Неудачи стыковки со станцией: «Союз-10 », «Союз-15 », «Союз-23 », «Союз-25 », «Союз Т-8 ».

Взрыв двигателя до стыковки «Союз-33 ».

Корабли «Союз» совершили более 130 успешных пилотируемых полётов (см. список аппаратов) и стали ключевым компонентом советской и российской пилотируемых программ освоения космоса. После завершения полётов Space Shuttle в 2011 году «Союзы» остались единственным средством доставки экипажей на Международную космическую станцию .

История создания

Первый полет «Союз МС»: полвека эволюции

7 июля с Байконура стартовала ракета-носитель «Союз-ФГ» с модифицированным транспортным кораблём «Союз МС». А 28 ноября 1966 года с того же стартового комплекса в полёт отправился прототип самого первого «Союза» - спутник «Космос-133». И полувековой юбилей, и запуск самой совершенной модификации - прекрасный повод вспомнить историю корабля и разобраться в его устройстве

⇣ Содержание

⇡ Рождение «Союза»

Первые пилотируемые корабли-спутники серии «Восток» (индекс 3КА) создавались для решения узкого круга задач — во-первых, чтобы опередить американцев, и, во-вторых, чтобы определить возможности жизни и работы в космосе, изучить физиологические реакции человека на факторы орбитального полёта. Корабль блестяще справился с поставленными задачами. С его помощью был осуществлён первый прорыв человека в космос («Восток»), состоялась первая в мире суточная орбитальная миссия («Восток-2»), а также первые групповые полёты пилотируемых аппаратов («Восток-3» — «Восток-4» и «Восток-5» — «Восток-6»). Первая женщина попала в космос также на этом корабле («Восток-6»).

Развитием этого направления стали аппараты с индексами 3КВ и 3КД, с помощью которых были осуществлены первый орбитальный полёт экипажа из трёх космонавтов («Восход») и первый выход человека в открытое космическое пространство («Восход-2»).

Однако ещё до того, как были установлены все эти рекорды, руководителям, конструкторам и проектантам королёвского Опытного конструкторского бюро (ОКБ-1) было ясно, что для решения перспективных задач лучше подойдёт не «Восток», а другой корабль, более совершенный и безопасный, обладающий расширенными возможностями, увеличенным ресурсом систем, удобный для работы и комфортный для жизни экипажа, обеспечивающий более щадящие режимы спуска и большую точность посадки. Для повышения научной и прикладной «отдачи» требовалось увеличить численность экипажа, введя в него узких специалистов — врачей, инженеров, учёных. Кроме того, уже на рубеже 1950—1960-х годов создателям космической техники было очевидно, что для дальнейшего изучения космического пространства нужно освоить технологии встречи и стыковки на орбите для сборки станций и межпланетных комплексов.

Летом 1959 года в ОКБ-1 начался поиск облика перспективного пилотируемого корабля. После обсуждений целей и задач нового изделия было решено разработать достаточно универсальный аппарат, пригодный как для околоземных полётов, так и для облётных лунных миссий. В 1962 году в рамках этих изысканий был инициирован проект, получивший громоздкое название «Комплекс сборки космических аппаратов на орбите спутника Земли» и короткий шифр «Союз». Основной задачей проекта, в ходе решения которой предполагалось освоить орбитальную сборку, был облёт Луны. Пилотируемый элемент комплекса, имевшего индекс 7К-9К-11К, получил название «корабль» и имя собственное «Союз».

Принципиальным его отличием от предшественников были возможности стыковки с другими аппаратами комплекса 7К-9К-11К, полёта на большие (вплоть до орбиты Луны) расстояния, входа в земную атмосферу со второй космической скоростью и посадки в заданном районе территории Советского Союза. Отличительной чертой «Союза» стала компоновка. Он состоял из трёх отсеков: бытового (БО), приборно-агрегатного (ПАО) и спускаемого аппарата (СА). Такое решение позволило обеспечить приемлемый обитаемый объём для экипажа из двух-трёх человек без существенного роста массы конструкции корабля. Дело в том, что спускаемые аппараты «Востоков» и «Восходов», покрытые слоем теплозащиты, содержали системы, нужные не только для спуска, но и для всего орбитального полёта. Вынеся их в другие отсеки, не имеющие тяжёлой теплозащиты, проектанты могли заметно сократить общий объём и массу спускаемого аппарата, а значит, значительно облегчить весь корабль.

Надо сказать, что по принципам разбиения на отсеки «Союз» мало чем отличался от своих заокеанских конкурентов — кораблей Gemini и Apollo. Однако американцам, обладающим большим преимуществом в области микроэлектроники с высоким ресурсом, удавалось создавать сравнительно компактные аппараты, не разделяя жилой объём на независимые отсеки.

Из-за симметричного обтекания при возвращении из космоса сферические спускаемые аппараты «Востоков» и «Восходов» могли совершать лишь неуправляемый баллистический спуск с достаточно большими перегрузками и невысокой точностью. Опыт первых полётов показал, что эти корабли при посадке могли отклоняться от заданной точки на сотни километров, что значительно затрудняло работу специалистов по поиску и эвакуации космонавтов, резко увеличивая контингент сил и средств, привлекаемых для решения этой задачи, зачастую заставляя их рассредоточиваться по огромной территории. Например, «Восход-2» сел со значительным отклонением от расчётной точки в таком труднодоступном месте, что поисковики лишь на третьи (!) сутки смогли эвакуировать экипаж корабля.

Спускаемый аппарат «Союза» обрёл сегментально-коническую форму «фары» и при выборе определённой центровки летел в атмосфере с балансировочным углом атаки. Несимметричное обтекание порождало подъёмную силу и давало аппарату «аэродинамическое качество». Этим термином определяется отношение подъёмной силы к лобовому сопротивлению в поточной системе координат при данном угле атаки. У «Союза» оно не превышало 0,3, но этого хватало, чтобы на порядок (с 300—400 км до 5—10 км) повысить точность приземления и вдвое-второе (с 8—10 до 3—5 единиц) снизить перегрузки при спуске, делая посадку гораздо более комфортной.

«Комплекс сборки космических аппаратов на орбите спутника Земли» не был реализован в первоначальном виде, но стал родоначальником многочисленных проектов. Первым был 7К-Л1 (известен под открытым названием «Зонд»). В 1967-1970 годах по этой программе было предпринято 14 попыток запуска беспилотных аналогов этого пилотируемого корабля, 13 из которых имели целью облёт Луны. Увы, по разным причинам лишь три можно считать успешными. До пилотируемых миссий дело не дошло: после облёта Луны американцами и высадки на лунную поверхность интерес руководства страны к проекту угас, и 7К-Л1 закрыли.

Лунный орбитальный корабль 7К-ЛОК был частью пилотируемого лунного комплекса Н-1 — Л-3. В период с 1969 по 1972 год советская сверхтяжёлая ракета Н-1 стартовала четырежды, и каждый раз с аварийным исходом. Единственный «почти штатный» 7К-ЛОК погиб при аварии 23 ноября 1972 года в последнем пуске носителя. В 1974 году проект советской экспедиции на Луну был остановлен, а в 1976 году отменён окончательно.

В силу разных причин как «лунные», так и «орбитальные» ответвления проекта 7К-9К-11К не прижились, а вот семейство пилотируемых кораблей для проведения «тренировочных» операций по встрече и стыковке на околоземной орбите состоялось и получило развитие. Оно отпочковалось от темы «Союз» в 1964 году, когда было принято решение отработать сборку не в лунных, а в околоземных полётах. Так появился 7К-ОК, получивший в наследство имя «Союз». Основные и вспомогательные задачи первоначальной программы (управляемый спуск в атмосфере, стыковка на околоземной орбите в беспилотном и пилотируемом вариантах, переход космонавтов из корабля в корабль через открытый космос, первые рекордные автономные полёты на длительность) удалось решить за 16 запусков «Союзов» (восемь из них прошли в пилотируемом варианте, под «родовым» именем) до лета 1970 года.

