Iš dangaus į žemę (kaip apsaugoti palydovą nuo degimo atmosferoje) PradžiaŠiais metais visas pasaulis švenčia pirmojo žmogaus skrydžio į kosmosą penkiasdešimtmetį. Pradėti kosminis amžius tapo žmogaus minties pergale daugelyje mokslo ir technologijų sričių. Viena iš svarbiausių ir neįveikiamų užduočių buvo apsauga
erdvėlaivis nuo perkaitimo grįžus į Žemę. Visi tai žino kosminiai kūnai mažas dydis, nukritęs į Žemę iš kosmoso, visiškai arba beveik visiškai sudega ir tankūs sluoksniai atmosfera.
Dideli greičiai , patekę į erdvėlaivių atmosferą, lemia tai, kad jų priekiniame krašte artėjančiame oro sraute susidaro 7000–8000°C temperatūra. Gamtoje nėra medžiagos, kuri galėtų atlaikyti tokią temperatūrą. Tačiau išsaugoti laivo paviršių įmanoma. Pirmas veiksnys, padedantis išsaugoti kosminę nusileidimo transporto priemonę ribotas laikas nusileidimas Šilumos srautai, patenkantys į tą ar kitą kūną, jį naikinantys, tačiau gali nespėti atlikti šio „darbo“, kol nusileidimas sustos. Būtent šis efektas naudojamas: šiluminei erdvėlaivių apsaugai. Šiuo tikslu ant kūno su lauke padengiama speciali danga, kuri sunaikinta dėl aerodinaminio šildymo sugeriant šiek tiek šilumos. Nuo vertės šilumos srautas, patenkantis aparato nusileidimo metu į jo ploto vienetą, yra gana tikras, galima pasirinkti šilumą apsauginės dangos storį taip, kad jai sunaikinus šis srautas būtų visiškai sugertas ir pagrindinis aparato korpusas lieka nepažeistas. Vadinamas šiluminės apsaugos metodas, pagrįstas iš anksto nustatytu šilumos srautą sugeriančios medžiagos sunaikinimo procesu abliatyvus aušinimas. Jo naudojimo galimybę daugiausia lemia medžiagų, galinčių sugerti, buvimas reikšminga sumašilumos ir tuo pačiu turi palyginti mažą
savitasis svoris ir patenkinama jėga. Iškilo klausimas dėl grįžtamųjų raketų kovinių galvučių šiluminės apsaugos. 60-ųjų pradžioje taip pat buvo sukurtos naujos medžiagos epoksidinių dervų pagrindu, kurios, nors ir nepasižymėjo geromis abliacinėmis savybėmis, turėjo geras mechanines ir technologines savybes. Be stiklo pluošto, šiuo metu naudojamas asbestas, anglis, kvarcas, grafitas ir kai kurie kiti pluoštai.
Sustiprintas plastikas plačiai naudojamas gaminant šilumos skydus grįžtantiems erdvėlaiviams. Nepaisant mažo specifinio plastikų tankio, šių ekranų masė yra reikšminga, todėl norint ją sumažinti, patartina pasirinkti mažesnio paviršiaus ploto, veikiamo stiprių šiluminių apkrovų, formą. Puikiai tinka šiam tikslui pusrutulis, kuris dažnai naudojamas praktikoje.
Pavyzdžiui, Venera tipo stočių nusileidimo transporto priemonė (zondas) yra sferinės formos ir yra su keliais sluoksniais nuo karščio apsauginės dangos, kurios dalis sunaikinama aerodinaminio stabdymo metu, o likusi dalis apsaugo zondo įrangą nuo poveikio. iš aukšta temperatūra Venera, savo paviršiuje pasiekianti 280 °C. Šiluminiu požiūriu transporto priemonių, besileidžiančių į kitų planetų paviršių, materialinės dalies saugumą užtikrinti daug sunkiau nei besileidžiant iš artimos Žemės orbitos. Tai paaiškinama tuo, kad „svetimi“ automobiliai į planetų atmosferą patenka iš aukštesnės, sekundės pabėgimo greitis.
