Этапы совершенствования кораблей серии "Союз"

Научно-практическая конференция

 «Новое техническое поколение. Омск-2017».

ЭТАПЫ СОВЕРШЕНСТВОВАНИЯ КОСМИЧЕСКИХ КОРАБЛЕЙ СЕРИИ «СОЮЗ»

Выполнил: Ромашин Владислав

учащийся 11 класса

БОУ г. Омска «СОШ № 10»

Руководитель: Классен М. А.

учитель физики и информатики

БОУ г. Омска «СОШ № 10»

Омск 2017

Мы живем в период, когда в мире происходит научно-техническая революция, обусловленная гигантским скачком в достижениях науки и техники, в жизни всего общества. Развитие ракетно-космической техники, космические исследования и освоение космического пространства являются одним из характерных проявлений современной научно-технической революции. А сама космонавтика сегодня выступает как своеобразный синтез того, что достигнуто сейчас мировой наукой и техникой. Разработка и создание ракетно-космических систем, работающих в космосе, искусственных спутников Земли, пилотируемых космических кораблей, и межпланетных автоматических станций ускорили развитие некоторых научно-технических областей, которые до этого не были связаны непосредственно с космосом. Уровень современной ракетно-космической техники сопряжен с внедрением новейших достижений научно-технической революции в производство. Это можно проследить на примере создания и совершенствования космического корабля серии «Союз»

Первый полет человека в космос проходил на космическом корабле «Восток».  Затем в открытый космос были отправлены корабли серии «Восход». Долгое время на орбиту выходили космические аппараты серии «Союз».  Сорок пять лет эти космические корабли помогали нам, землянам, изучать космическое пространство.

Как создавались эти корабли, как шло их совершенствование, какие особенности они имеют?  Этот вопрос меня заинтересовал и помог мне узнать историю изучения космоса с помощью кораблей серии «Союз».

Ракетно-космический комплекс «Союз» начал проектироваться в 1962 году в ОКБ-1, как корабль для облёта Луны в рамках программы «Зонд». В дальнейшем эти проекты были закрыты в пользу проекта облёта и высадки на Луне, при помощи ракетоносителя «Н-1», с использованием корабля 7К-ЛОК. Параллельно лунным программам на базе 7К начали делать многоцелевой трехместный орбитальный корабль, 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.

Испытания корабля серии «Союз» в спешном порядке начались в 1966 году. Первые три беспилотных пуска кораблей «Союз» оказались полностью либо частично неудачными, были обнаружены серьёзные ошибки в конструкции корабля. Четвертый пилотируемый пуск корабля с Владимиром Комаровым («Союз-1») оказался трагическим, космонавт погиб при спуске на землю. После аварии «Союза-1» конструкция  

корабля была полностью переработана для возобновления пилотируемых полетов. В 1967 состоялась первая, в целом удачная, автоматическая стыковка двух «Союзов» («Космос-186» и «Космос188»), затем, в 1968 году, возобновление пилотируемых полетов, в 1969 — официальная пилотируемая стыковка, далее групповой полёт трёх кораблей сразу и долговременный автономный рекордный полет. Первые шесть кораблей «Союз» и («Союз-9») были кораблями серии 7К-ОК.

В 1969 году началась работа над созданием долговременной орбитальной станции «Салют». Для доставки экипажа в кратчайшие сроки был спроектирован корабль 7КТ-ОК (Т — транспортный). Новый корабль отличался наличием стыковочного узла новой конструкции с внутренним люком-лазом и дополнительными системами связи на борту. Время автономного полёта корабля составляло до 3,2 суток, а в составе орбитальной станции — до 60 суток. 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 четвертого 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 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»).

В конце 1960-х началось проектирование серии кораблей 7К-С (7К-С-I и 7К-С-II) для нужд Министерства обороны СССР. Он отличался значительно усовершенствованными системами (цифровая ЭВМ Аргон-16, новая система управления, объединённая двигательная установка). Потом от военного использования 7К-С отказались в пользу более перспективной орбитальной серии кораблей ТКС («Транспортный корабль снабжения») и транспортная модификация военных кораблей серии 7К-С — 7К-СТ, под названием — «Союз-Т» летала на станции Салют-6 и Салют-7. За счет усовершенствования спускаемого аппарата удалось снова увеличить экипаж до трех человек (в скафандрах). Кроме того, в этой модификации были возвращены солнечные батареи.

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

В настоящее время эксплуатируется модификация корабля 7КСТМА — «Союз ТМА». 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 пульт, с современной элементной базой, улучшена парашютная система, уменьшена теплозащита. Последний полет корабля данной модификации произведен 14 ноября 2011 года, следующий полет запланирован на 2012 год.

Сегодня для полетов в космос используются не только корабли

«Союз ТМА», но и корабли новой серии 7К-СТМА-М — «Союз ТМАМ». На нем заменили БЦВМ Аргон-16 на ЦВМ-101 (она легче на 68 кг и значительно компактнее) и бортовую аналоговую систему телеметрии на более компактную цифровую систему MBITS в целях улучшения интеграции с бортовой системой управления «МКС». Модернизация корабля предусматривает расширения возможностей корабля в автономном полёте и при аварийном спуске. Первый запуск корабля данного типа с экипажем на борту состоялся 8 октября 2010 года, а стыковка с «МКС» — 10 октября 2010 года.

