«Союзу» Супермен не нужен или системы спасения пилотируемых кораблей



    С одной стороны, глупо ждать технической достоверности от сценария фильма про супергероев. С другой стороны, можно принять фантастические допущения вроде неуязвимости уроженца планеты Криптон, но то, что создатели не знают достаточно известных фактов жизни на нашей Земле, печалит. Еще в первом трейлере готовящегося к выходу фильма «Бэтмен против Супермена» Супермен позировал с головным обтекателем корабля «Союз» на руках. На днях вышел второй трейлер, где более полно раскрывается его очередной подвиг — ракета-носитель «Союз» взрывается на старте, и Супермен спасает космонавтов с астронавтами (на ГТ сломалась возможность показа видео не с начала, смотрите с 48 секунды).



    Проблема в том, что разработчики космических аппаратов заранее понимают, что в нашем несовершенном мире аварии случаются, а вот супергероя поблизости, как назло, не окажется. Поэтому инженеры примеряют на себя одежды суперинженеров и создают системы, которые спасут жизни космонавтов.

    Было в реальности


    Вдвойне стыдно должно быть сценаристам «Бэтмена против Супермена», потому что в реальной истории был случай, когда ракета с космонавтами загорелась на старте. Ночью с 26 на 27 сентября 1983 года к запуску готовился корабль «Союз Т-10» с космонавтами Владимиром Титовым и Геннадием Стрекаловым. За 48 секунд до старта на ракете начался пожар. Любая космическая ракета-носитель на 90% состоит из топлива и окислителя, которые в случае аварии имеют неприятную привычку взрываться, поэтому на принятие решения были считанные секунды. Но система спасения корабля «Союз» была создана для спасения экипажа в том числе и на старте. Короткая команда, и капсулу с космонавтами уносят прочь мощные двигатели. А через две секунды после отстрела корабля ракета разрушается и падает в газоход стартового сооружения (с 2:50):



    Капсула с Титовым и Стрекаловым поднялась почти на километр и приземлилась в стороне от пожара. Несмотря на то, что космонавты испытали перегрузки до 18 g, и Титов и Стрекалов не пострадали, и оба совершили потом еще несколько космических полетов каждый. Вот видео испытаний, на котором хорошо видны этапы работы системы спасения при аварии на старте (с 3:56):



    На корабле «Союз» используются следующие алгоритмы действия в аварийных ситуациях:
    • От старта и до 113 секунды полета система аварийного спасения уносит головной обтекатель с бытовым отсеком и спускаемым аппаратом в сторону от взрывающейся ракеты. Затем корабль садится, используя штатную систему посадки. На 113 секунде система аварийного спасения отстреливается от корабля.
    • От 113 секунды полета и до выхода на орбиту в случае аварии корабль отделяется от третьей ступени целиком, используя штатную систему разделения (пироболты) и выполняет обычную посадку.
    • В случае отказа основного парашюта на «Союзе» есть запасной.
    • В случае отказа системы мягкой посадки удар о землю примут на себя амортизаторы кресел.



    Картинка в крупном размере

    В целом корабль спроектирован так, чтобы никакая одиночная авария не вызвала опасности для жизни космонавтов.

    Другие корабли


    На других космических кораблях тоже были системы спасения.
    На корабле «Восток», на котором совершались первые космические полеты в СССР, штатная система посадки предусматривала катапультирование космонавта. Поэтому она же работала как катапульта в случае аварии, а в головном обтекателе оставалось открытым отверстие, через которое производился бы отстрел люка и кресла с космонавтом.



    Штатная работа системы посадки хорошо показана в фильме «Гагарин: Первый в космосе» (с 15:29):



    В случае аварии на старте парашют мог не успеть раскрыться, поэтому на старте со стороны люка натягивали сетку, которая должна была смягчить падение.



    На корабле «Меркурий» впервые появилась система с ракетными двигателями, уводящими капсулу от аварийной ракеты. Вот видео настоящей аварии в беспилотном полете Mercury-Atlas 3 в 1961 году (с 1:40):



    На корабле второго поколения «Джемини» конструкторы обошлись мощными катапультами. Катапульты служили как система спасения на старте, а также должны были использоваться в случае отказа единственного парашюта корабля. Вот видео испытаний (с 20:00):



    На «Аполлонах» стояла система спасения, аналогичная «Меркуриям» и «Союзам». Во время испытаний работы системы спасения произошел забавный случай — на небольшой тестовой ракете перепутали провода системы управления по крену, поэтому автоматика сработала в условиях реально разваливающейся ракеты (с 1:13):



    Нездоровое проектирование


    В то же время были космические корабли, на которых инженеры не смогли или не захотели сделать систему спасения.
    Корабль «Восход», который был сделан на базе «Востока», но с экипажем из трех человек, уже не мог использовать систему спасения «Востока». Поэтому первую минуту-две в случае аварии космонавтам было бы не на что надеяться. В том числе и поэтому корабли «Восход» в пилотируемом варианте летали всего два раза.

