Космическая капсула - Space capsule
А космическая капсула часто бывает экипажем космический корабль который использует тупое тело возвращаемая капсула к повторно войти в атмосферу Земли без крыльев. Капсулы отличаются от спутники в первую очередь за счет способности выжить при входе в атмосферу и вернуть полезную нагрузку на поверхность Земли с орбиты. На капсульной основе пилотируемый космический корабль Такие как Союз или Орион часто поддерживаются модулем службы или адаптера, а иногда дополняются дополнительным модулем для операций с расширенным пространством. Капсулы составляют большинство конструкций космических кораблей с экипажем, хотя один пилотируемый космоплан, то Космический шатл, вылетел на орбиту.
Текущие примеры пилотируемых космических капсул включают Союз, Шэньчжоу, Орион, Starliner, и Дракон 2. Примеры новых капсул экипажа, которые в настоящее время разрабатываются, включают: Орел и Гаганян. Исторические примеры капсул с экипажем включают: Восток, Меркурий, Восход, Близнецы, и Аполлон. Пилотируемая космическая капсула должна быть способна поддерживать жизнь в часто сложных тепловых и радиация окружающая среда в космическом вакууме. Он может быть расходным (использовался один раз, как Союз) или многоразовый.
История
Восток
Восток был Советский союз первая пилотируемая космическая капсула. Первый полет человека в космос был Восток 1, завершено 12 апреля 1961 г. к космонавт Юрий Гагарин.
Капсула изначально была разработана для использования в качестве платформы для камер для первой в Советском Союзе программы шпионского спутника. Зенит и как управляемый космический корабль. Этот двойное использование дизайн имел решающее значение для получения Коммунистическая партия поддержка программы. В конструкции использовался сферический модуль входа с модулем биконического спуска, содержащий контроль отношения двигатели, расходные материалы на орбите и ретро-ракета для вывода на орбиту. Базовая конструкция использовалась около 40 лет, постепенно адаптируясь к ряду других беспилотных автомобилей. спутники.
Модуль повторного входа был полностью покрыт абляционным теплозащитным материалом, диаметром 2,3 метра (7,5 футов) и весом 2460 кг (5420 фунтов). Капсула была покрыта носовой конус для поддержания профиля низкого лобового сопротивления при запуске с цилиндрической внутренней кабиной диаметром около 1 метра (3,3 фута), почти перпендикулярной продольной оси капсулы. Космонавт сидел в катапультном кресле с отдельным парашютом для эвакуации при аварийном пуске и посадки при обычном полете. Капсула имела собственный парашют для приземления на землю. Хотя официальные источники заявили, что Гагарин приземлился внутри своей капсулы, требование для квалификации в качестве первого пилотируемого космического полета под Международная авиационная федерация (IAF) позже выяснилось, что все космонавты «Востока» катапультировались и приземлялись отдельно от капсулы. Капсула обслуживалась обращенным к корме коническим модулем оборудования длиной 2,25 метра (7,4 фута), длиной 2,43 метра (8,0 фута), весом 2270 кг (5000 фунтов), содержащим азот и кислород для дыхательных газов, батареи, топливо, контроль отношения подруливающие устройства и ретракт. Он мог поддерживать полеты до десяти дней.[1] Успешно выполнено шесть пусков «Востока», две последние пары - в параллельных полетах. Самый длинный перелет длился всего пять дней, на Восток 5 14–19 июня 1963 г.[2]
Поскольку двигатели для управления ориентацией были расположены в инструментальном модуле, который был отброшен непосредственно перед входом в атмосферу, траекторию и ориентацию входящего модуля нельзя было активно контролировать. Это означало, что капсула должна быть защищена от возвратного тепла со всех сторон, определяя сферическую конструкцию (в отличие от Проект Меркурий коническая конструкция, которая позволила получить максимальный объем при минимальном диаметре теплозащитного экрана).[нужна цитата ] Некоторый контроль над ориентацией капсулы при возвращении был возможен за счет смещения ее центра тяжести. Правильная ориентация космонавта спиной к направлению полета была необходима для наилучшего выдерживания полета, что также увеличивало угол от 8 до 9. перегрузка.
