Skrydžiai daugkartinio naudojimo erdvėlaiviais ir kosminėmis stotimis tampa šiuolaikinio gyvenimo dalimi, kosmoso TRAVEL yra beveik prieinama. Ir dėl to sapnai apie juos tampa vis dažnesni. Tokio pobūdžio svajonė dažnai yra paprastas NORŲ IŠPILDYMAS, svajonė pamatyti pasaulį iš kito erdvės taško. Tačiau tai gali būti ir svajonė apie PAbėgimą, keliones ar paieškas. Akivaizdu, kad tokios svajonės supratimo raktas yra kelionės tikslas. Kitas būdas suprasti sapno prasmę yra susijęs su kelionės būdu. Ar buvote erdvėlaivyje ar kažkas jums pažįstamesnio (pvz., jūsų automobilis)?
Svajonė apie keliones kosmose yra gera medžiaga tyrimams. Galite sapnuoti, kad pasiklydote ir ko nors čiumpate dideliame vakuume.
Ar sapne tikrai norėjote būti kosmose, ar tiesiog ten atsidūrėte? Ar ten būdamas jautėtės saugus?
Kai erdvėlaivis arba orbitinė stotis atsiskiria nuo paskutinės jį į kosmosą nešančios raketos pakopos, tai tampa „Mission Control“ specialistų darbu.
Pagrindinė valdymo patalpa – erdvi patalpa, išklota eilėmis konsolių, kuriose dirba specialistai, stebina koncentruota tyla. Jį trikdo tik operatoriaus balsas, bendraujantis su astronautais. Visą priekinę salės sieną užima trys ekranai ir keli skaitmeniniai ekranai. Didžiausiame centriniame ekrane yra spalvingas pasaulio žemėlapis. Kosmonautų kelias ėjo juo kaip mėlynas sinusoidas – taip atrodo erdvėlaivio orbitos projekcija, išsiskleidusi plokštumoje. Mėlyna linija lėtai juda raudonas taškas – orbitoje esantis laivas. Dešiniajame ir kairiajame ekranuose matome astronautų televizinį vaizdą, pagrindinių kosmose atliekamų operacijų sąrašą, orbitos parametrus, įgulos darbo planus artimiausiai ateičiai. Virš ekranų šviečia skaičiai. Juose rodomas Maskvos laikas ir laikas laive, kitos orbitos numeris, skrydžio diena ir kitos bendravimo su įgula laikas.
Virš vienos iš konsolių yra ženklas: „Balistinės grupės vadovas“. Balistikos specialistai kontroliuoja erdvėlaivio judėjimą. Būtent jie apskaičiuoja tikslų paleidimo laiką, įstūmimo į orbitą trajektoriją ir pagal savo duomenis erdvėlaivių manevrus, prisišvartuoja į orbitines stotis ir leidžiasi į Žemę. Balistikos vadovas stebi informaciją, gaunamą iš kosmoso. Priešais jį mažame televizoriaus ekrane yra skaičių stulpeliai. Tai signalai iš laivo, kurie buvo kompleksiškai apdoroti Centro elektroniniuose kompiuteriuose.
Įvairių modelių kompiuteriai centre sudaro visą skaičiavimo kompleksą. Jie rūšiuoja informaciją, įvertina kiekvieno matavimo patikimumą, apdoroja ir analizuoja telemetrinius rodiklius (žr. Telemechanika). Kas sekundę Centre atliekami milijonai matematinių operacijų, o kas 3 sekundes kompiuteriai atnaujina informaciją pultuose.
Pagrindinėje salėje yra žmonių, tiesiogiai susijusių su skrydžių valdymu. Tai skrydžio ir atskirų specialistų grupių vadovai. Kitose Centro srityse veikia vadinamosios paramos grupės. Jie planuoja skrydį, randa geriausius būdus, kaip įgyvendinti priimtus sprendimus, konsultuoja salėje sėdinčius. Pagalbinėse grupėse dalyvauja balistikos specialistai, įvairių erdvėlaivių sistemų konstruktoriai, gydytojai ir psichologai, mokslininkai, sukūrę mokslinio skrydžio programą, vadovavimo ir matavimų komplekso bei paieškos ir gelbėjimo tarnybos atstovai, taip pat žmonės, organizuojantys astronautų laisvalaikį, rengia jiems muzikines programas, radijo susitikimus su šeimomis, žinomais mokslo ir kultūros veikėjais.
Valdymo centras ne tik valdo įgulos veiklą, stebi erdvėlaivių sistemų ir mazgų funkcionavimą, bet ir koordinuoja daugybės antžeminių ir laivų sekimo stočių darbą.
Kodėl mums reikia daug erdvės turinčių ryšių stočių? Faktas yra tas, kad kiekviena stotis gali palaikyti ryšį su skraidančiu erdvėlaiviu labai trumpą laiką, nes laivas greitai palieka tam tikros stoties radijo matomumo zoną. Tuo tarpu per sekimo stotis tarp laivo ir Misijos valdymo centro keičiamasi labai daug informacijos.
Šimtai jutiklių yra sumontuoti bet kuriame erdvėlaivyje. Jie matuoja temperatūrą ir slėgį, greitį ir pagreitį, įtempį ir vibraciją atskiruose konstrukciniuose vienetuose. Reguliariai matuojami keli šimtai parametrų, apibūdinančių borto sistemų būklę. Jutikliai konvertuoja tūkstančių skirtingų indikatorių reikšmes į elektrinius signalus, kurie vėliau radijo ryšiu automatiškai perduodami į Žemę.
Visa ši informacija turi būti kuo greičiau apdorota ir išanalizuota. Natūralu, kad stoties specialistai neapsieina be kompiuterio pagalbos. Mažesnė duomenų dalis apdorojama sekimo stotyse, o didžioji dalis laidu ir radijo ryšiu – per dirbtinius žemės palydovus Molnija – perduodama į Valdymo centrą.