Norint išspręsti erdvėlaivių šiluminės apsaugos problemą jiems leidžiantis į planetų atmosferą, būtina atsižvelgti į kai kurias balistines skrydžio ypatybes. Pavyzdžiui, zondą, skirtą nusileisti į Jupiterio atmosferą, patartina nukreipti švelnia trajektorija, kad įėjimo taškas būtų netoli planetos pusiaujo, o zondas judėtų jo sukimosi kryptimi. Tai sumažins transporto priemonės greitį, palyginti su planetos atmosfera, ir todėl sumažins jos konstrukcijos įkaitimą. Zondo konfigūracija parenkama tokia, kad ji kuo greičiau pradėtų lėtėti dideli aukščiai, kur atmosfera vis dar gerokai išretėjusi. Yra gana daug balistinių savybių, susijusių su erdvėlaivių šildymu jų nusileidimo metu ir pasirenkant optimalią skrydžio trajektoriją gali būti pagrįstai laikomas vienu iš šiluminės apsaugos būdų.
Ypač sudėtinga problema daugkartinio naudojimo erdvėlaiviams numatyta šiluminė apsauga. Jų išvystyti paviršiai veda prie labai didelė masė abliatyvi šiluminė apsauga. Be to, daugkartinio naudojimo reikalavimas, paprastai kalbant, kelia problemų sukurti medžiagas, kurios gali atlaikyti atsirandančias šilumines apkrovas be sunaikinimo. Pavyzdžiui, maksimalios temperatūros amerikietiško daugkartinio naudojimo erdvėlaivio korpuso paviršiuje yra 1260-1454°C. Darbinė temperatūra aliuminio lydinys, iš kurio pagamintas korpusas, turi būti palaikoma ne aukštesnė kaip 180°C. Tačiau net ir ši vertė nepatenkina įrenginio įgulos ir instrumentų. Tolimesniam jo mažinimui reikia naudoti papildomas priemones: padidinti salono vidinę šilumos izoliaciją, šalinti šilumą naudojant šilumos valdymo sistemą ir kt.
Tiesą sakant, visas įrenginio paviršius yra padalintas pagal temperatūros lygį į keturias zonas, kurių kiekviena naudoja savo dangą. Anglies pluoštu sustiprinta anglies medžiaga naudojama transporto priemonės nosies kūgiui ir sparnų galiukams, kai temperatūra viršija 1260°C. Kai transporto priemonė grįžta į Žemę, ši medžiaga sunaikinama ir turi būti pakeista nauja medžiaga prieš kiekvieną kitą skrydį. Ten, kur temperatūra neviršija 371°C, naudojama lanksti, daugkartinė, apsauganti nuo karščio danga. Vietose, kur paviršiaus temperatūra yra 371-649°C, naudojama; taip pat daugkartinio naudojimo danga, susidedanti iš 99,7 % gryno amorfinio kvarco pluošto, į kurį įdėta koloidinio silicio dioksido rišiklio. Korpuso dalies šiluminė apsauga 649–1260°C temperatūroje taip pat atliekama naudojant daugkartinę izoliaciją. Skirtumas yra plytelių dydžiu (152x152 mm, o storis svyruoja nuo 19-64 mm).
Atkreiptinas dėmesys į tai, kad reikalavimai karščiui atsparioms dangoms daugkartinio naudojimo laivas gana įvairus ir labai sudėtingas. Taigi, pavyzdžiui, šios dangos turi būti labai specifinės optines savybes, ko reikia joms išlaikyti temperatūros režimas orbitinio skrydžio ir nusileidimo fazės metu. Jie turi atlaikyti dideles dinamines apkrovas, kai transporto priemonė patenka į tankius atmosferos sluoksnius. Norėdami išspręsti šią problemą, medžiaga yra porėta - tuštumos užima 90% plytelių tūrio. Dėl to slėgis plytelėse visada yra lygus slėgiui aplinką, todėl visos aerodinaminės apkrovos perkeliamos į pagrindinės laivo konstrukcijos odą.
