Рита Титянечко

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.

Космическая жара: как космонавты защищены от сверхвысоких температур

Михаил Котов

Инициатором и инвестором программы Polaris стал миллиардер Джаред Айзекман (он же был спонсором туристической программы Inspiration4). Также в
финансировании приняла участие и сама компания SpaceX. 



Вскоре после анонса «Рассвета» стало понятно, что прикрутить дополнительный шлюз к
космическому кораблю Crew Dragon будет достаточно проблематично, а потому во время полета придется разгерметизировать все пространство корабля, как это делалось во время
американской программы Gemini,
когда в 1965 году астронавт Эд Уайт впервые вышел в открытый космос, разгерметизировав корабль «Джемини-4».



Но главной проблемой стали скафандры для внекорабельной деятельности. Еще&nbsp;в сентябре 2022 года начались тренировки по выходу в открытый космос, но затем пошли постоянные переносы сроков старта Dawn.
Все члены экипажа рапортовали о том, что все идет отлично, но полет сначала
переместился на март 2023 года, затем на июль, а потом и на 2024 год, сначала
на весну, а теперь на лето.



Новые старые скафандры



4 мая этого года компания SpaceX
презентовала новые скафандры, которые будут служить как аварийно-спасательными,
так и для выхода в открытый космос во время миссии Polaris Dawn. Как и предполагалось, новый скафандр стал модернизацией старого аварийно-спасательного скафандра
компании SpaceX. 

В новой его версии была заявлена большая подвижность.
Но как это вяжется с заявлением самого Айзекмана, что новый скафандр стал
тяжелее? Скорее всего, речь идет об установке шарнирных соединений в местах
сгибов. В условиях нормального давления они не нужны, а вот когда скафандр
будет наддут, без шарниров движения в нем станут проблематичными.

Шлем, напечатанный на 3D-принтере, оснащен новым покрытием для уменьшения
бликов, HUD-дисплеем, который предоставляет информацию о давлении, температуре
и относительной влажности в скафандре, а также камерой. Шлем стал
шире, для более удобного движения головы. Любопытно, что новое покрытие на
шлеме статично, в отличие от привычных сдвижных светофильтров, знакомых по
российским и американским скафандрам для выходов в открытый космос. Также не совсем понятно решение
установки лампы внутри шлема, это снижает эффективность светофильтра.

Как уверяют в&nbsp;SpaceX, в конструкции скафандра использованы новые текстильные
материалы для терморегуляции и материалы, заимствованные из переходного отсека
ракет Falcon 9 и служебного отсека кораблей Dragon. Судя по всему, речь идет о варианте тефлонового покрытия. Скафандр также получил усовершенствования,
обеспечивающие надежность и резервирование систем во время выхода в открытый
космос, в частности — новые уплотнения и клапаны.

Как было заявлено в пресс-релизе: «Для строительства базы на
Луне и города на Марсе потребуются миллионы скафандров. Разработка этого
скафандра и выход в открытый космос являются важными шагами на пути к
масштабируемому дизайну скафандров для будущих длительных экспедиций, по мере того,
как жизнь станет мультипланетной».


Слишком мало информации

Спустя сутки появилось еще немного информации о технических данных скафандра.
Это произошло в диалоге канадского астронавта Криса Хэдфилда и главы проекта Polaris Dawn Джареда Айзекмана. Стало известно, что рабочее давление
скафандра 0,3 атмосферы. Это привычное для американских астронавтов давление, в
отличие от российских «Орланов», где используется давление в 0,4 атмосферы.



Предполагается, что скафандры будут использовать кислородно-азотную воздушную
смесь, но возможно, и дыхание чистым кислородом. Следовательно, готовиться к
выходу в открытый космос, а потом переходить к нормальному давлению
астронавтам придется достаточно долго. Входы для подключения систем жизнеобеспечения расположены на передней стороне «бедра» с дополнительными портами для кислорода и
системы управления на другой «ноге».


Также было названо время автономной работы в два часа. Хотя не совсем понятно,
чем оно ограничено, так как смесь для дыхания и воздух для системы охлаждения
скафандра будут поступать с корабля.

