bigdrum (bigdrum) wrote,
bigdrum
bigdrum

Category:

Немного о многоразовой космонавтике - 2

Предыдущие части: 1.



Немного находился в затруднении, куда дальше пойти в изложении. Вообще была такая мысль поступить хитро, подержать интригу, зайти с разных сторон... Но потом подумал, что читатель не выдержит. Читатель, из тех, кто читает про Маска, у нас привередливый. Ему нужны хорошие новости, причем быстрые, которые он будет в состоянии усвоить, и яркие. Ну, пишу я популярно, так что усваиваемость будет, а про хорошесть - это как повезет. И да.

Яркое я вам гарантирую.

В прошлой части мы с вами познакомились с незаметной для любителей космонавтики, но такой важной областью, как космическое материаловедение. Мы рассмотрели конструкцию КК Союз, и выяснили, что несмотря на кажущуюся простоту и малые размеры - конструкция эта сложная, материалы при изготовлении применяются уникальные, и вот эта вот комбинация уникальных материалов и сильных (в техническом смысле) решений - она и обуславливает высочайшую надежность Союза, которую отметили даже американские астронавты.

У нас возникает вопрос. Если при изготовлении одноразового корабля приходится идти на такие затраты, искать такие решения, и так их воплощать - то что же с многоразовиками? Ребята, с многоразовыми кораблями все гораздо гораздо круче. Композитная броня спускача Союза один раз выходит в космос, испытывая воздействие вакуума, и один раз подвергается экстремальному нагреву на участке торможения в атмосфере. Все, на этом ее жизнь в составе технической системы заканчивается. Больше эта броня в космос не полетит. А многоразовый корабль должен в космос летать раз за разом, чтобы окупить себя - десятки раз, понимаете?

Совокупность используемых решений и применяемых материалов для многоразовой космонавтики, в особенности для космонавтики пилотируемой - это невероятно сложная и интересная область.

Вполне возможно, что какой-нибудь очкарик в замызганном халате, занимающийся всю жизнь одним и тем же - разрушением образцов при нагреве - является истинным героем битвы, от результатов которой зависит, полетит ли кто-нибудь на Марс, или нет. И мало того, что он герой - он это понимает, и ему не просто интересно, он еще и пафос своеобразный чувствует, у него эмоции... Много кто может залезть в кабину и крикнуть "поехали", но если наш очкарик не найдет образец, каковой образец выдержит условия полета, и не убьет космонавта по дороге - никакой кабины вообще не будет, вам ясно?




Отлично. Я надеюсь, вы поняли, насколько важной, и даже определяющей, для создания многоразовых космических систем является такая наука, как материаловедение...

Сегодня мы с вами будем говорить о единственном эксплуатировавшемся пока что многоразовом пилотируемом корабле - Спейс Шаттле.



Существует расхожее дебильное мнение, что Спейс Шаттл и советский Буран - "близнецы братья". Но это не так, и сейчас мы вам это покажем. Дело в том, что космический корабль - это такая штукенция, которая выводится в космос ракетой-носителем. То есть когда оно стоит на старте:



это не корабль. Это две разные технические системы. Это ракета-носитель, одна система, и космический корабль - вторая система. Вот посмотрите, как они сочетаются в случае Союза:



Вот слева - это ракета-носитель. А второй и третий справа, такой серенький таракашка - это космический корабль "Союз". А самый крайний справа - это спускаемый аппарат, герой нашей предыдущей части. То есть разницу между ракетой и кораблем все уяснили?

Советский челнок Буран делался по той же самой схеме.



Он был всего лишь нагрузкой для ракеты-носителя Энергия.



Вот на данной фотографии к РН Энергия пристыкован уже не Буран - а совершенно другой аппарат, другая нагрузка. Будучи самостоятельной ракетой, Энергия могла вывести в космос что угодно, а могла - и космический корабль Буран.