Šiame straipsnyje mes palietėme tik šiluminės apsaugos problemas erdvėlaivių, bandant parodyti, kokie pagrindiniai problemos sprendimai buvo pasiūlyti statant pirmąsias nusileidimo transporto priemones. Mokslas nestovi vietoje, nauji sprendimai ir naujos medžiagos padės maksimaliai išnaudoti laukiniai sapnaižmonija apie kosmoso tyrinėjimus.
Pagrindinė medžiaga straipsniui pasiskolinta iš knygos Salakhutdinova G.M. „Šiluminė apsauga viduje kosmoso technologija“, skelbiama portale www.astronaut.ru
Šiuo metu kosmoso tyrimai nuo individualių eksperimentų perėjo prie kasdieninio kosminių technologijų naudojimo. Erdvėlaivių sistemos teikia ryšius visame pasaulyje, įskaitant televiziją ir internetą; Žemės stebėjimai iš kosmoso leidžia atlikti naudingųjų iškasenų žvalgymą, patikimiau prognozuoti orų ir meteorologines nelaimes, stebėti aplinkos situaciją ir dar daugiau. Tačiau kelias į kosmosą vis dar sunkus ir pavojingas. Deja, net pažangiausios, sudėtingiausios kosmoso technologijos dar negali būti visiškai patikimos. Taip pat būta nelaimių, nusinešusių didvyrių gyvybes. Taip nusileisdamas iš orbitos Jurijus Gagarinas vos nežuvo, o SSRS piloto-kosmonauto Vladimiro Komarovo sugrįžimas į Žemę baigėsi tragiškai. Tarp visų skrydžio į kosmosą etapų erdvėlaivio (SC) nusileidimas išlieka pavojingiausias.
Erdvėlaivio nusileidimas iš orbitos galiausiai apima bešokį nusileidimą tam tikroje srityje arba tam tikrame Žemės paviršiaus taške. Nusileidimas prie kurio santykinis greitis priartėjimas prie Žemės jo pasiekimo momentu neviršija leistinų ribų, vadinamas minkštuoju. Metodologiniu požiūriu nusileidimo trajektoriją iš beveik apskritos orbitos galima suskirstyti į keturias būdingas atkarpas (1 pav.).
|
|
1-2 stabdymo sekcija, paprastai atliekama trumpam įjungiant stabdymo varomąją sistemą (BPS). Stabdymo tikslas – perkelti erdvėlaivį iš pradinės orbitos ss 1 (2 pav.) į tokią elipsinę trajektoriją s 1 s in, kurios pericentras (taškas arčiausiai traukos centro) yra žemiau. viršutinė riba tankūs atmosferos sluoksniai. Tankiųjų sluoksnių viršutinės ribos aukštis žemės atmosfera(įvažiavimo ribos) yra 100-120 km.
Erdvėlaivio 2-3 laisvo skrydžio atkarpa nuo TDU išjungimo iki momento, kai pasiekia (kerta) viršutinį sąlyginė riba atmosfera (neatmosferinė dalis s 1 s nuo nusileidimo trajektorijos). Judėjimas šioje srityje, iš pradžių apytiksliai, gali būti laikomas judėjimu centriniame gravitacijos lauke.
Judėjimo atmosferoje atkarpa 3-4 (atmosferos dalis s in s n nusileidimo trajektorijos). Tai atkarpa nuo viršutinės atmosferos ribos įveikimo momento iki momento, kai pradedama naudoti nusileidimo įranga: parašiutų sistema, TDU minkštas nusileidimas. Šiuo metu į Žemę besileidžianti transporto priemonė patiria didelių aerodinaminių jėgų, kelis kartus didesnių už jėgą, įtaką. gravitacija. Ši sritis pavojinga tiek dėl erdvėlaivio patiriamų perkrovų, tiek dėl erdvėlaivio korpuso aerodinaminio įkaitimo intensyvumo.
4-5 nusileidimo atkarpa (nuo važiuoklės naudojimo pradžios iki nusileidimo momento).
Priklausomai nuo to, ar aerodinaminė kokybė (C y / C x – kur C y ir C x yra aerodinaminiai koeficientai) yra naudojama atmosferinio skrydžio fazės metu, ar ne, yra skiriamas balistinis nusileidimas ir valdomas nusileidimas.
