Игорь Афанасьев

Что такое абляция, и как она спасает жизни

При возвращении с орбиты спускаемый аппарат с космонавтами должен пройти сквозь атмосферу, погружаясь в плазму и подвергаясь сильнейшему аэродинамическому воздействию при чудовищной скорости порядка 27 000 км/ч. 

Без достаточной защиты сгорит и разрушится любая металлическая конструкция, все равно, из чего ты ее ни делай — хоть из алюминия, хоть из вольфрама. Защита корабля должна играть роль хорошего жаростойкого теплоизолятора (т.е. одновременно не гореть и обладать малой способностью к теплопередаче).

абляционная теплозащита

 (от латинского ablatio — удаление, отнятие). Она работает, используя ряд физико-химических процессов. Во время спуска при интенсивном воздействии потока воздуха в материале теплозащиты формируется три слоя. Наружный обгорает и разрушается, сгоревшие частицы уходят под воздействием набегающего потока, унося с собой тепловую энергию. Это «жертвенный» слой теплозащиты, однако значительная часть энергии рассеивается в виде инфракрасного излучения ударной волны и раскаленных частиц.

Непосредственно под слоем, подверженным эрозионному уносу, происходит процесс разложения высокомолекулярных полимеров (пиролиз): смола и стеклоткань распадаются на низкомолекулярные газы и обугленный остаток (кокс). Продукты распада образуют «воздушную подушку», которая препятствует эрозионному уносу вещества с поверхности теплозащиты. Слой, прилегающий к конструкции, имеет низкую теплопроводность и играет роль теплоизоляции стенки.

Корабль — не шашлык, обгорает неравномерно

Изначально вся теплозащита, покрывающая спускаемый аппарат «Союза», гладкая и имеет ржаво-коричневый цвет. В той части, которая стоит перпендикулярно набегающему потоку, защита должна быть массивнее (в донном экране она чуть ли не в пять раз толще, чем на боковых стенках). Однако с помощью специальных методов центр масс спускаемого аппарата смещают так, чтобы обеспечить несимметричное обтекание: союзовская «фара» входит в атмосферу днищем вперед, но часть боковой стенки тоже оказывается подвержена воздействию набегающего потока.

Для спуска «Союза» с орбиты в широком диапазоне начальных условий — как с использованием аэродинамического качества, так и без него (при баллистическом спуске) — применяется система управления движением в атмосфере. Она основана на методе программного разворота спускаемого аппарата по углу крена (при постоянном угле атаки), что в процессе полета обеспечивает изменение эффективной силы — проекции подъемной силы на вертикальную плоскость. При этом для управления нужны сравнительно небольшие моменты — их обеспечивают микродвигатели системы управления спуском, работающие на перекиси водорода. Слив остатков этого компонента из баков спускаемого аппарата часто виден в телерепортаже — вскоре после начала парашютирования, когда отстреливается лобовой щит, вокруг корабля возникает белое облако  уходящей перекиси.

Из-за этой асимметрии после спуска можно видеть, что в большей степени обугливается самый низ (донный экран отстреливается после ввода парашютов, обнажая двигатели мягкой посадки) и часть боковой поверхности, между днищем и крышкой парашютного отсека. Здесь оранжево-ржавая теплозащита превращается в обуглено-черную.

photo_2024-07-09_16-51-06.jpg

Москвичи страдают от экстремальной жары, завидуя космонавтам: те работают в комфорте благодаря функционированию системы терморегулирования, удерживающей температуру в отсеках МКС в пределах 18 — 26°С. Однако не стоит забывать, что без этой системы экипаж спекся бы на солнечной стороне орбиты, где внешние элементы конструкции нагреваются почти до 120°C. А при возвращении на Землю спускаемый аппарат с космонавтами буквально горит, раскаляясь до 2300°С.

Игорь Афанасьев

Все колонки автора

Наши колумнисты

Вас может заинтересовать