В целом то, что было показано, скорее напоминает первый прототип,
нежели готовое изделие. То же самое, впрочем, было и с аварийно-спасательными
скафандрами SpaceX,
которые впоследствии получили систему жизнеобеспечения и стали не особо похожи
на первый «супергеройский»&nbsp;макет, нарисованный художником Хосе Фернандесом. Так
что ждем информации о финальном виде изделия и о сертификации
скафандра для космотуриста.

spacex-uzay-giysisi-eva-suit-1-e1714990917502 копия.jpg

Первый этап космотуристической программы Polaris («Полярная»), получивший название Dawn («Рассвет»), должен был стартовать еще в декабре 2022 года. Его «фишка» —  первый в истории выход непрофессионалов в открытый космос. Но «Рассвет» постоянно откладывается. Главная причина —  SpaceX, которая технически обеспечивает проект, никак не может довести до ума скафандры для внекорабельной деятельности.

«Рассвет» откладывается: скафандр для космотуриста — это лишь «супергеройский» прототип

Гагаринский старт (площадка № 1)

Первой точкой маршрута стала площадка № 1 — тот самый стартовый комплекс, с которого ушла в весеннее небо 1957-го «Семерка», улетали все первые спутники, а в апреле 1961-го отправился на орбиту Юрий Гагарин. Сейчас здесь тихо. Комплекс давно не используется, но он и его окрестности по-прежнему внушают не просто уважение, а благоговейный трепет.

Сердце площадки — пусковое устройство, колонны обслуживания, откидные опорные фермы «тюльпана» — все словно ждет, чтобы забиться вновь, когда транспортно-установочный агрегат подвезет к старту новую ракету, и снова на объекте забурлит жизнь.

Недалеко от старта — командный пункт (бункер, он же сооружение № 2) с приборами для управления всеми процессами запуска ракеты. Спускаемся вниз, в подземелье, где почти в первозданном виде сохранены залы управления — довольно тесные помещения, заставленные огромными (по нынешним меркам) пультами со стрелочными индикаторами, лампочками, металлическими кнопками и поворотными ключами. Именно отсюда подавались команды, знакомые всем по историческим фильмам: «Протяжка! Продувка! Ключ на дренаж! Ключ на старт! Пуск»...

Из бункера вверх тянется перископ — оптический канал на поверхность. Его сняли с настоящей подводной лодки. Две трубы с призмами позволяли операторам наблюдать старт в реальном времени: качество изображения поначалу было лучше, чем у телеаппаратуры. На поверхности эти трубы выглядывают из земли как два черных цилиндра. Держась за боковые ручки, можно заглянуть в окуляры и увидеть время, остановленное в моменте.

На самой площадке почти все осталось как было: огромный котлован, колоссальный железобетонный стол с опорами, под которым находятся многоэтажные сооружения, уходящие под землю. В центре — широкий проем, над которым располагаются элементы пускового устройства — откидные фермы с внушительного вида противовесами, колонны обслуживания со множеством нарисованных звездочек. По ним можно посчитать, сколько раз отсюда стартовали ракеты. Когда в пусковое устройство установлена ракета-носитель, из подземной ниши стартового сооружения над газоходом выдвигается кабина обслуживания с многоярусными площадками для доступа к двигателями и нижней части ракеты.

В сотне метрах сбоку от стартового комплекса установлена скромная стела с макетом первого спутника и надписью «Здесь гением советского человека начался дерзновенный штурм космоса, 1957».

Музей истории космодрома (площадка № 2)

Следующей остановкой стал музей на второй площадке, в паре километрах от Гагаринского старта. Меня как «железячника» этот музей очень интересовал: предыдущая поездка была четверть века назад, тогда музей был очень маленьким со скромной экспозицией, и располагался он на первой площадке. Сейчас он находится в двухэтажном здании бывшего офицерского клуба 1950-х годов. Подъездные пути и вход обставлены очень торжественно, а внутри — интереснейшая экспозиция.

Музей, посвященный истории космодрома, был основан в 1967 году, спустя шесть лет после полета Юрия Гагарина. Сегодня коллекция музея включает более 15 тысяч экспонатов. Здесь можно много узнать об истории освоения космоса и о людях, которые внесли свой вклад в развитие космонавтики, в том числе о тех, кто участвовал в строительстве и развитии Байконура.

