"Джемини" и их полёты

52.gif @ astronaut.ru [кеш]

Подсистема кондиционирования воздуха

ГЛАВА V Жизнеобеспечение в космосе Подсистема кондиционирования воздуха Рис. 52. Влияние кислорода при различном давлении на человеческий организм. Заштрихованная зона, в которой не нарушается работоспособность человека.1 – максимально допустимое давление; 2 – содержание кислорода, эквивалентное условиям на уровне моря; 3 – минимально допустимое общее давление; 4 – минимально допустимое давление при акклиматизации Далее… // astronaut.ru

 

Вес космического корабля в значительной мере зависит от величины атмосферного давления в его обитаемых отсеках. В общих чертах можно сказать, что чем больше разность давлений внутри и снаружи космического корабля, тем толще и прочнее должна быть его конструкция. Однако при сравнительно низком давлении внутри корабля — а оно обычно составляет 0,35—0,50 атм — общий вес корабля будет определяться другими нагрузками на элементы конструкции. К ним относятся: лобовое сопротивление при максимальном динамическом давлении, перегрузки при ускорении, ударные нагрузки и нагрузки, связанные с работой ракет системы аварийного покидания корабля на стартовом участке и системы спасения на парашютах. Таким образом, если вес не является ограничивающим фактором благодаря очень мощным ракетам-носителям, то в космическом корабле можно использовать более высокое атмосферное давление. Такие благоприятные условия позволяют на советских космических кораблях создавать внутри корабля давление, равное 1 атм.
В США на раннем этапе разработки космических кораблей требование ограничения веса корабля диктовало необходимость поддержания в кабине давления меньше 1 атм. Однако из-за опасности возникновения дисбаризма при таком давлении нельзя использовать воздух. Наилучшей заменой воздуха является в этом случае чистый кислород при давлении 0,35 атм. При таком давлении уменьшается вероятность наступления ателектазов (неполного расширения легочных альвеол, частичного их слипания). На стр. 120 помещен график, на котором наглядно показаны физиологические факторы, диктующие выбор давления в случае использования атмосферы чистого кислорода. Верхний предел давления, которое можно рассматривать, определяется токсичностью кислорода, а нижний — кислородной недостаточностью.
Каждый вид используемой атмосферы имеет свои недостатки. Чистый кислород при давлениях ниже 1 атм очень опасен в пожарном отношении, так как им насыщаются ткани и другие воспламеняющиеся материалы. Эту опасность можно уменьшить, используя несгораемые или огнеупорные материалы и уделяя при конструировании и изготовлении космических кораблей самое пристальное внимание вопросам техники безопасности, но нельзя ликвидировать полностью.

 