Erdvėlaiviams pravažiuojant sekimo stotis, nustatomi jų orbitų ir trajektorijų parametrai. Tačiau šiuo metu sunkiai dirba ne tik laivo ar palydovo radijo siųstuvai, bet ir jų radijo imtuvai. Jie gauna daugybę komandų iš Žemės, iš Valdymo centro. Šios komandos įjungia arba išjungia įvairias erdvėlaivio sistemas ir mechanizmus, keičia jų veikimo programas.
Įsivaizduokime, kaip veikia sekimo stotis.
Virš sekimo stoties danguje pasirodo maža žvaigždė ir lėtai juda. Sklandžiai besisukantis, kelias tonas sveriantis priėmimo antenos dubuo seka paskui jį. Už kelių kilometrų nuo čia įrengta kita antena – siųstuvas: tokiu atstumu siųstuvai nebetrukdo priimti signalų iš kosmoso. Ir tai atsitinka kiekvienoje paskesnėje sekimo stotyje.
Visi jie yra tose vietose, virš kurių driekiasi kosminiai maršrutai. Kaimyninių stočių radijo matomumo zonos iš dalies persidengia viena su kita. Dar visiškai nepalikęs vienos zonos laivas jau atsiduria kitoje. Kiekviena stotis, baigusi kalbėtis su laivu, „perkelia“ jį į kitą. Kosminė estafetė tęsiasi už mūsų šalies ribų.
Dar gerokai prieš erdvėlaivio skrydį į jūrą išplaukia plūduriuojančios sekimo stotys – specialūs SSRS mokslų akademijos ekspedicinio laivyno laivai. „Kosminio“ laivyno laivai stebimi skirtinguose vandenynuose. Jam vadovauja mokslinis laivas „Kosmonautas Jurijus Gagarinas“, 231,6 m ilgio, 11 denių, 1250 kambarių. Keturi didžiuliai laivo antenos dubenys siunčia ir priima signalus iš kosmoso.
Sekimo stočių dėka ne tik girdime, bet ir matome kosminio namo gyventojus. Kosmonautai reguliariai rengia televizijos reportažus, rodydami žemiečiams jų planetą Mėnulį, juodame danguje ryškiai šviečiančias žvaigždes...
Labai trumpas laikas mus skiria nuo 1961 m. balandžio 12 d., kai legendinis Jurijaus Gagarino „Vostok“ šturmavo kosmosą ir ten jau buvo kelios dešimtys erdvėlaivių. Visi jie, nesvarbu, ar jie jau skrido, ar tik gimsta ant vatmano popieriaus lapų, daugeliu atžvilgių yra panašūs vienas į kitą. Tai leidžia kalbėti apie erdvėlaivį apskritai, kaip tiesiog kalbame apie automobilį ar lėktuvą, neturėdami omenyje konkrečios automobilio markės.
Tiek automobilis, tiek lėktuvas neapsieina be variklio, vairuotojo kabinos ir valdymo prietaisų. Erdvėlaivis taip pat turi panašių dalių.
Siųsdami žmogų į kosmosą dizaineriai rūpinasi saugiu jo grįžimu. Laivo nusileidimas į Žemę prasideda sumažėjus jo greičiui. Erdvinio stabdžio vaidmenį atlieka korekcinė stabdžių varomoji sistema. Jis taip pat naudojamas atliekant manevrus orbitoje. IN instrumentų skyrius išdėstyti maitinimo šaltiniai, radijo įranga, valdymo sistemos įrenginiai ir kita įranga. Kosmonautai keliauja iš orbitos į Žemę nusileidimas, arba kaip kartais vadinama, įgulos skyrius.
Be „privalomų“ dalių, erdvėlaiviai turi naujus blokus ir ištisus skyrius, jų dydžiai ir masės didėja. Taigi erdvėlaivis „Sojuz“ dabar turi antrą „kambarį“ - orbitos skyrius.Čia kelių dienų skrydžių metu astronautai ilsisi ir atlieka mokslinius eksperimentus. Pritvirtinimui erdvėje laivuose yra įrengtos specialios prijungimo taškai. Amerikiečių erdvėlaivis „Apollo“ neša mėnulio modulis - skyrius astronautams nusileisti Mėnulyje ir grąžinti juos atgal.
Su erdvėlaivio sandara susipažinsime pasitelkę sovietinio erdvėlaivio „Sojuz“, pakeitusio „Vostok“ ir „Voskhod“, pavyzdį. „Sojuz“ buvo atliktas manevravimas ir rankinis prijungimas erdvėje, sukurta pirmoji pasaulyje eksperimentinė kosminė stotis, du kosmonautai perkelti iš laivo į laivą. Šiuose laivuose taip pat buvo išbandyta valdoma deorbitavimo sistema ir daug daugiau.
IN prietaisų skyrius„Sojuz“ yra įsikūrę korekcinė stabdžių varomoji sistema, susidedantis iš dviejų variklių (sugedus vienam varikliui, įsijungia antrasis) ir orbitinį skrydį užtikrinančių instrumentų. Montuojamas už skyriaus ribų saulės baterijos, antenos ir sistemos radiatorius termoreguliacija.
Nusileidimo modulyje yra kėdės. Juos dėvi astronautai iškeldami erdvėlaivį į orbitą, manevruodami erdvėje ir nusileisdami į Žemę. Priešais astronautus yra erdvėlaivio valdymo pultas. Nusileidimo transporto priemonėje yra ir nusileidimo valdymo sistemos, ir radijo ryšio, gyvybės palaikymo, parašiutų ir kt. nusileidimo valdymo varikliai Ir minkšto tūpimo varikliai.
Iš nusileidimo modulio į erdviausią laivo skyrių veda apvalus liukas - orbitos. Jame yra darbo vietos astronautams ir vietos jiems pailsėti. Čia laivo gyventojai užsiima sportinėmis mankštomis.
Dabar galime pereiti prie išsamesnės istorijos apie erdvėlaivių sistemas.
