Пилотируемый космический корабль — пилотируемый космический аппарат, предназначенный для доставки одного или нескольких человек в космическое пространство, выполнения требуемых задач, и безопасного возвращения экипажа на Землю.
Человек перенесет любые тяготы космических путешествий, кроме, пожалуй, их стоимости.
— Ли Дюбридж, американский физик
В своей работе «Космический корабль» 1924 года Константин Эдуардович Циолковский, говоря об аппарате, предназначенном для полёта человека в космос, в основном, называл его иначе: — небесный корабль.
Одной из основных проблем, стоящих при конструировании данного класса космических аппаратов, является создание безопасной, надёжной в использовании и точной системы возвращения экипажа на земную поверхность.
Космические корабли и проекты
- Космические корабли 1-го поколения:
- Восток (6 полетов, проект завершен)
- Восход (2 полета, проект завершен)
- Меркурий (6 полетов, проект завершен)
- Джемини (10 полетов, проект завершен)
- Шугуан (проект остановлен)
- Космические корабли 2-го поколения:
- Союз (97 полетов, 2 катастрофы, 2 аварии без жертв (в том числе 1 суборбитальный полёт), совершает полеты)
- Л1 или Зонд (проект остановлен на стадии беспилотных летных испытаний)
- Л3 (проект остановлен на стадии беспилотных летных испытаний)
- Аполлон (12 полетов, проект завершен)
- ТКС (Транспортный корабль снабжения) — (проект остановлен на стадии беспилотных летных испытаний с посещениями корабля людьми на орбите после стыковки)
- Шэньчжоу (3 полетов, совершает полеты)
- Фуджи (проект остановлен)
- OV (Вимана) (проект в стадии разработки)
- Многоразовые транспортные космические корабли
- X-20 Dyna Soar (проект остановлен)
- Спираль (проект остановлен)
- Спейс шаттл (132 полета, 2 катастрофы (в том числе 1 на старте), совершает полеты)
- NASP (X-30) (проект приостановлен)
- Заря (проект остановлен)
- Буран (проект остановлен на стадии беспилотных летных испытаний)
- Гермес (проект остановлен)
- Зенгер-2 (проект остановлен)
- HOTOL (проект остановлен)
- HOPE (проект остановлен)
- ASSTS (проект остановлен)
- МАКС (проект остановлен)
- Клипер (проект остановлен)
- Частично-многоразовые космические корабли:
- Орион (проект в стадии разработки)
- ППТС с ПТКНП («Русь») (проект в стадии разработки)
- ACTS (проект в стадии разработки)
А теперь по порядку и с описанием:
Восток — наименование серии советских космических кораблей, предназначенных для полётов по околоземной орбите. Создавались под руководством генерального конструктора ОКБ-1 Сергея Павловича Королёва с 1958 по 1963 год.
| экипаж |
1 чел. |
| масса |
4 730 кг |
| длина |
4,4 м(без антенн); 7,35 м — с последней ступенью |
| максимальный диаметр |
2,43 м |
| обитаемый объём |
м³ |
| длительность полёта |
5 суток |
| ракета-носитель |
«Р-7» |
| запуски |
12 (6 пилотируемых) |
| места запуска |
космодром «Байконур» |
| первый запуск |
15 мая 1960 (12 апреля1961 — пилотируемый) |
| последний запуск |
16 июня 1963 |
| успешных запусков |
10 |
| неудачных запусков |
2 (0 пилотируемых) |
Космический
корабль «Восток»
12 апреля 1961 г.
трехступенчатая ракета-носитель доставила на
околоземную орбиту космический корабль
«Восток», на борту которого находился гражданин
Советского Союза Юрий
Алексеевич Гагарин. Корабль был запущен с
космодрома Байконур в 9 час. 07 мин. по московскому
времени и, совершив один оборот по орбите,
приземлился в 10 час. 55 мин. в районе деревни
Смеловка Саратовской области. Высота перигея
орбиты составила 181 км, высота апогея 327 км. 
