Текст уведомления здесь

«Запаска» для космонавтов

Как выглядят различные сценарии аварийного спасения экипажа космического корабля

11 октября 2018-го при запуске ракеты-носителя «Союз-ФГ» с пилотируемым кораблем «Союз МС-10» произошла авария. Корабль отделился и совершил посадку неподалеку от казахстанского Жезказгана; экипаж, по сообщениям на момент подготовки материала, находится «в удовлетворительном состоянии». О том, как происходит спасение экипажа космических кораблей в разных обстоятельствах, читайте в материале «Чердака».
Добавить в закладки
Комментарии

Космический корабль, пожалуй, самое сложное транспортное средство в истории человечества. Он движется на очень высоких скоростях, испытывает очень большие аэродинамические нагрузки. Стартует он на ракете, а это баки с топливом и окислителем, рядом с которыми расположены камеры сгорания (давление изнутри 60 атмосфер, температура около трех тысяч градусов), трубопроводы под давлением (около ста атмосфер, если говорить о двигателях первой ступени «Союза-ФГ») и турбины, делающие десятки тысяч оборотов в минуту. Кроме того, баки с окислителем могут иметь особо низкую температуру из-за жидкого кислорода внутри — при такой температуре все материалы становятся хрупкими.

Вариант «выпрыгнуть с парашютом» или даже «катапультироваться» в случае с космическим кораблем во время полета не работает: на начальном этапе не получится убраться на безопасное расстояние от первой ступени (которая может и взорваться), а далее, при полете сквозь атмосферу, покинуть корабль не дадут аэродинамические силы, то есть сверхзвуковой поток воздуха. При аварии в космосе все еще хуже, поскольку возвращение на Землю потребует прохождения через атмосферу уже с гиперзвуковыми скоростями, и любой объект без специальной теплозащиты просто сгорит из-за нагрева сжимаемого им перед собой воздуха. В разных ситуациях космонавты сталкиваются с разными рисками, и потому решения, которые найдены конструкторами, тоже различаются между собой.

В этот текст вносились правки: В оригинальной версии текста мы утверждали, что спасение экипажа «Союза» произошло при участии системы САС. Это не так, в действительности система аварийного спасения была отстрелена незадолго до аварии и «Союз» покинул ракету самостоятельно.

Сценарий первый: авария на старте

Ранее САС (система аварийного спасения) спасла другой экипаж: в сентябре 1983 года, за 48 секунд до старта, загорелась ракета-носитель «Союз-У», которая должна была вывести на орбиту пилотируемый корабль «Союз Т-10−1». Из-за отказа клапана перед самым стартом прекратилась подачи смазки в уже запущенный турбонасосный агрегат, тот быстро перегрелся и вспыхнул. Следом произошел взрыв, разрушивший значительную часть первой ступени, пламя охватило всю стартовую площадку. Увидев это, с пульта управления подали команду на старт САС.

САС включила собственные двигатели, подняла «Союз Т-10-А» в воздух на высоту немногим менее километра, и далее корабль опустился вниз на своих собственных парашютах. Посадка произошла в четырех километрах от старта, и этого было вполне достаточно даже при взрыве всего топлива: на таком расстоянии взрывная волна уже не могла причинить серьезного ущерба.

Система аварийного спасения — и та, что ставится на «Союзах», и та, которую использовали американские пилотируемые «Аполлоны», и даже используемая сейчас китайскими «Шэньчжоу» — представляет собой небольшую дополнительную ракету. Она ставится поверх космического корабля и хорошо заметна на фотографиях готового к старту «Союза».