Экспонаты расположены в отлично подготовленных залах, разделенных по тематикам. Я быстро проскочил мемориальные, с плакатами, картинами, сувенирами и фото, и стал внимательно рассматривать то, что интересовало именно меня. К сожалению, формат данной статьи не подразумевает описание всего того, что удалось увидеть.

Расскажу о некоторых, которые показались любопытными или важными для меня как посетителя. Например — манекен «Иван Иванович», облаченный в скафандр СК-1 и сидящий в катапультном кресле, похожем на серебристую люльку гигантских размеров. Именно «Иван Иванович» вместе с собакой Звездочкой осуществил орбитальный полёт на корабле-спутнике — аналоге «Востока» — 25 марта 1961 года, за три недели до Гагарина. 

Рядом — пульты управления и приборные доски «Востоков» и «Союзов», по соседству — контейнер для подопытного животного. В таком собаки Уголёк и Ветерок летали в «Космосе-110» в 1966 году. Их 22-суточная экспедиции стала последней проверкой перед рекордным полётом «Восхода-3», который — увы! — отменили.

Вот оригинальные пульты, которые использовались для управления заправкой и пуском ракет-носителей на базе «Семерки». Пульт пуска стоял в бункере командного пункта гагаринского стартового комплекса с 1957 по 1964 года и использовался при запусках первого спутника и Гагарина. Бросаются в глаза «технологии великих предков» — кнопки и рукоятки массивные, с маркировками. Все элементы подлинные, с признаками износа.

В других залах — техника более поздних лет. Среди прочего — спускаемый аппарат корабля «Союз 7К-Т», рядом приборная панель и верхний люк. Можно рассмотреть компоновку, пульт и ручки управления, кресло «Казбек», в котором сидят космонавты при старте и во время посадки.

Скафандры здесь выставлены разных поколений: ранний аварийно-спасательный «Сокол-КВ» и современный выходной «Орлан-ДМА» — на нем даже разрешается потрогать внешнюю оболочку. Рядом — манекен в синем белье водяного охлаждения, которое надевается под выходной скафандр.

Поверхности приборов, панелей, клапанов и кабелей можно изучать вблизи, чуть ли не с увеличительным стеклом.

Отдельная зона посвящена ракетной технике. Витрины с масштабными моделями Р-7, Н-1, «Протона», «Ангары», боевых ракет. С ними соседствуют реальная обшивка и элементы систем управления космических аппаратов: двигатели малой тяги, навигационные приборы, фрагменты отсеков. Все с эксплуатационными следами.

В центре зала — макет космодрома и города. Там же стоит двигатель РД-108 от второй ступени ракеты-носителя «Союза», правда, без рулевых сопел. И это не единственные подобные изделия в музее: имеются камеры двигателей, отдельные агрегаты. Среди прочего увидел старого знакомого — НК-33, который должен был летать в составе усовершенствованной лунной суперракеты Н-1.

Экспозиция под открытым небом

Во дворе экспозиция продолжается. Вдоль здания выстроилась автотехника начала 1960-х — от бронеавтомобилей, переделанных в передвижные наблюдательные пункты, до пожарных машин и легковушек. Центральный экспонат ОК-МЛ1 — полноразмерный макет орбитального корабля «Буран», построенный для наземных испытаний. В космос он не летал, но снаружи полностью имитирует летный образец: плитка белого и черного цветов, двигатели в хвостовой части, остекление в носовой. На борт можно подняться и пройти через грузовой отсек, заглянуть в двухэтажную кабину, на верхней палубе сесть в кресло пилота. Внутри грузовой отсек, объемами напоминающий не космический корабль, а железнодорожный грузовой вагон, переоборудован под выставку. В центре — огромный грузомакет полезной нагрузки, спутника связи. На стенах — стенды с фотографиями, материалы о программе «Энергия-Буран» и некоторые элементы орбитального корабля, в частности, несколько настоящих плиток с борта «Бурана-1К». Керамика легкая и пористая, почти как пенопласт.

Невдалеке от «Бурана», в небольшом садике — корабль «Союз», собранный из отдельных элементов (бытовой отсек, спускаемый аппарат, приборно-агрегатный отсек). Судя по двигательной установке, относится к транспортным 7К-Т первой серии, хотя стыковочный узел похож на современные. Панель солнечных батарей одна.

