Спасение «Союза»

Модераторы: morozov, mike@in-russia, Editor

Ответить
Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30870
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Спасение «Союза»

Номер сообщения:#1   morozov » Ср окт 24, 2018 9:54

Изображение

Home » Исследования » Спасение «Союза»
Космос
Спасение «Союза»

23.10.2018 № 265 c.1–2 Александр Хохлов Исследования

Изображение
Ракета «Союз-ФГ». Фото NASA/Bill Ingalls

Изображение
Александр Хохлов

11 октября в 11:40 мск с космодрома Байконур стартовала ракета-носитель «Союз-ФГ» (АО «РКЦ Прогресс») с кораблем «Союз МС-10» (ПАО «РКК „Энергия“»), на борту которого находились космонавт Роскосмоса Алексей Овчинин и астронавт NASA Ник Хейг (основная экспедиция МКС-57/58). Отсутствие третьего члена экипажа было связано с решением Роскосмоса сократить российский экипаж МКС с трех до двух человек до момента стыковки со станцией Многофункционального лабораторного модуля «Наука» [1].
Изображение
Фото NASA/Bill Ingalls

Примерно на 123-й секунде полета во время отделения боковых ускорителей первой ступени произошла нештатная ситуация. В прямой трансляции NASA это выглядело как задымление ракеты и отсутствие ровного Креста Королёва (расходящиеся с закруткой четыре боковушки), экипаж непривычно сильно встряхнуло, фоном было слышно, как пищит морзянка — АН (авария носителя) — и видеокартинка с корабля пропала. Затем несколько минут шла анимация от Роскосмоса о штатном отделении второй ступени и работе третьей ступени, эти же сообщения появились в социальных сетях госкорпорации (потом их потерли). Еще через несколько секунд канал NASA TV переключился на картинку из ЦУПа в Хьюстоне, где специалисты беспокойно смотрели на мониторы…

Изображение

По основной версии один из блоков первой ступени при отделении мог зацепить центральный блок ракеты (вторую ступень). В результате вторая ступень потеряла ориентацию, сработало аварийное выключение двигателей второй ступени. Так как штанга системы аварийного спасения (САС) буквально за секунды до этого отстрелилась, то сработала нижняя часть САС, и верхняя часть головного обтекателя с бытовым отсеком и спускаемым аппаратом была отделена от ракеты и недолго находилась в свободном суборбитальном полете. Командир корабля Алексей Овчинин сообщил по радиосвязи, что они ощущают невесомость и головной обтекатель уже отделился. По указанию с Земли Алексей выдал команду БС (баллистический спуск) в 11:45:30 (308-я секунда полета). Спускаемый аппарат совершил посадку приблизительно в 20 км от города Жезказган. Первыми на место приземления с самолета парашютировались три спасателя, которые и открыли люк СА и извлекли экипаж. Прибывшие затем вертолеты доставили Алексея Овчинина и Ника Хейга в аэропорт Жезказгана, откуда они отправились на самолете обратно на Байконур, а 12 октября в Звёздный городок под Москвой [2].

Действие САС различно на трех участках полета:

На первом участке в случае аварии ракеты на стартовом столе или в первые секунды полета увод части корабля (бытового отсека — БО — и спускаемого аппарата — СА) от ракеты производится с помощью твердотопливных двигателей, установленных на штанге САС. Подобный вариант был 26 сентября 1983 года при подготовке старта корабля «Союз-Т», в котором находились В. Г. Титов и Г. М. Стрекалов, когда прямо на стартовой площадке начался пожар в двигателе ракеты. Решение о включении САС приняли руководитель пуска и технический руководитель по ракете-носителю.
На втором участке, когда отходят боковые ускорители и отстреливается штанга САС, увод БО и СА корабля производится второй частью САС, твердотопливными двигателями, установленными в верхней части головного обтекателя. Этот вариант уже был 5 апреля 1975 года при выведении корабля «Союз-18», который пилотировали космонавты В. Г. Лазарев и О. Г. Макаров. На 288-й секунде полета не отделилась вторая ступень. И на 294-й секунде полета от автоматики поступила команда «Авария», по которой произошло разделение спускаемого аппарата и приборно-агрегатного отсека и включились два двигателя головного обтекателя. Через 0,32 с включилась вторая группа ракетных двигателей головного обтекателя, чтобы увести бытовой отсек и спускаемый аппарат с траектории аварийной ракеты-носителя. Затем по штатной программе ввелась парашютная система [3].
На третьем участке, при работе третьей ступени ракеты, корабль уже без обтекателя отстреливается целиком от ракеты и производится разделение отсеков «Союза» по штатной схеме. СА приземляется в режиме баллистического спуска.