Полеты кораблей этой модификации начались в 2010 году и продолжались до середины 2016 года.

В июле 2016 года начались полеты космического корабля новой серии "Союз МС", который был создан в РКК "Энергия" в результате глубокой модернизации "Союза ТМА". В "Союзе МС" бортовая командная радиотехническая система "Квант-В" была заменена на единую командно-телеметрическую систему с дополнительным телеметрическим каналом. Новая командная радиолиния обеспечивает прием сигналов через спутники-ретрансляторы "Луч-5". Корабль комплектуется современной бортовой радиотехнической системой сближения и стыковки "Курс-НА". Вместо аналоговой телевизионной системы "Клест" на "Союзе МС" используется цифровая телевизионная система, которая позволяет поддерживать связь между кораблем и станцией посредством межбортовой радиолинии. В состав бортовой аппаратуры корабля также вошел новый цифровой блок управления резервным контуром, модернизированный блок датчиков угловых скоростей и светодиодная фара. Благодаря применению новых наземных и бортовых радиотехнических систем стало возможным использование современных протоколов передачи информации, в результате чего улучшилась стабильность работы системы управления корабля.

        Корабли         семейства         состоят         из         трёх         модулей:         приборно-

агрегатного отсека (ПАО), спускаемого аппарата (СА), бытового отсека

(БО). В ПАО находится комбинированная двигательная установка, топливо для неё, служебные системы. Длина отсека 2,26 м, основной диаметр 2,15 м, максимальный диаметр 2,72 м Двигательная установка состоит из 28 ДПО (двигатели причаливания и ориентации) по 14 на каждом коллекторе, из которых часть имеет тягу 13,3 кгс, часть (12 штук) — 2,7 кгс, а также сближающе-корректирующего двигателя (СКД) тягой 300 кгс.  

Корабли 7К-ОК и 7К-Т были оборудованы корректирующее тормозной двигательной установкой тяги (КТДУ) 4 кН и удельным импульсом (УИ) 282 с. Фактически стояли 2 независимые КТДУ — основная и резервная. Для корабля «Союз-Т» была разработана новая КТДУ-80 той же тяги, но имеющая несколько режимов работы — большой и малой тяги и УИ 286—326 с. Резервный двигатель убрали, а ДПО и СКД объединили в одну систему с общими баками наддува. Потребность в резервном двигателе отпала, поскольку с переводом ДПО на двухкомпонентное топливо из объединённой системы появилась возможность схода с орбиты с использованием только ДПО при отказе КТДУ. У исходного корабля «Союз» ДПО работали на отдельном топливе (перекиси водорода) и не располагали достаточной характеристической скоростью для схода с орбиты без КТДУ. Больше того, при энергичном маневрировании топливо ДПО могло быть израсходовано достаточно быстро, что несколько раз (например, в полёте «Союза-3») приводило к срыву программы полёта. В ПАО также размещены баки с топливом. В самых первых «Союзах» они вмещали 500 кг топлива, у Союза-ТМ — 880 кг, у ТМА — 900 кг. В ПАО установлены баллоны высокого давления (около 300 атм) с гелием для наддува баков.

Система энергоснабжения состоит из солнечных батарей и аккумуляторов. До аварии «Союза-11» стояли батареи размахом 9,80 м и площадью 14 м². Система обеспечивала среднюю мощность — 500 Вт. После аварии их убрали ради экономии веса и оставили аккумуляторные батареи на 18 кВт·ч, которых хватало на два дня автономного полёта. Для программы «Союз-Аполлон» использовалась модификация с батарей площадью 8,33 м² на 8 кВт·ч. Современные «Союзы» оснащены батареями размахом 10 м и площадью 10 м², что дает среднюю мощность около 1 кВт.

В спускаемом аппарате находятся места для космонавтов, системы жизнеобеспечения, управления, парашютная система. Длина отсека 2,24 м, диаметр 2,2 м, жилой объём 3,5 м³. Под теплозащитным экраном расположены двигатели мягкой посадки, на внешней поверхности — перекисные двигатели управления спуском, управляющие ориентацией СА во время полёта в атмосфере. Это позволяет использовать аэродинамическое качество СА и снизить перегрузки. В СА помимо космонавтов можно вернуть на землю 100 кг груза («Союз-ТМА»). СА покрыт теплозащитой на основе абляционных материалов.

Бытовой отсек имеет длину 3,4 м, диаметр 2,25 м, объём 5 м³. Он оснащен стыковочным узлом и системой сближения (ранее «Игла», теперь «Курс»). В герметичном объеме 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.

Полеты космических кораблей серии «Союз»

В настоящее время специалисты РКК "Энергия" разрабатывают пилотируемый транспортный корабль нового поколения, при создании которого будет использовано большинство технических решений, заложенных в "Союзе МС".

Отечественная пилотируемая космонавтика является реальным полигоном отработки и испытаний многих научных идей и технологий

Литература:

1. Энциклопедия «Космос»
2. https://ria.ru/spravka/20170423/1492686798.html
3. http://tass.ru/info/4203623
4. http://tsniimash.ru/press-center