Balistiniu požiūriu turime omenyje nusileidimą nenaudojant aerodinaminės kokybės, o valdomu nusileidimu turime omenyje aerodinaminį efektyvumą. Šis skirstymas yra sąlyginis ir pateikiamas tik siekiant pabrėžti reikšmingiausią nusileidimo pusę (ar naudojama aerodinaminė kokybė, ar ne).
Balistinio nusileidimo metu 3-4 atkarpai būdingas aerodinaminis stabdymas iki tokio greičio, kad būtų galima įjungti parašiuto sistemą, o aerodinaminis pasipriešinimas susideda tik iš jėgos. vilkite, o kėlimo ir šoninių jėgų visiškai nėra.
Aerodinaminis stabdymas sumažina nusileidžiančios transporto priemonės greitį nuo pirmojo kosminio greičio iki 150 - 250 m/s.
Tokiu atveju pasipriešinimo jėga tampa lygi gravitacijos jėgos projekcijai judėjimo kryptimi ir nusileidimas tampa tolygus. Tolesnis stabdymas iki minkšto nusileidimo (tūpimo greitis keli metrai per sekundę) gali būti atliekamas naudojant stabdžių sistemą: parašiutą, rotoriuką (to paties tipo kaip sraigtasparnio sraigtą) arba mažą raketinį variklį.
Unikalus stabdymo būdas – besileidžiančios transporto priemonės fiksavimas orlaiviu tinkleliu (naudojamas JAV 1960-1962 m. nuleidžiant iš orbitos Discovery serijos palydovų konteinerius, taip pat 2004 m.).
4-5 tūpimo trajektorijos dalis savo ruožtu turėtų būti padalinta į du nepriklausomus tūpimo elementus: stabdymą naudojant parašiuto sistemą ir galutinį stabdymą naudojant minkšto nusileidimo valdymo sistemą prieš pat nusileidimą.
Perspektyvesnis yra planavimas nusileidimas atmosferoje, kurio metu yra kėlimo jėga. Sklandantis nusileidimas palengvina astronautų nusileidimą, nes stabdo lėčiau, todėl perkrova sumažėja iki 3–4 (balistiniam nusileidimui pakankamai mažais įėjimo į atmosferą kampais yra 8–10). Be to, sklandymo metu yra esminė galimybė valdyti skrydžio diapazoną ir kryptį atmosferoje, o tai leidžia, paprastai tariant, tiksliau atlikti tūpimą arba pasirinkti nusileidimo zoną nusileidimo proceso metu. .
Atliekant minkštą nusileidimą Mėnulio paviršiuje, kuriame nėra atmosferos, erdvėlaivis stabdomas reaktyviniais varikliais. Šis nusileidimo tipas vadinamas reaktyvinio lėktuvo paleidimas. .
Galiausiai tai iš esmės įmanoma sujungti nusileidimas atmosferoje, t.y. toks nusileidimas, kai stabdomas kartu veikiant aerodinaminėms ir reaktyviosioms jėgoms.
Spauda pranešė apie praktinį įgyvendinimą šių tipų nusileidimai:
- aerodinaminis balistinis (laivai „Vostok“ ir „Voskhod“ ir kt.);
- aerodinaminis sklandymas (Sojuz laivų kajutės ir kt.)?
- reaktyvinis lėktuvas („Luna-9 I“, „Luna-17“ ir kt.).
Trumpas aprašymas įvairių tipų nusileidimas leidžia daryti išvadą, kad patekimo į tankius atmosferos sluoksnius kampo reikšmė (ir 2 pav.) turi labai didelę įtaką erdvėlaivio perkrovoms ir aerodinaminiam įkaitimui judant atmosferine atmosferos dalimi. nusileidimo trajektorija (s in s n).
