скачать книгу бесплатно
М=21,2 г/моль; ??20%; имеем параметры «торможения» до скорости звука:
T
?2570 K и W
?1125 с такой скоростью газ истекает наружу через сечение 2; Поскольку в нашей модели мы исключили режим «перерасширения» сопла, поэтому p
? p
и тогда
(?
/?
) ? (T
/T
);
Отсюда (S
/S
) ? (W
T
) / (W
T
) ?5,75 раз
или h?1,44D или ~1,15 м
Данная оценка получена исходя из торможения потока о 100% плоскую стенку до скорости звука. Это наихудший случай, реализованный благодаря специалистам НАСА. Советские специалисты, в таких случаях, вместо плоской стенки ставили профилированный конус-рассекатель, по форме немного похожий на «буденовку», например, как на РН «Восток». При этом возмущение потока газа существенно минимизируется, и допустимо закладывать зазор порядка h ? 0,5D. Так что господа защитники НАСА должны запастись лупами и искать, где там есть зазор порядка ~1,15 м. Это вполне реальная цифра и почти в точности соответствует требованиям по минимальному зазору советского «лунника» ЛК. Правда, на рисунках видно, что зазор реально не более 10 см или даже меньше! Некоторые оценки, которые проводились на компьютере, показывают, что стартовый заброс давления на срезе сопла при зазоре в 10 см может достигать ~1 атм. и более, хотя нормальное установившееся давление на срезе сопла вышеописанного агрегата в шестьдесят и более раз меньше атмосферного – что-то около ~0,016 атм. Можно подойти с другого конца. Даже самовоспламеняющиеся компоненты не загораются мгновенно. Есть такая штука, как индукция зажигания топливной смеси – время задержки от соприкосновения капель топлива до его воспламенения. В начальный период работы двигателя может возникать заброс давления где-то в полтора раза из-за того, что первая порция топлива еще не воспламенилась, а ей в затылок уже подпирает следующая. Можете полюбоваться на весьма странные кадры старта ЛМ с элементами пиротехнического шоу (короткая яркая вспышка в районе сопла – и клочки летят по закоулочкам): Фильм НАСА «Last Humans on the Moon». Истечения газа вниз нет!
Эффект от расположения сопла вплотную с преградой, на примере ЛМ, будет сопоставим с взрывом небольшого взрывного устройства мощностью 150..250 г. тротилового эквивалента. Такой «ручной гранаты» под нижней частью взлетной части «ЛМ», под ногами у астронавтов, вполне хватит, чтобы пробить осколками все баки и кабину, оторвать сопло и раскидать части корабля в радиусе 50 метров. Разумеется, при условии, что кто-либо вздумал использовать макет лунного модуля «ЛМ» по его прямому назначению. Все военнообязанные граждане знают, что строго-настрого запрещается упирать казенную часть гранатомета в стену или иную преграду – беды не оберешься. К сожалению, не все в Америке знакомы с этой прописной истиной, иначе они обязательно что-нибудь придумали более оригинальное. В советском варианте лунного корабля этот вопрос решался просто – там взлетный и посадочный двигатель были одним и тем же, вернее там была система из нескольких ЖРД, причем при взлете на Луне должно было остаться именно посадочное устройство с «лапками», в центре которого свободный канал для работы ЖРД. На рисунке, ЖРД указан под номером 25.
Как видите, в советском корабле газовый факел вполне нормально расширялся в отверстие в днище. Он уходил через зазор не меньше 1,3 м между поверхностью и поднятым на «лапах» кораблем. Советский лунный корабль. Вот в таких вот нелегких условиях и совершали свои «подвиги» 20 июля 1969 года астронавты корабля «Аполлон-11». Да, славное было время! Но ветеранов не забыли – награда опять найдет своих героев! Например, планировались следующие мероприятия: «Экипажу «Аполлона-11» виртуально подарили лунные камни. 15.07.2004 г. На следующей неделе 20 июля 2004 г. все прогрессивное человечество и, в первую очередь, США и космическое агентство NASA будут отмечать 35-летие первой высадки человека на Луну. 20 июля 1969 г. лунный модуль «Eagle» космического корабля «Apollo 11» совершил посадку в лунном Море Спокойствия и астронавты Нейл Армстронг и Баз (Эдвин) Олдрин ступили на поверхность Луны.