    Удивительную (и как показала практика безосновательную) уверенность в надежности техники проявили конструкторы корабля Спейс Шаттл. На первых испытательных полетах, когда экипаж составляли два человека, у них были катапульты. Но после того, как шаттл был объявлен готовым к эксплуатации, катапульты сняли, а экипаж увеличили до 7-8 человек. В случае серьезной аварии на выведении или посадке у экипажа не было никаких средств спасения. И это несмотря на то, что в США был опыт разработки спасаемых целиком кабин на самолете F-111:



    Решение отказаться от системы спасения экипажа на шаттлах дорого обошлось американской космонавтике. Во время катастрофы «Челленджера» экипаж пережил разрушение аппарата и погиб только при ударе о воду. После катастрофы перепроектировать шаттл было уже поздно, и инженеры добавили только систему спасения в стиле бомбардировщика Второй мировой войны — отстрел люка, выпуск направляющей, чтобы не удариться о крыло, и обычный парашют.



    Эта система обеспечивала спасение экипажа только на небольших скоростях и высотах при управляемом планирующем полете. Она не могла помочь на старте, в случае разрушения шаттла или потери им управления.
    Советский «Буран», использовавший технические решения шаттла, скопировал этот недостаток, и на нем могли быть установлены катапульты только в случае экипажа из двух человек.

    Из разрабатывающихся сейчас космических проектов система спасения отсутствует на суборбитальном корабле SpaceShipTwo, и печальные результаты уже налицо. На испытательных полетах у пилотов были парашюты, но при катастрофе осенью 2014 года одного пилота выбросило из разваливающегося фюзеляжа, а второй пилот выбраться самостоятельно не сумел. Нет сомнений, что в случае полетов с пассажирами подобная авария обернется катастрофой с большим количеством жертв.

    Сегодня и завтра


    Создающиеся сейчас корабли не забывают про безопасность экипажа. На проектируемом корабле «Орион» будет стоять система спасения, знакомая нам по «Меркуриям», «Аполлонам» и «Союзам»:



    На российском корабле ПТК НП, скорее всего, будет установлена аналогичная система. Видео испытаний нет, но конструкция корабля предполагает классическую схему.
    Разрабатываемый корабль Dragon предполагает использовать необычную систему, в которой двигатели расположены не на сбрасываемой мачте, а установлены на корпусе корабля:





    Несмотря на красивый вид, у системы есть очевидный уже сейчас недостаток — классическая схема сбрасывает мачту с двигателями на выведении, а здесь придется тащить заметную и ненужную в нормальном полете массу на орбиту и тормозить ее при сходе с орбиты. Вероятность, что для Dragon сделают ракетную посадку сейчас заметно меньше 50%, надеюсь, инженеры смогут модифицировать корабль, чтобы сбрасывать этот ненужный после первой минуты полета груз.
    Похожая конструкция используется в суборбитальном корабле компании Blue Origin:



    Сложно сказать, почему инженеры выбрали этот вариант, возможно, для суборбитальных полетов они посчитали, что потери на таскание с собой двигателей системы спасения будут приемлемыми, и компенсируются, например, отсутствием необходимости ставить каждый раз новую мачту. Двигатели такой системы спасения надо будет перезаряжать только после настоящей аварии.

    Как это часто бывает, реальная жизнь с суперинженерами и суперконструкторами, которые решают реальные суперпроблемы, оказывается даже интересней фантастического блокбастера…

    Более подробно о пилотируемых кораблях по тегу «сравнение космической техники»
    Катастрофы и происшествия по тегу «космические происшествия»
    Другие сложные космические задачи по тегу «незаметные сложности»
    Поделиться публикацией
    Ой, у вас баннер убежал!