 |
Ракета-носитель
«Восток». Трехступенчатая ракета-носитель
состояла из четырех боковых блоков (1 ступень),
расположенных вокруг центрального блока (II
ступень). Над центральным блоком помещена III
ступень ракеты. На каждом из блоков I ступени был
установлен четырехкамерный
жидкостно-реактивный двигатель РД-107, а на II
ступени — четырехкамерный реактивный двигатель
РД-108. На III ступени был установлен однокамерный
жидкостно-реактивный двигатель с четырьмя
рулевыми соплами. Вес корабля с
последней ступенью ракеты-носителя 6,17 т, длина
7,35 м, вес без последней ступени 4,73 т |
.
 |
Космический корабль
«Восток». Корабль
«Восток» состоял из спускаемого аппарата (1) и
приборно-агрегатного отсека . Спускаемый
аппарат был выполнен виде шара диаметром 2,3 м.
Вес спускаемого
аппарата 2,4 т, а его диаметр 2,3 м. В спускаемом
аппарате было установлено кресло космонавта,
приборы управления, система жизнеобеспечения.
Кресло располагалось таким образом, чтобы
возникающая при взлете и посадке перегрузка
оказывала на космонавта наименьшее действие. В
кабине поддерживалось нормальное атмосферное
давление и такой же, как на Земле, состав воздуха.
Шлем скафандра был открыт, и космонавт дышал
воздухом кабины. Система жизнеобеспечивания
рассчитана на 10 суток. |
Старты:
«Восток-2» ‒ выведен на орбиту 6 августа 1961, пилотировался Г. С.
Титовым. Совершил 17 оборотов по орбите при общей продолжительности
полёта 25 ч 11 мин и 7 августа приземлился в районе посёлка Красный Кут Саратовской области. Параметры орбиты: высота перигея 178 км, высота апогея 244 км. В полёте проведены медико-биологические эксперименты и киносъёмки Земли с борта корабля.
«Восток-3» ‒ выведен на орбиту 11 августа 1962, пилотировался А. Г.
Николаевым. Совершил свыше 64 оборотов по орбите при общей
продолжительности полёта 94 ч 10 мин и 15 августа приземлился в районе г. Каркаралинск Карагандинской области. Параметры орбиты: высота перигея 180,7 км, высота апогея 234,6 км. «В.-3» совершил первый в мире групповой полёт с космическим кораблём «В.-4».
«Восток-4» ‒ выведен на орбиту 12 августа 1962, пилотировался П. Р.
Поповичем. Совершил 48 оборотов по орбите при общей продолжительности
полёта 70 ч 42 мин и 15 августа приземлился в районе посёлка Атасу Карагандинской области. Параметры орбиты: высота перигея 179,8 км, высота апогея 236,7 км. В соответствии с программой «В.-3» и «В.-4» совершили первый в мире групповой полёт продолжительностью 70 ч 28 мин; минимальное расстояние между кораблями около 5 км.
В полёте поддерживалась радиосвязь между космическими кораблями и с
Землей. На Землю впервые передавались телевизионные изображения
космонавтов, транслировавшиеся по телевизионной сети СССР и интервидения, чем было положено начало космоведению.
Во время полёта проведены научные и медико-биологические эксперименты.
В состоянии невесомости космонавты свободно плавали в кабине. Их
работоспособность сохранилась полностью.
«Восток-5» ‒
выведен на орбиту 14 июня 1963, пилотировался В. Ф. Быковским. Совершил
81 оборот по орбите при общей продолжительности полёта 119 ч и 19 июня приземлился в 540 км к С.-З. от Караганды. Параметры орбиты: высота перигея 181 км, высота апогея 222,1 км. Около 3 сут «В.-5» находился в совместном полёте с космическим кораблём «В.-6».
«Восток-6» ‒ выведен на орбиту 16 июня 1963, пилотировался первой в
мире женщиной-космонавтом В. В. Терешковой. Совершил 48 оборотов по
орбите при общей продолжительности полёта 70 ч 42 мин и 19 июня приземлился в 620 км к С.-В. от Караганды. Параметры орбиты: высота перигея 183 км, высота апогея 231 км. Почти 3 сут
«В.-5» и « В.-6» находились в совместном полёте, между кораблями
поддерживалась двусторонняя радиосвязь. Регулярно проводились сеансы
связи с Землёй и передача на Землю телевизионных изображений
космонавтов. Была проведена расширенная программа медико-биологических
исследований и научных исследований с участием космонавтов.