Akivaizdu, kad šio kampo dydis priklauso nuo stabdymo greičio padidėjimo dydžio. Tam reikia nukreipti traukos vektorių prieš greičio vektorių (2 pav.), taikant tam tikrą impulsą erdvėlaivio masės centrui. valdymo jėga. Pagal impulso pokyčio teoremą, šis impulsas sukels greičio pokytį, nulemtą santykio
Šia prasme galime kalbėti apie valdymo greičio impulsą, tai reiškia greičio padidėjimą, kurį sukelia jėgos impulso (·t) veikimas. Nusileidimo specifiškumas pasireiškia atmosferinėje skrydžio dalyje. Todėl pradine judėjimo būsena laikysime momentą, kai erdvėlaivis peržengia viršutinę sutartinę atmosferos ribą. Norint apskaičiuoti balistinį nusileidimą, pakanka šiuo laiko momentu nustatyti aukštį H in, greitį į ir greičio vektoriaus k pasvirimo kampą. vietinis horizontasį (2 pav.). Pagrindinis parametras, apibūdinantis erdvėlaivio patekimo į atmosferą intensyvumą, yra įėjimo kampas. Jis nustato vertikalaus įėjimo greitį
V r =V įvestis Sinįvestis
arba nedideliais įvesties kampais
V r = V įvestis ·įvestis
Pavyzdžiui, kada V įvestis = 8000 m/s,įvestis = - 0,1 rad. Turime V r = 800 m/s. Kaip didesnis kampasįėjimo, tuo intensyviau erdvėlaivis pasineria į atmosferą. Panardinus į atmosferą, didėja pasipriešinimo jėga
Q = C x cV 2 S/2, taigi ir perkrovos
n x = Q/mg 0 = C x (h) V 2 S/(2 m g 0), Kur
(h) - oro tankis priklausomai nuo aukščio
Kai perkrova n x, didėja, pasiekia vertę n x = | Nuodėmė| nuo šio momento prasideda stabdymas (greičio mažinimas).
REIKALAVIMAI NUSILIEPIMO TRAJEKTORIAMS.
Reikalavimai nusileidimo trajektorijoms kyla dėl sprendžiamos problemos pobūdžio. Jeigu mes kalbame apie apie gyvenamo (pilotuojamo) erdvėlaivio nusileidimą, tuomet pagrindinis reikalavimas yra saugumas. Savo ruožtu skrydžio saugumas nusileidimo metu vertinamas pagal tokių charakteristikų derinį kaip maksimali perkrova, didelės (virš tam tikro lygio) perkrovos trukmė, aerodinaminis įkaitimas, didžiausi tūpimo taško nuokrypiai diapazone ir šonine kryptimi.
Antroji reikalavimų grupė kyla dėl riboto kuro tiekimo erdvėlaivyje ir susiveda į racionaliausią turimų energijos atsargų naudojimą. Jei nusileidimo transporto priemonė yra projektavimo stadijoje, tada jie stengiasi patenkinti visus kitus nusileidimo trajektorijos reikalavimus su mažiausiomis įmanomomis energijos sąnaudomis.
Jei erdvėlaivis jau buvo sukurtas su tam tikra darbinio skysčio atsarga laive esančiam varikliui, tada dominuoja reikalavimas sumažinti praleidimą.
Taigi, perkrova, aerodinaminis šildymas, slydimas ir energijos sąnaudos – tai sąrašas svarbiausių charakteristikų, kurias reguliuoja saugos ir efektyvumo sąlygos tam tikrų reikalavimų forma.
Reikia pabrėžti, kad minimalios perkrovos, šildymo (minimalus šiluminės apsaugos svoris), energijos suvartojimo ir galiausiai sklaidos reikalavimai yra nesuderinami (prieštaringi). Pavyzdžiui, kuo statesnis balistinis nusileidimas (kuo didesnis įėjimo į atmosferą kampas), tuo trumpesnis judėjimo atmosferoje laikas, tuo mažiau trikdoma nusileidimo trajektorija ir dėl to didesnis nusileidimo tikslumas. Tačiau atmosferos įėjimo kampų padidėjimas, viena vertus, yra susijęs su degalų sąnaudų, reikalingų manevrui užbaigti, padidėjimu, kita vertus, dėl to padidėja maksimali perkrova. Lygiai taip pat minimalaus energijos suvartojimo ir minimalaus praleidimo reikalavimai yra prieštaringi. Todėl natūraliai kyla klausimas, kaip pagrįsti šiuos reikalavimus.
