Как ракета не сбивается с курса в первые секунды старта: объяснение на примере «Союза»
Первые секунды после пуска — самый опасный этап. Ракета максимально уязвима: она зажата между колоссальной массой выгорающего топлива, экстремальными температурами, акустическими нагрузками от работающих двигателей и земным притяжением. Не сбиться с курса в этот момент носителю помогает автономная система управления со специальным автоматом стабилизации. Как именно — рассказали специалисты Ракетно-космической корпорации (РКК) «Энергия» имени С.П. Королева (входит в Роскосмос).
14 июля этого года с космодрома Байконур состоялся пуск ракеты-носителя «Союз-2.1а» с пилотируемым кораблем «Союз МС-29». Начальные секунды полета носителя запечатлел фотограф Роскосмоса Артем Пылаев — эффектным снимком поделился Роскосмос. Как подчеркнули специалисты «Энергии», в первые несколько секунд с начала старта ракета идет вертикально, и в этот момент ее толкают боковой ветер и смещение центра масс из-за выгорающего топлива. За ее стабилизацию при пуске отвечают два ключевых узла системы управления — гиростабилизированная платформа и рулевые двигатели.
Гиростабилизированная платформа — это устройство, которое изолирует измерительные приборы (гироскопы и акселерометры) от угловых колебаний корпуса ракеты. Создавая неизменную в пространстве систему координат, система позволяет точно отслеживать отклонения ракеты от курса и вычислять ускорение для корректировки траектории полета.
«Ее гироскопы и акселерометры с заданной частотой измеряют положение ракеты, а бортовой компьютер сравнивает реальные данные с заложенной программой. Отклонение даже на сотую долю градуса фиксируется мгновенно», — объясняют в РКК «Энергия», называя гиростабилизатор «мозгом» ракеты.
Рулевые камеры — это поворотные органы управления маршевых двигателей, которые изменяют ориентацию ракеты в пространстве, компенсируют возмущения от атмосферы или дисбаланса тяги основных камер. Они управляют тангажом (наклоны вверх/вниз), рысканием (движение вправо/влево относительно направления полета) и креном (повороты вокруг продольной оси), направляя ракету на заданную траекторию.
«Заметив снос, компьютер командует рулевыми камерами двигателей. Их 12: по два на четырех боковых блоках и четыре на центральном. Поворачиваясь на шарнирах, они создают управляющие моменты и возвращают ракету на курс», — подчеркнули в РКК «Энергия». По словам специалистов, если гиростабилизатор — «мозг» ракеты, то рулевые камеры (двигатели) — «мышцы».
Строго вертикально ракета-носитель поднимается только в первые несколько секунд полета. В этот момент запрещены любые повороты: основная задача рулевых двигателей — удержать ракету и не задеть стартовый комплекс. Затем начинается долгий процесс разгона: уже с 8-й секунды полета ракета выполняет разворот по тангажу, то есть начинает плавно наклоняться к горизонту. Это необходимо для того, чтобы в финале своего пути, полностью перейдя в горизонтальный полет, она смогла набрать первую космическую скорость (около 7,91 км/с) и успешно выйти на целевую орбиту.
Для беспилотных миссий управление ракетой-носителем предусматривает разворот по крену в плоскость стрельбы в интервале времени с 5-й по 22-ю секунду полета. Простыми словами, ракета прямо в воздухе поворачивается вокруг своей продольной оси (как отвертка), чтобы направить свои приборы и двигатели в нужную сторону полета. Однако в случае пилотируемых стартов алгоритм управления имеет существенные отличия.
На 31-й площадке космодрома Байконур установлена поворотная стартовая система. При подготовке к запуску кораблей серии «Союз» и «Прогресс» пусковой стол после вертикализации ракеты разворачивают по требуемому азимуту. Это делается для того, чтобы избежать маневра по крену непосредственно после отрыва от земли. Если бы такой разворот (вращение вокруг своей оси) выполнялся на активном участке траектории, чувствительные датчики бортовой системы аварийного спасения экипажа могли бы ложно интерпретировать это интенсивное вращение как нештатную ситуацию (бесконтрольную закрутку ракеты) и инициировать экстренное отделение спускаемого аппарата.
Хотите узнать подробнее о ракете «Союз-2? Сделали подробный материал о том, для чего создавалась и как используется сегодня королёвская «семерка».
Фото Артёма Пылаева / Роскосмос Медиа