Kosminė elektrinė
Orbitoje Sojuzas primena sklandantį paukštį. Tokį panašumą jai suteikia atvirų saulės baterijų „sparnai“. Norint valdyti erdvėlaivio instrumentus ir prietaisus, reikia elektros energijos. Saulės baterija įkrauna įmontuotus. cheminių baterijų laive. Net kai saulės baterija yra pavėsyje, laivo prietaisai ir mechanizmai nelieka be elektros, jie ją gauna iš baterijų.
Pastaruoju metu kai kurie erdvėlaiviai naudojo kuro elementus kaip energijos šaltinius. Šiuose neįprastuose galvaniniuose elementuose kuro cheminė energija nedeginant paverčiama elektros energija (žr. straipsnį „GOELRO planas ir energijos ateitis“). Kuras – vandenilis oksiduojamas deguonimi. Reakcijos metu susidaro elektros srovė ir vanduo. Tada šis vanduo gali būti naudojamas gerti. Kartu su dideliu efektyvumu tai yra didelis kuro elementų pranašumas. Kuro elementų energijos intensyvumas yra 4-5 kartus didesnis nei baterijų. Tačiau kuro elementai nėra be trūkumų. Rimčiausia iš jų – didelė masė.
Tas pats trūkumas vis dar neleidžia naudoti atominių baterijų astronautikoje. Apsaugojus įgulą nuo šių elektrinių radioaktyviosios spinduliuotės, laivas taps per sunkus.
Orientacinė sistema
Atsiskyręs nuo paskutinės nešančiosios raketos pakopos, greitai judantis laivas pradeda lėtai ir atsitiktinai suktis. Pabandykite šioje padėtyje nustatyti, kur yra Žemė ir kur yra „dangus“. Griūvančioje kajutėje astronautams sunku nustatyti laivo vietą, neįmanoma atlikti stebėjimų virš dangaus kūnų, o saulės baterijos veikimas tokioje padėtyje neįmanomas. Todėl laivas priverstas užimti tam tikrą vietą erdvėje – jos orientuotis. Atlikdami astronominius stebėjimus, jie sutelkia dėmesį į kai kurias ryškias žvaigždes – Saulę ar Mėnulį. Norint gauti srovę iš saulės baterijos, jos skydelis turi būti nukreiptas į Saulę. Dviejų laivų artėjimas reikalauja jų abipusės orientacijos. Taip pat manevrus galima pradėti tik orientuotoje padėtyje.
Erdvėlaivyje sumontuoti keli maži padėties valdymo privaikikliai. Įjungdami ir išjungdami juos tam tikra tvarka, astronautai sukasi laivą aplink bet kurią pasirinktą ašį.
Prisiminkime paprastą mokyklinį eksperimentą su vandens suktuku. Vandens srovių, besitaškančių iš skirtingomis kryptimis pakabinto, į skirtingas puses išlenkto vamzdžio galų, reaktyvioji jėga priverčia suktis ratuką. Tas pats vyksta ir su erdvėlaiviu. Jis puikiai pakabintas – laivas nesvarus. Norint pasukti laivą bet kurios ašies atžvilgiu, pakanka poros mikromotorių su priešingos krypties purkštukais.
Įjungiami tam tikra kombinacija, keli mažos traukos varikliai gali ne tik pasukti laivą pagal pageidavimą, bet ir suteikti jam papildomo pagreičio arba atitolinti nuo pradinės trajektorijos. Štai ką apie erdvėlaivio „Sojuz-9“ valdymą rašė pilotai-kosmonautai A.G.Nikolajevas ir V.I.: „Valdymo lazdele, įskaitant vieną ar kitą orientacinių variklių grupę, buvo galima pasukti laivą bet kuria kryptimi. , o naudojant optinius prietaisus, labai tiksliai orientuoti laivą Žemės atžvilgiu (iki kelių lanko minučių), kai laivas buvo orientuotas į žvaigždes.
Erdvėlaivis „Sojuz-4“: 1 -
orbitos skyrius; 2 - nusileidimo transporto priemonė, kuria astronautai grįžta į Žemę; 3 -
saulės kolektorių
trumpos baterijos; 4 -
prietaisų ir surinkimo skyrius.
Tačiau „mažos traukos“ pakanka atlikti tik nedidelius manevrus. Dėl reikšmingų trajektorijos pokyčių reikia įtraukti galingą korekcinę varymo sistemą.
„Sojuz“ maršrutai driekiasi 200–300 km nuo Žemės paviršiaus. Ilgo skrydžio metu, net ir labai retoje atmosferoje, kuri egzistuoja tokiame aukštyje, laivas palaipsniui lėtėja ore ir leidžiasi žemyn. Jei nebus imtasi priemonių, Sojuzas į tankius atmosferos sluoksnius pateks gerokai anksčiau nei nurodytas laikas ne tik judant į aukštesnę orbitą Variklis įjungiamas artėjant laivams priplaukiant, taip pat atliekant įvairius manevrus orbitoje.
Erdvėlaivyje Sojuz yra ekrano-vakuuminės izoliacijos „kailis“.
