Полеты людей в космос — величайшее достижение научно-технического прогресса наших дней. Эти рейсы ну.

Главная страница > Даты

Безопасность космических трасс

Полеты людей в космос — величайшее достижение научно-технического прогресса наших дней. Эти рейсы нужны для развития науки, техники, всего народного хозяйства. Они и далее будут осуществляться планомерно и настойчиво. При этом первостепенное внимание уделяется обеспечению безопасности пребывания человека в космосе. Различные аспекты этой сложной и важной проблемы рассматриваются в публикуемой статье.

Безопасность космических трасс

Полет космонавтов становится завершающим этапом огромной подготовительной работы многих коллективов. Объем наземных испытаний космической техники во много раз больше, чем у любых других летательных аппаратов. На земле имитируются и динамические нагрузки, возникающие при запуске объекта, и космический вакуум, радиация, даже невесомость. Все системы космического корабля проверены и перепроверены, полет протекает нормально. И все-таки иногда происходят непредвиденные случайности.

НЕЛЕГКИЕ ДОРОГИ КОСМОСА

После стыковки космического корабля «Джемини-8» с ракетой «Аджена» началось внезапное, все ускоряющееся вращение всей системы вокруг продольной оси. Космонавты решили, что вращение создают двигатели системы стабилизации «Аджены». Они быстро расстыковали корабль с ракетой. Однако бешеная карусель продолжалась. Скорость вращения достигла одного оборота в секунду и приблизилась к тому пределу, который может выдержать организм человека. С большим трудом экипажу удалось взять ситуацию под контроль, замедлить вращение и произвести немедленную аварийную посадку. Анализ телеметрической информации показал, что виновник аварии — один из двигателей системы ориентации самого корабля. Он вышел из-под контроля и не выключался, пока не было израсходовано все рабочее тело — сжатый газ. Конкретная неполадка была найдена в электросистеме двигателя. Как сообщала печать, она являлась следствием производственного дефекта.

Эти «вдруг» могут проявиться в самых разнообразных, неожиданных формах.

Ракета с космическим кораблем «Союз» на пусковой площадке. В верхней части ракеты хорошо видна двигательная установка системы аварийного спасения

Другой характерный случай произошел при полете «Джемини-4». С его борта Эдвард Уайт первым из американских космонавтов вышел в открытый космос. Однако, возвратившись в корабль, он обнаружил, что люк не закрывается. Возникла неприятная перспектива — произвести посадку корабля с открытым люком.

Почти полчаса потребовалось Уайту, чтобы закрыть люк «Джемини-4». От волнения и тяжелой работы пульс космонавта подскочил до 17 Полет закончился благополучно. Но два года спустя Уайт не смог открыть такой же люк на корабле «Аполлон» во время пожара. Причиной трагического исхода было конструктивное несовершенство люка: его невозможно было быстро открыть.

Заклинило люк «Джемини-4» потому, что конструкторы не учли возможность так называемой «холодной сварки» в космосе трущихся металлических частей.

Технические неполадки уже несколько раз приводили к печальным последствиям. Во время пожара на пусковой площадке погибли космонавты США Вирджил Гриссом, Эдвард Уайт и Роджер Чаффи. В результате отказа в парашютной системе погиб, возвращаясь из космоса, испытатель первого корабля «Союз» Владимир Комаров. После разрушительного взрыва на корабле «Аполлон-13» чудом удалось спастись от гибели американским космонавтам, приближающимся к Луне. В результате технической неполадки на «Союзе-11» оборвались жизни героического экипажа орбитальной станции «Салют» Георгия Добровольского, Владислава Волкова и Виктора Пацаева.

При полете советского космического корабля «Восход-2» возникли неполадки в системе, ответственной за автоматическую ориентацию перед включением тормозного двигателя. Эту операцию командир корабля Павел Беляев произвел вручную, благополучно посадив спускаемый аппарат.

Поскольку неполадки возникают по вине людей — конструкторов и производственников,— рассмотрим, какие же меры принимаются для того, чтобы свести число отказов техники к минимуму, чтобы обезопасить труд космонавтов. Как помочь экипажу, если неполадки все же возникнут?

Анализ аварий и отказов космической техники выявляет две основные причины неполадок: производственные дефекты при изготовлении техники и конструктивные просчеты при проектировании. В космосе необходимо считаться и с угрозой со стороны специфических факторов, присущих только этой среде: радиация, внезапные вспышки на Солнце, метеоритная опасность и т. д. Однако во время реальных полетов пока никаких неприятностей, связанных с этими явлениями, не наблюдалось. Вероятность их, видимо, мала.