Paprastai jie atlieka šiuos veiksmus. Priimkite vieną iš labiausiai svarbius reikalavimus kaip lemiamas veiksnys, pavyzdžiui, minimalus energijos suvartojimas. Kiti reikalavimai suformuluoti apribojimų forma, pavyzdžiui, lygybės ar nelygybės. Pavyzdžiui, perkrova nusileidimo metu neturi viršyti tam tikros leistinos reikšmės, t.y. n x<= n х доп.
Paprastai, priklausomai nuo nusileidimo tyrimo pobūdžio, pagrindinis reikalavimas yra arba energijos suvartojimas, arba integruotas šilumos srautas, arba praleistas laikas. Norint teisingai nustatyti tą ar kitą apribojimą, būtina žinoti galimų šių dydžių pokyčių diapazoną nusileidimo trajektorijose. Pavyzdžiui, balistinio nusileidimo atveju mažiausia didžiausios perkrovos vertė yra 8, todėl neteisinga reikalauti, kad balistinio nusileidimo perkrova neviršytų, tarkime, 4–5. Apribojimai turi būti nustatyti taip, kad jų galimybių ribose būtų nusileidimo trajektorija. Todėl labai svarbu žinoti nusileidimą lemiančių parametrų leistinų verčių diapazoną.
Priimtinų nusileidimo parametrų verčių sritis paprastai vadinama įėjimo koridoriumi. Įvažiavimo koridorius geometriškai lengvai įsivaizduojamas, jei iš tam tikro orbitos taško (nykstamojo taško) sukonstruotas leistinų nusileidimo trajektorijų pluoštas. Tačiau kiekybiškai įėjimo koridorius pateikiamas kaip tam tikros priklausomybės tarp nusileidimo parametrų.
3 paveiksle parodytos didžiausios perkrovos n x max ir tam tikro koeficiento, apibūdinančio integralinį šilumos srautą Q y, priklausomybės nuo įėjimo į atmosferą kampo balistiniam nusileidimui. Šiame paveikslėlyje įėjimo koridorius pavaizduotas priimtinu sugrįžimo kampų diapazonu. Kairioji riba nustatoma pagal saugaus patekimo sąlygą (erdvėlaivio gaudymas atmosferos), o dešinioji – nuo sąlygos, kad perkrova nusileidimo metu neviršytų n x papildomų. Jei apribosite integruotą šilumos srautą, šis koridorius gali tapti dar mažesnis. Kai Q y = 1,5, kairioji koridoriaus riba rodoma punktyrine linija.
Prasminga kalbėti apie įvažiavimo koridorių ne tik balistiniam nusileidimui, bet ir nusileidimui naudojant aerodinaminę kokybę.
Manevravimas atmosferoje naudojant aerodinaminę kokybę gali žymiai sumažinti maksimalios perkrovos lygį. Didžiausio perkrovos lygio pokytis vyksta reguliuojant erdvėlaivio panardinimo į atmosferą intensyvumą, naudojant kėlimo jėgą. Tai užtikrina ilgalaikį stabdymą plonesniuose atmosferos sluoksniuose esant mažesnėms perkrovoms. Apytikslė n x max priklausomybė nuo K=C y /C x esant įėjimo kampams nuo 0 iki -2° nuo žemų apskritimų orbitų parodyta 4 pav.
Jei svarstysime balistinį nusileidimą ir aerodinamines kokybės nusileidimą iš tų pačių pradinių orbitų, tada dėl kokybės naudojimo gauname įėjimo koridoriaus išplėtimą. Dešinioji riba perkeliama į didesnius leistinus įėjimo kampus dėl g-jėgos smailės „nukirpimo“ Kalbant apie kairiąją ribą, galima pasakyti, kad iš Žemės centro nukreipta kėlimo jėga įėjimo atkarpoje, tai palengvins erdvėlaivio išėjimą iš atmosferos, dėl to kairioji riba pasislinks didesnių įėjimo kampų link pradinio įėjimo atkarpoje kėlimo jėga nukreipta į Žemės centrą, tai neleis erdvėlaiviui išeiti iš atmosferos (dideliu greičiu) ir stabilus įėjimas galimas su mažesniais įėjimo kampais.