Восход
Конструкция "Востока" была модифицирована для обеспечения возможности перевозки экипажей нескольких космонавтов и выполнялась в виде двух полетов. Программа Восход. Цилиндрическая внутренняя кабина была заменена на более широкую прямоугольную кабину, в которой можно было разместить либо трех космонавтов, сидящих в ряд (Восход 1), либо двух космонавтов с надувным воздушным шлюзом между ними, чтобы разрешить выход в открытый космос (Восход 2). В верхней части спускаемого аппарата добавлена резервная твердотопливная ретро-ракета. Катапультное кресло «Востока» было снято для экономии места (таким образом, не было возможности для эвакуации экипажа в случае аварийного запуска или посадки). Полный космический корабль «Восход» весил 5682 килограмма (12 527 фунтов).
Недостаток места означал, что члены экипажа «Восход-1» не носили космические костюмы.[3] Оба члена экипажа "Восхода-2" были в скафандрах, так как космонавт совершал выход в открытый космос. Алексей Леонов. Воздушная пробка была необходима, потому что электрическая система и система окружающей среды транспортного средства охлаждались воздухом, а полная разгерметизация капсулы могла привести к перегреву. Шлюз весил 250 кг (551 фунт 2 унции), имел 700 мм (28 дюймов) в диаметре и 770 мм (30 дюймов) в высоту в сложенном состоянии при запуске. При продлении на орбите он составлял 2,5 м (8 футов 2 дюйма) в длину, имел внутренний диаметр 1 м (3 фута 3 дюйма) и внешний диаметр 1,2 м (3 фута 11 дюймов). Второй член экипажа надел скафандр в качестве меры предосторожности от случайной разгерметизации спускаемого аппарата. После использования воздушный шлюз был сброшен.
Отсутствие катапультных кресел означало, что экипаж «Восхода» вернется на Землю внутри своего космического корабля, в отличие от космонавтов «Востока», которые катапультировались и спускались с парашютом отдельно. В связи с этим была разработана новая система приземления, добавившая к парашютным стропам небольшую твердотопливную ракету. Он выстрелил, когда спускаемый аппарат приблизился к приземлению, обеспечив более мягкую посадку.
Меркурий
Главным конструктором космического корабля "Меркурий" был Максим Фаже, который начал исследования пилотируемых космических полетов во время NACA.[4] Он был 10,8 футов (3,3 м) в длину и 6,0 футов (1,8 м) в ширину; с добавленной системой аварийного спасения общая длина составляла 25,9 футов (7,9 м).[5] 100 кубических футов (2,8 м3) жилого объема, капсула была достаточно большой для одного члена экипажа.[6] Внутри было 120 органов управления: 55 электрических переключателей, 30 предохранители и 35 механических рычагов.[7] Самый тяжелый космический корабль, Меркурий-Атлас 9, весил 3000 фунтов (1400 кг) при полной загрузке.[8] Его внешняя оболочка была сделана из Рене 41, никелевый сплав, способный выдерживать высокие температуры.[9]
Корабль имел форму конуса с горловиной на узком конце.[5] Он имел выпуклое основание с теплозащитным экраном (поз. 2 на схеме ниже)[10] состоящий из алюминия соты покрыт несколькими слоями стекловолокно.[11] К нему была привязана ретропак (1)[12] состоящий из трех ракет, запускаемых для торможения космического корабля при входе в атмосферу.[13] Между ними находились три небольшие ракеты для отделения космического корабля от ракеты-носителя при выводе на орбиту.[14] Ремни, удерживающие пакет, можно было разорвать, когда он больше не нужен.[15] Рядом с теплозащитным экраном находилось ГРМ (3).[16] Внутри астронавт будет привязан к удобному сиденью с инструментами перед ним и спиной к тепловому экрану.[17] Под сиденьем находилась система контроля окружающей среды, обеспечивающая кислород и тепло,[18] очистка воздуха от CO2, пар и запахи и (во время орбитальных полетов) сбор мочи.[19][n 1] Отсек восстановления (4)[21] в узком торце космического корабля содержалось три парашюта: тормозной стабилизатор для стабилизации свободного падения и два основных парашюта, основной и резервный.[22] Между теплозащитным экраном и внутренней стенкой боевого отделения находилась посадочная юбка, которая раскрывалась за счет опускания теплозащитного экрана перед посадкой.[23] В верхней части отсека для восстановления находился антенна раздел (5)[24] содержащий антенны для связи и сканеры для ориентации космического корабля.[25] К нему была прикреплена заслонка, которая обеспечивала, чтобы космический корабль был обращен к тепловому экрану во время входа в атмосферу.[26] Система аварийного выхода (6) был установлен на узком конце космического корабля[27] содержащий три небольшие твердотопливные ракеты, которые можно было запустить на короткое время, если при запуске не удалось безопасно отделить капсулу от ракеты-носителя. Он развернул бы парашют капсулы для приземления поблизости в море.[28] (Смотрите также Профиль миссии для подробностей.)