Orientacija yra labai svarbi skrydžio į kosmosą dalis. Tačiau vien orientuoti laivą neužtenka. Jis vis dar turi būti laikomas šiose pareigose - stabilizuoti. Tai nėra taip paprasta padaryti nepalaikomoje erdvėje. Vienas iš paprasčiausių stabilizavimo būdų yra sukimosi stabilizavimas.Šiuo atveju naudojama besisukančių kūnų savybė išlaikyti sukimosi ašies kryptį ir priešintis jos pokyčiams. (Visi esate matę vaikišką žaislą – viršūnę, atkakliai atsisakončią kristi, kol visiškai sustoja.) Šiuo principu veikiantys įrenginiai – giroskopai, yra plačiai naudojami erdvėlaivių judėjimo automatinėse valdymo sistemose (žr. straipsnius „Technologijos padeda vairuoti lėktuvus“ ir „Automatiniai mechanizmai padeda navigatoriams“). Besisukantis laivas yra tarsi masyvus giroskopas: jo sukimosi ašis praktiškai nekeičia savo padėties erdvėje. Kai saulės spinduliai patenka į saulės kolektorių statmenai jos paviršiui, baterija sukuria didžiausią elektros srovę. Todėl įkraunant baterijas saulės baterija turi „žiūrėti“ tiesiai į Saulę. Norėdami tai padaryti, laivas atlieka sukti. Pirmiausia astronautas, sukdamas laivą, ieško Saulės. Šviestuvo atsiradimas specialaus prietaiso skalės centre reiškia, kad laivas orientuotas teisingai. Dabar įsijungia mikrovarikliai, o laivas sukasi aplink laivo ir saulės ašį. Keisdami erdvėlaivio sukimosi ašies posvyrį, astronautai gali keisti baterijos apšvietimą ir taip reguliuoti iš jo gaunamos srovės stiprumą. Erdvėlaivio valdymas Sukimosi stabilizavimas nėra vienintelis būdas išlaikyti erdvėlaivio padėtį erdvėje. Atliekant kitas operacijas ir manevrus, laivas stabilizuojasi padėties valdymo sistemos variklių trauka. Tai daroma taip. Pirmiausia astronautai, įjungę atitinkamus mikrovariklius, pasuka laivą į norimą padėtį. Baigus orientaciją, giroskopai pradeda suktis valdymo sistemos. Jie „atsimena“ laivo padėtį. Kol erdvėlaivis lieka tam tikroje padėtyje, giroskopai yra „tylūs“, tai yra, jie neduoda signalų padėties valdymo varikliams. Tačiau su kiekvienu laivo posūkiu jo korpusas pasislenka giroskopų sukimosi ašių atžvilgiu. Tuo pačiu metu giroskopai suteikia varikliams reikiamas komandas. Mikrovarikliai įsijungia ir savo trauka grąžina laivą į pradinę padėtį.
Tačiau prieš „sukdamas vairą“ astronautas turi tiksliai įsivaizduoti, kur dabar yra jo laivas. Antžeminio transporto vairuotojas vadovaujasi įvairiais stacionariais objektais. Kosmose astronautai naršo pagal netoliese esančius dangaus kūnus ir tolimas žvaigždes.
Sojuz navigatorius visada mato Žemę priešais save erdvėlaivio valdymo skydelyje - navigacijos gaublys.Šios „Žemės“ niekada neuždengia debesų danga, kaip tikra planeta. Tai ne tik trimatis Žemės rutulio vaizdas. Skrydžio metu du elektros varikliai sukasi Žemės rutulį vienu metu aplink dvi ašis. Viena jų lygiagreti Žemės sukimosi ašiai, o kita – statmena erdvėlaivio orbitinei plokštumai. Pirmasis judesys modeliuoja kasdienį Žemės sukimąsi, o antrasis – laivo skrydį. Ant fiksuoto stiklo yra mažas kryžius, po kuriuo sumontuotas gaublys. Tai mūsų „erdvėlaivis“. Bet kuriuo metu astronautas, žvelgdamas į Žemės rutulio paviršių po kryželiu, mato, kuriame Žemės regione jis šiuo metu yra.
Į klausimą "Kur aš esu?" Astronautams, kaip ir jūreiviams, padeda seniai žinomas navigacijos įrenginys – sekstantas. Erdvinis sekstantas šiek tiek skiriasi nuo jūros sekstanto: jį galima naudoti laivo kabinoje, neįlipant į jo „denį“.
Kosmonautai mato tikrąją Žemę pro iliuminatorių ir kiaurai optinis taikiklisŠis prietaisas, sumontuotas viename iš langų, padeda nustatyti kampinę laivo padėtį Žemės atžvilgiu. Su jo pagalba Sojuz-9 įgula orientavosi pagal žvaigždes.
Ne karšta ir ne šalta
Aplink Žemę skriejantis laivas pasineria arba į akinančiai karštus Saulės spindulius, arba į šaltos kosminės nakties tamsą. O astronautai dirba su lengvais sportiniais kostiumais, nepatiria nei karščio, nei šalčio, nes salone nuolat palaikoma žmogui pažįstama kambario temperatūra. Tokiomis sąlygomis puikiai jaučiasi ir laivo instrumentai – juk žmogus juos sukūrė veikti normaliomis žemiškomis sąlygomis.
Erdvėlaivį šildo ne tik tiesioginiai saulės spinduliai. Maždaug pusė visos į Žemę patenkančios saulės šilumos atsispindi atgal į kosmosą. Šie atsispindėję spinduliai dar labiau kaitina laivą. Skyrių temperatūrai įtakos turi ir laivo viduje veikiantys prietaisai bei agregatai. Didžiąją dalį suvartojamos energijos jie nenaudoja pagal paskirtį, o išskiria ją šilumos pavidalu. Jei ši šiluma nebus pašalinta iš laivo, karštis slėginiuose skyriuose netrukus taps nepakeliamas.
Pagrindiniai uždaviniai yra apsaugoti erdvėlaivį nuo išorinių šilumos srautų ir išmesti šilumos perteklių į kosmosą šiluminės kontrolės sistemos.
Prieš skrydį laivas aprengiamas kailiniais ekrano-vakuuminė izoliacija. Tokia izoliacija susideda iš daugybės besikeičiančių plonos metalizuotos plėvelės sluoksnių – ekranų, tarp kurių skrydžio metu susidaro vakuumas. Tai patikima kliūtis karštiems saulės spinduliams. Tarpuose tarp ekranų yra stiklo pluošto ar kitų akytų medžiagų sluoksniai.
Visos laivo dalys, kurios dėl vienokių ar kitokių priežasčių nėra uždengtos ekrano-vakuuminiu antklode, yra padengtos dangomis, galinčiomis atspindėti didžiąją dalį spinduliuotės energijos atgal į kosmosą. Pavyzdžiui, magnio oksidu padengti paviršiai sugeria tik ketvirtadalį ant jų patenkančios šilumos.