Устройство космического корабля
Приборная панель корабля «Восток-1» Ю. А. Гагарина. Центральный Музей Вооруженных Сил, Москва
Корабль состоял из сферического спускаемого аппарата (массой 2,46 тонны и диаметром 2,3 м) также выполняющего функции орбитального отсека и конического приборного отсека
(массой 2,27 тонны и максимальным диаметром 2,43 м). Масса теплозащиты
от 1.3 тонны до 1.5 тонн. Отсеки механически соединялись между собой
при помощи металлических лент и пиротехнических замков. Корабль
оснащался системами: автоматического и ручного управления,
автоматической ориентации на Солнце, ручной ориентации на Землю, жизнеобеспечения (рассчитаной на поддержание внутренней атмосферы,
близкой по своим параметрам к атмосфере Земли в течение 10 суток),
командно-логического управления, электропитания, терморегулирования и
приземления. Для обеспечения задач по работе человека в космическом пространстве
корабль снабжался автономной и радиотелеметрической аппаратурой для
контроля и регистрации параметров, характеризующих состояние космонавта,
конструкции и систем, ультракоротковолновой и коротковолновой
аппаратурой для двусторонней радиотелефонной связи космонавта с
наземными станциями, командной радиолинией, программно-временным
устройством, телевизионной системой с двумя передающими камерами для
наблюдения за космонавтом с Земли, радиосистемой контроля параметров орбиты и пеленгации корабля, тормозной двигательной установкой ТДУ-1 и другими системами.
При разработке спускаемого аппарата конструкторами была выбрана
осесимметричная сферическая форма, как наиболее хорошо изученная и
имеющая стабильные аэродинамические характеристики для всех диапазонов углов атаки
на разных скоростях движения. Это решение позволяло обеспечить
приемлемую массу тепловой защиты аппарата и реализовать наиболее
простую баллистическую схему спуска с орбиты. В тоже время, выбор
баллистической схемы спуска обуславливал высокие перегрузки, которые предстояло испытать человеку, работающему на борту корабля.
Спускаемый аппарат имел два иллюминатора,
один из которых размещался на входном люке, чуть выше головы
космонавта, а другой, оснащённый специальной системой ориентации, в
полу у его ног. Космонавт одетый в скафандр, размещался в специальном катапультируемом кресле. На последнем этапе посадки, после торможения спускаемого аппарата в атмосфере, на высоте 7 км, космонавт катапультировался из кабины и совершал приземление на парашюте.
Кроме того, была предусмотрена возможность приземления космонавта
внутри спускаемого аппарата. Спускаемый аппарат имел собственный
парашют, однако не был оснащён средствами выполнения мягкой посадки,
что грозило оставшемуся в нём человеку серьёзным ушибом при совместном
приземлении.
Аппаратура кораблей «Восток» была выполнена как можно более простой.
Манёвр возвращения обычно обрабатывался по автоматической команде,
передаваемой по радио с Земли. С целью горизонтальной ориентации
корабля использовались инфракрасные датчики. Выравнивание вдоль оси
орбиты выполнялось при помощи звёздных и солнечных датчиков ориентации.
В случае отказа автоматических систем космонавт мог перейти на
ручное управление. Это было возможно за счёт использования
оригинального оптического ориентатора «Взор», установленного на полу
кабины. На иллюминаторе размещалась кольцевая зеркальная зона, а на
специальном матовом экране были нанесены стрелки, указывающие
направление смещения земной поверхности. Когда космический корабль был
правильно сориентирован относительно горизонта все восемь визиров
зеркальной зоны освещались солнцем. Наблюдение земной поверхности через
центральную часть экрана («бег Земли») позволяло определить направление
полёта.
Решить, когда следует начать манёвр возвращения космонавту помогал
другой прибор — небольшой глобус с часовым механизмом, который
показывал текущее положение корабля над Землёй. Зная исходную точку
положения можно было с относительной точностью определить место
предстоящей посадки.
Эта ручная система могла быть использована только на освещённой
части орбиты. Ночью Земля не могла наблюдаться через «Взор».
Автоматическая система ориентации должна была иметь возможность
работать в любое время.