    Ну. И что?
    Реклама
    Комментарии 24
    • +4
      Отсутствие системы спасения сыграло злую шутку и со SpaceShipTwo. Вроде там полностью отсутствуют системы спасения экипажа и пассажиров. И во время полетов не предусмотрено ношение защитных костюмов (скафандров). Что в случае разгерметизации также чревато.
      Это можно добавить к примерам «Нездоровое проектирование».
      • +3
        Совершенно верно. Я не хотел это писать, потому что буквально на прошлой неделе об этом писал, но ваш голос вместе с мнением жены перевесил — добавляю.
      • +2
        Как правильно замечено, «Восход» вполне логично выглядел бы в кадре. Ещё есть такая штука, как вероятность срабатывания САС — для «Союзов» она составляет 0,999 (но таки отлична от единицы). Хотя, это скорее всего простое упущение, нежели какой-то глубокий замысел:


        Вероятность, что для Dragon сделают ракетную посадку сейчас заметно меньше 50%, надеюсь, инженеры смогут модифицировать корабль, чтобы сбрасывать этот ненужный после первой минуты полета груз.
        1)Даже если посадки на двигателях использовать не будут, рано или поздно Dragon таки станут сажать на землю (ибо от многоразовости корабля SpaceX не отказывается — хотя повторное использование корабля целиком по контракту с NASA пока не предусматривается). Даже в этом варианте двигатели не будут балластом, а могут выполнять функцию мягкой посадки (как на «Союзах»), и выполнять роль страховочной системы при отказе 2 из 3-х или всех парашутов одновременно.

        2) Dragon предусматривается не только как средство доставки грузов и астронавтов к МКС, но и для полётов к Марсу (и возможность возвращения с второй космической говорит как раз об этом — других целей для такой способности у SpaceX нет). А как известно — стоимость разработки кораблей и ракет, из-за их «штучности» — может доходить до половины от общей стоимости запуска, так что при текущих ≈10 пусках в год, возить лишний груз может быть вполне оправдано.
        • 0
          Понимаете ли в чем проблема, двигатели для мягкой посадки и двигатели системы спасения разные, и смешивать их трудно. Представьте, что вы спасаете корабль и потратили двигатели спасения, на чем будете садиться, если в штатной ситуации двигатель САС используются для посадки?
          Трехпарашютная система нормально работает при отказе одного парашюта (проверено практикой) и не нуждается в запасных парашютах.
          А для Марса нужна вообще другая система посадки, которую, хочешь, не хочешь, придется делать, пусть и базируясь на наработках, но заново.
          • 0
            Понимаете ли в чем проблема, двигатели для мягкой посадки и двигатели системы спасения разные, и смешивать их трудно.
            Исходные данные: масса корабля — 7510 кг; удельный импульс двигателей — 240 с; характеристическая скорость — 345 миль/ч или 154 м/с (что близко к скорости, необходимый для возврата с орбиты, что как-бы намекает). Получаем 490 кг топлива, веса двигателей SuperDraco нигде не нашёл, но судя по массе Merlin 1D — 470 кг, которые на порядок мощнее, общая масса 8 двигателей уложится в 510 кг.

            Итого получаем вес всей системы САС около 1000 кг. А теперь глядим на САС «Союза» — 1,95 т (которая только троих возит); глядим ещё на САС «Ориона» (страшно подумать — целых 7 тонн!) и прифигиваем от «расточительности» Маска. Двигатели уже протестированы на 80 включений на общую продолжительность 300 секунд, и слабым звеном явно не являются (тем более они специально — парные).
            Трехпарашютная система нормально работает при отказе одного парашюта (проверено практикой) и не нуждается в запасных парашютах.
            Практика показала, что если что-то может выйти из строя, оно обязательно так и сделает. А наша практика показала, что количество парашютов, может вообще не влиять на результат. Если есть возможность перестраховаться (системой работающей на другом принципе), причём практически «даром» — глупо этим шансом не воспользоваться. Я не вижу поводов заставлять NASA выдирать двигатели из Dragon-а чисто из-за того, что «так не принято». Да ещё с учётом того, что стоимость «билета на МКС» он всё равно заявляет в три раза ниже Роскосмоса.
            А для Марса нужна вообще другая система посадки, которую, хочешь, не хочешь, придется делать, пусть и базируясь на наработках, но заново.
            Единственное, с чем полностью согласен — это то что для посадки на Марс это форменный оверкил, а для взлёта — лучше чтобы двигатели могли работать на метане, по технологии Зубрина. Хотя какой-то план уже есть, и думаю — тут наверняка не всё так просто, Маск вполне последователен в своих действиях, и наверняка для Dragon V3 у него уже припасён «козырь в рукаве».
            • 0
              Одно дело тащить лишнюю тонну, когда у тебя ракета массой 500 тонн. Другое дело — тащить с собой мертвым грузом пусть даже 500 кг, но на корабле массой 4 тонны.
              Пример «Аполлона-15» как раз показывает, что трехпарашютная система не нуждается в запасных. И это не даром. Этот вес надо с собой тащить туда и обратно.
              • 0

                Только что обнаружил ранний рендер полёта Crew Dragon и там вместо SuperDraco таки была отдельная башня спасения.