Ir vis dėlto, naudojant tik tokius pasyvus apsaugos priemonių, neįmanoma apsaugoti laivo nuo perkaitimo. Todėl pilotuojamiems erdvėlaiviams naudojami efektyvesni metodai. aktyvusšilumos reguliavimo priemonės.
Ant sandarių skyrių vidinių sienelių yra metalinių vamzdžių raizginys. Juose cirkuliuoja specialus skystis - aušinimo skystis. Montuojamas už laivo ribų radiatorius-šaldytuvas, kurio paviršius nepadengtas ekrano-vakuumine izoliacija. Prie jo prijungti aktyvios termoreguliacijos sistemos vamzdeliai. Skyriuje šildomas aušinimo skystis pumpuojamas į radiatorių, kuris „išmeta“ ir išspinduliuoja nereikalingą šilumą į kosmosą. Tada atvėsęs skystis grąžinamas į laivą, kad būtų galima pradėti iš naujo.
Šiltas oras yra lengvesnis už šaltą. Kai jis įkaista, jis kyla; nustumdamas šaltus, sunkesnius sluoksnius. Natūralus oro susimaišymas vyksta - konvekcija. Dėl šio reiškinio jūsų buto termometras, nesvarbu, kuriame kampe jį pastatysite, rodys beveik tą pačią temperatūrą.
Esant nulinei gravitacijai, toks maišymas yra neįmanomas. Todėl, norint tolygiai paskirstyti šilumą visame erdvėlaivio kabinos tūryje, joje būtina organizuoti priverstinę konvekciją naudojant įprastus ventiliatorius.
Kosmose kaip ir Žemėje
Žemėje mes negalvojame apie orą. Mes tiesiog tuo kvėpuojame. Erdvėje kvėpavimas tampa problema. Aplink laivą yra erdvės vakuumas ir tuštuma. Norėdami kvėpuoti, astronautai turi pasiimti oro atsargas iš Žemės.
Žmogus per dieną suvartoja apie 800 litrų deguonies. Jis gali būti laikomas laive cilindruose arba dujinėje būsenoje esant aukštam slėgiui, arba skystas. Tačiau 1 kg tokio skysčio į kosmosą „ištempia“ 2 kg metalo, iš kurio gaminami deguonies balionai, o suslėgtų dujų yra dar daugiau - iki 4 kg 1 kg deguonies.
Bet jūs galite apsieiti be cilindrų. Šiuo atveju į erdvėlaivį kraunamas ne grynas deguonis, o surištoje formoje jo turinčios cheminės medžiagos. Daug deguonies yra kai kurių šarminių metalų oksiduose ir druskose, gerai žinomame vandenilio perokside. Be to, oksidai turi dar vieną labai reikšmingą pranašumą: kartu su deguonies išsiskyrimu jie išvalo salono atmosferą, sugerdami žmonėms kenksmingas dujas.
Žmogaus kūnas nuolat vartoja deguonį, gamindamas anglies dioksidą, anglies monoksidą, vandens garus ir daugybę kitų medžiagų. Uždarame laivo skyrių tūryje besikaupiantis anglies monoksidas ir anglies dioksidas gali apsinuodyti astronautams. Kabinos oras nuolat praleidžiamas per indus, kuriuose yra šarminių metalų oksidų. Tokiu atveju įvyksta cheminė reakcija: išsiskiria deguonis, absorbuojamos kenksmingos priemaišos. Pavyzdžiui, 1 kg ličio superoksido yra 610 g deguonies ir gali sugerti 560 g anglies dioksido. Aktyvuota anglis, išbandyta pirmosiose dujokaukėse, taip pat naudojama orui valyti sandariose kabinose.
Be deguonies, astronautai skrydžio metu pasiima vandens ir maisto atsargas. Įprastas vanduo iš čiaupo laikomas patvariose talpyklose, pagamintose iš plastikinės plėvelės. Kad vanduo nesugestų ir neprarastų skonio, į jį dedama nedidelis kiekis specialių medžiagų – vadinamųjų konservantų. Taigi, 1 mg joninio sidabro, ištirpinto 10 litrų vandens, jį galima gerti šešis mėnesius.
Iš vandens rezervuaro tęsiasi vamzdis. Jis baigiasi kandikliu su fiksavimo įtaisu. Astronautas paima kandiklį į burną, paspaudžia fiksavimo įtaiso mygtuką ir įsiurbia vandenį. Tai vienintelis būdas gerti kosmose. Esant nulinei gravitacijai, vanduo išslysta iš atvirų indų ir, suskaidytas į mažus kamuoliukus, plūduriuoja aplink saloną.
Vietoj košės tyrelių, kurias pasiėmė pirmieji kosmonautai, „Sojuz“ įgula valgo įprastą „žemišką“ maistą. Laive yra net miniatiūrinė virtuvėlė, kurioje šildomi jau paruošti pietūs.
Nuotraukose prieš paleidimą apsirengę Jurijus Gagarinas, Germanas Titovas ir kiti kosmoso pionieriai. skafandrai, besišypsantys veidai žiūri į mus pro stiklą šalmai. Ir dabar žmogus negali išeiti į kosmosą ar į kitos planetos paviršių be skafandro. Todėl skafandrų sistemos nuolat tobulinamos.
Skafandras dažnai lyginamas su sandaria kabina, sumažinta iki žmogaus kūno dydžio. Ir teisingai. Skafandras yra ne vienas kostiumas, o keli, apsirengę vienas ant kito. Karščiui atsparūs viršutiniai drabužiai nudažyti baltai, kuri gerai atspindi šilumos spindulius. Po viršutiniais drabužiais yra kostiumas iš ekrano-vakuuminės termoizoliacijos, o po juo – daugiasluoksnis apvalkalas. Tai užtikrina, kad kostiumas būtų visiškai sandarus.