В программе празднования этого юбилея значится и церемония вручения первым лунопроходцам специальных памятных подарков, каждый из которых представляет собой небольшой контейнер с лунным камнем». Правда, по сообщению источников из NASA, Баз Олдрин, вообще-то, хотел, чтобы всем членам экипажей всех «Аполлонов», побывавших на Луне, подарили несколько памятных лунных сувениров и в том числе запонки с лунными камнями, а, кроме того, дали прибавку к пенсии. Но, наверное, у NASA тоже напряженка с деньгами, да и лунных камней на всех не напасешься (к тому же по две штуки на каждого). Кстати, те камни, которые получат Армстронг и Олдрин, им подарят «виртуально». Они не смогут ими распоряжаться по своему усмотрению (не смогут их продать), и эти камни должны всегда находиться в экспозиции, открытой для публики».
Или вот еще другая заметка: «06.07.2004. Приближается 35-я годовщина со дня первой высадки людей на поверхность нашего естественного спутника. Это эпохальное событие разными людьми было воспринято по-разному: кем-то с восторгом, кем-то со злобой. Безразличных было мало. Американская газета „Florida Today“ решила собрать воедино воспоминания тех, кто был участником и свидетелем исторического свершения, и попросила всех современников откликнуться и прислать письма по адресу letters@flatoday.net. Было бы интересно собрать воспоминания наших соотечественников, которые, не зная о тогдашней „лунной гонке“, также следили за первыми шагами человека по Луне». У меня в связи с этим тоже возникли «воспоминания», правда авторство текста принадлежит Юрию Энтину (музыка А. Рыбникова):
«Я была простушкою пастушкою,
Я пасла барашков и овец,
Шел барон зеленою опушкою,
Тот барон назвал меня подружкою,
С ним мечтала под венец.
Я была прелестней Нефертити,
И барон был у меня в плену,
Он сказал: со мною не хотите
Полететь на Луну?
(Припев)
Вы поверите едва ли,
Это было как во сне —
Мы с бароном танцевали,
Мы с бароном танцевали,
Танцевали на Луне…»
(Из к/ф «Тот самый Мюнхгаузен»)
А что? Нормальные воспоминания – ничуть не хуже или лучше любых других, и главное – столь же правдоподобные. Ну а чтобы окончательно поставить все на свои места, предлагаю день 20 июля 1969 года считать 32-ым мая. Ибо только 32-го мая свершаются такие космические приключения.
Ссылки. Использованная литература:
1.«Пилотируемые полеты на луну, конструкция и характеристики Saturn-V Apollo»
М., 1973 г. Серия «Ракетостроение», т. 3
http://www.epizodsspace.narod.ru/bibl/raketostr3/obl.html
2.Использованы официальные фото из коллекции НАСА.
3.«Расчет и проектирование систем разделения ступеней ракет», Колесников К. С., Кокушкин В. В., Борзых С. В., Панкова Н. В., МГТУ им. Баумана, 2006 г.
ГЛАВА 7. «НИКТО НЕ ХОТЕЛ УМИРАТЬ»
С чего же начать? Может вот с этого? Нет… Пожалуй, начнем вот с чего. Был теплый апрельский день. Близилась годовщина великой Победы. И дата была круглая (почти как сейчас) – 25 лет Победы в Великой Отечественной войне. К торжествам готовились не только правительства стран, победивших фашизм. Готовились и «вечно вчерашние» устроить какую-нибудь гадость к празднику. Обычно они любят это делать 30 апреля в день самоубийства Адольфа Гитлера. Если вы в курсе, в Америке очень почитают память президента Рузвельта. Так что американским фашистам можно устраивать шабаш дважды, можно 30 апреля, а можно скажем 11—12 апреля. В этот день,11 апреля 1945 года президент США Франклин Рузвельт получил личное послание тов. Сталина, в котором тот тонко и деликатно намекал Рузвельту на переговоры оберстгруппенфюрера СС Вольфа с Даллесом в Швейцарии (операция «Санрайз»). К сожалению, деликатности такой господин Рузвельт вынести не мог, отчего то ли 11, то ли 12 апреля скоропостижно скончался. По крайней мере, об этом было объявлено уже 12 апреля 1945 года.