⇡ Оптимизация задач

В самом начале 1970-х годов Центральное конструкторское бюро экспериментального машиностроения (ЦКБЭМ, так с 1966 года стало называться ОКБ-1) на базе систем корабля 7К-ОК и корпуса орбитальной пилотируемой станции ОПС «Алмаз», спроектированной в ОКБ-52 В. Н. Челомея, разработало долговременную орбитальную станцию ДОС-7К («Салют»). Начало эксплуатации этой системы лишало смысла автономные полёты кораблей. Космические станции обеспечивали получение гораздо большего объёма ценных результатов из-за более длительной работы космонавтов на орбите и наличия места для установки различной сложной исследовательской аппаратуры. Соответственно, корабль, доставляющий экипаж к станции и возвращающий его на Землю, из многоцелевого превращался в одноцелевой транспортный. Эта задача была возложена на пилотируемые аппараты серии 7К-Т, созданные на базе «Союзов».

Две катастрофы кораблей на базе 7К-ОК, произошедшие за сравнительно короткий период времени («Союз-1» 24 апреля 1967 года и «Союз-11» 30 июня 1971 года), заставили разработчиков пересмотреть концепцию безопасности аппаратов данной серии и провести модернизацию ряда основных систем, что негативно сказалось на возможностях кораблей (резко уменьшился срок автономного полёта, экипаж сократился с трёх до двух космонавтов, которые совершали теперь полёт на ответственных участках траектории одетыми в аварийно-спасательные скафандры).

Эксплуатация транспортных кораблей типа 7К-Т при доставке космонавтов на орбитальные станции первого и второго поколения продолжилась, но выявила ряд крупных недостатков, обусловленных несовершенством служебных систем «Союза». В частности, управление движением корабля по орбите было слишком «привязано» к наземной инфраструктуре сопровождения, управления и выдачи команд, а используемые алгоритмы не страховались от ошибок. Поскольку СССР не имел возможности разместить наземные пункты связи по всей поверхности земного шара вдоль трассы, полёт космических кораблей и орбитальных станций значительную часть времени проходил вне зоны радиовидимости. Зачастую экипаж не мог парировать нештатные ситуации, возникающие на «глухой» части витка, а интерфейсы «человек — машина» были настолько несовершенными, что не позволяли в полной мере использовать возможности космонавта. Запас топлива для маневрирования оказался недостаточен, часто не позволяя осуществить повторные попытки стыковки, например при возникновении сложностей во время сближения со станцией. Во многих случаях это приводило к срыву всей программы полёта.

Для пояснения того, как разработчикам удалось справиться с решением этой и ряда других проблем, следует отступить немного назад во времени. Вдохновлённый успехами головного ОКБ-1 в области пилотируемых полётов, Куйбышевский филиал предприятия — ныне Ракетно-космический центр (РКЦ) «Прогресс» — под руководством Д. И. Козлова в 1963 году начал проектные проработки по военно-исследовательскому кораблю 7К-ВИ, который, кроме прочего, предназначался для разведывательных миссий. Не будем обсуждать саму проблему присутствия человека на спутнике-фоторазведчике, которая сейчас кажется по меньшей мере странной, — скажем лишь, что в Куйбышеве на основе технических решений «Союза» был сформирован облик пилотируемого аппарата, в значительной мере отличающегося от прародителя, но ориентированного на запуск с помощью ракеты-носителя того же семейства, что выводило корабли типа 7К-ОК и 7К-Т.

Проект, в который закладывалось несколько изюминок, космоса так и не увидел, и был закрыт в 1968 году. Основной причиной обычно считают стремление руководства ЦКБЭМ монополизировать тематику пилотируемых полётов в головном конструкторском бюро. Оно предложило вместо одного корабля 7К-ВИ спроектировать орбитальную исследовательскую станцию (ОИС) «Союз-ВИ» из двух компонентов — орбитального блока (ОБ-ВИ), разработку которого поручили филиалу в Куйбышеве, и пилотируемого транспортного корабля (7К-С), который проектировался своими силами в Подлипках.

Были задействованы многие решения и наработки, сделанные как в филиале, так и в головном КБ, однако заказчик — Министерство обороны СССР — признал более перспективным средством разведки уже упоминавшийся комплекс на основе ОПС «Алмаз».

Несмотря на закрытие проекта «Союз-ВИ» и переброску значительных сил ЦКБЭМ на программу создания ДОС «Салют», работы по кораблю 7К-С продолжились: военные готовы были использовать его для проведения автономных экспериментальных полётов с экипажем из двух человек, а разработчики видели в проекте возможность создания на основе 7К-С модификаций корабля различного целевого назначения.

Интересно, что проектированием занималась команда специалистов, не связанная с созданием 7К-ОК и 7К-Т. Поначалу разработчики пытались, сохранив общую компоновку, улучшить такие характеристики корабля, как автономность и способность к маневрированию в широких пределах, путём изменения силовой конструкции и мест расположения отдельных модифицированных систем. Однако по мере продвижения проекта стало ясно, что кардинальное улучшение функциональности возможно лишь путём внесения принципиальных изменений.

В конечном итоге проект имел коренные отличия от базовой модели. 80% бортовых систем 7К-С были разработаны заново или значительно модернизированы, в аппаратуре применена современная элементная база. В частности, новая система управления движением «Чайка-3» строилась на базе бортового цифрового вычислительного комплекса на основе компьютера «Аргон-16» и бесплатформенной инерциальной навигационной системы. Принципиальным отличием системы стал переход от прямого управления движением по данным измерений к управлению на основе корректируемой модели движения корабля, реализованной в бортовом компьютере. Датчики навигационной системы измеряли угловые скорости и линейные ускорения в связанной системе координат, которая, в свою очередь, моделировались в компьютере. «Чайка-3» рассчитывала параметры движения и автоматически управляла кораблём в оптимальных режимах с наименьшим расходом топлива, вела самоконтроль с переходом — в случае необходимости — на резервные программы и средства, выдавая экипажу информацию на дисплей.

Принципиально новым стал пульт космонавтов, установленный в спускаемом аппарате: основные средства отображения информации имели командно-сигнальные пульты матричного типа и комбинированный электронный индикатор на основе кинескопа. Принципиально новыми были приборы обмена информацией с бортовым компьютером. И пусть первый отечественный электронный дисплей обладал (как шутили некоторые специалисты) «интерфейсом куриного интеллекта», это уже был значительный шаг к тому, чтобы перерезать информационную «пуповину», связывающую корабль с Землёй.

Была разработана новая двигательная установка с единой топливной системой для основного двигателя и микродвигателей причаливания и ориентации. Она стала надёжнее и вмещала больший запас топлива, чем раньше. На корабль вернули солнечные батареи, снятые после «Союза-11» для облегчения, усовершенствовали систему аварийного спасения, парашюты и двигатели мягкой посадки. При этом корабль внешне оставался очень похож на прототип 7К-Т.

В 1974 году, когда Минобороны СССР решило отказаться от автономных военно-исследовательских миссий, проект переориентировали на транспортные полёты к орбитальным станциям, а численность экипажа довели до трёх человек, одетых в обновлённые аварийно-спасательные скафандры.

⇡ Другой корабль и его развитие

Корабль получил обозначение 7К-СТ. По совокупности многочисленных изменений ему даже планировали дать новое имя — «Витязь», однако в итоге обозначили как «Союз Т». Первый беспилотный полёт новый аппарат (ещё в варианте 7К-С) совершил 6 августа 1974 года, а первый пилотируемый «Союз Т-2» (7К-СТ) стартовал лишь 5 июня 1980 года. Столь длительный путь к регулярным миссиям обуславливался не только сложностью новых решений, но и определённым противодействием «старой» команды разработчиков, которые параллельно продолжали доработки и эксплуатацию 7К-Т — в период с апреля 1971 года по май 1981 года «старый» корабль 31 раз слетал под обозначением «Союз» и 9 раз как спутник «Космос». Для сравнения: с апреля 1978 года по март 1986 года 7К-С и 7К-СТ совершил 3 беспилотных и 15 пилотируемых полётов.

Тем не менее, завоевав место под солнцем, «Союз Т» со временем стал «рабочей лошадкой» отечественной пилотируемой космонавтики — именно на его базе началось проектирование следующей модели (7К-СТМ), предназначенной для транспортных полётов к высокоширотным орбитальным станциям. Предполагалось, что ДОС третьего поколения будут работать на орбите с наклонением 65° для того, чтобы трасса их полёта захватывала большую часть территории страны: при запуске на орбиту с наклонением 51° всё, что остаётся севернее трассы, недосягаемо для приборов, предназначенных для наблюдения с орбиты.