НАДЕЖНОСТЬ КУЕТСЯ НА ПРОИЗВОДСТВЕ

Безопасность рейсов в космос покоится, можно сказать, на трех «китах». Первый из них — высочайшая надежность при изготовлении элементов космических систем. Второй — специальные приемы конструирования, позволяющие повысить надежность многоэлементных систем. Третий «кит» вступает в действие, если два первых оказались бессильны и неполадка все же возникла. Речь идет о технике, специально созданной для спасения космических экипажей.

При создании техники для пилотируемых космических полетов неприменимы обычные понятия о качестве. Требования ко всем входящим элементам здесь очень жесткие. В цехах космической индустрии разработаны специальные системы бездефектного изготовления изделий. Здесь используется самое совершенное оборудование, применяются наиболее прогрессивные технологические процессы.

Исправная работа всех систем и устройств космического корабля зависит, конечно, от надежности его отдельных элементов и деталей. Поэтому повышение надежности каждой детали было и остается одной из важнейших проблем.

Борьба за увеличение надежности входящих элементов идет непрерывно, и она приносит ощутимые результаты. Но вместе с тем непрерывно идет и другой процесс, который оказывает обратное влияние на надежность. Речь идет о естественном и неизбежном усложнении космической техники.

Вместе с тем история техники показывает, что не бывает деталей, изделий и устройств 100- процентной надежности. Даже при самых тщательных методах изготовления и контроля не исключено, что откажет одна деталь из миллиона, из миллиарда, из десятка миллиардов одинаковых элементов. При изготовлении изделий, работающих в космосе, идет борьба за «девятки». Скажем, при изготовлении нового конденсатора для электросхем была достигнута надежность 99,99 процента. Это означает, что из 10 000 деталей может выйти из строя только одна. Казалось бы, это неплохо. Но для космической техники это очень низкая надежность. Идёт дальнейшая борьба за качество. Совершенствуется технология, улучшается сырье, внедряется новое оборудование. Через определенное время надежность благодаря этим усилиям увеличивается на одну, две, три «девятки». 99,99999 процента надежных конденсаторов — это один отказ на 10 миллионов деталей! И чем больше этих «девяток», тем выше безопасность космических полетов, тем меньше вероятность встречи с роковой неожиданностью.

Например, на первом пилотируемом корабле «Восток» было смонтировано около 300 приборов, в которых работало 240 электродных ламп, 6 300 полупроводниковых приборов, 760 электромагнитных реле и переключателей. Созданная через 10 лет орбитальная станция «Салют» имела значительно более сложное устройство. На ней было установлено уже около 2 000 приборов, блоков и агрегатов. (Многие из них, правда, одинаковые, но и с учетом этого можно насчитать несколько сот наименований различных изделий.) Одних только электродвигателей в бортовых системах «Салюта» работало около ста. Общая длина электрических проводов исчислялась сотнями километров.

Двигательная установка системы аварийного спасения корабля «Союз»

КОНСТРУКТОР ИЩЕТ РЕШЕНИЕ

Понятно, что с увеличением общего количества входящих в космическую машину элементов надежность ее, в общем, снижается. Где же выход из создавшегося положения?

Например, на корабле «Союз» имеются два маршевых двигателя тягой по 400 килограммов. Хотя ни разу в полете такой двигатель из строя не выходил, на случай отказа резервный двигатель обеспечивает выполнение всех необходимых маневров корабля. Конструкторы усовершенствовали технику дублирования. В их решениях применяются оригинальные способы резервирования. Например, на каком-то космическом объекте установлены два одинаковых радиопередатчика, имеющие блочную конструкцию. Допустим, что оба они вышли из строя. Тогда в действие вступает автоматика, которая быстро произведет анализ исправности отдельных блоков, сделает необходимые переключения в электросхемах и из блоков двух неисправных передатчиков скомпонует один исправный. Понятно, что при этом неисправности должны быть в различных блоках передатчиков. Но на практике так чаще всего и случается.

Создатели космической техники проявляют немало изобретательности, чтобы преодолеть неизбежные трудности. Важнейшим средством повышения надежности является резервирование отдельных систем и устройств. Применяется дублирование и тройное резервирование узлов и блоков. Это означает, что на космическом объекте имеются две-три одинаковых системы. При выходе одной из них из строя в работу последовательно вступают резервные.

Если усилия конструкторов и производственников оказываются все же недостаточными и возникает аварийная ситуация, для спасения космонавтов принимаются специальные меры. Это своеобразная «техника безопасности» при космических полетах, имеющая свои правила и законы, свои технические средства, разные для каждой фазы пилотируемого полета.

«СКОРАЯ ПОМОЩЬ» НА ОРБИТЕ

Ракета-носитель может пойти по нерасчетной траектории, может не включиться очередная ступень, двигатели могут не развить расчетной тяги, наконец, ракета может даже взорваться на пусковой установке или во время полета.