Этот день стал последним радостным событием в пестрой жизни Адольфа Шикльгрубера. Именно так этот день описывал очевидец всех событий известный писатель Юлиан Семенов. А нам этот день достался, по стечению обстоятельств, как «день космонавтики». Вернемся же к нашим фашистам и космонавтам. Уж не знаю, кто, как отмечал 25 лет смерти великого Рузвельта, но бывший штурмбанфюрер СС фон Браун в этот день занимался подготовкой к отправке трех американских парней на Луну. 11 апреля 1970 г. в 19 ч 13 мин по Гринвичу стартовала ракета-носитель «Saturn V» и корабль «Apollo-13» с экипажем в составе: Джеймс Ловелл (командир корабля), Джон Суиджерт (пилот командного отсека) и Фред Хейс (пилот лунного корабля). В первоначальный состав экипажа в качестве пилота командного отсека входил Томас Мэттингли. Но за неделю до старта руководство NASA приняло решение заменить его Д. Суиджертом из дублирующего экипажа по медицинским соображениям.
Видимо с недобрым сердцем дяди с немецким акцентом отправляли простых американских парней. Граждан страны, которая варварски бомбила мирные немецкие города, убивала женщин, стариков и детей уже разгромленной Германии. И к тому же корабль попался что надо, «Аполлон №13». В источнике
есть интересная фраза: «Во многих газетах, по радио и телевидению в США высказывалось мнение людьми, далекими от космической техники, что полеты на Луну становятся обычным делом, полет „Apollo-13“ это уже пятый пилотируемый полет к Луне и он не вызывает сомнений в надежности».
Внимательно читая материалы по полету «Apollo-13», меня все время не покидает мысль, что именно этот экипаж и именно в этом полете должны были убить. У астронавтов кончалось то одно, то отказывало другое, то третье вылезало. Более всего трагические сводки полета мне напомнили медицинские бюллетени Ясира Арафата во французской клинике. Было видно, что публику медленно готовят к худшему. Был по поводу Арафата даже такой анекдот из разряда черного юмора: «состояние покойного за истекший день существенно не ухудшилось». Однако момент умерщвления астронавтов все время переносили, видимо пока не знали, на какой именно стадии они должны были встретить героическую смерть. Их смерть была бы выгодна всем, ну кроме самих несчастных! Никто из них точно не хотел умирать. Кому и зачем? Это два очень хороших вопроса.
Для того, чтобы на них ответить, мы добавим к списку вопросов еще несколько:
1) чем занимались советские суда в южных широтах Индийского океана летом и осенью 1968 года;
2) была ли установлена телекамера на борту АМС «Луна-15»;
Бдительный читатель наверняка спросит: «Какое отношение имеют эти посторонние вопросы к предмету нашего исследования?» Не торопитесь, всему свое время. Для справки: «Зонд» – серия космических аппаратов, запускавшихся в СССР с 1964 по 1970 годы. Автоматические межпланетные станции (АМС), предназначавшиеся для исследования Венеры (Зонд-1), Марса (Зонд-2), Луны (Зонд-3). Космические корабли 7К-Л1, конструктивно выполненные на основе пилотируемого корабля «Союз» (но без бытового отсека), предназначенные для пилотируемых облётов Луны в рамках лунной программы».
Схема устройства АМС: Рис.1 АМС «Зонд»: 1 Остронаправленная антенна; 2 Возвращаемый аппарат; 3 Служебный отсек с двигателем маневрирования и системой управления ориентацией; 4 Солнечные батареи (вид снизу); 5 Приборный отсек
3 августа 1964 г. Постановлением ЦК КПСС и СМ СССР была утверждена советская лунная программа. В ней записали, среди прочих, такой пункт: «ОКБ-52 (Генеральный конструктор – В.Н.Челомей) – разработка трехступенчатой РН УР-500К, Лунного корабля ЛК-1 для облета Луны и разгонного блока. Срок исполнения – II квартал 1967 г.» В дальнейшем в программу внесли коррективы, и Челомею подсунули облетный корабль Союз-7К-Л1, который являлся усеченным вариантом орбитального корабля «Союз», только без орбитального отсека. По политическим соображениям этот аппарат «зашифровали» под именем «Зонд». Попытаемся найти ответ на первый вопрос.