Поскольку ракета-носитель «Союз-У» при запуске аппаратов к высокоширотным станциям недобирала примерно 350 кг массы полезного груза, она не могла вывести на нужную орбиту корабль в штатной комплектации. Необходимо было компенсировать потери грузоподъёмности, а также создать модификацию корабля, обладающую повышенной автономностью и ещё большими возможностями для маневрирования.

Проблему с ракетой решили переводом двигателей второй ступени носителя (получил обозначение «Союз-У2») на новое высокоэнергетическое синтетическое углеводородное горючее «синтин» («циклин»).

«Циклиновый» вариант ракеты-носителя «Союзу-У2» летал с декабря 1982 года по июль 1993 года. Фото Роскосмоса

А корабль переделали, оснастив усовершенствованной двигательной установкой повышенной надёжности с увеличенным запасом топлива, а также новыми системами - в частности, старую систему сближения («Игла») заменили новой («Курс»), позволяющей проводить стыковку без переориентации станции. Теперь все режимы нацеливания, в том числе на Землю и Солнце, могли выполняться либо автоматически, либо при участии экипажа, а сближение осуществлялось на основе расчётов траектории относительного движения и оптимальных манёвров — они выполнялись с помощью бортового компьютера при использовании информации от системы «Курс». Для дублирования был введён телеоператорный режим управления (ТОРУ), позволявший в случае отказа «Курса» космонавту со станции взять управление на себя и вручную состыковать корабль.

Корабль мог управляться по командной радиолинии или экипажем с использованием новых бортовых устройств ввода и отображения информации. Обновлённая система связи позволяла при автономном полёте связаться с Землёй через станцию, к которой летел корабль, что существенно расширяло зону радиовидимости. Вновь переделали двигательную установку системы аварийного спасения и парашюты (для куполов использовали облегчённый капрон, а для строп — отечественный аналог кевлара).

Эскизный проект на корабль следующей модели — 7К-СТМ — был выпущен в апреле 1981 года, а лётные испытания начались с беспилотного запуска «Союза ТМ» 21 мая 1986 года. Увы, станция третьего поколения оказалась всего одна — «Мир», и летала она по «старой» орбите с наклонением 51°. Но пилотируемые полёты корабля, которые начались с февраля 1987 года, обеспечили не только успешную эксплуатацию этого комплекса, но и начальный этап работы МКС.

При проектировании вышеуказанного орбитального комплекса для существенного снижения продолжительности «глухих» витков была предпринята попытка создать спутниковую систему связи, контроля и управления на основе геостационарных спутников-ретрансляторов «Альтаир», наземных пунктов ретрансляции и соответствующей бортовой радиоаппаратуры. Такая система успешно использовалась при управлении полётом во время эксплуатации станции «Мир», однако оснастить подобной аппаратурой корабли типа «Союз» в то время всё же не могли.

С 1996 года из-за высокой стоимости и отсутствия месторождений сырья на российской территории пришлось отказаться от использования «синтина»: начиная с «Союза ТМ-24» все пилотируемые корабли вернулись на носитель «Союз-У». Вновь возникла проблема недостаточной энергетики, которую предполагалось решать облегчением корабля и модернизацией ракеты.

С мая 1986 года по апрель 2002 года были запущены 33 пилотируемых и 1 беспилотный аппарат серии 7К-СТМ — все они шли под обозначением «Союз ТМ».

Следующая модификация корабля была создана для эксплуатации в международных миссиях. Её проектирование совпало с разработкой МКС, точнее со взаимной интеграцией американского проекта Freedom и российского «Мир-2». Поскольку стройку предполагалось осуществлять американскими шаттлами, которые не могли подолгу оставаться на орбите, в составе станции должен был постоянно дежурить аппарат-спасатель, способный в случае возникновения чрезвычайной ситуации безопасно вернуть экипаж на Землю.

Соединённые Штаты работали над «космическим такси» CRV (Crew Return Vehicle) на базе аппарата с несущим корпусом X-38, а Ракетно-космическая корпорация (РКК) «Энергия» (так со временем стало называться предприятие — правопреемник «королёвского» ОКБ-1) предлагала корабль капсульного типа на базе масштабно увеличенного союзовского спускаемого аппарата. И тот и другой аппараты должны были доставляться на МКС в грузовом отсеке шаттла, который, кроме того, рассматривался как основное средство полёта экипажей с Земли на станцию и обратно.

20 ноября 1998 года в космос был запущен первый элемент МКС — функционально-грузовой блок «Заря», созданный в России на американские деньги. Строительство началось. На этом этапе стороны осуществляли доставку экипажей на паритетной основе — шаттлами и «Союзами-ТМ». Большие технические сложности, вставшие на пути проекта CRV, и значительное превышение бюджета заставили прекратить разработку американского корабля-спасателя. Специальный российский корабль-спасатель тоже не был создан, но работы в этом направлении получили неожиданное (или закономерное?) продолжение.

1 февраля 2003 года при возвращении с орбиты погиб шаттл Columbia. Реальной угрозы закрытия проекта МКС не было, но ситуация оказалась критической. Стороны справились с возникшим положением, уменьшив экипаж комплекса с трёх до двух человек и приняв российское предложение о постоянном дежурстве на станции российского «Союза ТМ». Затем подтянулся модифицированный транспортный пилотируемый корабль «Союз ТМА», созданный на базе 7К-СТМ в рамках ранее достигнутого межгосударственного соглашения России и США как составная часть комплекса орбитальной станции. Главным его назначением стало обеспечение спасения основного экипажа станции и доставка экспедиций посещения.

По результатам ранее проведённых полётов международных экипажей на «Союзах ТМ» в конструкции нового корабля были учтены специфические антропометрические требования (отсюда и литера «А» в обозначении модели): среди американских астронавтов есть персоны, довольно сильно отличающиеся от российских космонавтов по росту и весу, причём как в большую, так и в меньшую сторону (см. таблицу). Надо сказать, что эта разница влияла не только на комфорт размещения в спускаемом аппарате, но и на центровку, что было важно для безопасной посадки при возвращении с орбиты и потребовало модификации системы управления спуском.

Антропометрические параметры членов экипажа кораблей «Союз ТМ» и «Союз ТМА»

В спускаемом аппарате «Союза ТМА» установили три вновь разработанных удлинённых кресла с новыми четырёхрежимными амортизаторами, которые регулируются по массе космонавта. Оборудование в зонах, прилегающих к креслам, перекомпоновали. Внутри корпуса спускаемого аппарата в зоне подножек правого и левого кресел сделали выштамповки глубиной около 30 мм, которые позволили разместить рослых космонавтов в удлинённых креслах. Изменился силовой набор корпуса и прокладка трубопроводов и кабелей, расширилась зона прохода через входной люк-лаз. Установлены новый пульт управления, уменьшенный по высоте, новый холодильно-сушильный агрегат, блок запоминания информации и другие новые или дорабатываемые системы. Кабину экипажа по возможности расчистили от выступающих элементов, перенеся их в более удобные места.

Органы управления и системы индикации, установленные в спускаемом аппарате «Союза ТМА»: 1 - командир и бортинженер-1 имеют перед собой интегрированные пульты управления (ИнПУ); 2 — цифровая клавиатура для введения кодов (для навигации по дисплею ИнПУ); 3 — блок управления маркером (для навигации по дисплею ИнПУ); 4 — блок электролюминесцентной индикации текущего состояния систем; 5 — ручные поворотные вентили РПВ-1 и РПВ-2, отвечающие за наполнение магистралей дыхания кислородом; 6 — электропневмоклапан подачи кислорода при посадке; 7 — командир корабля наблюдает за стыковкой через перископический «Визир специальный космонавта (ВСК)»; 8 — с помощью ручки управления движением (РУД) кораблю придаётся линейное (положительное или отрицательное) ускорение; 9 — с помощью ручки управления ориентацией (РУО) кораблю задаётся вращение; 10 — вентилятор холодильно-сушильного агрегата (ХСА), выводящего из корабля тепло и излишнюю влагу; 11 — тумблеры включения вентиляции скафандров при посадке; 12 — вольтметр; 13 — блок предохранителей; 14 — кнопка запуска консервации корабля после стыковки с орбитальной станцией

В очередной раз доработали комплекс средств приземления — он стал более надёжным и позволял уменьшить перегрузки, возникающие после спуска на запасной парашютной системе.