Старт космического корабля является одним из самых напряженных моментов всего полета. Весь процесс вывода на орбиту продолжается немногим более десяти минут, но за это время успевают срабатывать десятки двигателей огромной мощности, сложнейшие электронные и механические системы. Что может случиться, какие аварийные ситуации могут произойти?

На рисунке приведена система аварийного спасения, устанавливаемая на космическом корабле «Союз». В случае аварии ракеты-носителя сработают пирозаряды, отделяющие космический корабль. В то же мгновение вырвется пламя из сопел двигательной установки системы спасения. Корабль с космонавтами с большой скоростью улетит прочь от места аварии. Раскроются парашюты, отсек с экипажем плавно опустится на землю.

К счастью, ни одной из этих неполадок во время пилотируемых запусков не было ни на космодроме Байконур, ни на мысе Кеннеди в США. Но конструктор обязан считаться с любой возможностью аварии. Поэтому для пилотируемых кораблей разработаны специальные средства, определенный порядок спасения космонавтов при запуске.

Несколько другие меры безопасности применялись на корабле «Восток», на американских спутниках «Джемини». При аварии ракеты «Восток» мог покинуть опасную зону, пользуясь двигателями третьей ступени, а «Джемини» — маршевыми двигателями корабля.

На американских кораблях «Меркурий» и «Аполлон» при старте также использовались подобные системы. Конструктивно они оформлены по-другому, но принцип действия у них тот же. Двигатели системы спасения установлены впереди корабля. Их сопла разведены в стороны, чтобы струи газов не попадали на корабль. В случае аварии ракеты двигатели уводят корабль не методом толкания, а способом буксировки, тянут его за собой. Системой спасения можно воспользоваться при любой неисправности ракеты-носителя, включая аварию на стартовой установке.

Отработка катапультирования и приземления космонавтов на тренировках

Скафандр и кресло космонавта корабля

Затем космонавт мог отделиться от кресла и опуститься на парашюте. Описанные средства космической «техники безопасности» несколько утяжеляют корабль. Но они необходимы, так как гарантируют от многих непредвиденных случайностей на участке запуска космического корабля.

На «Востоке» дополнительно предусматривалась еще одна возможность эвакуации космонавтов при аварии ракеты. Головной обтекатель «Востока» не сплошной, в нем имеется большое круглое окно. В этой выемке виден шар спускаемого аппарата. Именно в этом месте на шаре имеется главный люк, через который космонавт попадает в «Восток». В случае аварии ракеты-носителя можно произвести мгновенный отстрел этого люка. Космонавт на корабле «Восток» находился в специальном кресле. Оно на небольших колесиках установлено на металлических направляющих. Под креслом имелись два пороховых двигателя. С их помощью кресло с космонавтом можно было в любой момент катапультировать несколько вверх и далеко в сторону от ракеты-носителя.

Очевидно, в ближайшие годы основным направлением пилотируемых полетов будет организация орбитальных экспедиций. Какие аварийные ситуации могут возникнуть во время полетов космонавтов вокруг Земли на борту орбитальных станций или транспортных кораблей?

ВЗГЛЯД В БУДУЩЕЕ

Другой случай — когда, наоборот, космонавты должны срочно покинуть корабль. Допустим, на нем неисправна система обеспечения кислородом. Или внезапно возник пожар. Серьезно заболел один из членов экипажа. Как в этом случае предполагает оказывать помощь космическая служба безопасности?

Пожалуй, здесь можно предположить два основных типа неполадок. В одном случае космонавты оказываются пленниками космического корабля. В силу каких-либо причин они не могут возвратиться обратно на Землю на этом корабле. Допустим, произошла полная утечка одного из компонентов топлива. Или не включается тормозной двигатель корабля, не работают автоматическая и ручная системы стабилизации, и корабль беспорядочно вращается. Возможны и некоторые другие неисправности.

Такие космические системы должны обладать высокой маневренностью в космосе, иметь средства сближения и стыковки с терпящим бедствие кораблем.

В печати можно встретить немало проектов спасательных ракетно-космических систем. В большинстве случаев предлагается создать для аварийных работ специальные пилотируемые корабли. Они должны находиться в постоянной готовности к старту все время, пока продолжается орбитальный полет.

Однако критики проектов спасательных аппаратов указывают на их существенные недостатки. Так, запуск такого аппарата на заранее заданную орбиту возможен с данного космодрома только раз в сутки. Таким образом, интервал между призывом о помощи и оказанием помощи может достигать 24 часов. При некоторых из предполагаемых неполадок это приемлемо, однако в ряде других случаев помощь окажется запоздалой.