Он, в сущности, лежит на поверхности. Источник
сообщает нам следующее: «В самом конце 1966 г. вышло правительственное постановление о разработке проектов пяти плавучих измерительных пунктов для программы Л1 – четырех телеметрических и одного командно-измерительного. Они были необходимы для обеспечения полета Л1 на участке возвращения к Земле, невидимом с территории СССР. По командам плавучего КИП выполнялась третья коррекция, обеспечивающая вход спускаемого аппарата (СА) в заданный „коридор“ под требуемым углом. Он же принимал телеметрическую информацию и производил измерения параметров траектории Л1. Телеметрические плавучие пункты размещались вдоль трассы спуска, от точки входа в атмосферу над Южным полюсом до конца зоны видимости из акватории Индийского океана».
Особо хочу обратить внимание читателей на следующую фразу: «Штатная посадка планировалась на территорию СССР в Казахстане. В случае нештатных ситуаций спуск происходил по баллистической траектории в акватории Индийского океана. В этом случае телеметрические суда участвовали совместно с судами Поисково-спасательной службы (ПСС) ВМФ в поиске объекта». Итак, мы выяснили: спускаемому аппарату надо заходить на посадку под заданным углом, чтобы попасть так называемый «коридор»! Почему «коридор»? Что будет, если не выполнить данные условия? Масштабность задачи приземления со второй космической скоростью можно описать так
: «При возвращении космического аппарата после полета к Луне, когда скорость его входа в земную атмосферу близка ко второй космической скорости, проблема спуска усложняется в связи с увеличением перегрузок и повышением напряженности теплового потока. Для успешного решения задачи спуска надо в этом случае очень точно выдерживать «коридор» входа в атмосферу, который определяет границы по углу входа в атмосферу. В случае больших углов возникают большие перегрузки, и, наоборот, при очень малых углах атмосфера может не «захватить» спускаемый аппарат вследствие незначительности своего сопротивления его движению. Отметим, что границы коридора входа зависят как от аэродинамических характеристик спускаемого аппарата, так и от того, каким образом используется аэродинамическое качество аппарата на начальном участке погружения в атмосферу.
Кроме того, с увеличением скорости полета уменьшается и ширина коридора входа в атмосферу, а это ведет к увеличению точности работы системы навигации и коррекции на подлетном участке траектории. Выше: Рис.2 Двойное погружение в атмосферу: 1 – первый вход в атмосферу; 2 – выход из атмосферы; 3 – второй вход в атмосферу; 4 – посадка; 5 – условная граница атмосферы; 6 – коридор входа. Для спускаемого аппарата с системой управления движением возвращение с Луны может решаться и иным путем. При достаточно крутом входе в атмосферу, когда угол входа больше 2°, траектория спускаемого аппарата даже при малых постоянных значениях угла атаки и небольшом коэффициенте качества (в пределах 0,2—0,3) содержит восходящие участки, т. е. возможен рикошет аппарата. В этом случае допустимо двойное погружение спускаемого аппарата в атмосферу (рис.2). При подлете к Земле со второй космической скоростью при угле входа 3° спускаемый аппарат после первого погружения выходит из атмосферы на эллиптическую орбиту и затем вновь входит в атмосферу, но уже на расстоянии 10000 км от точки выхода».
Но, и это еще не все
: «Однако обеспечение точного места посадки при этом затруднительно, поскольку, при отклонении скорости на 0,001 (около 8 м/с) от расчетной приводит к отклонению дальности точки вторичного входа в атмосферу на 300 км, а отклонение угла наклона траектории на 0,1° – к отклонению дальности на 180 км. Чтобы эта неопределенность уменьшилась, траектория должна иметь как можно больший угол наклона в точке вылета из атмосферы. Правда, величина этого угла ограничивается запасом аэродинамического качества спускаемого аппарата, а также допустимым пределом максимальных перегрузок (в ином случае будут более глубокие погружения в атмосферу на первом участке). На промежуточном участке полета управление аппаратом невозможно, и поэтому накопленное отклонение по дальности сможет быть скомпенсировано только на участке второго погружения в атмосферу.