Проблему спасения полностью укомплектованного экипажа МКС из шести человек в конечном итоге решили одновременным нахождением на станции двух «Союзов», которые с 2011 года, после ухода шаттлов в отставку, стали единственными пилотируемыми кораблями в мире.

Для подтверждения надёжности был проведён значительный (по нынешним временам) объём экспериментальной отработки и макетирование с контрольной примеркой экипажей, включая астронавтов NASA. В отличие от кораблей предыдущих серий, беспилотных запусков не проводилось: первый старт «Союза ТМА-1» состоялся 30 октября 2002 года сразу с экипажем. Всего до ноября 2011 года было запущено 22 корабля данной серии.

Космические корабли Бобков Валентин Николаевич

Многоцелевой КК «Союз»

Многоцелевой КК «Союз»

Конструкция КК, его размеры и масса, а также состав основных систем и их главные характеристики зависят от задач, решаемых в полете. Однако созданы и многоцелевые КК, обладающие широкими возможностями. К ним прежде всего относятся КК «Союз» и его модификации. Над разработкой этого КК начали работать еще в начале 60-х годов, вскоре после полета первых космонавтов на КК «Восток».

Новый КК существенно отличался по компоновке и составу от своих предшественников, а его основные системы были не только разработаны вновь, но и выполнены более универсальными. При последующих модификациях КК «Союз» эти системы подвергались дальнейшему усовершенствованию. Тем не менее основная компоновка КК «Союз» сохранилась в первоначальном варианте, и этот КК позволил решить ряд новых технических задач, причем как в автономном полете, так и в составе орбитальных комплексов.

Стартовая масса всей ракетно-космической системы «Союз» составила 310 т.

Первые полеты человека в космос показали, что для увеличения продолжительности пребывания человека на орбите необходимо улучшить условия внутри КК, прежде всего потребовалось более просторное помещение для космонавтов. Особенно это проявилось при длительных (до 2 недель) полетах американских космонавтов в кабине КК «Джемини». По отзывам этих космонавтов, кабина КК была меньше передней части салона миниатюрного автомобиля «Фольксваген», но с дополнительным пультом управления размером с большой цветной телевизор, втиснутым между сиденьями. На Земле в такой кабине было трудно пробыть и несколько часов (более длительному пребыванию в космосе помогала в некотором смысле невесомость).

Рис. 6. Компоновка КК «Союз»

Приступая к проектированию КК «Союз» (рис. 6), специалисты решили ввести в его состав дополнительный жилой отсек, который назвали бытовым (или орбитальным). Отсек служил космонавтам и рабочим помещением, и комнатой отдыха, и столовой, и лабораторией, и шлюзовой камерой. Такая компоновка является рациональной для многоцелевого КК одноразового использования. В частности, это позволило уменьшить габариты и массу СА, что, как известно, представляется рациональным для КК одноразового использования. В этом случае минимальными становятся и теплозащита, и парашютные системы, и двигатели мягкой посадки, и тормозная двигательная установка с запасом топлива для схода с орбиты.

Суммарный внутренний объем жилых отсеков КК «Союз» составил более 10 м 3 , свободный объем - 6,5 м 3 , в том числе 4 м 3 для бытового отсека. Помимо СА и бытового отсека в состав КК входил приборно-агрегатный отсек, в котором кроме двигательной установки размещались системы, используемые в орбитальном полете.

Принципиальным отличием нового КК от его предшественников стала прежде всего возможность широкого маневрирования на орбите. Сближающе-корректирующая двигательная установка включала в себя основной и запасной двигатели многократного запуска, которые развивали соответственно тягу около 4,1 и 4 кН, баки с двухкомпонентным топливом до 900 кг (азотная кислота + диметилгидразин), систему подачи топлива и элементы управления. Эта двигательная установка кроме схода с орбиты обеспечивала изменение параметров орбиты и маневрирование КК при сближении с другим космическим аппаратом.

Заключительные маневры при причаливании для осуществления стыковки требовали более тонкого управления скоростью КК. Для этого, а также для выполнения других режимов управления на различных участках полета КК «Союз» снабжался реактивной системой управления, состоящей из нескольких групп управляющих двигателей разной тяги (рис. 7).

Рис. 7. Реактивная система управления КК «Союз»: 1 - датчик температуры, 2 - резервный баллон с газом, 3 - основной баллон с газом, 4 - датчик давления, 5 - клапаны резервного наддува, 9 - клапаны основного наддува, 7 - газовый фильтр, 8 - редуктор, 9 - клапан объединения баков, 10 - резервный бак с топливом, 11 - основные баки с топливом, 12 - клапаны резервного бака, 13 - клапаны основных баков, 14 - клапан разделения магистралей, 15. 16 - клапаны подачи топлива, 17 - топливный фильтр, 18, 19 - коллекторы, 20 - пусковой клапан, 21 - пусковой клапан, 22 - двигатель малой тяги, 23 - двигатель большой тяги

Одна из этих групп, расположенная в районе центра масс КК в приборно-агрегатном отсеке и состоящая из 10 двигателей примерно по 100 Н каждый, применялась для изменения скорости поступательного движения. Для управления ориентацией с высокой точностью в экономичном режиме использовалась группа из 8 двигателей тягой по 10–15 Н, размещенная в хвостовой части этого же отсека. Там же имелось еще 4 двигателя тягой по 100 Н каждый для более эффективного набора угловой скорости при ориентации по тангажу и курсу.

Так же как и на первых советских КК, в жилых отсеках КК «Союз» поддерживалась нормальная воздушная атмосфера с давлением 760 ± 200 мм рт. ст. Система жизнеобеспечения была также построена на описанных ранее принципах с проведением ряда усовершенствований.

Для сведения к минимуму внешнего теплообмена все отсеки КК изолировались так называемой экрановакуумной теплоизоляцией. Дело в том, что из всех видов внешнего теплообмена на орбите имеет значение в условиях вакуума практически только лучистый теплообмен (нагрев за счет излучения Солнца и Земли и охлаждение за счет излучения поверхности самого КК), который зависит прежде всего от так называемых оптических свойств поверхности (степени ее черноты).

Каждый слой экрановакуумной теплоизоляции в некотором приближении отражает лучи хорошо, а многослойный пакет такой теплоизоляции практически исключает как поглощение, так и излучение тепла. Даже некоторые необходимые «окна» (например, сопло основного двигателя) были закрыты крышкой с экрановакуумной теплоизоляцией, снабженной автоматическим приводом для открытия и закрытия крышки.

Однако внутри КК тепло выделяется непрерывно: его выделяют сами космонавты, да и вся потребляемая электроэнергия в конце концов превращается практически в тепло. Поэтому необходим сброс этого тепла за борт КК. С этой целью над частью обшивки приборно-агрегатного отсека был закреплен внешний радиатор, поверхность которого отражала большую часть солнечных лучей и интенсивно излучала тепло в космическое пространство. В результате эта поверхность оказывалась всегда холодной, а циркулировавший по радиатору теплоноситель интенсивно охлаждался.

Количество теплоносителя, протекавшего через радиатор, менялось, и таким образом регулировался сброс тепла. С помощью же насосов теплоноситель через разветвленную систему теплообменников перекачивался во все отсеки КК.

На КК «Союз» совершались полеты (в том числе автономные) различной продолжительности вплоть до 18 сут (КК «Союз-9» с космонавтами А. Г. Николаевым и В. И. Севастьяновым). Большая продолжительность, обширная программа полета и, как следствие, большая сложность систем, потреблявших много электроэнергии, привели к созданию новой системы электропитания с солнечными батареями. Две панели солнечных батарей, раскрываемые после выхода КК на орбиту, обеспечивали электроэнергией все системы КК, в том числе зарядку аккумуляторной батареи, называемой буферной.

Для более эффективной работы солнечных батарей КК ориентируют (если это возможно) так, чтобы плоскости батарей были перпендикулярны солнечным лучам. Такая ориентация обычно поддерживается за счет того, что кораблю сообщается определенная, сравнительно небольшая скорость вращения (этот режим полета так и называется - закрутка на Солнце). При этом заряжаются буферные батареи, и снова можно менять ориентацию КК для выполнения других разделов программы полета.

