Российские пилотируемые космические корабли

Российские пилотируемые космические корабли

Пилотируемый космический корабль предназначен для полетов в космическое пространство одного или нескольких человек и безопасного возвращения на Землю после исполнения задания.

При конструировании данного класса космических аппаратов одной из главных задач является создание безопасной, надёжной и точной системы возвращения экипажа на земную поверхность в виде бескрылого спускаемого аппарата (СА) или космоплана. Космоплан - орбитальный самолёт (ОС), воздушно-космический самолёт (ВКС) — это крылатый летательный аппарат самолетной схемы, выходящий или выводимый на орбиту искусственного спутника Земли посредством вертикального или горизонтального старта и возвращающийся с неё после выполнения целевых задач, совершая горизонтальную посадку на аэродром, активно используя при снижении подъемную силу планера. Сочетает в себе свойства как самолета, так и космического корабля.

Важной особенностью пилотируемого космического корабля является наличие системы аварийного спасения (САС) на начальном этапе выведения ракетой-носителем (РН).

Проекты советских и китайских космических кораблей первого поколения не имели полноценной ракетной САС — вместо неё, как правило, использовалось катапультирование кресел экипажа (космический корабль «Восход» не имел и этого). Крылатые космопланы также не оснащены специальной САС, а также могут иметь катапультируемые кресла экипажа. Также космический корабль обязательно должен быть оснащён системой жизнеобеспечения (СЖО) экипажа.

Создание пилотируемого космического корабля – задача высокой сложности и стоимости, поэтому их имеют только три страны: Россия, США и Китай. А многоразовые системы пилотируемых космических кораблей имеют только Россия и США.

Некоторые страны работают над созданием своих пилотируемых космических кораблей: Индия, Япония, Иран, КНДР, а также ESA (Европейское космическое агентство, созданное в 1975 г. в целях исследования космоса). ESA состоит из 15 постоянных членов, иногда, в некоторых проектах, к ним присоединяются Канада и Венгрия.

Космические корабли первого поколения

«Восток»

Космический корабль

Это серии советских космических кораблей, предназначенных для пилотируемых полётов по околоземной орбите. Создавались под руководством генерального конструктора ОКБ-1 Сергея Павловича Королёва с 1958 по 1963 год.

Первый пилотируемый полет космического корабля «Восток» с Ю.А. Гагариным на борту состоялся 12 апреля 1961 г., это был первый в мире космический аппарат, позволивший осуществить полёт человека в космос. Подробнее об этом читайте на нашем сайте: Юрий Алексеевич Гагарин – первый космонавт.

Основные научные задачи, стоявшие для корабля «Восток»: изучение воздействий условий орбитального полёта на состояние и работоспособность космонавта, отработка конструкции и систем, проверка основных принципов построения космических кораблей.

История создания

Весной 1957 г. С. П. Королёв в рамках своего ОКБ организовал специальный отдел № 9, предназначенный для проведения работ по созданию первых искусственных спутников Земли. Отдел возглавил соратник Королёва Михаил Клавдиевич Тихонравов. Вскоре, параллельно с разработкой искусственных спутников, в отделе начали выполняться исследования по вопросу создания пилотируемого корабля-спутника. Ракетой-носителем должна была стать королёвская «Р-7». Расчёты показывали, что она, оснащённая третьей ступенью, могла вывести на низкую околоземную орбиту груз массой около 5 тонн.

На ранней стадии разработки расчеты делали математики Академии наук. В частности, было отмечено, что результатом баллистического спуска с орбиты может стать десятикратная перегрузка.

С сентября 1957 по январь 1958 г. в отделе Тихонравова исследовались все условия осуществления задачи. Было обнаружено, что равновесная температура крылатого космического корабля, обладающего наивысшим аэродинамическим качеством, превышает возможности тепловой устойчивости доступных к тому времени сплавов, а использование крылатых вариантов конструкции приводило к снижению величины полезной нагрузки. Поэтому от рассмотрения крылатых вариантов отказались. Наиболее приемлемым способом возвращения человека было его катапультирование на высоте нескольких километров и дальнейший спуск на парашюте. Отдельное спасение спускаемого аппарата при этом можно было не проводить.