У космического корабля «Меркурий» не было бортового компьютера, вместо этого он полагался на все вычисления для повторного входа, которые рассчитывались компьютерами на земле, а их результаты (время ретрофита и положение при стрельбе) затем передавались на космический корабль по радио во время полета.[29][30] Все компьютерные системы, используемые в космической программе Меркурий, размещались в НАСА объекты на земной шар.[29] Компьютерные системы были IBM 701 компьютеры.[31][32]
США запустили первого астронавта Меркурия Алан Шепард на суборбитальный полет почти через месяц после первого пилотируемого орбитального полета в космос. Советы смогли запустить второй «Восток» в однодневный полет 6 августа, прежде чем США наконец вывели на орбиту первого американца, Джон Гленн 20 февраля 1962 года. Соединенные Штаты запустили в общей сложности две суборбитальные капсулы Mercury с экипажем и четыре орбитальные капсулы с экипажем, причем самый продолжительный полет - Меркурий-Атлас 9, совершив 22 витка и продолжительностью 32 с половиной часа.
Близнецы
Многие компоненты в самой капсуле были доступны через их собственные маленькие дверцы доступа. В отличие от Mercury, Gemini использовала полностью твердотельную электронику, а ее модульная конструкция облегчила ремонт.[33]
Близнецы система аварийного выхода не использовал аварийную вышку с приводом от твердотопливная ракета, но вместо этого использовались авиационные катапультные сиденья. Башня была тяжелой и сложной, и инженеры НАСА решили, что с ней можно покончить, как с Титаном II. гиперголические пропелленты немедленно сгорит при контакте. Взрыв ускорителя Titan II имел меньший эффект взрыва и пламя, чем на криогенном топливе Атласа и Сатурна. Катапультные сиденья было достаточно, чтобы отделить космонавтов от неисправной ракеты-носителя. На больших высотах, где нельзя было использовать катапультные кресла, астронавты возвращались на Землю внутри космического корабля, который отделялся от ракеты-носителя.[34]
Основным сторонником использования катапультных кресел был Чемберлин, которому никогда не нравилась аварийная вышка Меркурий, и он хотел использовать более простую альтернативу, которая также снизила бы вес. Он просмотрел несколько фильмов об отказах межконтинентальных баллистических ракет «Атлас» и «Титан II», которые он использовал для оценки приблизительного размера огненного шара, создаваемого взрывающейся ракетой-носителем, и на основании этого он сделал вывод, что «Титан II» произведет гораздо меньший взрыв, поэтому космический корабль может получить прочь с катапультными креслами.