За «Союзом» следуют тяжелые агрегаты: металлический стартовый стол от баллистической ракеты с рассекателем газов, кислородно-водородный двигатель РД-0120 от второй ступени ракеты «Энергия», двигательная установка системы аварийного спасения, фрагменты корпусов ракетных двигателей. РД-0120 тягой в вакууме около 190 тонн впечатляет не только размером, но и плотностью компоновки.

Кроме автотехники, вдоль площадки выставлены антенны, макеты, и другие объекты, некоторые подписаны. Атмосфера скорее рабочая, чем музейная. Всё это можно обойти, рассмотреть, потрогать. Раздолье для любителя «железа».

Домики Королёва и Гагарина

Рядом с музеем на второй площадке находятся два одноэтажных сборно-щитовых «финских» домика с белеными стенами и синими крышами — мемориальные здания, в которых жили участники первых пилотируемых запусков. В первом во время визитов на Байконур останавливался Сергей Королёв, второй известен как домик Гагарина или «Дом космонавтов». Постройки без всякого пафоса: небольшие, утилитарные, с простыми фасадами и низкими потолками.

В доме Королёва сохранили ту же обстановку, в которой он жил на космодроме последние годы: кабинет с массивным столом, застеленный синим сукном, кресла и стулья у соседней стены, книжный шкаф, спальня с узкой кроватью, тумбочкой, платяным шкафом, столом, и креслами, туалет, ванная, гостиная (кухни в доме не было) с круглым столом, холодильником, стульями, типичной «стенкой» и трогательным ковром над диваном — стандарт тех лет. В кабинете и спальне на стенах — коллажи из снимков под стеклом, портрет Королёва и фотографии рабочих моментов, в шкафу на плечиках — пальто и пиджачная пара. Скромно жил главный конструктор…

Соседний дом — тот самый, где в ночь перед полётом 12 апреля 1961 года ночевали Юрий Гагарин и Герман Титов. Согласно традиции, назначенный на полёт космонавт ложился на дальнюю кровать, дублёр — на ближнюю. Интерьер здесь тоже сохранен: два койко-места с тумбочками, прямоугольный обеденный стол, старомодные неудобные кресла, занавески на окнах, на стенах — простые обои. В углу — высокое зеркало, витрина с формой старшего лейтенанта, радиола с проигрывателем грампластинок. Соседняя комната — для медперсонала, там тоже кровать, диван, стол, стулья, на стенах — рамки с фотографиями, таблички с датами запусков, газетные вырезки.

Сейчас эти домики — мемориальные объекты, где по-прежнему не допускается постороннее размещение: экспозиция законсервирована, постели аккуратно застилаются каждый день, но не заменяются.

Осмотр этих домиков дает редкое ощущение сопричастности к ранним этапам космонавтики не через технику, а через бытовую сторону: то, как жили и готовились к полётам участники первых стартов. Здесь нет спецэффектов — только жилая и, несколько казенная, обстановка тех лет, и тишина, в которой все говорит само за себя.

Последним пунктом маршрута стала Международная космическая школа имени академика В.Н. Челомея. Формально — специализированное ГБОУ (Государственное бюджетное общеобразовательное учреждение), лицей, который является частью МГТУ имени Н. Э. Баумана. Здесь дети получают среднее образование, а ещё участвуют во всероссийских и международных олимпиадах, конкурсах, конференциях и соревнованиях.

В лицее собрана богатая коллекция уникальных экспонатов, связанных с ракетно-космической техникой. Ученики и сами активно занимаются созданием макетов космических ракет. Поэтому вестибюли, коридоры и часть классов давно превратились в музей космонавтики. Значительную часть экспонатов сюда передали офицеры и ветераны космодрома, другую — собрали в окрестной степи сами сотрудники и учащиеся.

Перед входом — стела с бюстом создателя ракетно-космической техники академика Владимира Николаевича Челомея.

На входе во двор стоит двигательная установка системы аварийного спасения (ДУ САС) от ракеты-носителя «Союз» — хорошо узнаваемая «башенка», предназначенная для отделения корабля в случае чрезвычайных ситуаций. У самого входа в здание — тарельчатые антенны связи и сопровождения.

Внутри здания все дышит космосом — классы, коридоры, переходы. В лицее работаю три направления: физико-математическое, химико-биологическое и научно-техническое. С 1993 года открылось отделение «Космонавтика». Есть класс моделирования, где учащиеся изготавливают модели самолетов и ракет, а некоторые даже запускают. Образцы техники, созданные руками ребят, выставлены в аудиториях.

