Дек 18

Ударные ускорения во время космического полета

Ударные ускорения отмечаются как при нормальных режимах полета космического корабля, так и в аварийных ситуациях. В нормальном полете ударные ускорения имеют место преимущественно после возвращения космического корабля на Землю, в момент его приземления. К устройствам и системам, используемым для осуществления мягкой посадки, относятся обычные парашюты с одним или несколькими куполами, тормозные ракетные установки, наполняемые воздухом амортизирующие мешки, а также спускаемый аппарат особой конструкции, обеспечивающей заданное аэродинамическое качество посадки.

На современном уровне развития космической техники (в основном из-за весовых ограничений корабля) не представляется возможным обеспечить управляемый по вертикальной и горизонтальной скорости спуск космического корабля, который во всех случаях приземления был бы по величине ударных ускорений совершенно безвредным для экипажа.

Для реальной оценки степени риска, а также возможности защиты экипажа от потенциально неблагоприятных факторов полета необходимо изучить те физические факторы внешней среды, воздействию которых могут подвергнуться космонавты в данном космическом полете, с данной системой мягкой посадки, т. е. особенности места приземления, наличие ветра в зоне посадки, величину угла соударения спускаемого аппарата с поверхностью.

Отрицательное действие ударных ускорений в момент посадки космического корабля может быть смягчено в значительной степени за счет выбора места посадки. Аналогично этому могут быть выбраны и благоприятствующие посадке условия ветра. Посадка на водную поверхность или ровный, мягкий грунт обычно сопровождается воздействием ударных ускорений небольших величин. Были проведены исследования по изучению динамики ускорений ударного характера при соударении с водой. В частности, получены данные о динамических характеристиках ударных ускорений космического корабля «Аполлон» при его соударениях с водной поверхностью и с землей. При условии нормального срабатывания систем мягкой посадки, скорость приземления в момент соударения может достигнуть величины 8,5 м/сек. Согласно проектным характеристикам космического корабля «Аполлон», при использовании трех тормозных парашютов скорость приземления может иметь величину 15,2 м/сек. Даже в номинальном режиме посадки результирующее значение импульса ударных ускорений характеризуется, как правило, высокой амплитудой и коротким временем пика ускорения, что можно видеть на рис. 1.

Рис. 1. Величины ускорений, зафиксированных при проведении ударных испытаний отсека экипажа «Аполлон»

Соударение произошло с углом тангажа –27,5° при крене 0° на горизонтальной скорости 11,4 м/сек и вертикальной 10,5 м/сек.

Если аварийная ситуация возникла на стартовой позиции, в момент последних приготовлений к полету, то для спасения летного экипажа может потребоваться катапультирование капсулы космического корабля на безопасное удаление от ракеты-носителя, что вызовет ударные ускорения высокой амплитуды и кратковременной продолжительности. Необходимость включения такой же системы аварийного спасения может возникнуть также в начальные фазы разгона ракеты-носителя в случае отказа тяги двигателя или выхода из строя системы управления ракетой. Условия для катапультирования еще более усложняются, когда ракета-носитель достигла высоких скоростей полета и в то же время еще не вышла за пределы атмосферы Земли. Сложность аварийного покидания корабля в этих условиях связана с взаимодействием аэродинамического потока воздуха и быстрого торможения капсулы с экипажем тотчас после отделения от взлетной ступени ракеты-носителя. Кроме того, на высоких скоростях полета в атмосфере ударные ускорения довольно значительной величины могут возникнуть в момент раскрытия куполов тормозных парашютов.

Для безопасного возвращения экипажа на Землю в случае аварийной ситуации полета используются два варианта. В соответствии с каждым из этих вариантов характеристики ударных ускорений существенно отличаются одна от другой. Первый вариант аварийного покидания предусматривает использование индивидуального катапультируемого сидения, наподобие тех, что применяются на современных высокоскоростных самолетах; в этом случае спасаемый член экипажа подвергается воздействию серии импульсных ускорений короткой продолжительности. Указанные ускорения появляются при срабатывании пиропатрона катапультного кресла, при включении основной ракетной установки кресла в момент действия аэродинамического удара воздуха при высоких скоростях полета, а также при раскрытии куполов парашюта и в момент приземления. Второй способ аварийного спасения обеспечивает отделение капсулы космического корабля с экипажем от стартующей ракеты-носителя. Величины ускорений, необходимые для этого способа аварийного покидания, обычно не выходят за пределы 8–12 G и характеризуются большей продолжительностью действия импульса по сравнению с тем же показателем при использовании катапультируемого сидения. В этом случае выдерживание вектора тяги систем аварийного покидания и центра тяжести на одной траектории движения осуществляется надежнее и легче, чем при катапультировании стандартного кресла. Именно по этой причине еще в период разгона по направляющим для катапультируемого кресла необходим больший импульс ускорения. Величина импульса ускорения при катапультировании кресла может достигать от 18 до 20 G.