Максим Фаже, разработчик Mercury LES, с другой стороны, не был в восторге от этой установки. Помимо вероятности того, что катапультируемые кресла серьезно повредят астронавтов, их можно будет использовать только в течение примерно 40 секунд после взлета, к этому моменту ракета-носитель достигнет скорости 1 Маха, и катапультирование станет невозможным. Он также был обеспокоен тем, что астронавтов запускают через выхлопной шлейф Титана, если они катапультируются в полете, и позже добавил: «Лучшее в Близнецах было то, что им никогда не приходилось убегать».[35]
Система катапультирования Gemini никогда не тестировалась с кабиной Gemini, наполненной чистым кислородом, как это было до запуска. В январе 1967 г. Аполлон 1 Пожар продемонстрировал, что наполнение космического корабля чистым кислородом создает чрезвычайно опасную опасность пожара.[36] В устной истории 1997 года космонавт Томас П. Стаффорд прокомментировал Близнецы 6 отмена запуска в декабре 1965 г., когда он и командир Уолли Ширра чуть не выбросили из космического корабля:
Итак, оказывается, что мы бы увидели, если бы нам пришлось это сделать, это были бы две римские свечи, гаснущие, потому что у нас был 15 или 16 фунтов на квадратный дюйм, чистый кислород, пропитанный им в течение полутора часов. Вы помните трагический пожар на мысе. (...) Иисус, если бы этот огонь погас, и он бы сгорел костюмы. Все было пропитано кислородом. Так что слава Богу. Это было другое: НАСА никогда не испытывало его в условиях, которые были бы у них, если бы им пришлось катапультироваться. У них действительно были некоторые испытания в Чайна-Лейк, где у них был смоделированный макет капсулы Gemini, но они наполнили ее азотом. Они не заполнили его кислородом в тесте на санях.[37]
Gemini был первым космическим кораблем, несущим космонавтов, с бортовым компьютером Компьютер наведения Gemini, чтобы облегчить управление и контроль маневров миссии. Этот компьютер, иногда называемый бортовым компьютером космического корабля Gemini (OBC), был очень похож на Цифровой компьютер ракеты-носителя "Сатурн". Компьютер Gemini Guidance Computer весил 58,98 фунта (26,75 кг). это основная память было 4096 адреса, каждый из которых содержит 39-битный слово состоит из трех 13-битных «слогов». Все числовые данные были 26 бит дополнение до двух целые числа (иногда используются как числа с фиксированной точкой ), хранящиеся либо в первых двух слогах слова, либо в аккумулятор. инструкции (всегда с 4-битным код операции и 9 бит операнда) может состоять из любого слога.[38][39][40][41]
Аполлон
Космический корабль "Аполлон" был впервые задуман в 1960 году как трехместный корабль по проекту "Меркурий" с неограниченной миссией. Его можно использовать для переброски космонавтов на орбиту Земли. космическая станция, или для полетов вокруг Луны или на ее орбите и, возможно, для посадки на нее. НАСА запросило проекты технико-экономического обоснования от нескольких компаний в 1960 и 1961 годах, в то время как Faget и Группа космических задач работали над своей собственной конструкцией, используя капсулу с коническим / тупым корпусом (командный модуль), поддерживаемую цилиндрическим служебным модулем, обеспечивающим электрическую мощность и движение. НАСА рассмотрело проекты участников в мае 1961 года, но когда президент Джон Ф. Кеннеди предложив национальные усилия по высадке человека на Луну в 1960-х годах, НАСА решило отклонить технико-экономическое обоснование и продолжить разработку проекта Фагета, сосредоточенного на миссии посадки на Луну. Контракт на строительство Apollo был присужден Североамериканская авиация.
Командно-служебный модуль «Аполлон» (CSM) изначально был разработан, чтобы доставить трех человек прямо на поверхность Луны на вершине большой посадочной площадки на ногах. Командный модуль имел диаметр 12 футов 10 дюймов (3,91 м) и длину 11 футов 1,5 дюйма (3,39 м). Сервисный модуль имел длину 13 футов (4,0 м), а общая длина транспортного средства составляла 36 футов 2,5 дюйма (11,04 м), включая колокол двигателя. В гиперголический пропеллент Рабочий силовой двигатель был рассчитан на 20 500 фунтов силы (91 000 Н), чтобы поднять CSM с поверхности Луны и отправить его обратно на Землю. Для этого потребовалась одиночная ракета-носитель, намного больше, чем Сатурн V или несколько запусков Сатурна V, чтобы собрать его на орбите Земли перед отправкой на Луну.