Kas yra dėvėjęs gumines pirštines ar batus, žino, koks nepatogus yra kostiumas, nepraleidžiantis oro. Tačiau astronautai tokių nepatogumų nepatiria. Nuo jų žmogų gelbsti skafandro vėdinimo sistema. Pirštinės, batai ir šalmas užbaigia astronauto, vykstančio į kosmosą, „aprangą“. Šalmo iliuminatorius aprūpintas šviesos filtru, kuris apsaugo akis nuo akinančios saulės šviesos.
Astronautas ant nugaros turi kuprinę. Jame yra deguonies tiekimas kelioms valandoms ir oro valymo sistema. Kuprinė lanksčiomis žarnomis sujungta su skafandru. Ryšio laidai ir saugos lynas – atrama – jungia astronautą su laivu. Mažas reaktyvinis variklis padeda astronautui „plaukti“ erdvėje. Šį pistoleto formos dujinį variklį naudojo amerikiečių astronautai.
Laivas plaukia toliau. Tačiau astronautai nesijaučia vieniši. Šimtai nematomų gijų jungia juos su gimtąja Žeme.
„Sojuz“ serijos erdvėlaiviai, kuriems Mėnulio ateitis buvo žadėta beveik prieš pusę amžiaus, niekada nepaliko Žemės orbitos, tačiau pelnė patikimiausio keleivinio kosminio transporto reputaciją. Pažvelkime į juos laivo vado akimis
Erdvėlaivis Sojuz-TMA susideda iš prietaisų skyriaus (IAC), nusileidimo modulio (DA) ir apgyvendinimo skyriaus (CO), o SA užima centrinę laivo dalį. Kaip lėktuve kilimo ir kopimo metu mums liepiama prisisegti saugos diržus ir neišlipti iš savo vietų, kosmonautai taip pat privalo būti savo vietose, būti prisisegę ir nenusivilkti skafandrų laivo išleidimo į orbitą metu. ir manevras. Pasibaigus manevrui, įgulai, kurią sudaro laivo vadas, skrydžio inžinierius-1 ir skrydžio inžinierius-2, leidžiama nusirengti skafandrus ir pereiti į gyvenamąjį skyrių, kur galima pavalgyti ir nueiti į tualetą. Skrydis į TKS trunka apie dvi paras, grįžimas į Žemę trunka 3-5 valandas.
„Sojuz-TMA“ naudojama informacijos rodymo sistema „Neptune-ME“ (IDS) priklauso penktosios kartos IDS, skirta „Sojuz“ serijos laivams.
Kaip žinoma, Sojuz-TMA modifikacija buvo sukurta specialiai skrydžiams į Tarptautinę kosminę stotį, o tai suponavo NASA astronautų, vilkinčių didesnius skafandrus, dalyvavimą.
Kad astronautai galėtų patekti pro liuką, jungiantį buitinį įrenginį su nusileidimo moduliu, natūraliai reikėjo sumažinti konsolės gylį ir aukštį, išlaikant visą jos funkcionalumą.
Problema buvo ir tai, kad kai kurių instrumentų komponentų, naudotų ankstesnėse SDI versijose, nebebuvo galima pagaminti dėl buvusios sovietinės ekonomikos žlugimo ir kai kurios gamybos nutraukimo.
Sojuz-TMA mokymo kompleksas, esantis Kosmonautų mokymo centre, pavadintame. Gagarinas (Žvaigždžių miestas) apima nusileidžiančios transporto priemonės modelį ir aptarnavimo skyrių.
Todėl visą SDI teko iš esmės pertvarkyti. Centrinis laivo SOI elementas buvo integruotas valdymo pultas, techninė įranga suderinama su IBM PC tipo kompiuteriu.
Kosmoso nuotolinio valdymo pultas
Informacijos rodymo sistema (IDS) erdvėlaivyje Sojuz-TMA vadinama Neptune-ME. Šiuo metu yra naujesnė SOI versija, skirta vadinamajam skaitmeniniam Sojuz – Soyuz-TMA-M tipo laivams. Tačiau pokyčiai daugiausia palietė elektroninį sistemos turinį – visų pirma analoginė telemetrijos sistema buvo pakeista skaitmenine. Iš esmės „sąsajos“ tęstinumas buvo išsaugotas.
1. Integruotas valdymo pultas (InPU). Iš viso nusileidimo modulyje yra du įvesties elementai – vienas skirtas laivo vadui, antrasis – 1 skrydžio inžinieriui, sėdinčiam kairėje.
2. Skaitmeninė klaviatūra kodams įvesti (naršymui per InPU ekraną).
3. Žymeklio valdymo blokas (naudojamas naršyti InPU antriniame ekrane).
4. Elektroliuminescencinis ekranas, rodantis esamą sistemų būklę (TS).
5. RPV-1 ir RPV-2 - rankiniai sukamieji vožtuvai. Jie yra atsakingi už linijų užpildymą deguonimi iš balionų cilindrų, kurių vienas yra prietaisų skyriuje, o kitas - pačioje nusileidimo transporto priemonėje.
6. Elektropneumatinis vožtuvas deguonies tiekimui tūpimo metu.
7. Specialusis kosmonautų skydelis (SSC). Prisijungimo metu laivo vadas žiūri į doko stotį ir stebi laivo prisišvartavimą. Vaizdui perduoti naudojama veidrodžių sistema, maždaug tokia pati kaip povandeninio laivo periskope.
8. Judesio valdymo rankena (DRC). Su šia pagalba laivo vadas valdo variklius, kad „Sojuz-TMA“ suteiktų tiesinį (teigiamą arba neigiamą) pagreitį.
9. Naudodamas padėties valdymo svirtį (OCL), laivo vadas nustato Sojuz-TMA sukimąsi aplink masės centrą.
10. Šaldymo-džiovinimo įrenginys (HDA) pašalina iš laivo šilumą ir drėgmę, kuri dėl žmonių buvimo laive neišvengiamai kaupiasi ore.