Один из зарубежных проектов предполагает создание спасательного возвращаемого космического аппарата, рассчитанного на эвакуацию шести-семи космонавтов. Запасы топлива позволят такому кораблю совершать глубокие маневры по высоте и изменять до 15 градусов наклонение плоскости своей орбиты к экватору.

Индивидуальный спасательный аппарат: Тормозной двигатель. Ручка управления двигателем. Крепление двигателя. Иллюминатор. Застежка типа «молния». 6, 1 Внутренняя оболочка. Парашют. Баллон с кислородом. Теплозащитное внешнее покрытие. 1 Внутреннее покрытие.

Следует указать на одно важное начинание, преследующее гуманные цели оказания помощи на орбите. Между советскими и американскими специалистами ведутся переговоры об унификации стыковочных узлов космических систем. Это позволит стыковаться между собой советским и американским космическим кораблям и орбитальным станциям. В случае нужды космонавты одной страны смогут оказывать помощь посланцам другой. Технические вопросы, связанные с этой проблемой, решаются успешно. В настоящее время проект вступает в свою практическую фазу, и можно надеяться, что создание совместимых средств стыковки для космических объектов СССР и США станет реальностью.

«Спасательный круг» — относительно простое устройство. Он не дает возможности космонавту вернуться на Землю, но в нем можно ожидать помощь, когда обстановка заставит покинуть борт орбитальной станции. Скажем, случился пожар. Каждый член экипажа орбитальной станции покидает ее, находясь, естественно, в скафандре. С собой он берет сложенную индивидуальную оболочку, в которой размещены запасы кислорода и пищи. Развернув такую оболочку в открытом космосе, пилот влезает внутрь нее, застегивает «молнию», открывает вентиль баллона с кислородом, раздувающим эту сферу, и ожидает, пока с Земли придет за ним спасательный корабль.

Учитывая недостатки специальных ракетно-космических систем аварийного спасения, ученые и инженеры предлагают и другие средства помощи в виде проектов индивидуальных средств спасения. В противоположность крупным спасательным космическим кораблям этим средствам дано название «космическая лодка» или «космический спасательный круг».

Возможно, что будут предложены и другие решения, но, во всяком случае, проект индивидуального, легкого, надежного спасательного орбитального аппарата не лишен привлекательности.

Такую же сферу можно представить и в более усовершенствованном виде. Как показано на рисунке, она оборудована тормозным двигателем и тепловой защитой. Это и есть «космическая лодка». С помощью тормозного двигателя космонавт, сориентировав в пространстве этот аппарат, гасит часть скорости. Начинается спуск с орбиты. При входе в атмосферу тепловая защита предохранит космонавта от бушующего снаружи пламени, а перегрузки будут вполне приемлемыми. Теплозащиту предполагается сделать из современных пенопластмасс, так что вес такой «космической лодки» не превысит 200 килограммов. В одном из проектов предполагается интересное решение для уменьшения воздействия перегрузок и для придания аппарату большей жесткости. После того, как космонавт в скафандре с ранцевой системой жизнеобеспечения за спиной займет место в «космической лодке», предполагается заполнить ее пенопластом, который через несколько минут затвердеет и как бы «замурует» космонавта до посадки на Землю.

Очевидно, такая неполадка возможна только во время активных динамических операций: при запуске корабля, при его стыковке или расстыковке с орбитальной станцией, при разделении отсеков во время входа в атмосферу.

Важной проблемой космических полетов является надежное обеспечение герметичности космических станций и кораблей. Опыты и исследования показали, что метеоритная опасность, о которой много говорилось на заре космической эры, оказалась преувеличенной. На практике ни разу не наблюдалось метеоритного пробоя какого-либо космического объекта. Единственный раз потеря герметичности произошла на корабле «Союз-11» на участке спуска.

Со времени первого полета Юрия Гагарина не было такого года, когда в космос не летал бы пилотируемый корабль. В дальнейшем число таких полетов будет, очевидно, возрастать, а число космонавтов, работающих на орбитах, будет увеличиваться. Высокая безопасность космических полетов — первейшая задача ученых и конструкторов, технологов и рабочих, всех, кто посвятил свой труд благородному делу освоения космоса.

Говоря об участке спуска с орбиты, трудно назвать какие-то специальные средства техники безопасности, обеспечивающей минимальные перегрузки и надежную тепловую защиту, четкую работу парашютной системы и мягкое приземление. Очевидно, и здесь еще имеются возможности для повышения безопасности этих ответственных заключительных операций космического рейса.

Инженер Т.Борисов, Наука и жизнь, 1972, № 10 Компьютерная обработка AVV

1967.

Апрель 1969.

Главная страница > Даты