В рекреациях устроен своеобразный музей ракетно-космической техники. Некоторые экспонаты буквально упали с неба. Жемчужина экспозиции — конический возвращаемый аппарат транспортного корабля снабжения (ТКС), разработанного в рамках военной программы «Алмаз». Это подлинный образец. Он не летал, но аналогичные аппараты использовались многократно. Внешне он резко отличается от «Союза». Заглянув внутрь через круглый боковой люк, можно оценить его объём — заметно больше, чем у спускаемого аппарата «Союза». Рядом — один из боковых люков и отдельные конструктивные элементы.

Далее — катапультное кресло К-36М, предназначенное для многоразового орбитального корабля «Буран». Он сделано по авиационному стандарту и представляет интерес как редкий элемент лётного комплекса, почти нигде больше не экспонируемый.

Повсюду — компоненты ракетных двигателей, как жидкостных, так и твердотопливных. Есть уникальные и редкие «девайсы», например, агрегаты от ракеты Р-1 (советской копии немецкой Фау-2), а также элементы от двигателя РД-275, который стоял на первой ступени носителя «Протон». Есть и верхняя часть боковушки «Союза», с характерными узлом отделения от центрального блока.

Среди другого оборудования — препарированный скафандр «Орлан» с кирасой, откинутым ранцем системы жизнеобеспечения. Через люк на спине можно попасть внутрь скафандра. Отдельно показан комплект НАЗ — носимого (или неприкосновенного) аварийного запаса, включающий сигнальные ракеты, нож, фальшфейеры, аптечку. Это стандартный комплект для экипажа «Союза» на случай нештатной посадки. Всё подлинное, использовалось для тренировок, с маркировками.

Отдельно оформлены стенды, посвященные академику В.Н.Челомею: фотографии, документы, схема корабля ТКС, материалы по проектам ОКБ-52 (сейчас — ВПК «НПО машиностроения»). На стенах — учебные модели ракет и стартовых комплексов, в том числе — макет стартовой площадки для «Протона».

Несмотря на то, что это действующая школа, здесь нет ощущения формальности. Экспонаты можно рассматривать вблизи, а в некоторых случаях — трогать. Школьный музей не уступает полноценным выставочным залам: он технически насыщен и собран с пониманием дела. Здесь видна работа по сохранению инженерного наследия Байконура — без украшений, но с вниманием к деталям.

Из командировки я возвращался не только с целым букетом впечатлений, но и с ворохом фотографий, которыми можно похвастаться перед любителями космоса и техники. Всем, кто приезжает на Байконур по работе, я советую при возможности повторить мой маршрут — местные музеи стоят того, чтобы меньше поспать и пропустить обед. 

Пытливым читателям скажу, что посетить легендарный космодром в туристических целях непросто — это режимный объект, попасть туда можно только с пропуском. Однако это возможно — аккредитованные в Роскосмосе турфирмы оформляют для своих клиентов пропуска и устраивают экскурсии в сопровождении специальных гидов. Найти организаторов туров на Байконур можно по поиску в интернете. Однако такая поездка может стоит весьма дорого, а планировать ее нужно за несколько недель или месяцев: космодром не всегда принимает гостей. Оформление пропуска тоже требует времени. 

0B8A1100.webp

Бывая на байконурских пусках, на культурные мероприятия, как правило, оставляешь совсем немного времени. Но в этот раз автору Pro Космоса Игорю Афанасьеву повезло — удалось не только увидеть старт, но и побывать в нескольких музеях. В этой статье, которую помогла отредактировать Дарина Житова, он решил поделиться подробностями, интересными для любителей истории техники.

Свой маршрут я начал с Гагаринского старта — той самой «Первой площадки», где все начиналось. Потом заглянул в музей на «Второй площадке», прошелся по залам, где собрана техника, как летавшая, так и нет, осмотрел «Буран», побывал в домиках Королёва и Гагарина. Затем заехал в школу имени Челомея: в ней из рекреаций сделали настоящую сокровищницу космических раритетов. Вот что удалось увидеть:

Рита Титянечко

Все колонки автора

Наши колумнисты

Вас может заинтересовать