11. Perjungimo jungikliai skafandrų ventiliacijai įjungti tūpimo metu.
12. Voltmetras.
13. Saugiklių dėžutė.
14. Mygtukas, skirtas paleisti laivo konservavimą po prisišvartavimo. „Sojuz-TMA“ išteklius yra tik keturios dienos, todėl jis turi būti apsaugotas. Po prijungimo maitinimą ir ventiliaciją tiekia pati orbitinė stotis.
Daug sudėtingų automatinio kosminių objektų valdymo problemų iškyla valdant pilotuojamus raketų ir kosmoso kompleksus, skirtus vykdyti pilotuojamą skrydį į Mėnulį ir grįžti į Žemę. Kaip pavyzdį galime laikyti amerikiečių erdvėlaivio „Apollo“ valdymo sistemą, skirtą trijų žmonių įgulai.
Apskritai tokį erdvėlaivį sudaro trys skyriai, paleidžiami į skrydžio trajektoriją į Mėnulį naudojant galingą nešančiąją raketą.
Komandų skyrius yra skirtas pakartotiniam skrydžiui ir yra visi trys įgulos nariai didžiąją skrydžio dalį. Pagalbiniame skyriuje yra varomų sistemų, kurios suteikia galimybę atlikti manevrus, maitinimo šaltinius ir kt. Nusileidimui Mėnulyje planuojama naudoti specialų skyrių, kuriame šiuo metu bus du įgulos nariai, o trečiasis astronautas. skristi selenocentrine orbita.
Tokio erdvėlaivio valdymo ir navigacijos sistema yra borto sistema, naudojama transporto priemonės padėčiai ir greičiui nustatyti, taip pat manevrams valdyti. Šios sistemos dalys yra ir komandų skyriuje, ir skyriuje, skirtame nusileisti Mėnulyje. Kiekvienoje dalyje yra prietaisai orientacijai inercinėje erdvėje saugoti ir perkrovoms matuoti, optiniams matavimams atlikti prietaisai, prietaisų skydeliai ir valdymo skydeliai, prietaisai duomenims rodyti indikatoriuose ir borto skaitmeninis kompiuteris.
Erdvėlaivio „Apollo“ skrydžio schema
Mėnulio erdvėlaivio skrydžio trajektorija susideda iš aktyvių sekcijų ir inercinio skrydžio atkarpų. Valdymo sistemos tikslai šiose srityse tam tikru mastu skiriasi.
Skrendant pagal inerciją būtina žinoti transporto priemonės padėtį ir greitį, t.y., išspręsti navigacijos problemas. Tam naudojama informacija, gauta iš antžeminių stočių, sekančių erdvėlaivio skrydį, duomenys apie erdvėlaivio padėties nustatymą žvaigždžių, Žemės ir Mėnulio atžvilgiu, gauti naudojant borto optinius įrenginius, ir radarų matavimų duomenys. Surinkus šią informaciją, tampa įmanoma nustatyti įrenginio padėtį, jo greitį ir manevrą, reikalingą norint patekti į nurodytą tašką. Laisvųjų skrydžių zonose, o ypač navigacinės informacijos rinkimo laikotarpiais, dažnai reikia užtikrinti įrenginio orientaciją. Atliekant manevrus, naudojama platforma, kuri stabilizuojama erdvėje naudojant giroskopus.
Platformoje sumontuoti akselerometrai, matuojantys pagreičius ir teikiantys informaciją borto kompiuteriui. Valdydami erdvėlaivį prieš nusileisdami į Mėnulį, turite žinoti jo pradinį greitį ir padėtį. Informacija apie šiuos kiekius susidaro skrydžio segmentuose dėl inercijos.
Trumpai apsvarstykime užduotis, kurias turi išspręsti valdymo ir navigacijos sistema įvairiuose programos etapuose.
Įterpimas į geocentrinę orbitą Paleidžiant nešančiąją raketą, valdymą atlieka priekinėje raketos dalyje sumontuota sistema. Tačiau paleidimo vietoje komandų skyriaus sistema generuoja komandas, kurios gali būti panaudotos nešančiosios raketos valdymo sistemos gedimo atveju. Be to, komandų skyriaus valdymo sistema suteikia ekipažui informaciją apie transporto priemonės įterpimo į tam tikrą geocentrinę orbitą tikslumą.
Skrydžio segmentas geocentrine orbita Erdvėlaivis ir paskutinė raketos pakopa apskrieja geocentrine orbita. Šiame etape navigaciniai matavimai, atliekami naudojant borto įrangą, daugiausia atliekami siekiant patikrinti, ar įranga tinkamai veikia. Optiniai komandų skyriaus valdymo sistemos elementai naudojami transporto priemonės padėties ir greičio paaiškinimui. Duomenys, surinkti iš borto įrenginių, naudojami kartu su duomenimis, perduodamais iš antžeminių sekimo stočių.
Laisvas skrydžio segmentas į Mėnulį Transporto priemonė atsiskiria nuo paskutinės paleidimo raketos pakopos netrukus po to, kai paliko geocentrinę orbitą. Pradinė transporto priemonės padėtis ir greitis tiksliai nustatomi naudojant borto sistemas ir antžemines stotis. Tiksliai nustačius aparato trajektoriją, galima atlikti trajektorijos korekciją. Paprastai galima atlikti tris korekcinius manevrus, kurių kiekvienas gali sukelti transporto priemonės greičio pasikeitimą iki 3 m/sek. Pirmoji trajektorijos korekcija gali būti atlikta praėjus maždaug valandai po paleidimo iš geocentrinės orbitos.
