Мар 30

Изучение управляемых космических кораблей с ядерным ракетным двигателем показало возможность осуществления полетов на Марс с ядерными ракетными двигателями (ЯРД) большой и малой тяги. На возможность осуществления таких полетов указывалось и ранее, например в докладе «Расчеты радиобиологической опасности на космических кораблях с ЯРД». Рассматривался случай, полета на Марс и возвращения на Землю с ЯРД большой тяги. При этом исходили из того, что вес полезной нагрузки составит 25т и полет будет осуществляться с помощью двухступенчатой ракеты-носителя на ядерном топливе. Расчеты основывались на весьма скромных оценках удельного импульса, равного 1000 сек, и отношении веса топлива к общему весу ракеты λ= 0,90. В расчетах не учитывалось торможение при прохождении КК через слои атмосферы. При таких допущениях можно использовать КК с одноступенчатой ракетой-носителем, но это приведет к большому значению отношения взлетного веса ракеты-носителя к весу полезной нагрузки. Таким образом, расчеты основываются на использовании двухступенчатых ракет-носителей для запуска как пилотируемых, так и транспортных КК.

Рис. 12. Вертикальный разрез космического корабля, запускаемого ракетой-носителем с ядерным двигателем (по проекту RITA)

Во второй ступени КК расположены семь баков с водородом, отсек для экипажа, экранированные отсеки (рис. 12), расходуемые материалы, воздушный шлюз, капсула для входа в атмосферу Земли и ядерный реактор. В описанных выше расчетах предусматривалась специальная капсула для исследования Марса. Мы же полагаем, что можно посадить на поверхность Марса космический корабль с ЯРД большой тяги. В работе Конеччи и др. вес КК рассчитывается следующим образом: полезная нагрузка почти 25т (табл.6), верхняя ступень ракеты пилотируемого КК весит 108т, а двухступенчатая ракета-носитель при взлете с Земли ― 333т. Полезная нагрузка пилотируемого КК включает трех космонавтов, систему жизнеобеспечения, радиационную защиту, конструкцию КК и капсулу для исследования Марса с двигателями, работающими на химическом топливе.

Таблица 6

Вес (в кг) полезной нагрузки космического корабля с ЯРД

Расходуемые материалы в системах жизнеобеспечения для 3 космонавтов (из расчета на 1 чел.).

8620

Три космонавта с индивидуальным снаряжением

360

Прочее оборудование (связь и т. д.)

1900

Герметическая кабина с агрегатами (например, воздушный шлюз)

450

Оборудование, обеспечивающее безопасность полета (дополнительные конструктивные элементы, и устройства)

450

Капсула для посадки на Марс и входа в атмосферу Земли

1800

Топливо для капсулы (Н2+О2 с уд. импульсом 400 сек.)

4990

Биологическая защита излучений ЯРД

6350

Общий вес

24920

Расположение ядерного источника на близком расстоянии от членов экипажа и необходимость защиты подробно обсуждались в цитируемой работе. Если предположить, что полет на Марс будет продолжаться 421 день, логично попытаться создать СЖО с полной регенерацией, чтобы уменьшить вес полезной нагрузки. Однако всесторонний анализ системы показал, что экипаж из трех человек должен пользоваться нерегенерируемой системой, поскольку жизненно важные материалы полезной нагрузки будут играть двоякую роль – расходуемых материалов СЖО и радиационной защиты. Помимо того, основываясь на современных представлениях относительно СЖО, а также безопасности и надежности полета, считается более желательным брать жизненно необходимые компоненты полезной нагрузки (средства жизнеобеспечения. Прим. ред.) в виде запасов. За проектом исследования Марса последовал проект RITA – проект создания межпланетных кораблей многократного действия. Он предусматривает создание утилитарного космического корабля конусообразной формы, экономичного, и удобного в эксплуатации, пригодного для разностороннего применения. Были исследованы два положения корабля при входе в плотные слои атмосферы: вершиной конуса вперед или основанием вперед. Во втором случае не достигается нужного соотношения подъемной силы и лобового сопротивления, которое диктуется присутствием людей на борту корабля. Поэтому такая ориентация КК в дальнейшем рассматриваться не будет.

Ядерный двигатель размещается в центральной зоне, по периферии которой расположены топливные баки, а впереди него находится центральный топливный бак. Такое расположение двигателя обеспечивает хорошую аэродинамическую форму при обоих положениях корабля в полете и позволяет убрать неуклюжие опорные конструкции для приземления КК. Наружные баки разделены переборками на три сектора. Баки нижнего сектора используются в первую очередь, чтобы уменьшить пространственный угол, создающий препятствие потоку радиации от реактора. Бак сотовой конструкции делается из стекловолокна и титана или аналогичных новейших материалов. Положение КК стабилизируется импульсами тяги при дополнительном введении топлива в сопло и небольшими реактивными двигателями, расположенными рядом с отсеком полезной нагрузки и работающими на водородо-кислородном топливе.

Описываемые одноступенчатые космические корабли многократного действия, видимо смогут совершать полеты на Луну и возвращаться на Землю. В этом случае их экипаж будет состоять из 3 человек, а вес полезной нагрузки, включая запас топлива для системы управления кораблем и для посадки, составит 17,2т. Кроме того, на корабле предусматривается 6,3т груза; двигатель будет развивать тягу в вакууме 750т. Считается, что можно получить удельный импульс двигателя 10000 сек и вес топлива по отношению к взлетному весу ракеты-носителя будет составлять λ = 0,90.