В несостоявшийся полет Алексей Овчинин и Ник Хейг отправились с помощью одной из последних ракет-носителей «Союз-ФГ» (с аналоговой системой управления, изготавливаемой в Украине), до этого считавшейся очень надежной (ни одной аварии за 64 пуска с начала эксплуатации). Осталось всего пять пусков в течение 2018−2019 годов.

На смену для пилотируемых полетов идет (проходит сертификацию) модернизированная ракета-носитель «Союз-2.1а» с цифровой системой управления (производство НПО автоматики в Екатеринбурге). С начала 2020 года для пусков по программе МКС будет использоваться только она.

На ракетах «Союз-2.1а» к МКС уже стартовали грузовые космические корабли «Прогресс», а первый полет с кораблем «Союз МС-14» будет беспилотным. Запуск корабля планируется в августе 2019 года для отработки совместного полета с новой ракетой. Специалистам необходимо протестировать взаимодействие системы аварийного спасения корабля «Союз» с ракетой «Союз-2.1а», так как на «Прогрессах» САС не используется.

Обратно Алексей Овчинин и Ник Хейг вернулись бы в апреле 2019 года, и с ними — первый астронавт ОАЭ — либо Хазаа аль-Мансури, либо Султан ан-Нияди (сейчас они проходят подготовку в ЦПК, и один из них полетит на станцию, а второй будет дублером). Контракт на полет между Роскосмосом и космическим агентством ОАЭ был подписан прямо перед аварийным стартом «Союза МС-10». Теперь полет на МКС состоится в другом экипаже и, вероятно, позже.

В бытовом отсеке корабля на станцию должен был быть доставлен прибор «Орган.Авт» для эксперимента «Магнитный 3D-биопринтер» [4]. Это был бы пилотный коммерческий эксперимент российской компании 3D Bioprinting Solutions, открывающий новую программу коммерциализации российского сегмента МКС. К сожалению, биопринтер разбился при свободном падении БО на Землю. Сейчас рассматривается возможность доставки в космос тренировочного экземпляра прибора «Орган.Авт».

Старты ракет-носителей «Союз» временно приостановлены до решения государственной комиссии. На борту МКС работают три члена экипажа: Александр Герст (Германия), Серена Ауньон-Чэнселлор (США) и Сергей Прокопьев (Россия). Именно в их корабле «Союз МС-9» была обнаружена негерметичность в БО [5]. Теперь им предстоит немного задержаться на станции, пока не прибудет экипаж корабля «Союз МС-11».
Изображение
Несомненно, что буквально перед своим двадцатилетием программа МКС оказалась под угрозой, NASA даже рассматривает вариант временной консервации станции для беспилотного полета. Но есть надежда, что государственная комиссия быстро разберется с причиной аварии и пуски к МКС в скором времени возобновятся. В этом случае основным ущербом, кроме репутационного для Роскосмоса, будет некоторое снижение количества выполненных на борту станции экспериментов.

Уже известно, что основной версией аварии стала механическая неполадка, допущенная в ходе стыковки боковых блоков ко второй ступени ракеты в монтажно-испытательном корпусе на космодроме Байконур. Есть в этой ситуации и «положительный момент»: в полевых условиях была проверена система аварийного спасения корабля «Союз МС» и работа поисково-спасательных служб.

Интересно, что по непубличному указу президента (от 2012 года) в 2018 году планировался пилотируемый пуск с космодрома Восточный, курировал его подготовку тогда заместитель председателя правительства Дмитрий Рогозин. Одной из причин отказа от такого пуска стала неготовность Роскосмоса и поисково-спасательных служб к эвакуации космонавтов из акватории Тихого океана, над которой частично пролегала бы трасса полета.