Корабли «Восток» не были приспособлены для полётов человека на Луну,
а также не допускали возможности полёта людей не прошедших специальной
подготовки. Во многом это обуславливалось конструкцией спускаемого
аппарата корабля, ласково именуемого Шарик. Сферическая форма
спускаемого аппарата не предусматривала использования двигателей
ориентации. Аппарат походил на шар, основной вес которого был
сконцентрирован в одной части, таким образом, при движении по
баллистической траектории он автоматически разворачивался тяжёлой
частью вниз. Баллистический спуск означал восьмикратную перегрузку при
возвращении с земной орбиты и двадцатикратную при возвращении от Луны.
Похожим баллистическим аппаратом была капсула «Меркурий»; корабли «Джемини», «Аполлон» и «Союз»
благодаря своей форме и смещённому центру тяжести позволяли снизить
испытываемые перегрузки (3 G для возвращения с околоземной орбиты и 8 G
при возвращении с Луны), и обладали достаточной манёвренностью для
изменения точки посадки.
Советские корабли «Восток» и «Восход» также, как американский
«Меркурий» не умели выполнять орбитальные манёвры, допуская лишь
выполнение поворотов относительно основных осей. Повторный запуск
двигательной установки не предусматривался, она использовалась лишь с
целью выполнения возвратного тормозного манёвра. Тем не менее, Сергей Павлович Королев
перед началом разработки «Союза» рассматривал возможность создания
манёвренного «Востока». Этот проект подразумевал стыковку корабля со
специальными разгонными модулями, что в перспективе позволяло
использовать его в задаче по облёту Луны. Позднее идея манёвренной
версии корабля «Восток» была реализована в разведывательных спутниках«Зенит» и «Фотон».
Космический корабль «Меркурий» - США
|
|
|
Космический корабль «Меркурий» был создан в США по одноименной
программе исследований с целью осуществления первых шагов изучения
способности человека совершать космические полеты и управлять
движением космических кораблей.
Корабль имеет форму усеченного конуса, переходящего сужением в
цилиндрическую часть, и представляет собой по существу герметическую
кабину с размещенными в ней экипажем и оборудованием. Экипаж — один
человек.
Конструктивно-компоновочная схема космического корабля «Меркурий»
1 — панель переключателей; 2 — приборная панель; 3 — обзорная камера
космонавта;
4 — основной и запасной парашюты; 5 — антенная система; б —
тормозной парашют;
7 — датчики горизонта по крену и тангажу; 8 — система управления; 9
— многоканальный модулятор антенны; 10 — блоки радиоприборов и
телеметрии; 11 — тормозная двигательная установка.
Внешняя оболочка корпуса корабля изготовлена из никель-кобальтового
сплава, внутренняя — из двойных титановых листов толщиной 0,25 мм.
Днище корпуса, являющееся тепловым экраном, защищено
стеклопластиком.
Сужающаяся часть корпуса выполнена из гофрированного листового
никель-кобальтового сплава.
Отсеки с оборудованием расположены справа и слева от космонавта.
Главный и резервный парашюты, обеспечивающие приводнение корабля,
расположены в цилиндрической части корпуса. Там же размещены два
тепловых датчика горизонта, позволяющие определить вертикаль и
азимут положения корабля.
Свободный объем кабины, обеспечивающий размещение космонавта и его
деятельность, равен 1,5 м3. Такой же примерно объем имеют кабины
современных самолетов-истребителей.
Приборная панель космического корабля «Меркурий»
1 — снижение давления в кабине; 2 — повышение давления в кабине; 3 —
переключение системы управления на ручное управление положением
спутника в пространстве; 4, 5 и 6 — переключение управления по
крену, курсу и тангажу соответственно; 7 — включение системы
аварийного спасения; 8 — подача кислорода при старте; 9 — отделение
стартовой системы аварийного спасения; 10 — отделение спутника от
ракеты-носителя; 11 — включение программы на спуск-12 — ориентация
спутника перед включением тормозных двигателей; 13 — включение
тормозных двигателей; 14 — отделение тормозных двигателей; 15 —
ориентация спутника при входе в атмосферу; 16 — снижение ускорения
до 0,5; 17 — выпуск тормозных парашютов; 18 — включение подачи
атмосферного воздуха; 19, 20 — выпуск основного и тормозного
парашютов; 21 — включение системы спасения (наполнение баллона для
обеспечения плавучести); 22, 23 — индикаторы скорости, высоты,
положения в пространстве, температуры, давления, влажности
парциального давления кислорода; 24 — предупредительные сигналы и
соответствующие регуляторы; 25 — давление в кабине; 26 — количество
кислорода; 27 — аварийная подача кислорода; 28, 29 — парциальное
давление О2 и СО2; 30, 31 — избыточная влажность, в скафандре и
кабине; 32 — количество топлива; 33, 34 — установка воспламеняющего
устройства тормозных двигателей на боевой взвод и предохранитель; 35
— включение часового механизма; 36 — контакты разъемов; 37, 38 —
управление радио- и электроаппаратурой; 39 — перископ; 40 — сигналы
о выполнении последовательности соответствующих операций.