«Союз» (космический корабль) на «Союзе» (ракете-носителе). Корабль закрыт обтекателем (белая часть с надписью «Союз-ТМА»), а «шпиль» над ним и есть САС, на снимке хорошо видны сопла ее двигателей. Квадратные конструкции по бокам обтекателя — решетчатые рули, используемые как раз при аварийном полете. Фото: Flickr / Carla Cioffi
«Союз» (космический корабль) на «Союзе» (ракете-носителе). Корабль закрыт обтекателем (белая часть с надписью «Союз-ТМА»), а «шпиль» над ним и есть САС, на снимке хорошо видны сопла ее двигателей. Квадратные конструкции по бокам обтекателя — решетчатые рули, используемые как раз при аварийном полете. Фото: Flickr / Carla Cioffi

Владимир Титов и Геннадий Стрекалов в 1983 году не получили серьезных травм и перенесли аварию без последствий для здоровья, но в целом полет на связке САС+корабль следует признать экстремальным. Аварийный увод космического корабля от места, где вот-вот может произойти взрыв, осуществляется с перегрузками свыше 10g, и сами космонавты спуском не управляют — пуск САС осуществляют операторы на старте.

САС в действии. Снимок сделан во время испытаний для американской программы «Аполлон», но общий принцип везде тот же. Четыре двигателя направлены немного под углом (чтобы не прожечь спасаемый корабль), и их тяга достаточна для выведения корабля на ту высоту, где можно безопасно раскрыть штатный парашют. Пламя сверху создается дополнительным двигателем, который разворачивает корабль и САС в нужном направлении. Снимок: NASA.
САС в действии. Снимок сделан во время испытаний для американской программы «Аполлон», но общий принцип везде тот же. Четыре двигателя направлены немного под углом (чтобы не прожечь спасаемый корабль), и их тяга достаточна для выведения корабля на ту высоту, где можно безопасно раскрыть штатный парашют. Пламя сверху создается дополнительным двигателем, который разворачивает корабль и САС в нужном направлении. Снимок: NASA.

Сценарий второй: авария в начале полета

Если ракета уже набрала скорость и сбросила первую ступень, то САС отстреливается и в случае аварии корабль покидает ракету за счёт своих собственных двигателей. Это произошло сегодня: после того, как на 123-й секунде полета аварийно отключились двигатели второй ступени. Причина этого отключения пока неясна (одна из гипотез заключается в несвоевременном разделении четырёх блоков первой ступеней: один мог ударить по второй ступени), однако для системы управления детали не столь важны — если вторая ступень прекратила работу и падает, корабль однозначно пора спасать.

Как только «Союз МС-10» оказался на безопасном расстоянии от второй ступени, он начал самостоятельный спуск.

«Союз» в штатном полете. Шар слева — это бытовой отсек, где космонавты находятся во время полета на орбите. Белая часть с солнечными батареями справа — приборно-аппаратный отсек, в середине (там, где смотрящий вверх иллюминатор) — спускаемый аппарат, СА. Именно в СА экипаж находится при спуске и старте, там установлены индивидуально подогнанные ложементы («космические кресла»), и именно эту часть САС вытаскивает в сторону, жертвуя приборно-аппаратным отсеком.
«Союз» в штатном полете. Шар слева — это бытовой отсек, где космонавты находятся во время полета на орбите. Белая часть с солнечными батареями справа — приборно-аппаратный отсек, в середине (там, где смотрящий вверх иллюминатор) — спускаемый аппарат, СА. Именно в СА экипаж находится при спуске и старте, там установлены индивидуально подогнанные ложементы («космические кресла»), и именно эту часть САС вытаскивает в сторону, жертвуя приборно-аппаратным отсеком.

На большой скорости парашюты нельзя открывать сразу, поэтому спускаемый аппарат сначала находился в свободном падении, затем выпустил небольшой вытяжной парашют, потом еще один, тот потянул тормозной — и лишь затем вышел и раскрылся главный парашютный купол, который и отвечает за плавный спуск капсулы с космонавтами. Правда, перед самым касанием поверхности скорость корабля всегда гасится при помощи ДУМП — двигательной установки мягкой посадки; именно толчок ДУМП сообщает космонавтам об успешном окончании полета.