Таким образом, по схеме применения, по комплексу решений в области баллистики полета - Буран отдельно от Энергии существует, и сам он, без Энергии, хоть тресни - в космос не подниматся ну никак.

Американский Спейс Шаттл устроен иначе. На самом деле те люди, которые считают Шаттл космическим кораблем, несколько ошибаются. Потому что Спейс Шаттл - он и ракета-носитель тоже.



Вот твердотопливные ускорители, вот бак. Отсоединяем Шаттл. Куда полетит эта конструкция? Она никуда не полетит. На базе твердотопливного ускорителя Шаттла в США попытались сделать ракету-носитель по программе Констеллейшн - и после запуска отказались, с воплями "чур меня, чур" и многократным крестным знамением закрыли проект и стараются не сильно вспоминать. А бак - он и есть бак, канистра, понимаете? Просто лететь далеко - вот и канистра такая. Здоровенная.

Буран не содержит внутри необходимых средств навигации, управления, контроля состояния ракеты-носителя, у Шаттла вся эта машинерия есть. Три двигателя Шаттла - это настоящие двигатели, которые его в космос выводят, а не только в орбитальных маневрах участвуют. На самом деле это двигатели ракеты-носителя, а не двигатели космического корабля.

Буран и Шаттл - принципиально разные системы, хотя и выглядят визуально похожими...

Мдям.

Так вот. Спейс Шаттл - это и есть ракета. Твердотопливные ускорители - это условно половина первой ступени. А вторая половина первой ступени и вся вторая ступень - это Шаттл с пристыкованным баком. Когда топливо в баке заканчивается, он отсоединяется, и Шаттл по инерции летит вверх. В апогее траектории двигатели Шаттла включаются еще раз - это можно считать третьей ступенью - доводя его скорость до орбитальной.

Шаттл не просто корабль - это еще и ракета.

В отличие от Союза, Шаттл для успешного приземления нуждается в усилиях экипажа. В Союзе, после выдачи тормозного импульса и отделения обитаемого и агрегатного отсека, экипаж просто сидит и ждет. В норме экипаж Союза ждет до тех пор, пока люк не откроют спасатели. Самостоятельные действия экипажа Союза на этапе спуска практически исключены - это ЧП. Шаттл садится по-самолетному, и автопилота у него нет. Если пилот Шаттла не сумеет приземлиться, а управлять семидесятитонной махиной, у которой нет двигателя - то еще удовольствие - то корабль разобьется. Когда на гражданском лайнере отказывают двигатели - это ЧП, причем смертельно опасное. Астронавты Спейс Шаттл выполняют этот смертельно опасный трюк ("мама, смотри, я без рук!") в каждом полете.

За 30 лет эксплуатации корабли Спейс Шаттл совершили 135 полетов. Все полеты были пилотируемыми. В конце каждого полета команда исполняла смертельный номер "мама смотри я без рук!". Вывод - несмотря на спорные решения касательно конечного участка полета, система Спейс Шаттл показала свою высокую эксплуатационную надежность. Замечательная статистика запусков и история эксплуатации.

Хороший корабль, понимаете? Хороший корабль и хорошая ракета.

Было потеряно только два Шаттла. Челленджер и Колумбия.

Почему?

28 января 1986 года во время старта шаттла Челленджер произошел прогар стыка сопла и топливной камеры твердотопливного ускорителя. Струя пламени ударила в бак, прожгла его, и произошел взрыв. Погибли семь человек.




Почему произошло прогорание твердотопливного ускорителя?