С 2009 года все основные экипажи МКС доставляются на станцию только на российских пилотируемых кораблях (и с 2011-го, после закрытия программы Space Shuttle, — все люди вообще). Первые тестовые полеты новых американских кораблей Dragon 2 и Starliner, которые существенно повысят устойчивость программы МКС, планируются в 2019 году [6].

Александр Хохлов,
популяризатор космонавтики, член Северо-Западной
организации Федерации космонавтики РФ

1. Хохлов А. Пилотируемая программа МКС: грядут изменения? // ТрВ-Наука, № 211 от 23 августа 2016 года.
2. youtu.be/XUcDE5j5IfA
3. Батурин Ю. Властелины бесконечности. Космонавт о профессии и судьбе. — М.: Альпина Паблишер, 2018.
4. bioprinting.ru/press-center/publications/body-ed-is-ready-to-send-to-the-iss/
5. Хохлов А. Космическая утечка // ТрВ-Наука, № 262 от 11 сентября 2018 года.
6. kosmolenta.com/index.php/1304−2018−10−05-ccdev
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Аватара пользователя
morozov
Сообщения: 30870
Зарегистрирован: Вт май 17, 2005 18:44
Откуда: с Уралу
Контактная информация:

Re: Спасение «Союза»

Номер сообщения:#2   morozov » Вт окт 30, 2018 10:05

Космос
Система аварийного спасения: краткий исторический очерк

23.10.2018 № 265 c.3 Антон Первушин Страницы истории Комментариев нет 2992 просм., 143 — за сегодня Распечатать статью Распечатать статью

Авария ракеты «Союз-ФГ» на активном участке траектории выявила не только уязвимые места современных отечественных технологий, но и продемонстрировала эффективность конструкторских решений, принятых в части создания систем аварийного спасения (название принято сокращать до САС). Их история полна драматизма и может послужить хорошим уроком проектантам перспективных космических кораблей.

Идея отделения головного блока ракеты с целью спасения оборудования или эвакуации пилота появилась на заре практического ракетостроения, однако реализована была только после войны. В 1945 году инженеры Михаил Тихонравов и Николай Чернышёв предложили превратить трофейную немецкую ракету А-4 (V-2) в пилотируемый вариант под названием ВР-190 («Победа»). Для этого ее собирались снабдить герметичной кабиной в форме «фары» на двух испытателей, отделяемой на вершине баллистической траектории подрывом соединительных пироболтов и спускающейся вниз на парашюте; в момент приземления под кабиной срабатывал двигатель мягкой посадки.

Проект «ВР-190» не был реализован, однако сама идея пригодилась, когда на полигоне Капустин Яр начались испытательные запуски баллистических ракет Р-1, построенных по образцу А-4. Главный конструктор Сергей Королёв высказал свои соображения по теме в апреле 1947 года на первом пленарном заседании ученого совета НИИ-88, а уже в мае сформулировал техническое предложение по доработке Р-1 в вариант Р-1А с отделяемым головным блоком. На реализацию идеи ушел целый год, первый испытательный старт Р-1А состоялся 7 мая 1949 года. В дальнейшем ракету и ее модификации использовали для запусков на космическую высоту блоков физических приборов и контейнеров с подопытными собаками. Сергей Королёв всегда связывал эту работу с практической космонавтикой, что обеспечило преемственность в развитии технологии: от концепции «составных ракет» Константина Циолковского до системы аварийного спасения пилотируемых кораблей.

В период проектирования корабля «Восток» проблема создания надежной САС стала одной из ключевых. Большое впечатление на инженеров произвела авария 28 июля 1960 года, когда ракета с кораблем-прототипом 1К, на борту которого находились собаки Лисичка и Чайка, взорвалась на 24-й секунде полета. Собаки, разумеется, погибли, что Королёв воспринял как личную трагедию.

Поскольку «Восток» имел собственные двигатели, а космонавт размещался в катапультируемом кресле, то САС строилась на использовании этих устройств для эвакуации. Проектом САС занимался сам Сергей Королёв, а непосредственную работу вели Борис Супрун и Владимир Яздовский. Предложенная ими схема спасения космонавта выглядела следующим образом. Если авария ракеты происходила до 40-й секунды полета, то по сигналу, подаваемому из бункера полигона, катапультировалось кресло с космонавтом. Если ракета начинала вести себя ненормально в промежутке с 40-й по 150-ю секунду полета, ее двигатели отключались, и при падении ракеты до высоты 7 км осуществлялось катапультирование по штатной схеме. Если сбой случался с 150-й по 700-ю секунду, отделялся спускаемый аппарат. При неисправности третьей ступени ракеты, которая могла выявиться в промежутке с 700-й по 730-ю секунду полета, происходило отделение всего корабля.