Несмотря на общую принципиальную схожесть, реальные системы спасения космических кораблей отличаются множеством неповторимых нюансов. Например, на одноместных «Востоках» вовсе не было двигательной установки САС: в случае аварии космонавта спасало катапультное кресло — технология, досконально отработанная в авиации и считавшаяся весьма надежной. Это же кресло использовалось и при штатном возвращении на Землю — парашютная система спускаемого аппарата не обеспечивала достаточно мягкой посадки, и космонавт приземлялся отдельно. По сути, разработчики «Востока» объединили средство спасения со средством посадки.
Спускаемый аппарат имел для катапультирования специальный люк, а головной обтекатель ракеты — большой вырез. В случае катапультирования из-за аварии носителя на стартовой позиции парашют раскрыться не мог и космонавт в кресле приземлялся на специальную сетку, натянутую на высоте около 40 метров. При катапультировании уже после старта ракеты включались два пороховых двигателя кресла, которые уводили его вверх и в сторону от ракеты-носителя, после чего космонавт отделялся от кресла и приземлялся на парашюте. Высота катапультирования была ограничена четырьмя километрами: при аварии ракеты на большей высоте отключались маршевые двигатели, отделялся головной обтекатель, а потом и спускаемый аппарат «Востока». И только после этого проводилось катапультирование космонавта.
Система имела «мертвые зоны». Так, в начале подъема космонавта спасти было крайне затруднительно из-за отсутствия необходимого запаса по высоте: не успевала сработать вся цепочка событий, связанная с катапультированием, раскрытием парашюта кресла, отделением космонавта от кресла и приземлением на индивидуальном парашюте. К счастью, проверить эти выводы на практике не пришлось — все пилотируемые «Востоки» летали без аварий.
Катапультные кресла были использованы и на американских двухместных кораблях «Джемини»: они должны были спасти астронавтов на начальном участке полета и при посадке, заменяя собой запасной парашют. Если бы авария произошла на высоте больше 21 километра, корабль предполагалось отделить от ракеты с помощью штатной тормозной ДУ. Астронавты должны были сами решать, когда включать САС. Применение катапультных кресел и ручного запуска системы спасения оправдывалось высокой надежностью ракеты-носителя «Титан-2». Она заправлялась самовоспламеняющимися компонентами топлива. По замыслу разработчиков, подтвержденному экспериментами, возможность взрыва практически исключалась: окислитель и горючее, смешиваясь, просто-напросто «спокойно сгорали», а не детонировали.
Любопытно, что испытания катапультных кресел проводили сами астронавты. Во время одного из тестов (16 января 1963 года) правое кресло «выстрелило» до того, как полностью открылся люк спускаемого аппарата, и вышибло его. «Это было чертовски больно, но длилось недолго», — делился своими впечатлениями от испытаний Джон Янг.
А вот на трехместных «Аполлонах» (и еще раньше на одноместных «Меркуриях») от катапультных кресел отказались, поскольку корабли выводились на орбиту носителями, заправляемыми криогенным топливом. При аварии такой ракеты гораздо выше вероятность взрыва, и капсулы снабдили полноценными спасательными двигателями.
На корабле «Меркурий» САС срабатывала автоматически от датчиков, регистрирующих чрезмерные отклонения ракеты от заданного положения, а также в случае отказа системы электропитания. Но полностью на автоматику американцы не полагались — привести систему спасения в действие могли вручную как астронавт, так и операторы наземного центра управления полетом. В ее составе было четыре двигателя: один основной, уводивший капсулу с астронавтом от аварийной ракеты, и три вспомогательных — для отстрела и увода самой двигательной установки от корабля. Любопытно, что вектор тяги основного двигателя не проходил через центр тяжести «Меркурия». Благодаря этому даже без специальных управляющих двигателей САС уводила капсулу вперед и вбок от ракеты-носителя.
Очень рискованными были полеты космонавтов на многоместных советских «Восходах». Корабли делались на базе одноместного «Востока»: в спускаемый аппарат сажали двух-трех человек, и снабдить космонавтов катапультными креслами не было никакой возможности. Спасательных двигателей тоже не было, видимо, по причине временного характера программы, ведь во время полетов «Восходов» уже велась разработка кораблей серии «Союз». На большой высоте спасти экипаж можно было, выключив двигатели ракеты и отделив от нее корабль с последующим разделением его на отсеки. Однако случись серьезная авария на участке работы первой или второй ступени носителя, шансов на спасение у космонавтов было бы гораздо меньше. Так что «мертвая зона» у «Восходов» оказывалась значительно шире востоковской.
На кораблях следующего поколения «Союз» и «Аполлон» применялись весьма совершенные системы спасения. Так, САС «Союза» обеспечивает спасение экипажа на любом участке полета: от аварии ракеты-носителя на стартовом столе и практически до самого выхода на орбиту. Еще совершеннее и надежнее система спасения современных кораблей «Союз-ТМА». Она содержит несколько групп двигателей, и некоторые из них остаются на корабле вплоть до самого момента отделения головного обтекателя. Примерно так же будут работать САС американского «Ориона» и перспективного российского корабля нового поколения.