                Но, видимо, возможность реюзать капсулу с двигателями целиком для SpaceX важнее, чем экономия массы, так как грузоподъёмность фалькона и так больше массы корабля. И в итоге пришли ко встроенным двигателям, которые могут использоваться как при штатной посадке (позволяя в том числе точное приземление на космодром без необходимости гонять вертолёты за экипажем), так и в качестве САС.

                • 0

                  Любопытный рендер, спасибо. Хотя бы в 2010 году они планировали классическую схему.

        • +1
          Любая космическая ракета-носитель на 90% состоит из топлива и окислителя, которые в случае аварии имеют неприятную привычку взрываться

          Не любая. Некоторые топливные пары при утечке сгорают без взрыва. :)
          • –1
            Насколько я понимаю, любая топливная пара сгорает без взрыва. Банально потому, что для взрыва надо, чтобы компоненты хорошо между собой перемешались. А взрывом это называется исключительно оттого, что выглядит красиво.
            • +1
              чтобы компоненты хорошо между собой перемешались

              Несамовозгорающимся топливным парам это порой удаётся.
              • 0
                Но как? Там же времени всего ничего проходит. Плюс ежели берём пару «керосин — кислород», то когда они соприкасаются, может быть всего две ситуации — «твёрдый керосин и жидкий кислород» и «жидкий керосин и газообразный кислород». Обе они как-то не способствуют смешиванию. А ежели водород с кислородом — то водород от малейшей искры загорается, ежели я ничего не путаю.
                • 0
                  Искры может и не оказаться…
                  • +1
                    Как её может не оказаться, когда там целый двигатель работающий? А то и не один.
                    • 0
                      Логично. Если речь о взрывах на старте, то действительно, до взрыва не дойдёт.
                      • 0
                        Так мы вроде как систему аварийного спасения космонавтов обсуждаем. Я вот как-то не встречал такого, чтобы ракета разваливалась с космонавтами на борту, но до зажигания.
              • +1
                Будет это считаться взрывом или нет, зависит от скорости горения компонентов топлива, впрочем это не принципиальный вопрос — намного важнее то, что ракете так или иначе хватает топлива (даже при неполном сгорании) чтобы нанести серьёзный ущерб стартовому столу.

                Второй Н-1, сохранявшей целостность до удара о землю, отсутствие оптимальной смеси не помешало разнести старт, и выбить стёкла в МИКе (монтажно-испытательном комплексе) в нескольких километрах от старта. Поэтому в первые моменты после старта алгоритм ракеты работает так, чтобы в случае аварии постараться увести её от старта, а лишь потом включается алгоритм «выход за допустимые границы параметров (авария) — отключение двигателей».
              • 0
                Когда ты сидишь на этом сверху, эта особенность, конечно, немного успокаивает, но система эвакуации успокаивает всё-равно лучше :)
                • 0
                  Фишка в скорости развития пожара. Впрочем, САС успевает сработать почти во всех мысленных случаях. Не помню цифры, но очень быстро развивающийся взрыв должен быть, чтобы не сработала.
                • 0
                  В общем случае бывает по-разному, но взрывы на старте достаточно частое дело, чтобы я написал с такой формулировкой.
                  Ну и как уже отметили, с точки зрения экипажа мало разницы, детонация там или же горение. Сваливать надо :)
                • +1
                  Совпадение, но вслед за этой статьей попалась старая новость о тестировании обнаружения фрагментов отделяющихся частей ракет-носителей. Пожалуй оставлю ссылку на видео www.youtube.com/watch?v=feDWory6GL0#t=198.
                • 0
                  Буквально недавно перечитал всего Чертока (за это — отдельное спасибо автору поста — я захотел его прочитать после пару постов на космическую тематику), но не помню у него этого эпизода с союзом т-10. Хотя то, что САС показала себя многократно и хорошо, я помню :)
                  • 0
                    А у него этого эпизода действительно нет в книге. Наверное, он не хотел расписывать подробно то, в чем непосредственно не участвовал.

                  Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.

                  Самое читаемое
                  Интересные публикации