Mėnulio skyriaus paleidimo į Mėnulio paviršių sekcija Pirmoji Mėnulio skyriaus valdymo sistemos užduotis yra užtikrinti tikslų manevro, kurio metu Mėnulio skyrius, atlikimą, keičiant jo greitį keliais šimtais metrų. antra, yra pastatytas ant trajektorijos, kuri baigiasi 16 km aukštyje netoli nurodyto nusileidimo taško. Pradinės šio manevro atlikimo sąlygos nustatomos naudojant komandų skyriaus navigacijos įrangą. Duomenys į mėnulio skyriaus valdymo sistemą įvedami rankiniu būdu.
Nusileidimo vieta Mėnulio paviršiuje Mėnulio skyriaus valdymo sistemos nustatytu laiku paleidžiami nusileidimo varikliai, sumažinant Mėnulio skyriaus nusileidimo greitį. Pradiniame skyriaus nukreipimo etape, naudojant inercinę sistemą, matuojami pagreičiai ir užtikrinama reikiama įrenginio orientacija. Tolesniam tūpimo valdymui, kai skyriaus aukštis ir greitis nukris iki nurodytų ribų, bus naudojamas radaras. Tuo pačiu metu įgulos nariai užtikrina skyriaus orientaciją naudodami specialius ženklus ant lango ir informaciją, gaunamą iš kompiuterio. Valdymo sistema turi užtikrinti efektyviausią degalų naudojimą atliekant minkštą nusileidimą tam tikroje vietoje.
Buvimo Mėnulio paviršiuje stadija Kai Mėnulio skyrius yra ant Mėnulio paviršiaus, specialus radaras, kuris taip pat naudojamas užtikrinti skyrių susitikimą orbitoje, stebi komandų skyrių, kad tiksliai nustatytų jo padėtį. komandų skyriaus orbita nusileidimo taško atžvilgiu.
Paleidimo iš Mėnulio paviršiaus stadija Esant atitinkamoms pradinėms sąlygoms, skyriaus kompiuteris nustato trajektoriją, kuri užtikrina susitikimą su Mėnulio palydovo orbitoje skrendančiu komandų skyriumi, ir išduodama kilimo komanda. Naudojant inercinę sistemą, nukreipiama į mėnulio skyrių ir nustatomas variklio išjungimo momentas. Išjungus variklį, mėnulio skyrius atlieka laisvą skrydį trajektorija, artima komandų skyriaus trajektorijai.
Skrydžio tarpine trajektorija etapas Mėnulio skyriuje įrengtas radaras suteikia informaciją apie abiejų skyrių santykinę padėtį. Išsiaiškinus santykinę trajektorijų padėtį, jas galima koreguoti taip pat, kaip buvo daroma skrendant į Mėnulį.
Susitikimo etapas selenocentrinėje orbitoje Kai skyriai artėja vienas prie kito, variklių trauka valdoma signalais iš inercinių ir radarų sistemų, siekiant sumažinti santykinį greitį tarp skyrių. Skyrių prijungimas gali būti valdomas rankiniu būdu arba automatiškai.
Grįžimas į Žemę Komandos ir paramos skyriaus grįžimas į Žemę vykdomas panašiai kaip skrydžio į Mėnulį etape su korekciniais manevrais. Pasibaigus šiam skyriui, navigacinė sistema turi tiksliai nustatyti pradines sugrįžimo sąlygas ir suteikti galimybę patekti į santykinai siaurą „koridorių“, apribotą viršuje ir apačioje.
Patekimas į atmosferą Patekimo į atmosferą vietoje pagal duomenis apie perkrovas ir transporto priemonės orientaciją, gautus iš inercinės sistemos, skyriaus judėjimas yra valdomas keičiant jo posūkio kampą. Komandų skyrius yra ašies simetriškas korpusas, tačiau jo masės centras yra ne ant simetrijos ašies, o skrendant trimis atakos kampu, transporto priemonės kėlimo ir pasipriešinimo santykis* yra apie 0,3. Tai leidžia, keičiant riedėjimo kampą, keisti atakos kampą ir taip valdyti skrydį išilgine plokštuma. Įeinant į Žemės atmosferą, įvyksta aerodinaminis komandų skyriaus stabdymas. Tuo pačiu metu jo greitis mažėja nuo antrojo kosminio greičio iki šiek tiek mažesnio nei pirmasis kosminis (apvalus) greitis. Po pirmojo nardymo į atmosferą prietaisas persijungia į balistinę trajektoriją, palikdamas atmosferą, o tada vėl patenka į tankius atmosferos sluoksnius ir persijungia į nusileidimo trajektoriją. Erdvėlaivio valdymo etapas pirmojo nardymo į atmosferą metu yra nepaprastai svarbus, nes, viena vertus, valdymo sistema turi užtikrinti perkrovų ir aerodinaminio šildymo palaikymą nustatytose ribose, kita vertus, užtikrinti reikiamą kiekį kėlimo jėga, kuriai esant reikalingas laivo nuotolis ir tūpimas tam tikroje srityje.
* Aerodinaminė kokybė yra kėlimo jėgos ir pasipriešinimo jėgos santykis.
Erdvėlaivio valdymas antrojo nardymo metu gali būti vykdomas pagal analogiją su valdymu palydovinių laivų nusileidimo metu.
Erdvėlaivių valdymo mokslas ir technologija vis dar yra pradiniame vystymosi etape. Per dešimtmetį, prabėgusį nuo pirmojo dirbtinio Žemės palydovo paleidimo, jis padarė didžiulius žingsnius ir išsprendė daug sudėtingų problemų, tačiau jo plėtros perspektyvos yra dar ambicingesnės.
Kompiuterinių technologijų tobulinimas, elektroninių prietaisų elementų mikrominiatiūrizavimas, informacijos apdorojimo ir perdavimo priemonių kūrimas, matavimo ir informacinių prietaisų konstravimas naujais fiziniais principais, naujų principų ir orientavimo, stabilizavimo ir valdymo prietaisų kūrimas atveria plačius horizontus. pažangių pilotuojamų ir nepilotuojamų erdvėlaivių sukūrimas, kuris padės žmogui suprasti Visatos paslaptis ir pasitarnaus sprendžiant daugybę praktinių problemų.