Система аварийного спасения сопровождает корабль практически на всём протяжении полета первой ступени, а далее отстреливается и падает на Землю. САС, как и отработавшие ступени, оказывается изделием одноразовым, хотя и весьма недешевым. Оставшийся без САС, но уже достигший космоса «Союз» может вернуться в штатном режиме. В 1975 году при полете «Союза 18-А» с Василием Лазаревым и Олегом Макаровым произошло именно это: от ракеты не отделилась отработанная вторая ступень, поэтому космический корабль совершил аварийную посадку в горах Алтая. Кстати, основные неприятности ждали экипаж уже внизу: 5 апреля в горной местности все было засыпано снегом, температура была около -7 градусов и спускаемый аппарат чуть не скатился с обрыва — спас зацепившийся за дерево парашют. Именно на случай посадки в заснеженной тайге, горах или даже на поверхность водоема космонавты проходят курсы по выживанию в экстремальных условиях, где учат разжигать костер и грамотно вести себя при встрече с голодным медведем.

Сценарий третий: авария при возвращении

За всю историю мировой космонавтики случаев гибели людей именно в космосе не было. А вот при возвращении, увы, произошло три катастрофы. Владимир Комаров погиб из-за не вышедшего наружу из корабля парашюта на «Союзе-1» в 1967 году, экипаж Волков — Добровольский — Пацаев погиб при разгерметизации «Союза-11» в 1974-м, а в 2003 году пробитая теплозащитная плитка стала причиной разрушения шаттла «Колумбия» с семью астронавтами на борту.

На случай отказа парашютной системы «Союзы» оснащаются запасными парашютами, а от разгерметизации призваны спасти скафандры, которые надеваются на время полета: даже если начнется утечка воздуха, экипаж не пострадает. Проблема же защиты корабля от тепловых и аэродинамических нагрузок решена конструкторами просто: спускаемый аппарат покрыт снаружи слоем пластика, который обгорает при нагреве. Это достаточно страшно выглядит при наблюдении изнутри (вокруг корабля полыхает пламя), но продукты сгорания и тонкий плазменный слой эффективно спасают капсулу от перегрева. Такое решение, конечно, не годится для многоразовых аппаратов (или как минимум требует радикального обновления между полетами), однако оно доказало свою надежность еще со времен Гагарина.

Спускаемый аппарат после возвращения: черный нагар остался от сгоревшей абляционной защиты. Фото: Stanislav Kozlovskiy / Wikimedia.
Спускаемый аппарат после возвращения: черный нагар остался от сгоревшей абляционной защиты. Фото: Stanislav Kozlovskiy / Wikimedia.

Что дальше?

Решения, найденные еще на заре космонавтики, продолжают работать и сегодня. Но в ряде случаев они оказываются непригодны: скажем, отдельную САС проблематично взять с собой на Марс или Луну, а абляционная защита исключает многоразовое использование.

Одно из альтернативных решений, уже испытанное в наземных тестах, но пока не использованное в реальных пилотируемых полетах, это применение для аварийного ухода от ракеты собственных двигателей космического корабля. Строящийся сейчас компанией SpaceX Dragon при аварии будет самостоятельно улетать в сторону, также сбрасывать аппаратный отсек и приземляться на парашютах.

В марте 2019 года эту же систему планируется испытать в наиболее экстремальном варианте, то есть с отделением корабля от ракеты в момент наибольших аэродинамических нагрузок, и, возможно, со временем такая схема станет новым стандартом. Но пока инженеры по всему миру обеспечивают безопасность экипажа все теми же небольшими дополнительными ракетами поверх пилотируемого корабля.

Добавить в закладки
Комментарии
Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Смертоносные лучи, спасающие жизни

В «день рождения» рентгена «Чердак» рассказывает, как Х-лучи изменили наш мир

123 лет назад Вильгельм Конрад Рентген открыл знаменитые Х-лучи, они же рентгеновское излучение. Все мы много раз слышали, как важно это открытие, но мало кто знает, как на самом деле используется рентген в обычной жизни. «Чердак» подробно объясняет, как удивительные лучи преобразили мир.
Добавить в закладки
Комментарии

Таинственный свет 8 ноября 1895 года в лаборатории Вильгельма Конрада Рентгена, руководителя физического института Университета Вюрцбурга, вечером оставался лишь сам Рентген. В лаборатории было темно. Исследователь включил катодную трубку, обклеенную со всех сторон темной бумагой, и внезапно на столе засветился экран, покрытый кристаллами цианоплатината бария. Рентген выключили трубку — свечение исчезло. Снова включил — опять появилось. Физик сделал вывод: из трубки исходит невидимое излучение, которое, тем не менее, вызывает свечение кристаллов и, как позже выяснилось, засвечивает фотопластинку. Рентген назвал излучение Х-лучами, а позже их переименовали в рентгеновские. Исследования показали, что лучи — это электромагнитное излучение с очень большой энергией, больше, чем, например, у ультрафиолета.