Следует сказать несколько слов о некоторых преимуществах и недостатках системы электропитания с солнечными батареями. Прежде всего эта сравнительно простая и надежная система становится эффективной только при достаточно продолжительных полетах, поскольку ее масса не зависит от времени использования. В то же время такая система требует достаточно больших раскрываемых панелей, которые ограничивают маневренность КК, особенно в периоды ориентации на Солнце.

К наиболее сложным системам КК «Союз» относился комплекс средств управления маневрированием: коррекцией параметров орбиты, сближением и стыковкой. Эти средства с самого начала были построены так, что имелось несколько контуров управления и сложные маневры могли выполняться в автоматическом или полуавтоматическом режиме. Команды на включение этих режимов могли выдаваться как космонавтами, так и с Земли по командной радиолинии.

Это, в частности, относилось к управлению и другими системами КК «Союз» (жизнеобеспечения, терморегулирования, электропитания и т. д.). Наличие автоматических контуров усложняло сами системы, однако расширяло возможности при выполнении различных программ и позволило впоследствии создать принципиально новые космические комплексы (орбитальные космические станции «Салют» с транспортной системой снабжения на базе беспилотного грузового корабля «Прогресс»).

Принципиально новыми и сложными оказались системы сближения и стыковки. При выполнении операций сближения и стыковки принимают участие многие, если не большая часть систем КК и наземных средств слежения, управления и контроля. Это, видимо, самые сложные операции комплексного типа, выполняемые на орбите. Чтобы произвести сближение, нужно сначала определить орбиты обоих космических аппаратов, непрерывно пересчитывать эти данные в процессе выполнения маневров КК (ведь каждое включение двигателя изменяет эти параметры).

Для решения этой задачи используются наземные и бортовые навигационные и вычислительные средства. Основным следствием этих вычислений является определение параметров корректирующего импульса. Причем включение двигателя, который обеспечивает этот импульс, должно производиться в строго определенной точке орбиты, в строго заданном направлении, в точно рассчитанное время, и, наконец, двигатель должен проработать вполне определенное время. Только в этом случае космические аппараты станут постепенно сближаться согласно законам небесной механики.

Обычно корректирующих импульсов в процессе сближения выдается несколько. И каждый раз на Земле производятся сложные вычисления на математической модели с учетом законов небесной механики, так чтобы каждый космический аппарат «знал» свой маневр, а для этого требуется скоординированная работа всех систем космических аппаратов. КК должен сориентироваться в расчетное положение в орбитальной системе координат, одна из осей которой направлена к центру Земли и которая непрерывно «вращается» вместе с КК по орбите, а другая ось направлена по вектору скорости КК.

После включения сближающе-корректирующей двигательной установки необходимо поддерживать и стабилизировать угловое положение КК. Само включение или выключение, а также работа основного двигателя и действие системы управления, двигателей реактивной системы управления и других средств требуют согласованной работы других систем (радиосредств управления и контроля, терморегулирования и др.). Естественно, все действия должны быть строго синхронизированы.

В результате всех маневров космические аппараты должны войти в расчетную точку встречи, а чтобы состыковаться, надо прийти туда не только в одно и то же время, как нужно приходить на каждое космическое «свидание» (американские специалисты его так и называют - «рандеву»), но и с небольшими относительными скоростями. Иначе говоря, к моменту выхода в расчетную точку все параметры орбит обоих космических аппаратов должны практически сравняться. После этого законы небесной механики как бы ослабляют свое действие, практически не сказываются на относительном движении, и остаток пути, последние километры, можно сближаться уже «по-самолетному», т. е. придерживаясь соосного положения при постепенном гашении остаточной скорости, бокового и вертикального сноса.

Существует несколько способов и средств, обеспечивающих прохождение последних нескольких километров этого длинного пути - наиболее сложного участка сближения на орбите. На КК «Союз» для этого использовалась специальная аппаратура радионаведения. Она позволяла определять расстояние между космическими аппаратами, скорость сближения и направление «друг на друга». Если относительная скорость вначале была не слишком велика, с помощью специального вычислительного устройства определялись параметры корректирующих импульсов, которые постепенно «загоняли» КК в «узкую трубку», ведущую к стыковке.

Процесс на этом участке полета обычно длится 15–20 мин, и он, пожалуй, самый напряженный на Земле и в космосе. За всеми работающими системами на многочисленных наземных и плавучих пунктах слежения следят сотни операторов и специалистов в центре управления полетом.

Таким образом, начав полет по орбите с относительной (т. е. относительно другого космического аппарата) скоростью в несколько сот метров в секунду, КК подходит к цели своего полета со скоростью меньше 0,5 м/с. Тем не менее нужна целая система амортизаторов, чтобы без повреждений соединить два космических аппарата, каждый из которых имеет массу в несколько тонн или даже десятков тонн. Эту и другие функции по соединению космических аппаратов в единую конструкцию выполняет система стыковки.

Для КК «Союз» было создано несколько вариантов стыковочного устройства. Первая разновидность стыковочных агрегатов, с помощью которых стыковались КК «Союз-4» и «Союз-5», производила лишь жесткое соединение КК. Космонавты А. С. Елисеев и Е. В. Хрунов совершили «пересадку» из одного КК в другой через открытый космос, воспользовавшись бытовым отсеком в качестве шлюзовой камеры.

Созданная позднее, в конце 60-х годов, конструкция обеспечивала уже герметичное соединение стыка с образованием переходного туннеля (рис. 8). Это стыковочное устройство, установленное впервые на орбитальной станции «Салют» и транспортном КК «Союз», успешно эксплуатируется в космосе второй десяток лет. Система стыковки (вся аппаратура управления, участвующая в непосредственном соединении космических аппаратов) может работать автоматически или управляться дистанционно. Такое построение также пригодилось при создании грузовых кораблей «Прогресс».

Рис. 8. Схема стыковки КК «Союз» со станцией «Салют»: а - образование первичной механической связи, б - образование вторичной механической связи, в - нарушение первичной механической связи, г - открытие переходных люков (1 - приемный конус, 2 - штанга, 3 - гнездо, 4 - головка штанги, 5 - замок стыковочного шпангоута, 6 - привод крышки люка, 7 - крышка люка, 8 - рычаг выравнивания)

Комплекс радиосредств КК «Союз» обеспечивает выполнение всех перечисленных ранее пяти основных функций (двусторонней связи, телевидения, траекторных измерений, дистанционного управления, телеметрического контроля) в орбитальном полете, при спуске с орбиты и после приземления. Часть этих средств, размещенная в СА, позволяет поддерживать почти непрерывную двустороннюю связь с космонавтами (кроме участка наиболее интенсивного торможения в атмосфере, когда СА окружен слоем электрически проводящей плазмы, непрозрачной в радиодиапазоне). При спуске на парашюте и после приземления осуществляется радиопеленг.

Как уже говорилось раньше, КК «Союз» стал первым отечественным кораблем, на котором выполнялся управляемый спуск в атмосфере. За счет этого значительно увеличилась точность приземления, упростился поиск и стала более оперативной помощь космонавтам, что особенно важно после длительных полетов, после воздействия при спуске больших физических и эмоциональных перегрузок на человеческий организм, который перед этим адаптировался к полному отсутствию перегрузок в условиях невесомости.

Последнюю точку в полете делает СА при касании о Землю. За счет усовершенствований в системе посадки последняя стала мягкой, что обеспечивается срабатыванием 4 пороховых двигателей, производимым по сигналу специального высотомера на высоте около 1 м. При взлете и посадке космонавты размещаются в КК в ложементах, вложенных в кресла и изготовленных по индивидуальному заказу - ложемент этого кресла делается по контурам тела космонавта. Кроме того, сами кресла имеют специальные амортизаторы. Все это помогает космонавтам переносить большие перегрузки.

Ракетно-космическая система «Союз» снабжена тщательно продуманной системой САС. Последняя обеспечивает отделение и увод от РН части КК в составе так называемого головного блока при возникновении угрожающей ситуации. Спасение экипажа в СА обеспечивается фактически от периода нахождения ракетно-космической системы на стартовом столе до выхода на орбиту. На начальных этапах увод осуществляется специальной твердотопливной двигательной установкой, которая размещена на головном обтекателе РН, предохраняющем КК от аэродинамических нагрузок.