Kalbant apie bendrą šilumos srautą, reikia pažymėti, kad dėl ilgėjančios skrydžio trukmės, kai „nutrūksta“ perkrovos pikas, šilumos srautas didėja.
Manevravimo galimybių buvimas erdvėlaivyje, nulemtas maksimalios aerodinaminės kokybės vertės, sukuria objektyvias prielaidas optimizuoti nusileidimo trajektoriją atmosferoje. Jei optimizuosime nusileidimo trajektorijas pagal įvairius apribojimus, galima rasti maksimalų įvažiavimo koridorių.
Optimizuojant nusileidimo valdymą, atsiranda papildomų suvaržymų. Visų pirma, aerodinaminė kokybė neturėtų viršyti K max.
Be to, gali būti taikomi apribojimai riedėjimo kampui ir atakos kampui.
Taigi erdvėlaivio nusileidimo reikalavimų rinkinys gali būti susistemintas tokia forma:
1. Bendrieji nusileidimo kokybės reikalavimai:
Minimalus energijos suvartojimas;
Minimalus integruotas šilumos srautas;
Minimali sklaida diapazone ir į šoną;
2. Nusileidimo trajektorijos ir valdymo parametrų apribojimai:
Pavyzdžiui, atsižvelgiant į galimą TDU traukos vektoriaus orientaciją, variklis turėtų būti nukreiptas į Saulę;
Pagal leistiną perkrovą;
Pagal leistiną aerodinaminę kokybę;
Pagal atakos ir riedėjimo kampą;
Pagal leistiną šilumos srautą;
Prisijungimo saugumas.
Literatūra.
1. Inžinerijos žinynas apie kosmoso technologijas. SSRS gynybos ministerijos karinė leidykla, 1977 m.
Įėjimas į atmosferą negali būti per staigus, nes tokiu atveju stabdymo plotas bus mažas, stabdymo laikas trumpas, o atmosferos tankis padidės per greitai. Dėl to erdvėlaivis ar laivas, kuriame yra žmonių, patirs per didelę perkrovą, o tai gali sukelti įrangos sunaikinimą arba – o tai svarbiausia – astronautų mirtį. Iš esmės beveik visos grįžimo iš Mėnulio trajektorijos, kurių perigejai yra žemiau Žemės paviršiaus, turi būti laikomos „stačiomis“. Natūralu, kad „stačiausia“ yra tiesi (vertikali) trajektorija.
Patekęs į atmosferą, erdvėlaivis, veikiamas savo pasipriešinimo, palieka Keplerio trajektoriją ir nusileidžia žemiau. Todėl aptarti perigėjai iš tikrųjų nepasiekiami net tada, kai jie yra virš žemės paviršiaus. Jie vadinami sąlyginiais.
Jei sąlyginis perigėjas yra per aukštai virš Žemės paviršiaus, erdvėlaivis susidurs tik su silpnu išretėjusių atmosferos sluoksnių pasipriešinimu, kurio nepakaks priversti jį nukristi į Žemę. Dėl to jis, praradęs nedidelę savo greičio dalį, išskris į neatmosferinę erdvę ir pavirs Žemės palydovu su didele elipsės orbita. Atlikęs vieną apsisukimą, jis vėl pateks į atmosferą ir, praradęs daugiau greičio, vėl pateks į elipsinę orbitą, jau mažesnę ir šiek tiek kitokią. Apogėjus priartės prie Žemės, perigėjus irgi priartės, bet labai silpnai, o didžioji orbitos ašis pasisuks tam tikru kampu (100 pav. šis sukimasis perdėtas) dėl to, kad išėjimo kryptis iš atmosfera šiek tiek nukrypusi nuo įėjimo krypties. Daugybė tokių „stabdymo elipsių“ iš esmės leidžia palaipsniui užgesinti visą didžiulį pradinio patekimo į atmosferą greitį.