Старт Челленджера происходил в условиях холодной погоды с ветровой нагрузкой, превышающей допустимую. Потому старт переносили, при этом шаттл оставался на стартовом столе. Конструкция шаттла испытала сильное охлаждение. В полете из-за сдвига ветра, сбившего корабль с курса, система управления выдала корректирующее воздействие, и шаттл резко изменил курс. При смене курса произошло взаимное смещение сопла и топливной камеры твердотопливного ускорителя. Нужно понимать, что такое смещение было нормальным, оно было конструктивно предусмотренным, стык сопла и топливной камеры был изначально ограниченно подвижным, и чтобы пламя из ускорителя не пробивалось наружу между топливной камерой и соплом, была установлена специальная резиновая прокладка. За то время, что корабль стоял на пусковой, из-за охлаждения всей конструкции по причине холодной погоды резиновая прокладка переохладилась и потеряла пластичность. При смещении сопла, явившемся следствием резкого маневра, образовалась щель, в котороую проникли газы, ударив в топливный бак.

Причиной катастрофы шаттла Челленджер явилось то, что материал прокладки не соответствовал эксплуатационным требованиям в реально сложившихся условиях полета.

Причина взрыва Челленджера носит чисто материаловедческую природу, ребята.

Почему погиб шаттл Колумбия?




Система Спейс Шаттл работает на криогенном топливе. Комбинации жидкий водород - жидкий кислород. Поддержание водорода и кислорода в жидком состоянии требует глубокого охлаждения, и будучи жидкими, водород и кислород при первой же возможности очень любят нагреваться и испаряться. Для того, чтобы замедлить процесс испарения топлива в баке Шаттла, он покрывался специальной теплоизолирующей пеной. Ну, чем-то вроде монтажной пены. Образовывалась "шуба", которая препятствовала прогреву бака солнцем и окружающим воздухом.

Старты происходили с мыса Канаверал, штат Флорида. Мало того, что это юга, так еще и морское побережье. Воздух перенасыщен влагой. Влага, диффундируя в толщу пены, соприкасалась с баком и конденсировалась, учитывая температуру топлива - в твердую фазу, в лед. Таким образом, при нахождении шаттла на стартовом столе в заправленном состоянии слой термоизоляции бака медленно, но верно обрастал ледяной коркой. Во время старта из-за вибраций эта ледяная корка осыпалась. Об этой проблеме знали задолго до последнего полета Колумбии.

16 января 2003 года  во время старта от бака отделился особенно крупный кусок обледеневшей пены, или армированного пеной льда - это с какой стороны посмотреть. Когда сосулька падает с крыши дома - она может убить прохожего. В данном случае особо крупный кусок льда ударил по крылу челнока, убив его. Во время спуска с орбиты 1 февраля 2003 года поврежденная на старте ударом льда теплозащита крыла Колумбии прогорела, корабль закрутило, и он разрушился.

Причиной катастрофы шаттла Колумбия явилось то, что материал теплозащитного покрытия топливного бака челнока не препятствовал проникновению атмосферной влаги к баку и образованию ледяной корки, формирующей куски плотного монолитного льда.

Причина гибели шаттла Колумбия носит исключительно материаловедческую природу, ребята.

Ксомонавтика США потеряла наибольшее в мире количество людей в инцидентах, связанных с эксплуатацией космической техники. Аполлон-1, Челленджер и Колумбия - погибло в общей сложности семнадцать (!) человек. Это абсолютный рекорд.

Все погибшие при эксплуатации космической техники астронавты США погибли из-за неправильного подбора конструкционных материалов, не соответствующих требованиям реальных условий эксплуатации.

Ярко?

Еще раз повторяю - многоразовая пилотируемая космонавтика начинается с материаловедения.

Давайте посмотрим, как дела обстоят сейчас. Сейчас в космос летают китайцы на своих кораблях, и все остальные - на старых добрых Союзах. И вот-вот США обещают свои пилотируемые корабли, все до одного - многоразовые.

Первым в очереди стоит старина Маск со своей ракетой Фалькон-9 и кораблем Драгон.



Корабль Драгон является многоразовым кораблем капсульного типа. Грубо говоря - он похож на спускач Союза, только многоразовый. В беспилотном варианте Драгон уже неоднократно летал к МКС. Так что, американцы сделали выводы, извлекли уроки и готовы к возвращению в космос? Ага, щаззз, держи карман шире...