Тяга основного двигателя САС составляет около 800 кН. В состав двигательной установки входит также двигатель бокового увода и двигатель штатного сброса САС тягой около 200 кН. После этого происходит сброс головного обтекателя РН (раскрыв створок при помощи твердотопливных двигателей). Затем КК может быть просто отделен от РН. Причем во всех случаях для приземления используются имеющиеся штатные средства системы приземления.

Программа пилотируемых полетов КК «Союз», начатая 23 апреля 1967 г. В. М. Комаровым на КК «Союз-1», включала в себя 39 полетов КК с космонавтами на борту (в том числе один суборбитальный) и 2 полета КК без космонавтов. Всего в программе участвовало 40 различных советских космонавтов и 9 зарубежных (по программе «Интеркосмос»).

автора Первушин Антон Иванович

Альтернатива-6: Союз межпланетных социалистических республик Однажды, в начале 80-х, у вице-президента Федерации космонавтики Бориса Николаевича Чугунова спросили, можно ли уже сейчас отправить экспедицию на Марс и возьмется ли за это СССР. Борис Николаевич тяжко

Из книги Битва за звезды-2. Космическое противостояние (часть II) автора Первушин Антон Иванович

Экспериментальная космическая станция «Союз» Когда космические корабли «7К» («Союз») перестали рассматриваться только как составная часть советской лунной программы, было решено использовать их для полетов к разрабатываемым орбитальным станциям. Первым шагом в этом

Из книги Взлёт 2006 10 автора Автор неизвестен

« Союз ТМА-9» доставил на борт МКС новый экипаж и первую космическую туристку В сентябре к Международной космической станции стартовал очередной российский корабль «Союз». На его борту в космос впервые в истории космонавтики отправилась турист-женщина – американка

Из книги Взлёт 2006 12 автора Автор неизвестен

Первый «Союз» стартует с «Куру» через два года 16 ноября российское правительство внесло в Госдуму законопроект о ратификации соглашения между Россией и Францией о сотрудничестве в разработке и создании ракет-носителей «Союз» для запусков с космодрома во Французской

Из книги История танка (1916 – 1996) автора Шмелев Игорь Павлович

Советский Союз Осенью 1919 года Совет военной промышленности РСФСР принял решение наладить выпуск отечественных танков по образцу «рено». Выбор не был случайным и тогда представлялся разумным. В конце 1919 года один из трофейных «рено» привезли на Сормовский завод. Ему

Из книги Взлет 2008 01-02 автора Автор неизвестен

Российский «Союз» запустил канадский радар 14 декабря в 16.17 МСК с пусковой установки №6 площадки №31 космодрома «Байконур» стартовыми расчетами Роскосмоса по заказу российско-европейской компании «Старсем» осуществлен пуск ракеты-носителя «Союз-ФГ» с разгонным блоком

Из книги Космические корабли автора Бобков Валентин Николаевич

Транспортный КК «Союз Т» С начала проектирования КК «Союз» прошло уже более 20 лет. Естественно, за это время техника в целом и космическая техника, в частности, как ее ведущая отрасль шагнули далеко вперед. На космических аппаратах стали широко применяться бортовые

Из книги Авиация 2000 03 автора Автор неизвестен

Лёгкий многоцелевой вертолёт Ми-2 Ефим Гордон, Дмитрий Комиссаров (Москва)С Фото Б. Вдовенко/архив В. Куликова / Boris Vdovenko/ Viktor Kulikov archiveК концу 50-х годов широко применявшийся в Вооружённых силах и народном хозяйстве СССР лёгкий вертолёт Ми-1 с поршневым двигателем АИ-26В уже не

Из книги Траектория жизни [с иллюстрациями] автора Феоктистов Константин Петрович

«Союз» Это началось летом 1959 года. В разгар работы над «Востоком». В цехах приступили к изготовлению первых корпусов спускаемых аппаратов и приборных отсеков, на полную мощность работали конструкторские отделы, готовилась техническая документация, электрики

Из книги Мотоциклы. Историческая серия ТМ, 1989 автора Журнал «Техника-Молодёжи»

11 сентября 2013 года при возвращении космонавтов с Международной космической станции (МКС) космического корабля "Союз ТМА-08М". Часть пути космонавты "летели на ощупь". В частности, экипаж не получал параметров о своей высоте и только по докладам спасательной службы узнавал, на какой высоте находится.

27 мая 2009 года с космодрома Байконур был осуществлен запуск космического корабля "Союз ТМА-15". На борту корабля находились российский космонавт Роман Романенко, астронавт Европейского космического агентства Франк Де Винн и астронавт Канадского космического агентства Роберт Тирск. Во время полета внутри пилотируемого корабля "Союз ТМА-15" возникли проблемы с регулированием температуры , которые были устранены с помощью системы терморегулирования. На самочувствие экипажа инцидент не повлиял. 29 мая 2009 года корабль произвел стыковку с МКС.

14 августа 1997 года при посадке "Союза ТМ-25" с экипажем ЭО-23 (Василий Циблиев и Александр Лазуткин) преждевременно, на высоте 5.8 км, сработали двигатели мягкой посадки . По этой причине посадка СА была жесткой (скорость приземления составила 7.5 м/с), но космонавты не пострадали.

14 января 1994 года после расстыковки "Союза ТМ-17" с экипажем ЭО-14 (Василий Циблиев и Александр Серебров) во время облета комплекса "Мир" произошло нерасчетное сближение и столкновение корабля со станцией. ЧП обошлось без серьезных последствий.

20 апреля 1983 года с 1-й площадки космодрома Байконур стартовал космический корабль "Союз Т-8" с космонавтами Владимиром Титовым, Геннадием Стрекаловым и Александром Серебровым на борту. Для командира корабля Титова это была первая командировка на орбиту. Экипажу предстояло несколько месяцев проработать на борту станции "Салют-7", провести множество исследований и экспериментов. Однако космонавтов поджидала неудача. Из-за нераскрытия на корабле антенны системы сближения и стыковки "Игла" экипажу не удалось пристыковать корабль к станции, и 22 апреля "Союз Т-8" совершил посадку на Землю.

10 апреля 1979 года стартовал КК "Союз-33" с экипажем в составе Николая Рукавишникова и болгарина Георгия Иванова. При сближении со станцией отказал основной двигатель корабля. Причиной аварии стал газогенератор, питающий турбонасосный агрегат. Он взорвался повредив резервный двигатель. При выдаче (12 апреля) тормозного импульса резервный двигатель работал с недобором тяги, и импульс был выдан не полностью. Однако СА благополучно осуществил посадку, хотя и со значительным перелетом.

9 октября 1977 года был произведен запуск КК "Союз-25", пилотируемого космонавтами Владимиром Ковалёнком и Валерием Рюминым. Программа полета предусматривала стыковку с ДОС "Салют-6", которая была выведена на орбиту 29 сентября 1977 года. Из-за возникшей нештатной ситуации, стыковку со станцией с первого раза выполнить не удалось. Вторая попытка тоже была неудачной. И после третьей попытки корабль, коснувшись станции и оттолкнувшись пружинными толкателями, отошел на 8-10 м и завис. Топливо в основной системе кончилось полностью, и отойти подальше с помощью двигателей было уже невозможно. Возникла вероятность столкновения корабля и станции, однако через несколько витков они разошлись на безопасное расстояние. Топливо для выдачи тормозного импульса впервые взято из резервного бака. Истинную причину неудачи стыковки установить так и не удалось. Вероятнее всего, имел место дефект стыковочного узла "Союза-25" (исправность стыковочного узла станции подтверждается последующими стыковками с КК "Союз"), но он сгорел в атмосфере.

15 октября 1976 года в ходе полета КК "Союз-23" с экипажем в составе Вячеслава Зудова и Валерия Рождественского была предпринята попытка стыковки с ДОС "Салют-5". Из-за нерасчетного режима работы системы управления сближением стыковка была отменена и принято решение о досрочном возвращении космонавтов на Землю. 16 октября СА корабля приводнился на поверхность озера Тенгиз, покрытую кусками льда при окружающей температуре —20 градусов по Цельсию. Соленая вода попала на контакты внешних разъемов, часть которых оставалась под напряжением. Это привело к образованию ложных цепей и прохождению команды на отстрел крышки контейнера запасной парашютной системы . Парашют вышел из отсека, намок и перевернул корабль. Выходной люк оказался в воде, и космонавты чуть не погибли. Их спасли пилоты поискового вертолета, которые в трудных метеоусловиях смогли обнаружить СА и, зацепив его тросом, волоком дотащить до берега.