Рис. 13. Грузоподъемность космического корабля для полета на планеты и возвращения

На рис. 13 приведена диаграмма грузоподъемности КК по проекту RITA при выводе его на околоземную орбиту и при полете на Луну с заправкой на орбите. В вес груза включают вес экипажа и запасов топлива для систем управления кораблем и осуществления посадки, общий вес которых составляет 31,75т. Космический корабль, предназначенный для полета на Луну, заправляется топливом на околоземной низко расположенной орбите, что увеличивает его грузоподъемность. Вес полезного груза при полетах на низко расположенной земной орбите и при полете на Луну с заправкой топлива ограничивается его объемом. Грузоподъемность такого КК вполне удовлетворяет требованиям исследовательских полетов на Луну, доставки, на нее предметов снабжения и освоения Луны. Возможности систем КК позволяют осуществлять самые разнообразные полеты на околоземных орбитах.

При разработке проекта RITA во всех случаях предусматриваются пилотируемые полеты. Для исследования и освоения космического пространства необходимы специальные летательные аппараты. Но сможет ли человек сохранить достаточно хорошую работоспособность в полете? Будет ли его участие в нем действительно ценным, с точки зрения управления КК и осуществления целей полета? Безусловно, да. Человек позволит упростить функционирование систем КК, обеспечит разносторонность и гибкость их применения, благодаря своему умению логически мыслить и находить выход из непредвиденных ситуаций, способности изменять цели полета и выполнять функции по эксплуатации корабля.

Это позволит упростить бортовую аппаратуру, что приведет к повышению надежности всех систем. Человек сможет также улучшить их функционирование, более точно управляя системами с помощью дистанционного управления, например в моменты приземления или стыковки кораблей. Включение веса космонавтов в вес полезной нагрузки КК (табл. 7) с ядерным двигателем означает уменьшение веса и объема других элементов полезной нагрузки.

Таблица 7

Вес полезной нагрузки (в кг) космического корабля по проекту RITA

Система подачи давления и кислорода

280

Система регулирования параметров атмосферы

150

Система терморегулирования

325

Скафандры

120

Экипаж из 3 человек

270

Внутреннее оборудование

230

Наземный спасательный комплект

105

Пища и вода

160

Конструкция отсека

900

Биологическая защита

4530

Электронная аппаратура

460

Источник электроэнергии

600

Двигатель

9000

Запасные материалы

6350

Всего:

23580

Человеку понадобится значительное количество запасов для поддержания его нормальной жизнедеятельности; для него необходимо создать параметры окружающей среды, аналогичные земным, – температуру, давление, влажность и чистоту. Радиация, излучаемая ядерным источником, и космическая радиация должны быть снижены путем экранирования до допустимого уровня. Нужны также пища и вода, скафандр для выхода из КК через воздушный шлюз. Чтобы выполнить все описанные требования необходимы специальные приборы и аппаратура, которые бы создавали и поддерживали нормальные для космонавта окружающие условия. Перечисленные выше элементы СЖО по проекту RITA размещаются внутри отсека, имеющего надежную биологическую защиту. Также очевидна необходимость достаточно защищенных помещений для транспортного корабля.

На КК имеются реактивные двигатели и топливо (жидкий водород и кислород) для управления КК на всех фазах полета. Два ракетных двигателя твердого топлива, которые располагаются рядом с отсеком биологической защиты, можно отделить от полезной нагрузки в случае неудачи при запуске. Помимо СЖО полезной нагрузкой считается также аппаратура, часть которой необходима для эксплуатации КК.

В обязанность экипажа КК будет входить наблюдение за приборами, характеризующими работу двигателей, системами навигации, целостью топливных баков, появлением метеорных проколов и т. д. Вместе с тем космонавты должны наблюдать за приборами, отмечающими состояние среды вне космического корабля, а также проводить специальные опыты, корректировать курс на основе навигационных данных, получаемых в полете.

Одной из сложных проблем при подготовке полета к Луне окажется обнаружение и устранение утечки из баков с горючим (водородом). Существует много методов решения этой проблемы. Например, можно изготовлять баки с двойными стенками и промежутки заполнять жидкой пластмассой-растворителем. В условиях вакуума растворитель будет быстро испаряться или затвердевать при соприкосновении с водородом, если последний начнет вытекать из бака в результате метеорного прокола.

Для обнаружения утечки можно понижать давление в баке, использовать следящее устройство, которое будет обнаруживать водород с помощью масс или энергоспектрографии, регистрировать ионы водорода. Простейший метод состоит в периодическом осмотре баков космонавтами, одетыми в космические скафандры или находящимися в небольшой экранированной капсуле. Обнаруженные отверстия, при отсутствии высокого уровня излучения реактора, можно будет герметизировать с помощью ионной пушки. В противном случае можно сконструировать небольшое автоматическое устройство, передвигающееся по поверхности бака либо с помощью собственного двигателя, либо с помощью магнитных сил, если бак сделан из магнитных материалов. Если же он сделан из стекловолокна или аналогичных материалов, применимы метод присасывания или рельсы. Устройство сможет быстро передвигаться по баку в любом направлении, используя свой спектрограф, ионную или телевизионную камеру. Как только обнаружится течь, оно остановится и наложит на отверстие металлическую заплату, если бак металлический, и приварит ее с помощью ионной пушки.

Похожие статьи:

  1. Многоразовый транспортный космический корабль (МТКК) МНОГОРАЗОВЫЙ ТРАНСПОРТНЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ КОРАБЛЬ (МТКК) США Тип. Пилотируемый космический транспортный...
  2. Общие требования и предположения При полетах человека в космос нужно строго разграничивать время, проводимое...
  3. Ударные ускорения во время космического полета Ударные ускорения отмечаются как при нормальных режимах полета космического корабля,...

автор admin



Написать ответ

Вы должны войти чтобы комментировать.