Справа от космонавта расположена ручка управления положением
спутника в пространстве; слева — ручка включения аварийной системы
спасения. Прямо перед космонавтом находятся приборная доска и окуляр
перископа. В левой части приборной доски расположены приборы и ручка
системы управления положением корабля в пространстве и включения
тормозных ракетных двигателей. Две рукоятки служат для сбрасывания
давления и разгерметизации кабины. Сбрасывание давления
предусматривается в качестве метода тушения пожара в кабине. Рядом с
этими рукоятками имеется световое табло программы полета. Зеленый
свет указывает, что последовательность операций выполняется согласно
заданной программе. Красный цвет сигнализирует о неисправности в
системе автоматического программирования. Имеется ручка, при помощи
которой космонавт может внести в программу требуемые поправки.
По одной из групп приборов космонавт может контролировать ускорение,
скорость снижения, высоту, подачу перекиси водорода в систему
струйных сопел ориентации.
Средняя часть приборной доски сверху занята индикатором
пространственного положения. Этот комбинированный индикатор
указывает угловую скорость вращения корабля относительно центра масс
и углы тангажа, крена и рысканья. Указатель угловой скорости
расположен в центре индикатора и окружен тремя указателями углов
относительно каждой оси координат. Перископ, расположенный под
приборной доской, и иллюминатор позволяют космонавту ориентироваться
относительно Земли.
Космонавт может видеть горизонт позади спутника во время
орбитального полета и при торможении перед спуском на Землю.
В левой части приборной доски находится автомат счисления пути,
состоящий из модели Земного шара, вращаемой часовым механизмом в
соответствии с движением корабля по орбите. В правой части приборной
доски расположены часы, указывающие время суток, время, прошедшее с
момента старта, и время, остающееся до включения тормозных
двигателей.
На правой половине приборной доски размещена, кроме того, группа
сигнальных ламп, загорающихся при различных неисправностях в
системе.
Одновременно даются звуковые сигналы, которые могут быть отключены с
помощью отдельных выключателей. У правой кромки приборной доски
расположены автоматы защиты основных электрических цепей.
В верхнем правом углу приборной доски находятся приборы, указывающие
давление и температуру в кабине, а также парциальное давление
кислорода и углекислоты. Под этими приборами установлен щиток
электросистемы, а еще ниже — щиток управления связной радиостанцией.
Система кондиционирования воздуха в кабине имеет два контура
регулирования: контур кабины и контур скафандра. Первый из них
обеспечивает терморегулирование в кабине, а второй — регулирование
пополнения кислородом, поглощения углекислоты и водяных паров.
Атмосфера в кабине состоит из чистого кислорода при давлении 0,35
кг/см2. Очистка атмосферы осуществляется с помощью активированного
угля, а удаление СО — гидроокисью лития. За теплообменником,
регулирующим температуру кислорода, поступающего в кабину, находится
влагопоглотитель в виде виниловой губки. Периодически губка
отжимается и вода собирается в конденсационном бачке.
Положением спутника в пространстве можно управлять автоматически и
вручную. Небольшие струйные двигатели в виде сопел, работающие на
перекиси водорода, создают моменты для ориентации и стабилизации
корабля относительно центра масс. Для автоматического и ручного
управления используются отдельные группы сопел. В автоматическом
варианте в качестве датчиков используются два позиционных и три
скоростных гироскопа, а также логические и программирующие
устройства. Коррекция гировертикали и курсового гироскопа
осуществляется датчиками горизонта с интервалами через 10 мин.