5 апреля 1975 года был произведен запуск корабля "Союз" (7К-Т №39) с космонавтами Василием Лазаревым и Олегом Макаровым на борту. Программой полета предусматривалась стыковка с ДОС "Салют-4" и работа на ее борту в течение 30 суток. Однако из-за аварии во время включения третьей ступени ракеты корабль на орбиту не вышел. "Союз" совершил суборбитальный полет, приземлившись на горном склоне в безлюдном районе Алтая невдалеке от государственной границы с Китаем и Монголией. Утром 6 апреля 1975 года Лазарев и Макаров были эвакуированы с места посадки на вертолете.

30 июня 1971 года во время возвращения на Землю экипажа космического корабля "Союз 11" из-за преждевременного раскрытия клапана дыхательной вентиляции произошла разгерметизация спускаемого аппарата , что привело к резкому понижению давления в модуле экипажа. В результате аварии все находившиеся на борту космонавты погибли. Экипаж корабля, стартовавшего с космодрома Байконур, состоял из трех человек: командир корабля Георгий Добровольский, инженер исследователь Виктор Пацаев и бортинженер Владислав Волков. Во время полета был установлен новый на тот момент рекорд, продолжительность нахождения экипажа в космосе составила свыше 23 суток.

19 апреля 1971 года на орбиту была выведена первая орбитальная станция "Салют", а 23 апреля 1971 года к ней стартовал ТПК "Союз-10" с первой экспедицией в составе Владимира Шаталова, Алексея Елисеева и Николая Рукавишникова. Эта экспедиция должна была работать на орбитальной станции "Салют" в течение 22-24 суток. ТПК "Союз-10" состыковался к орбитальной станции "Салют", но из-за повреждения стыковочного агрегата пилотируемого корабля во время стыковки, космонавты не смогли перейти на борт станции и возвратились на Землю.

23 апреля 1967 года при возвращении на Землю произошел отказ парашютной системы корабля "Союз-1" , в результате чего погиб космонавт Владимир Комаров. Программой полета планировалась стыковка КК "Союз-1" с КК "Союз-2" и переход из корабля в корабль через открытый космос Алексея Елисеева и Евгения Хрунова, но из-за нераскрытия одной из панелей солнечных батарей на "Союз-1" запуск "Союз-2" был отменен. "Союз-1" совершил досрочную посадку, но на конечном этапе спуска корабля на Землю отказала парашютная система и спускаемый аппарат разбился восточнее города Орск Оренбургской области, космонавт погиб.

Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников

15 июля исполнилось 40 лет миссии "Союз-Аполлон", историческому полету, который часто считают окончанием космической гонки. Впервые два корабля, построенные на противоположных полушариях, встретились и состыковались в космосе. "Союз" и "Аполлон" были уже третьим поколением космических аппаратов. К этому моменту конструкторские коллективы уже "набили шишки" на первых экспериментах, и новые корабли должны были находиться в космосе долго и выполнять новые сложные задачи. Думаю, будет интересно посмотреть, к каким техническим решениям пришли коллективы конструкторов.

Введение

Любопытно, но в изначальных планах и "Союзы" и "Аполлоны" должны были стать аппаратами второго поколения. Но в США достаточно быстро осознали, что между последним полетом "Меркурия" и первым полетом "Аполлона" пройдет несколько лет, и для того, чтобы это время не пропало зря, была запущена программа "Джемини". А СССР ответил на "Джемини" своими "Восходами" .

Также, для обоих аппаратов главной целью была Луна. США не жалели денег на лунную гонку, потому что до 1966 года СССР имел приоритет во всех значимых космических достижениях. Первый спутник, первые лунные станции, первый человек на орбите и первый человек в открытом космосе - все эти достижения были советскими. Американцы изо всех сил стремились "догнать и перегнать" Советский Союз. А в СССР задача пилотируемой лунной программы на фоне космических побед затмевалась другими насущными задачами, например, надо было догонять США по количеству баллистических ракет. Пилотируемые лунные программы - это отдельный большой разговор, а здесь мы поговорим про аппараты в орбитальной конфигурации, такой, в какой они встретились на орбите 17 июля 1975 года. Также, поскольку корабль "Союз" летает много лет и претерпел множество модификаций, говоря о "Союзе", мы будем иметь в виду версии близкие по времени к полету "Союз-Аполлона".

Средства выведения

Ракета-носитель, про которую обычно редко вспоминают, выводит космический корабль на орбиту и определяет многие его параметры, главными из которых будут максимальный вес и максимальный возможный диаметр.

В СССР для вывода нового корабля на околоземную орбиту решили использовать новую модификацию ракеты семейства "Р-7". На РН "Восход" заменили двигатель третьей ступени на более мощный, что увеличило грузоподъемность с 6 до 7 тонн. Корабль не мог иметь диаметр больше 3 метров, потому что в 60-х годах аналоговые системы управления не могли стабилизировать надкалиберные обтекатели.

Слева схема РН "Союз", справа - старт корабля "Союз-19" миссии "Союз-Аполлон"

В США для орбитальных полетов использовалась специально разработанная для "Аполлонов" РН "Saturn-I" В модификации -I она могла вывести на орбиту 18 тонн, а в модификации -IB - 21 тонну. Диаметр "Сатурна" превышал 6 метров, поэтому ограничения на размер космического корабля были минимальными.

Слева Saturn-IB в разрезе, справа - старт корабля "Apollo" миссии "Союз-Аполлон"

По размерам и весу "Союз" легче, тоньше и меньше "Аполлона". "Союз" весил 6,5-6,8 т. и имел максимальный диаметр 2,72 м. "Аполлон" имел максимальную массу 28 т (в лунном варианте, для околоземных миссий топливные баки были не полностью залиты) и максимальный диаметр 3,9 м.

Внешний вид

"Союз" и "Аполлон" реализовывали ставшую уже стандартной схему деления корабля на отсеки. Оба корабля имели приборно-агрегатный отсек (в США он называется сервисным модулем), спускаемый аппарат (командный модуль). Спускаемый аппарат "Союза" получился очень тесным, поэтому на корабль был добавлен бытовой отсек, который также мог использоваться как шлюзовая камера для выхода в открытый космос. В миссии "Союз-Аполлон" американский корабль также имел третий модуль, специальную шлюзовую камеру для перехода между кораблями.

"Союз" по советской традиции запускался целиком под обтекателем. Это позволяло не заботиться об аэродинамике корабля на выведении и располагать на наружной поверхности хрупкие антенны, датчики, солнечные батареи и прочие элементы. Также, бытовой отсек и спускаемый аппарат покрыты слоем космической теплоизоляции. "Аполлоны" продолжали американскую традицию - аппарат на выведении был закрыт лишь частично, носовую часть прикрывала баллистическая крышка, выполненная конструктивно вместе с системой спасения, а с хвостовой части корабль был закрыт переходником-обтекателем.

"Союз-19" в полете, съемка с борта "Аполлона". Темно-зеленое покрытие - теплоизоляция

"Аполлон", съемка с борта "Союза". На маршевом двигателе, похоже, местами вспучилась краска

"Союз" более поздней модификации в разрезе

"Аполлон" в разрезе

Форма спускаемого аппарата и теплозащита

Спуск корабля "Союз" в атмосфере, вид с земли

Спускаемые аппараты "Союза" и "Аполлона" похожи друг на друга больше, чем это было в предыдущих поколениях космических кораблей. В СССР конструкторы отказались от сферического спускаемого аппарата - при возвращении с Луны он потребовал бы очень узкого коридора входа (максимальная и минимальная высота, между которыми нужно попасть для успешной посадки), создал бы перегрузку свыше 12 g, а район посадки измерялся бы десятками, если не сотнями, километров. Конический спускаемый аппарат создавал подъемную силу при торможении в атмосфере и, поворачиваясь, менял ее направление, управляя полетом. При возвращении с земной орбиты перегрузка снижалась с 9 до 3-5 g, а при возвращении с Луны - с 12 до 7-8 g. Управляемый спуск серьезно расширял коридор входа, повышая надежность посадки, и очень серьезно уменьшал размеры района посадки, облегчая поиск и эвакуацию космонавтов.