Однако задача спасения на первых 15−20 секундах не имела удовлетворительного решения. Конструкторы посчитали, что достаточно развесить металлические сети в районе предполагаемого падения космонавта после его катапультирования, ведь парашют в этом случае просто не успел бы раскрыться. Но даже если бы космонавт в такой ситуации уцелел, до него могло добраться пламя пожара.
Изображение

Отработка системы аварийного спасения экипажа на комплексной экспериментальной установке

Королёва беспокоило, что пилота нельзя спасти на «роковых» секундах, но поскольку затягивать работы было невозможно, главный конструктор пошел на осознанный риск и постановил, что в данной ситуации пилотируемый запуск следует производить только после двух успешных полетов полностью собранного беспилотного корабля — это снижало вероятность технического сбоя до приемлемой.

Надо сказать, Королёву повезло. В ходе реализации программы «Восток» лишь однажды САС была проверена в деле: 22 декабря 1960 года при запуске корабля-прототипа 1К с собаками Жемчужная и Жулька из-за неисправности в третьей ступени он на орбиту не вышел, однако система «отстрелила» спускаемый аппарат, который благополучно приземлился в районе реки Подкаменная Тунгуска. Собаки выжили, были найдены и вывезены в Москву.
Изображение

Посадка спускаемого аппарата космического корабля «Союз»

При проектировании многоместных кораблей «Восход» САС пришлось переработать. В «шарик» спускаемого аппарата не влезали два или три катапультируемых кресла, поэтому от первоначального варианта эвакуации отказались. В результате «роковой» период увеличился до 44 секунд. В случае нештатного развития ситуации происходил аварийный сброс головного обтекателя, после чего от корабля отделялся спускаемый аппарат. Чтобы гарантировать отделение, конструкторы увеличили количество пружинных толкателей под головным обтекателем и снабдили его четырьмя небольшими твердотопливными двигателями. Схема выглядела громоздкой, но Королёв вновь рискнул, поскольку других вариантов просто не существовало, а запуски «Восходов» имели большое значение для развития отечественной космонавтики. К счастью, они прошли безупречно.

В корабле «Союз», рассчитанном на длительные полеты трех космонавтов, схема с использованием катапультирования тоже не годилась. Для решения проблемы эвакуации было решено применить систему, схожую с той, которая стояла на американском корабле Mercury: САС устанавливается сверху на корабль, при малейшей опасности «сдергивает» его с ракеты, уводя как можно выше и дальше.
Изображение

Ракета-носитель «Союз» с кораблем «Союз»

К конструированию корабля «Союз» сотрудники ОКБ-1 приступили в 1963 году. Тогда же в отделах № 3 и № 11 под руководством Константина Бушуева и Сергея Крюкова началось проектирование новой САС. За год инженеры подготовили макет системы и провели серию испытаний совместно с лабораторией Гая Северина в Летно-исследовательском институте, которые подтвердили принципиальную осуществимость предложенных технических решений. Поскольку спускаемый аппарат корабля «Союз» в отличие от «Востока» находится не сверху, а под бытовым отсеком, то конструкторам пришлось прибегнуть к варианту отделения всего головного блока. Конструкция представляет собой стартующий с аварийного носителя модуль, который состоит из уводимой части корабля (спускаемый аппарат и бытовой отсек), головного обтекателя и порохового двигателя увода. Пороховая двигательная установка с верхним блоком сопел устанавливается непосредственно на головной обтекатель. Корабль соединяется с головным обтекателем тремя опорами, которые «упираются» в нижний шпангоут бытового отсека. Кроме того, для сохранения устойчивости в полете на обтекателе установлены четыре решетчатых стабилизатора.
Изображение

Порядок работы системы аварийного спасения экипажа космического корабля типа «Союз»