Вильгельм Конрад Рентген был весьма представительным мужчиной
[ ... ]
Читать полностью

Сообразили на троих

Трое человек сыграли в «Тетрис» при помощи интерфейса «мозг-мозг». Так мы научились уже передавать мысли без помощи слов или нет?

В конце сентября на сайте препринтов научных статей arXiv появилась статья ученых из университетов Вашингтона и Карнеги-Меллон, которые создали «первый мультиперсональный неинвазивный интерфейс „мозг-мозг“ для совместного решения проблем» — они объединили мозги трех людей в сеть, и те смогли силой мысли сыграть в «Тетрис». «Чердак» рассказывает, в чем заключается техническое достижение исследователей, и разбирается, можно ли считать, что мы научились передавать друг другу мысли напрямую.
Добавить в закладки
Комментарии

Нынешние интерфейсы «мозг-мозг» — союз технологий нейровизуализации и нейростимуляции. Суть идеи в том, чтобы передавать информацию от мозга одного человека к мозгу другого напрямую, минуя речь. Такой интерфейс считывает нейронные сигналы из мозга отправителя, преобразовывает в цифровой формат и передает получателю, где те снова «переводятся» в активацию нейронов (так что можно говорить, что «мозг-мозг» раскладывается на «мозг-компьютер» и «компьютер-мозг»).

Для этого ученые используют две давно и хорошо изученные технологии — электроэнцефалографию (ЭЭГ), с помощью которой с поверхности головы записывается электрическая активность мозга, и транскраниальную магнитную стимуляцию (ТМС), при которой кору головного мозга неинвазивно стимулируют короткими магнитными импульсами.

Снятие ЭЭГ выглядит, например, вот так. Фото: Baburov / wikimedia commons / CC BY-SA 4.0
Снятие ЭЭГ выглядит, например, вот так. Фото: Baburov / wikimedia commons / CC BY-SA 4.0

Инструментально схема такая: ЭЭГ измеряет электрическую активность мозга через электроды, закрепленные на голове. Сегодня ученым уже известны некоторые паттерны активности мозга и то, какие именно переживания с ними коррелируют. К примеру, наблюдение за вспышками света с частотой 15 герц заставляет затылочную кору мозга наблюдателя испускать сильный электрический сигнал на той же частоте. Если переключить внимание на световые вспышки на частоте 17 герц, изменится и частота сигналов, которые фиксируются с помощью ЭЭГ. [ ... ]

Читать полностью

Глядя в небо

Фоторепортаж о том, как создают стекло для телескопов

Оптическое стекло занимает важную нишу в производстве стекол. Без изделий, в которых применяется оптическое стекло, не обходится практически ни одно производство. Телевизионная аппаратура, фотоаппаратура, компьютерная техника и, конечно, телескопы — везде используются элементы с применением оптического стекла.
Добавить в закладки
Комментарии
Фото: Евгений Пелевин / Chrdk.

Фото: Евгений Пелевин / Chrdk.

В отличие от обычного стекла, которое широко применяется в строительстве и в быту, оптическое стекло обладает рядом специфических требований по качеству — высокое пропускание и отсутствие каких-либо посторонних включений, которые могут повлиять на качество изображения.

Фото: Евгений Пелевин / Chrdk.

Фото: Евгений Пелевин / Chrdk.

Процесс производства стекла начинается еще на месторождениях, где добываются исходные материалы для его изготовления. В производстве оптического стекла используется жильный кварц: он проходит переработку и из него получают либо кварцевую крупку, либо кварцевую муку. [ ... ]

Читать полностью