Вначале было решено использовать рандеву на лунной орбите метод, используя меньший Модуль лунной экскурсии (LEM) переправить двоих мужчин между лунной орбитой и поверхностью. Уменьшение массы позволило запустить лунную миссию с помощью одного Сатурна V. Поскольку значительная работа по разработке началась, было решено продолжить существующую конструкцию как Block I, в то время как версия Block II способна сближаться с LEM будет разрабатываться параллельно. Помимо добавления стыковочного туннеля и зонда, Block II будет использовать усовершенствования оборудования, основанные на уроках, извлеченных из конструкции Block I. Блок I будет использоваться для беспилотных испытательных полетов и ограниченного числа полетов с экипажем на околоземную орбиту. Хотя рабочий силовой двигатель теперь был больше, чем требовалось, его конструкция не изменилась, поскольку уже велась значительная разработка; однако топливные баки были немного уменьшены, чтобы отразить измененную потребность в топливе. В зависимости от предпочтений космонавтов, Block II CM заменит двухсекционный заглушка двери крышка люка, выбранная во избежание случайного открытия люка, как это произошло на Гас Гриссом с Меркурий-Редстоун 4 полет, с цельным, открывающимся наружу люком, чтобы облегчить выход в конце миссии.
Практика компании Mercury-Gemini по использованию предстартовой атмосферы с чистым кислородом 16,7 фунтов на квадратный дюйм (1150 мбар) оказалась катастрофической в сочетании с конструкцией люка с закрытой дверцей. Принимая участие в предпусковых испытаниях на площадке 27 января 1967 г., при подготовке к первому запуску с экипажем в феврале весь экипаж Аполлон 1 - Гриссом, Эдвард Х. Уайт, и Роджер Чаффи - погибли в результате пожара, охватившего кабину. Дверь с пробкой не позволяла космонавтам сбежать или быть удаленными до их смерти. Расследование показало, что возгорание, вероятно, возникло из-за искры от изношенной проволоки и вызвано горючими материалами, которых не должно было быть в кабине. Программа полета с экипажем была отложена на время, когда в космический корабль Block II были внесены изменения в конструкцию космического корабля Block II, чтобы заменить чистую кислородную атмосферу перед запуском на воздухоподобную смесь азота и кислорода, исключить горючие материалы из кабины и скафандров космонавтов, а также уплотнить вся электропроводка и трубопроводы с агрессивной охлаждающей жидкостью.
Космический корабль Block II весил 63 500 фунтов (28 800 кг), заправленный топливом, и использовался в четырех испытательных полетах на Землю и Луну с экипажем и в семи полетах на Луну с экипажем. Модифицированная версия космического корабля также использовалась для переброски трех экипажей на Скайлаб космическая станция и Испытательный проект "Аполлон-Союз" Миссия состыковалась с советским космическим кораблем "Союз". Космический корабль Apollo был списан после 1974 года.
Списанные роботизированные космические капсулы
Активные космические капсулы
Союз
В 1963 году Королев впервые предложил трехместный космический корабль «Союз» для использования на околоземной орбите в рамках лунной исследовательской миссии. На него давил советский премьер. Никита Хрущев Чтобы отложить разработку «Союза» для работы на «Восходе», а затем разрешить разработку «Союза» для космических станций и лунных исследовательских миссий, он использовал небольшую, легкую спускаемую капсулу в форме колокола с прикрепленным к носу орбитальным модулем экипажа, содержащим большую часть жилое пространство миссии. В служебном модуле будут использоваться две панели электрического солнечные батареи для выработки энергии и содержал двигатель силовой установки. В Модель 7К-ОК спроектированный для околоземной орбиты, использовался входной модуль весом 2810 кг (6190 фунтов), диаметром 2,17 метра (7,1 фута) и длиной 2,24 метра (7,3 фута) с внутренним объемом 4,00 кубических метра (141 куб футов). Сферический орбитальный модуль весом 1100 кг (2400 фунтов) имел размеры 2,25 метра (7,4 фута) в диаметре и 3,45 метра (11,3 фута) в длину с стыковочным зондом и внутренним объемом 5,00 кубических метров (177 кубических футов). Общая масса космического корабля составляла 6 560 кг (14 460 фунтов).
После смерти Королева, с 1967 по 1971 год, десять таких судов летали экипажами. Первый (Союз 1 ) и последний (Союз-11 ) привел к первым погибшим в космосе. Королев разработал 9850-килограммовый (21720 фунтов) 7К-ЛОК вариант для использования в лунной миссии, но пилотируемый никогда не использовался.