В ходе медицинских исследований, проведённых в апреле 1958 г., испытания лётчиков на центрифуге показали, что при определённом положении тела человек способен переносить перегрузки до 10 G без серьёзных последствий для своего здоровья. Поэтому выбрали сферическую форму спускаемого аппарата для первого пилотируемого корабля.

Сферическая форма спускаемого аппарата являлась простейшей и наиболее изученной симметричной формой, сфера обладает стабильными аэродинамическими свойствами при любых возможных скоростях и углах атаки. Смещение центра масс в кормовую часть сферического аппарата позволяло обеспечить его правильную ориентацию во время баллистического спуска.

Первый корабль «Восток-1К» отправился в автоматический полёт в мае 1960 г. Позже была создана и отработана модификация «Востк-3КА», полностью готовая к пилотируемым полётам.

Помимо одной аварии ракеты-носителя на старте, по программе было запущено шесть беспилотных аппаратов, а в дальнейшем ещё шесть пилотируемых космических кораблей.

На кораблях программы осуществлены первые в мире пилотируемый космический полёт («Восток-1»), суточный полёт («Восток-2»), групповые полёты двух кораблей («Восток-3» и «Восток-4») и полёт женщины-космонавта («Восток-6»).

Устройство космического корабля «Восток»

Система

Общая масса космического корабля - 4,73 тонны, длина - 4,4 м, максимальный диаметр - 2,43 м.

Корабль состоял из сферического спускаемого аппарата (массой 2,46 тонны и диаметром 2,3 м), также выполняющего функции орбитального отсека, и конического приборного отсека (массой 2,27 тонны и максимальным диаметром 2,43 м). Отсеки механически соединялись между собой при помощи металлических лент и пиротехнических замков. Корабль оснащался системами: автоматического и ручного управления, автоматической ориентации на Солнце, ручной ориентации на Землю, жизнеобеспечения (рассчитаной на поддержание внутренней атмосферы, близкой по своим параметрам к атмосфере Земли в течение 10 суток), командно-логического управления, электропитания, терморегулирования и приземления. Для обеспечения задач по работе человека в космическом пространстве корабль снабжался автономной и радиотелеметрической аппаратурой для контроля и регистрации параметров, характеризующих состояние космонавта, конструкции и систем, ультракоротковолновой и коротковолновой аппаратурой для двусторонней радиотелефонной связи космонавта с наземными станциями, командной радиолинией, программно-временным устройством, телевизионной системой с двумя передающими камерами для наблюдения за космонавтом с Земли, радиосистемой контроля параметров орбиты и пеленгации корабля, тормозной двигательной установкой ТДУ-1 и другими системами. Вес космического корабля вместе с последней ступенью ракеты-носителя составлял 6,17 тонны, а их длина в связке — 7,35 м.

Спускаемый аппарат имел два иллюминатора, один из которых размещался на входном люке, чуть выше головы космонавта, а другой, оснащённый специальной системой ориентации, в полу у его ног. Космонавт, одетый в скафандр, размещался в специальном катапультируемом кресле. На последнем этапе посадки, после торможения спускаемого аппарата в атмосфере, на высоте 7 км, космонавт катапультировался из кабины и совершал приземление на парашюте. Кроме того, была предусмотрена возможность приземления космонавта внутри спускаемого аппарата. Спускаемый аппарат имел собственный парашют, однако не был оснащён средствами выполнения мягкой посадки, что грозило оставшемуся в нём человеку серьёзным ушибом при совместном приземлении.

В случае отказа автоматических систем космонавт мог перейти на ручное управление. Корабли «Восток» не были приспособлены для полётов человека на Луну, а также не допускали возможности полёта людей, не прошедших специальной подготовки.