Использование кабины космического корабля в качестве капсулы аварийного спасения вносит два существенных дополнения в структуру ускорений ударного, характера, воздействию которых подвергается при этом экипаж. Следует отметить, прежде всего, то благоприятное обстоятельство, что при указанном способе спасения полностью решается проблема защиты космонавтов от воздействия аэродинамического напора воздуха и быстрого торможения. Вообще космический корабль проектируется с расчетом оптимального значения аэродинамического качества, которое обеспечивает ему плавное торможение при входе в верхние слои атмосферы и, таким образом, смягчает действие фактора ускорения на организм космонавтов. Второе существенное обстоятельство связано непосредственно с приземлением. Посадка вне капсулы космического корабля обычно выполняется без осложнений хорошо подготовленным членом экипажа. Космонавт, спускающийся на парашюте, может регулировать скорость спуска и даже произвольно менять направление его траектории. В момент приземления он принимает оптимальную позу, смягчая удар ногами. Обеспечение в равной степени безопасного приземления всего космического корабля в аварийной ситуации и даже в нормальных условиях посадки является чрезвычайно трудной технической задачей.

Относительно сложные задачи, выполняемые парашютистом перед приземлением, т. е. оценка скорости спуска, направления сноса ж принятие необходимой позы для наилучшего использования ног в целях смягчения удара о землю, не могут быть решены при расчете посадки всего космического корабля без дополнительного увеличения его веса и усложнения конструкции. Ударные ускорения, которые возникают в капсуле в момент приземления, отличаются чрезвычайной изменчивостью своих значений из-за невозможности регулирования параметров посадки в таком варианте аварийного спасения.

Альтернативным решением может служить система аварийного спасения, которая комбинирует наиболее сильные и выигрышные преимущества каждой из рассмотренных систем аварийного покидания в отдельности. При таком решении космический корабль используется для отделения от стартовой ступени, но в последующем, когда будет достигнуто безопасное удаление и погашена до приемлемого уровня скорость полета капсулы космического корабля, в действие приводятся индивидуальные катапультируемые сидения.

Указанный вариант позволяет решить проблему защиты членов экипажей от ударных ускорений, которые могут иметь место при посадке экипажа в капсуле. Однако этот вариант не может считаться самым эффективным в смысле весовых ограничений корабля и сложности его конструкции, если к тому же требуется спасти и сохранить капсулу космического корабля.

Ударные ускорения могут возникать также и на других этапах космического полета. Например, это ускорения, связанные с выполнением операции стыковки, т. е. соединения одного космического корабля с другим или с двигательной ступенью, которые могут послужить причиной кратковременных ускорений ударного характера. Безопасное «приземление» космического корабля после завершения космического полета или в аварийной ситуации может потребоваться также при посадке на другие небесные тела. Величины ускорений ударного характера при стыковке в космическом полете и осуществлении посадки должны быть обязательно небольшой величины, исключающей всякую возможность травм о бортовое оборудование космического корабля, что может поставить под угрозу успех всего полета.

Всякая потенциальная или фактическая опасность воздействия ударных ускорений в связи с выполнением космического полета должна быть тщательно взвешена с учетом вероятности допустимых уровней травм и повреждения бортовой аппаратуры. Подобный анализ вероятности риска, связанного с выполнением полета, не может быть проведен без достаточно детального понимания реакций человека на воздействие ударных ускорений различной интенсивности.

Таким образом, одной из главных задач исследования этого направления разработки объектов космической техники является установление критериев и пределов устойчивости человека к воздействию ударных ускорений, обеспечивающих успех космического полета.

Похожие статьи:

  1. Физиологическое и патологическое действие ударных ускорений Большинство исследований по изучению действия ударных ускорений на организм человека...
  2. Влияние скорости приземления на устойчивость животных к ударным перегрузкам С. А. Гозулов Приземление космических аппаратов, отделяемых кабин или спасательных...
  3. Устойчивость человека к ускорениям и критерии ее оценки Оценка устойчивости организма к действию ускорений зависит от характера выбранного...

автор admin \\ теги: , , ,



Написать ответ

Вы должны войти чтобы комментировать.