Схема срабатывания САС «Союза» тоже оригинальна. Она вводится в дежурный режим за пятнадцать минут до старта и отвечает за эвакуацию две минуты полета — до отделения боковых блоков ракеты и сброса головного обтекателя. Если в течение первых минут происходит авария, САС выключает двигатели ракеты, разделяет космический корабль и фиксирует связи, которые удерживают уводимую часть внутри головного обтекателя. Далее разделяется поперечный стык в обтекателе и раскрываются решетчатые стабилизаторы. Одновременно запускается основной твердотопливный двигатель. В процессе его работы включаются рулевые двигатели увода, уносящие головной блок подальше от гибнущей ракеты. На вершине траектории происходит отделение бытового отсека от спускаемого аппарата, после чего на последнем выводится запасной парашют (при аварии на малых высотах) или основной парашют (при аварии на больших высотах). Если авария случится на высотах, где головной обтекатель сброшен, то корабль самостоятельно разделится на отсеки, спускаемый аппарат войдет в атмосферу и приземлится по штатной схеме.

Система прошла многократные испытания в наземных условиях. Ее дорабатывали с учетом замечаний, и к началу полетов в 1967 году она была готова. Помимо прочего, САС устанавливалась на беспилотных лунных вариантах кораблей «Союз», известных под названием «Зонд»: при пяти авариях ракет-носителей она сработала безупречно. В дальнейшем САС «Союза» трижды спасла космонавтов: 5 апреля 1975 года, 26 сентября 1983 года и 11 октября 2018 года.

В США на пилотируемых кораблях также использовались системы аварийного спасения разного типа. На Mercury САС отделяла всю капсулу корабля с астронавтом; на Gemini использовались катапультируемые кресла; на Apollo отделялась кабина с экипажем. Рассматривалась возможность установки системы эвакуации и на кораблях многоразового использования Space Shuttle. Изначально планировали отделять при аварии всю кабину с экипажем, но конструкция получалась слишком громоздкой, и от идеи отказались. После долгих споров руководство проектом постановило многократно увеличить требования к надежности шаттла — считалось, что таким образом получится компенсировать отсутствие САС. Тем не менее в первых пяти полетах многоразовых кораблей на них были установлены катапультируемые кресла для двух пилотов-испытателей. Потом кресла убрали, поверив в совершенство Space Shuttle. Как мы теперь знаем, отсутствие САС привело в результате к гибели четырнадцати человек — экипажей кораблей Challenger и Columbia.

Сегодня специалисты NASA и частных космических фирм вернулись к проверенным схемам. САС корабля Orion, который, как предполагается, будет летать к Луне, напоминает систему «Союза» с отделением головного блока; ее полноценные испытания запланированы на будущий год. Для Dragon V2 компании SpaceX выбрана схема отделения всего корабля; она пока испытывалась только в «стендовом» варианте. Зато компания Blue Origin давно и успешно испытала свою САС «толкающего» типа для суборбитального многоразового корабля New Shepard, причем и ракета, и отделившийся от нее модуль экипажа приземлились благополучно.

Антон Первушин

Иллюстрации взяты из книги «Ракетно-космическая корпорация „Энергия“ имени С. П. Королёва: 1946−1996» (М.: Менонсовполиграф, 1996)

Афанасьев И., Шлядинский А. Спасение на старте // Новости космонавтики. — 2009. — № 10.
Галковский В., Москаленко Г. Проект ВР-190 — шаг на пути к созданию космических кораблей // Из истории авиации и космонавтики: вып. 42. — М.: АН СССР, 1980.
Мировая пилотируемая космонавтика. История. Техника. Люди. — М.: РТСофт, 2005.
Молодцов В. История проектирования корабля «Восток» // Космический альманах № 5. — М.: Слово, 2001.
Ракетно-космическая корпорация «Энергия» имени С. П. Королёва: 1946−1996. — М.: Менонсовполиграф, 1996.
Феоктистов К. Траектория жизни. — М.: Вагриус, 2000.
Формин Г. Почему полеты «Востоков» и «Восходов» были безаварийными // Новости космонавтики. — 2004. — №№ 6, 7.
С уважением, Морозов Валерий Борисович

Ответить

Вернуться в «Дискуссионный клуб / Debating-Society»