Пилоты космических кораблей «Восток»:

Космонавт

Корабль

Гагарин Юрий Алексеевич

«Восток-1»

Титов Герман Степанович

«Восток-2»

Николаев Андриян Григорьевич

«Восток-3»

Попович Павел Романович

«Восток-4»

Быковский Валерий Фёдорович

«Восток-5»

Терешкова Валентина Владимировна

«Восток-6»

«Восход»

Российские пилотируемые космические корабли

Это серия многоместных космических кораблей для полётов на околоземной орбите. Корабль фактически повторял корабли серии «Восток» и состоял из сферического спускаемого аппарата диаметром 2,3 метра, в котором размещались космонавты, и конического приборного отсека (массой 2,27 т., длиной 2,25 м и шириной 2,43 м.), в котором находились топливные баки и двигательная установка. Чтобы разместить в том же самом объёме не одного, а сразу трёх космонавтов, разработчики отказались от катапультного кресла, применяемого на «Востоках», когда при посадке космонавт покидал корабль ещё в воздухе и приземлялся на парашюте. Кроме того, в корабле «Восход-1» космонавты для экономии места располагались без скафандров. В первый космический экипаж входил и конструктор спускаемых аппаратов Константин Феоктистов. Подробнее о нем читайте на нашем сайте: Первый космический экипаж.

На освободившееся от катапультного кресла место устанавливались два или три обычных кресла. Поскольку теперь экипаж приземлялся в спускаемом аппарате, то для обеспечения мягкой посадки корабля помимо парашютной системы был установлен твердотопливный тормозной двигатель, срабатывавший непосредственно перед касанием земли от сигнала механического высотомера. На корабле «Восход-2», предназначенном для выхода в открытый космос, оба космонавта были одеты в скафандры «Беркут». Дополнительно была установлена надуваемая шлюзовая камера, которая сбрасывалась после использования.

Космические корабли «Восход» выводились на орбиту ракетой-носителем «Восход», также разработанной на базе РН «Восток». Но система носителя и корабля «Восход» в первые минуты после запуска не имела средств спасения при аварии.

По программе «Восход» были совершены следующие полёты:

«Космос-47» — 6 октября 1964 г. Беспилотный испытательный полёт для отработки и тестирования корабля.

«Восход-1» — 12 октября 1964 г. Первый космический полёт более чем с одним человеком на борту. Состав экипажа — космонавт-пилот Комаров, конструктор Феоктистов и врач Егоров.

Российские пилотируемые космические корабли

«Космос-57» — 22 февраля 1965 г. Беспилотный испытательный полёт для отработки корабля для выхода в космос, завершился неудачей (подорван системой самоуничтожения из-за ошибки командной системы).

«Космос-59» — 7 марта 1965 г. Беспилотный испытательный полёт аппарата другой серии («Зенит-4») с установленным шлюзом корабля «Восход» для выхода в космос.

«Восход-2» — 18 марта 1965 г. Первый выход в открытый космос. Состав экипажа — космонавт-пилот Беляев и космонавт-испытатель Леонов.

«Космос-110» — 22 февраля 1966 г. Испытательный полёт для проверки работы бортовых систем при длительном орбитальном полёте, на борту были две собаки — Ветерок и Уголёк, полёт продолжался 22 дня.

Космические корабли второго поколения

«Союз»

Серия многоместных космических кораблей для полетов по околоземной орбите. Разработчик и изготовитель корабля — РКК «Энергия» (Ракетно-космическая корпорация «Эне́ргия» имени С. П. Королёва. Головная организация корпорации находится в городе Королёве, филиал — на космодроме Байконур). Как единая организационная структура возникла в 1974 г. под руководством Валентина Глушко.