Подчеркнем, что, рассматривая возможности спускаемого аппарата при возвращении с орбиты и с лунных траекторий, мы предусматривали программное управление движением аппарата. Однако при возвращении с орбиты могут возникать и такие ситуации, когда управлять траекторией спуска с помощью аэродинамических сил станет невозможно. Например, если вдруг спускаемый аппарат не удалось сориентировать перед входом в атмосферу или, скажем, подготовить систему управления. В этих ситуациях необходимо осуществлять баллистический спуск по траектории, которая формируется без использования подъемной и боковой аэродинамических сил аппарата».
Как вы догадались, задача безопасного приземления со второй космической скоростью сама по себе, невзирая на точность, «хоть куда-нибудь», уже является большим научно-техническим достижением, почти чудом. Тем более странно на фоне перечисленных проблем, выглядит американская статистика. Почему-то во всех случаях спускаемые аппараты приземлялись четко в радиусе всего двух, иногда одной морской мили от какого-нибудь авианосца? Особую гордость вызывает «Apollo-16» с его запредельной точностью 550 метров! Отметим также, что экипаж «Apollo-13» сумел безо всяких приборов, на глазок, приводнится с точностью 1 морской мили возле вертолетоносца ВМФ США с японским названием «Иводзима»!
Любопытная деталь, все поисково-спасательные группы кораблей ВМС США всегда ожидали спускаемый аппарат только в одной точке! Даже сейчас, когда полеты на орбиту Земли стали рутиной, поисково-спасательные отряды российских служб всегда готовы к приему гостей в двух точках, в точке управляемого спуска, и в точке баллистического спуска. Эти точки при спуске с орбитальной станции разнесены не очень далеко, всего 500 км. Но при возвращении со второй космической скоростью разница в точках приземления идет на тысячи километров. Почему-то в НАСА этот момент как-то упустили. Скажем больше, когда неуправляемый корабль «Apollo-13» несся к Земле, и экипаж, как утверждают в ЦУПе НАСА, вручную пытался попасть в этот самый коридор (а это всего 10 км), даже тогда баллистики считали только одну возможную точку посадки.
Почему не две? Может просто они этого не знали? На самом деле, в отчете АН СССР под редакцией заслуженного летчика испытателя, который решил стать «ракетчиком», И. И. Шунейко [1] наши просто пририсовали американцам вторую точку приводнения. У наших, видимо, в голове не укладывалось, что США не учитывали нештатную зону баллистической посадки. В американской версии описании приводнения такое указание на два места посадки отсутствуют. Советские специалисты решили подправить текст своих американских спонсоров, которые финансировали написание книги про «достижение» США.
Рис.3 (слева): схема входа в атмосферу корабля «Apollo». Условно показаны две точки посадки: Точка для короткого баллистического и точка управляемого спуска, «с горкой». На самом деле, в отчете АН СССР под редакцией И. И. Шунейко
наши просто пририсовали американцам вторую точку приводнения. У наших, видимо, в голове не укладывалось, что США не учитывали нештатную зону баллистической посадки. Этот рисунок иначе как условностью рассматривать нельзя, ведь меньшему углу входа, как правило, соответствует большая дальность, но не наоборот, как это показано на рисунке. Так что речь идет именно о длине сектора приземления. Генерал Каманин так описывал процесс посадки советского лунного корабля «Зонд»
: «Корабль, по расчетным данным, должен входить в атмосферу Земли под углом 5—6° к плоскости местного горизонта.
Уменьшение угла входа от допустимых значений всего на один градус чревато возможностью «незахвата» корабля атмосферой Земли. Превышение угла входа на один градус ведет к возрастанию перегрузок от 10—16 единиц при расчетном спуске до 30—40 единиц, а более значительное увеличение этого угла будет опасно не только для экипажа, но может привести и к разрушению самого корабля. Иными словами, корабль должен пролететь более 800 000 километров по трассе «Земля – Луна – Земля» и на скорости 11 километров в секунду попасть в зону безопасного входа диаметром 13 километров. Такая высокая точность может сравниться лишь с точностью, потребной для попадания в копейку с расстояния 600 метров». В дневниках генерала Каманина есть четкое упоминание, что расчетный коридор имел значение условного перигея 49 км ± 7 километров, т.е. в диапазоне 42…56 км. К примеру, «Зонд-5» из-за отказа системы ориентации, имел перигей ~35 км (т.е. промахнулся и шел баллистикой с перегрузками до 16 g). «Зонд-6» шел четко по трассе с перигеем ~45 км (попал в коридор, при этом максимальные значения перегрузок составляли 4—7 единиц) и совершил удачный маневр-прыжок длинной 9000 км.