Ракета-носитель Фалькон-9 использует переохлажденный кислород...



В ракетной технике после катастрофы, в которой погиб маршал Неделин, есть одно неписанное правило. Все операции должны выполняться на безопасной технике. Если работаем с электроникой - ракета должна быть обесточена и без топлива, если работаем с топливом - опять же должна быть обесточена, и так далее. Перечень операций предстартовой подготовки весьма сложен, и на каждом этапе должны быть исключены любые нештатные ситуации. Потому что иначе будет так:



Кстати на фото - как раз Фалькон-9...

Если мы готовим транспортный корабль, то у нас все выглядит примерно следующим образом. В монтажно-испытательном корпусе мы монтируем корабль на ракету. Корабль уже загружен и заправлен, проверен, ракета пустая. Потом мы все это чудо сумрачного гения выкатываем на пусковую, и там заправляем. Как только заправка закончена, мы вводим бортовые системы, тестируем - и можно лететь.

С пилотируемыми полетами все сильно иначе.

При пилотируемых полетах экипаж садится в уже заправленную и оттестированную ракету. Посадка экипажа в космический корабль - это отдельная песня. Это в фантастических фильмах космонавт плюхается в кресло и жмет кнопку, а на самом деле все сильно не так. Космонавтов на пути к кораблю сопровождает целая делегация. Космонавтам помогают сесть, тщательно проверяя, чтобы нигде ничего лишнего не было, их пристегивают, убеждаются, что им нормально и удобно ("штатно"). Потому что будут перегрузки, и какая-нибудь фляга или блокнот под жопой приведет к травме, сильно перетянутый ремень вызовет отек, неправильная позиция в кресле (хотя как она может быть неправильной?) может привести к повреждению позвоночника. Космонавт не просто потеряет работоспособность - он и погибнуть может...

После посадки в корабль космонавты проводят на старте долгое время - иногда часы. Просто сидят и ничего не делают. Это необходимо. Космонавт должен присидеться, психологически настроиться, обвыкнуться, войти в рабочее состояние. Потому что при старте на него свалятся перегрузки, вибрации, шум, и он окажется в ситуации, когда нужно будет принимать быстрые, точные и безошибочные решения. Именно потому длительное нахождение космонавта в корабле на пусковой - обязательно с точки зрения безопасности полета в целом.

Космонавты - самые терпеливые люди на Земле. Я смотрел трансляцию запуска одного из Союзов. В центре сидит командир, справа и слева от него - пилот и пассажир. Старт, ракета летит в космос, тряска, перегрузка, тот который слева, в руке держит бумажки какие-то. Читает...

Ну, в метро тоже грохот стоит, когда вы на работу едете, верно?

Так вот. Чтобы ракета могла использоваться в пилотируемой космонавтике, она должна обладать одним качеством. Будучи заправленной, она должна иметь свойство находиться на стартовой позиции столько времени, сколько нужно космонавту для предполетной подготовки в кабине корабля.

Илон Маск использует переохлажденный кислород...



Понимаете, ребята, жидкости разные бывают. Вода - жидкость несжимаемая, и во всем диапазоне температур, если она находится в жидкой фазе - ее объем одинаковый. Вы в ведро налили колодезной холодной, на огонь поставили - и сколько не грей, пока не закипит - ее будет столько же. А после того, как закипит - станет уменьшаться. Жидкий кислород применяется в космонавтике при температурах, когда его естественный нагрев приводит к испарению. Переходя в газообразное состояние, кислород через дренажный клапан отводится от ракеты на безопасное состояние. Ракета может безопасно стоять на пусковой, пока не выкипит весь кислород - и даже дольше.

Но если кислород охладить чуть сильнее - он уменьшается в объеме. Сильно охлажденный - сильно уменьшается. Для переохлажденного кислорода бак можно сделать поменьше, ракету полегче, чем и воспользовался Илон Маск, чтобы повысить характеристики Фалькона-9. Давайте посмотрим, что будет, если использовать Фалькон в пилотируемом полете.