История создания

Ракетно-космический комплекс «Союз» начал проектироваться в 1962 г. в ОКБ-1 как корабль советской программы для облёта Луны. Сначала предполагалось, что к Луне по программе «А» должна была отправиться связка из космического корабля и разгонных блоков 7К, 9К, 11К. В дальнейшем проект «А» был закрыт в пользу отдельных проектов облёта Луны с использованием корабля «Зонд»/7К-Л1 и высадки на Луне с использованием комплекса Л3 в составе орбитального корабля-модуля 7К-ЛОК и посадочного корабля-модуля ЛК. Параллельно лунным программам на базе того же 7К и закрытого проекта околоземного корабля «Север» начали делать 7К-ОК — многоцелевой трехместный орбитальный корабль (ОК), предназначенный для отработки операций маневрирования и стыковки на околоземной орбите, для проведения различных экспериментов, в том числе по переходу космонавтов из корабля в корабль через открытый космос.

3-местный

Испытания 7К-ОК начались в 1966 г. После отказа от программы полётов на кораблях «Восход» (с уничтожением задела трёх из четырёх готовых кораблей «Восход») конструкторы корабля «Союз» потеряли возможность отработать на нём решения для своей программы. Наступил двухгодичный перерыв в пилотируемых запусках в СССР, во время которого американцы активно осваивали космическое пространство. Первые три беспилотных пуска кораблей «Союз» оказались полностью либо частично неудачными, были обнаружены серьёзные ошибки в конструкции корабля. Однако четвёртый пуск был предпринят пилотируемым («Союз-1» с В. Комаровым), который оказался трагическим — космонавт погиб при спуске на Землю. После аварии «Союза-1» конструкция корабля была полностью переработана для возобновления пилотируемых полётов (было выполнено 6 беспилотных пусков), и в 1967 г. состоялась первая, в целом удачная, автоматическая стыковка двух «Союзов» («Космос-186» и«Космос-188»), в 1968 г. были возобновлены пилотируемые полёты, в 1969 г. состоялись первая стыковка двух пилотируемых кораблей и групповой полёт трёх кораблей сразу, а в 1970 г. — автономный полет рекордной длительности (17,8 суток). Первые шесть кораблей «Союз» и («Союз-9») были кораблями серии 7К-ОК. Также готовился к полётам вариант корабля «Союз-Контакт» для отработки систем стыковки кораблей-модулей 7К-ЛОК и ЛК лунного экспедиционного комплекса Л3. В связи с недоведением лунно-посадочной программы Л3 до стадии пилотируемых полётов, необходимость полётов Союза-Контакта отпала.

Российские пилотируемые космические корабли

В 1969 г. началась работа над созданием долговременной орбитальной станции (ДОС) «Салют». Для доставки экипажа был спроектирован корабль 7КТ-ОК (Т — транспортный). Новый корабль отличался от предыдущих наличием стыковочного узла новой конструкции с внутренним люком-лазом и дополнительными системами связи на борту. Третий корабль этого типа («Союз-10») не выполнил поставленную перед ним задачу. Стыковка со станцией была осуществлена, но в результате повреждения стыковочного узла люк корабля был заблокирован, что сделало невозможным переход экипажа на станцию. Во время четвёртого полёта корабля этого типа («Союз-11») из-за разгерметизации на участке спуска погибли Г. Добровольский, В. Волков и В. Пацаев, так как они были без скафандров. После аварии «Союза-11» от развития 7К-ОК/7КТ-ОК отказались, корабль был переделан (внесены изменения в компоновку СА для размещения космонавтов в скафандрах). Из-за возросшей массы систем жизнеобеспечения новый вариант корабля 7К-Т стал двухместным, лишился солнечных батарей. Этот корабль стал «рабочей лошадкой» советской космонавтики 1970-х: 29 экспедиций на станции «Салют» и«Алмаз». Версия корабля 7К-ТМ (М — модифицированный) использовалась в совместном полёте с американским «Аполлоном» по программе ЭПАС. Четыре корабля «Союз», официально стартовавшие после аварии «Союза-11», имели в своей конструкции солнечные батареи различных типов, однако это были другие версии корабля «Союз» — 7К-ТМ («Союз-16», «Союз-19»), 7К-МФ6 («Союз-22») и модификация 7К-Т — 7К-Т-АФ без стыковочного узла («Союз-13»).

