешний радиационный пояс Земли, впервые измерить параметры солнечного ветра, установить отсутствие у Луны магнитного поля и провести эксперимент по созданию искусственной кометы. К тому же «Луна-1» стала космическим аппаратом, который сумел достичь второй космической скорости, преодолел земное притяжение и стал искусственным спутником Солнца.
«Пионер-4»
3 марта 1959 с космодрома на мысе Канаверал был запущен американский космический аппарат «Пионер-4», который первым совершил облёт Луны. На его борту были установлены счётчик Гейгера и фотоэлектрический сенсор для фотографирования лунной поверхности. Космический аппарат пролетел на расстоянии 60 тыс. километров от Луны на скорости 7,230 км/с. На протяжении 82 часов «Пионер-4» передавал на Землю данные о радиационной обстановке: в лунных окрестностях радиации обнаружено не было. «Пионер-4» стал первым американским космическим аппаратом, которому удалось преодолеть земное притяжение.
«Луна-2»
12 сентября 1959 года с космодрома Байконур стартовала автоматическая межпланетная станция «Луна-2», которая стала первой в мире станцией, достигшей поверхности Луны. Собственной двигательной установки у АМК не было. Из научного оборудования на «Луна-2» были установлены счётчики Гейгера, сцинтилляционные счётчики, магнитометры и детекторы микрометеоритов. «Луна-2» доставила на лунную поверхность вымпел с изображением герба СССР. Копию этого вымпела Н.С. Хрущев вручил президенту США Эйзенхауэру. Стоит отметить, что СССР демонстрировал модель «Луна-2» на различных европейских выставках, и ЦРУ смогло получить неограниченный доступ к модели для изучения возможных характеристик.
«Луна-3»
4 октября 1959 года с Байконура стартовала АМС «Луна-3», целью которой было изучение космического пространства и Луны. В ходе этого полёты впервые в истории были получены фото обратной стороны Луны. Масса аппарата «Луна-3» - 278,5 кг. На борту космического аппарата были установлены системы телеметрической, радиотехнической и фототелеметрической ориентации, позволявшие ориентироваться относительно Луны и Солнца, система энергопитания с солнечными батареями и комплекс научной аппаратуры с фотолабораторией.
«Луна-3» совершила 11 оборотов вокруг Земли, а затем вошла в земную атмосферу и прекратила своё существование. Несмотря на низкое качество снимков, полученные фотографии обеспечили СССР приоритет в наименовании объектов на поверхности Луны. Так на карте Луны появились цирки и кратеры Лобачевского, Курчатова, Герца, Менделеева, Попова, Склодовской-Кюри и лунное море Москвы.
«Рейнджер-4»
23 апреля 1962 года с мыса Канаверал стартовала американская автоматическая межпланетная станция Рейнджер-4. АМС несла капсулу весом 42,6 кг, содержавшую магнитный сейсмометр и гамма- спектрометр. Американцы планировали произвести сброс капсулы в районе Океана Бурь и в течение 30 суток проводить исследования. Но бортовая аппаратуры вышла из строя, и Рейнджер-4 не смог обрабатывать команды, которые поступали с Земли. Продолжительность полёта АМС «Рейнджер-4» 63 часа и 57 минут.
«Луна-4С»
4 января 1963 года ракета-носитель «Молния» вывела на орбиту АМС «Луна-4С», которая должна была впервые в истории космических полётов совершить мягкую посадку на поверхность Луны. Но старт в сторону Луны по техническим причинам не произошёл, и 5 января 1963 года «Луна-4С» вошла в плотные слои атмосферы и прекратила существование.
Рейнджер-9
21 марта 1965 года американцы запустили Рейнджер-9, целью полёта которого было получение детальных фото лунной поверхности на последних минутах перед жёсткой посадкой. Аппарат был сориентирован таким образом, чтобы центральная ось камер полностью совпадала с вектором скорости. Это должно было позволить избежать «смазывания изображения».
За 17,5 минут до падения (расстояние до поверхности Луны составляло 2360 км) удалось получить 5814 телевизионных изображений лунной поверхности. Работа Рейнджера-9 получила высшие оценки мирового научного сообщества.
«Луна-9»
31 января 1966 года с Байконура стартовала советская АМС «Луна-9», которая 3 февраля совершила первую мягкую посадку на Луне. АМС прилунился в Океане Бурь. Со станцией состоялось 7 сеансов связи, продолжительность которых составляла более 8 часов. Во время сеансов связи «Луна-9» передавала панорамные изображения лунной поверхности вблизи места посадки.
«Аполлон-11»
16-24 июля 1969 года состоялся полёт американского пилотируемого космического корабля серии «Аполлон». Этот полёт знаменит в первую очередь тем, что земляне впервые в истории совершили посадку на поверхность космического тела. 20 июля 1969 года в 20:17:39 лунный модуль корабля на борту с командиром экипажа Нилом Армстронгом и пилотом Эдвином Олдрином прилунился в юго-западной части Моря Спокойствия. Астронавты совершили выход на лунную поверхность, который продолжался 2 часа 31 минуту 40 секунд. Пилот командного модуля Майкл Коллинз ждал их на окололунной орбите. Астронавтами в месте посадки был установлен флаг США. Американцы разместили на поверхности Луны комплект научных приборов и собрали 21,6 кг образцов лунного грунта, который доставили на Землю. Известно, что после возвращения члены экипажа и лунные образцы прошли строгий карантин, не выявивший никаких лунных микроорганизмов.
«Аполлон-11» привёл к достижению цели, поставленной президентом США Джоном Кеннеди – осуществить высадку на Луну, обогнав в лунной гонке СССР. Стоит отметить, что факт высадки американцев на поверхность Луны вызывает у современных учёных сомнения.
«Луноход-1»
10 ноября 1970 с космодрома Байконур АМС «Луна-17». 17 ноября АМС прилунилась в Море Дождей, и на лунный грунт съехал первый в мире планетоход – советский дистанционно-управляемый самоходный аппарат «Луноход-1», который был предназначен для исследования Луны и проработал на Луне 10,5 месяцев (11 лунных дней).
За время работы «Луноход-1» преодолел 10 540 метров, двигаясь со скоростью 2 км/ч, и обследовал площадь 80 тыс. кв.м. Он передал на землю 211 лунных панорам и 25 тыс. фото. За 157 сеансов с Землёй «Луноход-1» принял 24 820 радиокоманд и произвёл химический анализ грунта в 25 точках.
15 сентября 1971 года ресурс изотопного источника тепла исчерпался, и температура внутри герметичного контейнера лунохода начала падать. 30 сентября аппарат на связь не вышел, а 4 октября учёные прекратили попытки войти с ним в контакт.
Стоит отметить, что битва за Луну продолжается и сегодня: космические державы разрабатывают самые невероятные технологии, планируя .