Ракету заправили.В корабль садится экипаж. В это время кислород начинает медленно нагреваться. Обычный кислород в таких обстоятельствах булькает, в виде газа через клапан дренажной системы улетает. Но у нас переохлажденный кислород, понимаете? Он не испаряется, как нормальный.

Он увеличивается в объеме.

Все больший и больший объем занимает жидкий кислород в баке, все меньше и меньше остается места над ним. Если избыток жидкого кислорода не отвести - либо бак лопнет, либо дренажный клапан сорвет. А отводить жидкий кислород из бака, когда люди в корабле - нельзя, судьба маршала Неделина тому порукой.

Время, в течении которого заправленная Фалькон-9 стоит в готовности к нормальному старту, меньше часа.

Ребята, а что, если у нас ЧП? Если вдруг выяснилось, что один из космонавтов заболел? Если у него сердце прихватило (космос очень эмоциональная область деятельности)? Надо менять экипаж. Надо открыть корабль, высадить старый экипаж, посадить дублирующий - и пусть обвыкаются по новой, да?

Даже замена экипажа на дублирующий у Маска невозможна. Даже нормальная спокойная высадка экипажа в случае отмены старта у Маска невозможна. Потому что за то время, пока экипаж будет спокойно выбираться из корабля - либо бак лопнет, либо дренажный клапан сорвет, либо надо начинать слив топлива - а любые операции с топливом на ракете в присутствии людей недопустимы по соображениям безопасности!

Ребята, я отношусь к Маску без симпатий. Врать не буду. Но когда я говорю о переохлажденном кислороде в контексте временных требований операций посадки экипажа в корабль - я говорю с точки зрения свойств переохлажденного кислорода как материала. Материал не соответствует предъявляемым требованиям, понимаете?

Если Маск сделает версию Фалькона с увеличенным объемом бака окислителя, чтобы отказаться от переохлажденного кислорода - никаких вопросов. Но пока бак окислителя будет тикающей часовой бомбой под экипажем пилотируемого корабля Драгон - мы будем видеть предпосылки к тому же, что уже видели в случае Аполлона-1, Челленджера и Колумбии.

Искра могла не проскочить, температура воздуха могла быть повыше, а кусок льда - поменьше, верно?

Маск в четвертый раз наступает на те же грабли. Три предыдущих окончились смертельным исходом. Пока что американская космонавтика держит абсолютный мировой рекорд по погибшим космонавтам, и все без исключения смертельные случаи связаны с пренебрежением к свойствам применяемых материалов...

Может, пора выучить уроки?

Tags: Автостоп и дальнобой в космосе
Subscribe

  • Шикарный фильм!

    Американцы молодцы. Вот в данном конкретном случае, не везде, конечно... :) Но в этом фильме они точно молодцы. Фильм набит информацией с первых…

  • Обещанная космическая идея...

    Короче. Посмотрел я сейчас по списку всех планетоходов, запущенных человечеством... И охренел. Проходимость колеса в грунте прямо пропорциональна…

  • Упс...

    ...а я еще одну штучку для космоса выдумал... Вот жеж я гадина, скотина и нехороший человек! Потом расскажу.

promo bigdrum february 17, 2019 22:31 6
Buy for 10 tokens
На мейл-ру пролетела очередная "желтая" новость, коих не счесть. Касательно контактов с инопланетянами. В силу чего, втыкая по причине небольшой эмоциональной раздолбанности, я вот тут вдруг решил взять и откомментировать это дело. Да, ребята! МЫ БУДЕМ ГОВОРИТЬ ОБ НЛО, ПРИШЕЛЬЦАХ…
  • Post a new comment

    Error

    Anonymous comments are disabled in this journal

    default userpic

    Your reply will be screened

    Your IP address will be recorded 

  • 0 comments