А теперь вернемся к нашим американцам. Источник [5] дает нам подробные сведения о параметрах входа в атмосферу и посадки СА «Аполлон». Так, «тормозной» путь у них находился в районе 1300 морских миль = 2400 км. Иногда на сотню больше, иногда на сотню меньше. При этом типичный угол входа в атмосферу равен 6,5° при максимальных перегрузках меньше 7 g. (Все углы входа американцы уже отсчитывали от высоты ~400 тыс. футов или ~120 км, хотя до этого – на рис.5 такой отсчет велся от высоты ~300 тыс. футов или ~91 км). В источнике [1] есть карта места посадки корабля Apollo-11.
Я долго не мог понять, что с ней не так, потом понял: область возможных посадок, или район поиска, находится дальше (по ходу полета) точки управляемого приземления. А должно быть наоборот: нештатная зона баллистического спуска всегда находится (на траектории) перед точкой управляемого спуска. Но не наоборот! Чем дальше точка приземления от места входа в атмосферу, тем глубже аэродинамический маневр в атмосфере. Чем ближе к точке входа, тем больше траектория приближается к классической баллистической параболе.
Рис.4: Место посадки командного отсека корабля «Apollo-11». Вопросы (риторические): Согласно данным
в Тихом океане было задействовано при всех полетах после «Apollo-11» два корабля службы спасения и поиска? Интересно, как всего двумя кораблями покрыть указанный на карте район поиска? И это при том, что в рядовых орбитальных полетах количество морских судов ВМФ США обычно в два-три раза больше. Корабли в Атлантике не в счет, до Атлантики «Apollo» точно не должен был дотянуть. Давайте рассчитаем условный перигей траектории Аполлонов. Если мы знаем параметры траектории для некоторой точки: Vвх, ?вх, Hвх, то из системы уравнений:
(здесь r – радиус-вектор точки, r = ro+Hвх; ? – гравитационный параметр Земли)
r•v•cos (?) =const – второй закон Кеплера;
v?/2 – ?/r =const – закон сохранения энергии;
Нам не известны vп и rп в точке перигея, но известно, что в точке перигея ?перигей = 0
rвх • vвх • cos (?вх) =rп • vп
vвх?/2 – ?/rвх =vп?/2 – ?/rп
Далее система двух арифметических уравнений с двумя неизвестными сводится к квадратному уравнению:
rп? • (vвх?/2 – ?/rвх) + rп • ? – vвх? • rвх? • cos? (?) /2 = 0
Дабы не отяжелять текст, приведу результат: для стандартного угла входа -6,5° на высоте ~120 км получаем перигей в районе ~36 м. И еще один момент нужно учесть. Нагрузка на мидель (площадь сечения перпендикулярного вектору скорости) у кораблей Аполлон и Зонд/Союз отличается в полтора раза: у Аполлона 5560 кг веса на 12 в.м. миделя, а у Союза – 2850 кг на 3,8 кв. м. миделя; т.е. у Аполлона «парусность» в полтора раза выше. Это означает, что аналогичные аэродинамические силы будут для него достигаться в несколько более высоких слоях атмосферы. Для того чтобы траектория спуска «Союза» и «Аполлона» имела одинаковый «профиль» с точки зрения аэродинамических сил, последний при равной скорости должен находится на высоте, где плотность воздуха в полтора раза меньше. Сделаем оценку параметра: пусть плотность атмосферы
? = ?
• exp (– h / h
); h
= ~ 7170 м;
Тогда расстояние между высотой траектории «Союза» h
и «Аполлона» h
?
/ ?
= 1.5 = exp ((h
—h
) /h
); (h
—h