Расчет несимметричного обтекания конуса при торможении в атмосфере

Спускаемые аппараты "Союза" и "Аполлона"

Диаметр 4 м, выбранный для "Аполлона", позволил сделать конус с углом полураствора 33°. Такой спускаемый аппарат имеет аэродинамическое качество порядка 0,45, а его боковые стенки практически не нагреваются при торможении. Но его недостатком были две точки устойчивого равновесия - "Аполлон" должен был входить в атмосферу ориентированным дном по направлению полета, потому что в случае входа в атмосферу боком, он мог перевернуться в положение "носом вперед" и погубить астронавтов. Диаметр 2,7 м для "Союза" делал такой конус нерациональным - слишком много места пропадало впустую. Поэтому был создан спускаемый аппарат типа "фара" с углом полураствора всего 7°. Он эффективно использует пространство, имеет только одну точку устойчивого равновесия, но его аэродинамическое качество ниже, порядка 0,3, а для боковых стенок требуется теплозащита.

В качестве теплозащитного покрытия использовались уже освоенные материалы. В СССР применяли фенол-формальдегидные смолы на тканевой основе, а в США - эпоксидную смолу на матрице из стеклопластика. Механизм работы был одинаковый - теплозащита обгорала и разрушалась, создавая дополнительный слой между кораблем и атмосферой, а сгоревшие частицы принимали на себя и уносили тепловую энергию.

Материал теплозащиты "Аполлона" до и после полета

Двигательная система

И "Аполлоны" и "Союзы" имели маршевые двигатели для коррекции орбиты и двигатели ориентации для изменения положения корабля в пространстве и выполнения точных маневров по стыковке. На "Союзе" система орбитального маневрирования была установлена впервые для советских космических кораблей. По каким-то причинам конструкторы выбрали не очень удачную компоновку, когда маршевый двигатель работал от одного топлива (НДМГ+АТ), а двигатели причаливания и ориентации - от другого (перекись водорода). В сочетании с тем, что на "Союзе" баки вмещали 500 кг топлива, а на "Аполлоне" 18 тонн, это привело к разнице запаса характеристической скорости на порядок - "Аполлон" мог изменить свою скорость на 2800 м/с, а "Союз" только на 215 м/с. Больший запас характеристической скорости даже недозаправленного "Аполлона" делал его очевидным кандидатом на активную роль при сближении и стыковке.

Корма "Союза-19", хорошо видны сопла двигателей

Двигатели ориентации "Аполлона" крупным планом

Система посадки

Системы посадки развивали наработки и традиции соответствующих стран. США продолжали сажать корабли на воду. После экспериментов с системами посадки "Меркуриев" и "Джемини" был выбран простой и надежный вариант - на корабле стояли два тормозных и три основных парашюта. Основные парашюты были резервированы, и безопасная посадка обеспечивалась при отказе одного из них. Такой отказ произошел при посадке "Аполлона-15", и ничего страшного не случилось. Резервирование парашютов позволило отказаться от индивидуальных парашютов астронавтов "Меркурия" и катапультных кресел "Джемини".

Схема посадки "Аполлона"

В СССР традиционно сажали корабль на сушу. Идеологически система посадки развивает парашютно-реактивную посадку "Восходов". После сброса крышки парашютного контейнера срабатывают последовательно вытяжной, тормозной и основной парашюты (на случай отказа системы установлен запасной). Корабль спускается на одном парашюте, на высоте 5,8 км сбрасывается теплозащитный экран, а на высоте ~1 м срабатывают реактивные двигатели мягкой посадки (ДМП). Система получилась интересная - работа ДМП создает эффектные кадры, но комфортность посадки изменяется в очень широком диапазоне. Если космонавтам везет, то удар о землю практически неощутим. Если нет, то корабль может чувствительно удариться о землю, а если совсем не повезет, то еще и опрокинется на бок.

Схема посадки

Совершенно нормальная работа ДМП

Дно спускаемого аппарата. Три круга сверху - ДМП, еще три - с противоположной стороны

Система аварийного спасения

Любопытно, но, идя разными путями, СССР и США пришли к одинаковой системе спасения. В случае аварии специальный твердотопливный двигатель, стоявший на самом верху ракеты-носителя, отрывал спускаемый аппарат с космонавтами и уносил его в сторону. Посадка производилась штатными средствами спускаемого аппарата. Такая система спасения оказалась самой хорошей из всех использованных вариантов - она простая, надежная и обеспечивает спасение космонавтов на всех этапах выведения. В реальной аварии она применялась один раз и спасла жизни Владимира Титова и Геннадия Стрекалова, унеся спускаемый аппарат от горящей в стартовом сооружении ракеты.

Слева направо САС "Аполлона", САС "Союза", различные версии САС "Союза"

Система терморегуляции

В обоих кораблях использовалась система терморегуляции с теплоносителем и радиаторами. Покрашенные в белый цвет для лучшего излучения тепла радиаторы стояли на сервисных модулях и даже выглядели одинаково:

Средства обеспечения ВКД

И "Аполлоны" и "Союзы" проектировали с учетом возможной необходимости внекорабельной деятельности (выхода в открытый космос). Конструкторские решения также были традиционными для стран - США разгерметизировали весь командный модуль и выходили наружу через стандартный люк, а СССР использовал бытовой отсек в качестве шлюзовой камеры.

ВКД "Аполлона-9"

Система стыковки

И "Союз" и "Аполлон" использовали стыковочное устройство типа "штырь-конус". Поскольку при стыковке активно маневрировал корабль, и на "Союзе" и на "Аполлоне" были установлены штыри. А для программы "Союз-Аполлон", чтобы никому не было обидно, разработали универсальный андрогинный стыковочный агрегат. Андрогинность означала, что могли состыковаться любые два корабля с такими узлами (а не только парные, один со штырем, другой с конусом).

Стыковочный механизм "Аполлона". Он, кстати, использовался и в программе "Союз-Аполлон", с его помощью командный модуль стыковался со шлюзовой камерой

Схема стыковочного механизма "Союза", первая версия

"Союз-19", вид спереди. Хорошо виден стыковочный узел

Кабина и оборудование

По составу оборудования "Аполлон" заметно превосходил "Союз". Прежде всего, в состав оборудования "Аполлона" конструкторы сумели добавить полноценную гиростабилизированную платформу, которая с высокой точностью хранила данные о положении и скорости корабля. Далее, командный модуль имел мощный и гибкий для своего времени компьютер, который при необходимости можно было бы перепрограммировать прямо в полете (и такие случаи известны). Интересной особенностью "Аполлона" было также отдельное рабочее место для астронавигации. Оно использовалось только в космосе и было расположено под ногами астронавтов.

Панель управления, вид с левого кресла

Панель управления. Слева расположены органы управления полетом, по центру - двигателями ориентации, сверху аварийные индикаторы, снизу связь. В правой части индикаторы топлива, водорода и кислорода и управление электропитанием

Несмотря на то, что оборудование "Союза" было проще, оно было самым продвинутым для советских кораблей. На корабле впервые появился бортовой цифровой компьютер, а в состав систем корабля входило оборудование для автоматической стыковки. Впервые в космосе использовались многофункциональные индикаторы на электронно-лучевой трубке.

Панель управления кораблей "Союз"

Система электропитания

"Аполлоны" использовали очень удобную для полетов длительностью 2-3 недели систему - топливные элементы. Водород и кислород, соединяясь, вырабатывали энергию, а полученная вода использовалась экипажем. На "Союзах" в разных версиях стояли разные источники энергии. Были варианты с топливными элементами, а для полета "Союз-Аполлон" на корабле установили солнечные батареи.

Заключение

И "Союзы" и "Аполлоны" оказались по-своему очень удачными кораблями. "Аполлоны" успешно слетали к Луне и станции "Скайлэб". А "Союзы" получили крайне долгую и успешную жизнь, став основным кораблем для полетов к орбитальным станциям, с 2011 года они возят на МКС и американских астронавтов, и будут возить их, как минимум, до 2018 года.

Но за этот успех была заплачена очень дорогая цена. И "Союз" и "Аполлон" стали первыми кораблями, в которых погибли люди. Что еще печальнее, если бы конструкторы, инженеры и рабочие меньше спешили и после первых успехов не перестали бы бояться космоса, то Комаров, Добровольский, Волков, Пацаев, Гриссом, Уайт и Чеффи