Сопла струйных рулей управляются соленоидными клапанами. Применяются
две различные группы сопел по тангажу и рысканью — с тягой 11 кг для
грубого регулирования и 0,45 кг для точного; по крену — с тягой 2,7
и 0,45 кг. Ручная система управления обслуживается другой группой
сопел, тяга которых может плавно изменяться до указанных
максимальных значений. Каждое из таких сопел управляется либо
соленоидным, либо механическим клапаном в зависимости от метода
управления, избранного космонавтом.
Управление с помощью механических клапанов требует от космонавта
больших усилий, особенно во время работы тормозной двигательной
установки.
Радиотелефонная связь осуществляется на коротких и ультракоротких
волнах одновременно. Кроме того, на борту имеются телеметрическая
система и два одинаковых командных радиоприемника, работающих на
одной и той же волне. Через командные радиоприемники можно подать
команды на перестановку часового механизма тормозной системы, на
включение тормозных двигателей и на аварийное отделение спутника от
ракеты-носителя.
В качестве источников питания на борту корабля применены три
аккумуляторные батареи.
Аппаратура корабля обеспечивает возможность телеметрической передачи
и запись всех измеряемых параметров бортовых систем. На борту
имеется фотоаппарат для фотографирования пространства вне кабины
через иллюминаторы и две кинокамеры для фотографирования космонавта
и приборной доски.Космонавт непрерывно находится в скафандре. Кресло его расположено
таким образом, чтобы он мог выдержать перегрузки до 20 в течение 8
сек.
На случай возникновения аварийной ситуации на старте или участке
выведения корабль имеет специальный ракетный двигатель, укрепленный
на удлиненной ферме, позволяющий отделить его от ракеты-носителя и
отбросить на безопасное расстояние (в высоту до 760 м), откуда он
затем может опуститься на парашюте.
При аварийном отделении перегрузки могут быть порядка 20 в течение 1
сек. Управление включением РДТТ аварийного спасения осуществляется с
Земли или от специального сигнального устройства на ракете-носителе.
Запуск космического корабля осуществлялся с мыса Кеннеди с помощью
двухступенчатой ракеты «Атлас» в направлении Бермудских островов.
Максимальные перегрузки при выводе достигали 9.Контроль за полетом кораблей «Меркурий» осуществлялся 17 станциями,
расположенными в различных точках земного шара. Сооружение сети
станций стоило 30 млн. долларов. Станции размещены с таким расчетом,
чтобы по крайней мере одна из них имела непрерывную связь с
кораблем. Почти все станции имели двустороннюю радиотелефонную связь
с кораблем и оборудование для телеметрического приема данных. На
многих станциях установлены радиолокационные системы слежения. Все
станции связаны наземными линиями с центральным пунктом управления
на мысе Кеннеди.
Возвращение корабля на Землю осуществлялось с помощью тормозной
двигательной установки, состоящей из трех РДТТ, уменьшающих скорость
движения корабля на ~450 м/сек. и работающих последовательно через 5
сек., по 10 сек. каждый. Максимально допустимый угол ориентации, при
котором тормозные двигатели не срабатывали (заблокированы),
составлял ±16°.На высоте 3 км сбрасывался антенный обтекатель и раскрывался
основной парашют с диаметром купола 19,2 м, обеспечивающий скорость
снижения 9 м/сек. Кроме основного парашюта, имелся резервный,
раскрывающийся только при отказе основного. После раскрытия парашюта
от корабля отделяется тепловой экран и надувается посадочная подушка
из прорезиненной ткани, расположенная между экраном и кабиной.
В районе посадки дежурные суда размещались таким образом, чтобы до
места приводнения корабля можно было добраться максимум через 3
часа. Размещение судов в районе траектории вывода, на случай аварии
ракеты-носителя, осуществлялось из расчета не более чем 6-часового
поиска. Для поиска использовалось большое число самолетов и
вертолетов.
Всего на осуществление программы было затрачено 350 млн. долларов.
А.И.Меньшов
"Космическая эргономика"
"Наука" (Ленинградское отделение)©1971 |
По материалам-
http://www.pretich.narod.ru/
http://space.h1.ru/
http://ru.wikipedia.org/
|