С 1968 г. были модифицированы и произведены космические корабли серии «Союз» 7К-С. 7К-С дорабатывался в течение 10 лет и к 1979 году стал кораблём 7К-СТ «Союз Т», причём в небольшой переходный период космонавты летали одновременно на новом 7К-СТ и устаревшем 7К-Т.

Дальнейшая эволюция систем корабля 7К-СТ привела к модификации 7К-СТМ «Союз ТМ»: новая двигательная установка, улучшенная парашютная система, система сближения и т. д. Первый полёт «Союз ТМ» был совершён 21 мая 1986 г. к станции «Мир», последний «Союз ТМ-34» — в 2002 г. к МКС.

В настоящее время эксплуатируется модификация корабля 7К-СТМА «Союз ТМА» (А — антропометрический). Корабль по требованиям NASA был доработан применительно к полётам на «МКС». На нём могут работать космонавты, которые не смогли бы поместиться в «Союз ТМ» по росту. Пульт космонавтов был заменён на новый, с современной элементной базой, улучшена парашютная система, уменьшена теплозащита. Последний запуск корабля данной модификации «Союз ТМА-22» состоялся 14 ноября 2011 г.

Кроме «Союз ТМА», сегодня для полётов в космос используются корабли новой серии 7К-СТМА-М «Союз ТМА-М» («Союз ТМАЦ») (Ц — цифровой).

Устройство

Корабли этой серии состоят из трёх модулей: приборно-агрегатного отсека (ПАО), спускаемого аппарата (СА), бытового отсека (БО).

Спускаемый аппарат

В ПАО находится комбинированная двигательная установка, топливо для неё, служебные системы. Длина отсека 2,26 м, основной диаметр 2,15 м. Двигательная установка состоит из 28 ДПО (двигатели причаливания и ориентации) по 14 на каждом коллекторе, а также сближающе-корректирующего двигателя (СКД). СКД предназначен для орбитального маневрирования и схода с орбиты.

Система энергоснабжения состоит из солнечных батарей и аккумуляторов.

В спускаемом аппарате находятся места для космонавтов, системы жизнеобеспечения, управления, парашютная система. Длина отсека 2,24 м, диаметр 2,2 м. Бытовой отсек имеет длину 3,4 м, диаметр 2,25 м. Он оснащен стыковочным узлом и системой сближения. В герметичном объёме БО располагаются грузы для станции, иная полезная нагрузка, ряд систем жизнеобеспечения, в частности туалет. Через посадочный люк на боковой поверхности БО космонавты входят в корабль на стартовой позиции космодрома. БО может быть использован при шлюзовании в открытый космос в скафандрах типа «Орлан» через посадочный люк.

Российские пилотируемые космические корабли

Новая модернизированная версия «Союз ТМА-МС»

Обновление затронет практически каждую систему пилотируемого корабля. Основные пункты программы модернизации космического корабля:

  • энергоотдача солнечных батарей, будет повышена за счёт применения более эффективных фотоэлектрических преобразователей;
  • надёжность сближения и стыковки корабля с космической станцией за счёт изменения установки двигателей причаливания и ориентации. Новая схема этих двигателей позволит выполнить сближение и стыковку даже в случае отказа одного из двигателей и обеспечить спуск пилотируемого корабля при любых двух отказах двигателей;
  • новая система связи и пеленгации, которая позволит помимо улучшения качества радиосвязи, облегчить поиск спускаемого аппарата, приземлившегося в любой точке Земного шара.

На модернизированном «Союз ТМА-МС» будут установлены датчики системы ГЛОНАСС. На этапе парашютирования и после посадки спускаемого аппарата его координаты, полученные по данным ГЛОНАСС/GPS, будут передаваться по спутниковой системе Коспас-Сарсат в ЦУП.

Старт

«Союз ТМА-МС» станет последней модификацией «Союза». Корабль будет использоваться для пилотируемых полётов до тех пор, пока на смену ему не придёт корабль нового поколения. Но это уже совсем другая история…