Русские продолжают разрабатывать и запускать "Союз" по сей день.
Шэньчжоу
КНР разработала Шэньчжоу космический корабль в 1990-х годах по той же концепции (орбитальный, возвращаемый и служебный модули), что и Союз. Его первый испытательный полет без экипажа состоялся в 1999 г., а первый полет с экипажем в октябре 2003 г. Ян Ливэй для 14 околоземных орбит.
Дракон 2
Семиместный SpaceX Капсула Dragon 2 впервые запустила экипаж на Международная космическая станция 30 мая 2020 г. Демо-2 миссия для НАСА. Хотя изначально предполагалось, что SpaceX будет развиваться без экипажа. Дракон капсула, которая использовалась для НАСА Коммерческие услуги по снабжению Согласно контракту, требования пилотируемых космических полетов привели к значительному изменению конструкции аппарата с ограниченной универсальностью.
Невинченные капсулы
Разработки пилотируемых капсул
Россия
Соединенные Штаты
Индия
Китай
Смотрите также
Примечания
Рекомендации
- ^ Восток Технические характеристики
- ^ «НАСА - NSSDCA - Космический корабль - Детали траектории». nssdc.gsfc.nasa.gov. Получено 2018-05-02.
- ^ Сиддики 2000, п. 423.
- ^ Ловушка 2001, п. 150.
- ^ а б Ловушка 2001, п. 131.
- ^ Александр и др. 1966 г., п. 47.
- ^ Александр и др. 1966 г., п. 245.
- ^ Александр и др. 1966 г., п. 490.
- ^ Ловушка 2001, п. 136.
- ^ Ловушка 2001 С. 134–136.
- ^ Александр и др. 1966 г. С. 140, 143.
- ^ Ловушка 2001 С. 132–134.
- ^ Ловушка 2001, п. 132.
- ^ Александр и др. 1966 г., п. 188.
- ^ Ловушка 2001, п. 134.
- ^ Ловушка 2001 С. 136–144.
- ^ Ловушка 2001 С. 136–137.
- ^ Ловушка 2001, п. 138.
- ^ Ловушка 2001, п. 139.
- ^ Александр и др. 1966 г., п. 368.
- ^ Ловушка 2001 С. 144–145.
- ^ Ловушка 2001, п. 144.
- ^ Ловушка 2001, п. 135.
- ^ Ловушка 2001 С. 145–148.
- ^ Ловушка 2001, п. 147.
- ^ Александр и др. 1966 г., п. 199.
- ^ Ловушка 2001 С. 179–181.
- ^ Ловушка 2001, п. 179.
- ^ а б НАСА. "Компьютеры в космическом полете: опыт НАСА - Глава первая: цифровой компьютер Gemini: первая машина на орбите". История НАСА. НАСА. Получено 15 сентября 2016.
- ^ Раттер, Дэниел (28 октября 2004 г.). «Компьютеры в космосе». Данные Дэна. Получено 15 сентября 2016.
- ^ «Хронология космических полетов». Архивы IBM. IBM. Получено 15 сентября 2016.
- ^ "IBM 701 - Впервые примечательное: IBM 701". Архивы IBM. IBM. Получено 15 сентября 2016.
- ^ Драйден (1964), п. 362.
- ^ Драйден (1965), п. 364.
- ^ Глен Э. Суонсон, редактор, «До конца этого десятилетия: личные размышления о программе« Аполлон »», Dover Publications 2012, стр. 354.
- ^ Бетанкур, Марк (октябрь – ноябрь 2018 г.). "Прервать!". Воздух и космос / Смитсоновский институт. Vol. 33 нет. 5. п. 39. Получено 16 марта, 2019.
- ^ Вантин, Уильям (15 октября 1997 г.). "Устная история Томаса П. Стаффорда". Проект устной истории Космического центра Джонсона. НАСА. Получено 16 марта, 2019.
- ^ Томайко (1988) С. 10–19.
- ^ Бурки (2012).
- ^ «Архивы IBM: IBM и программа Gemini». 23 января 2003 г.
- ^ К. А. Лейст и Дж. К. Конделл, "Руководство по программированию Gemini", 1966