Stabdymo elipsės metodo trūkumas yra tas, kad jį naudojant beveik neįmanoma iš anksto pasirinkti nusileidimo vietos, o svarbiausia – reikia ilgo stabdymo laiko. Be to, periodiškas radiacijos zonų kirtimas yra pavojingas astronautų sveikatai ir nepriimtinas grįžimui į Žemę iš Mėnulio ir planetų. Todėl nepageidautina pakartotinai patekti į papildomą atmosferos erdvę greičiu, viršijančiu apskritimo greitį.
Tačiau „stabdymo elipsės“ metodas (arba „slopintos elipsės orbitos“ metodas) kartais laikomas galimu grįžimo į avariniu būdu variantu.
Grįžimo trajektorijos perigėjus neturėtų būti per aukštas. Tačiau, kaip matėme, jis negali būti per mažas. Vadinasi, sugrįžimas į atmosferą grįžtant iš Mėnulio gali įvykti tik siaurame koridoriuje, kurio apatinę ribą lemia didžiausios leistinos perkrovos, o viršutinę ribą – reikalavimas sumažinti greitį bent iki vietinio žiedinio greičio. kad stabdymas baigtųsi pirmą kartą patekus į atmosferą (101 pav.) .
Ryžiai. 100. „Stabdžių elipsių“ metodas.
Ryžiai. 101. Atmosferos sugrįžimo koridorius: 1 - pavojingų perkrovų trajektorijos, 2 - "per" trajektorijos, kurios neveda į nusileidimą ("neužfiksavimo zona").
Norėdami grįžti į Žemę, turite patekti į tam skirtą siaurą koridorių. Koridoriaus plotis suprantamas kaip dviejų ribinių Keplerio trajektorijų sąlyginių perigėjų aukščių skirtumas. Jis toks mažas, kad grįžtant į Žemę trajektorijos korekcija tikrai būtina.
Tiesą sakant, jei darysime prielaidą, kad didžiausias leistinas perkrovos koeficientas neturėtų viršyti 10, tada į atmosferą patenkant antruoju pabėgimo greičiu, koridoriaus plotis turėtų būti tik 10 km. Apytiksliai šios vertės nurodytos daugelyje darbų.
Tačiau yra nusileidimo būdas, leidžiantis išplėsti įėjimo koridorių ir turintis daugybę kitų privalumų. Tai jau pažįstamas sklandymo nusileidimas arba aerodinaminės kokybės nusileidimas.
Sklandymo aparatas gali būti buko kūgio formos kapsulė, pasukta smūgio kampu, arba kūgis su švelniu išilginiu pjūviu (aerodinaminė kokybė, kaip amerikiečių laivai Gemini ir Apollo), arba turėti laikantįjį korpusą ( aerodinaminė kokybė 1 ar daugiau), arba turėti sparnus (aerodinaminė kokybė didesnė nei 2).
Darykime prielaidą, kad aerodinaminės kokybės transporto priemonė į atmosferą įskriejo žemiau „žemesnės ribos“ (apatinės įvažiavimo koridoriaus ribos), kuri turėjo būti balistinio įvažiavimo metu. Tokiu atveju trajektorija nukryps į viršų, o įrenginys galės nusileisti lėtai leisdamasis, todėl perkrovos nebus per didelės. Taigi apatinė įėjimo koridoriaus riba nukris.
Panašiu būdu galima toliau didinti viršutinę įėjimo koridoriaus ribą („perskridimo limitą“). Sklandanti transporto priemonė, viršijusi šią ribą, vis tiek gali likti atmosferoje, jei sukuriama neigiama kėlimo jėga (skraidyklė skrenda „aukštyn kojomis“), linkusi spausti transporto priemonę Žemės link. Kai praeis pavojus patekti į neatmosferinę erdvę, vėl reikės nustatyti teigiamą kėlimo jėgą. Norėdami tai padaryti, sklandytuvas turi apsiversti aplink savo išilginę ašį.
Taigi sklandymo atveju įėjimo koridoriaus plotis nustatomas kaip dviejų sąlyginių perigėjų aukščių skirtumas: pirmasis atitinka trajektoriją, kuri yra „užfiksavimo riba“ (išvykimas iš atmosferos greičiu). arti apskritimo), kai naudojamas neigiamas keltuvas; antrasis atitinka trajektoriją, kurioje maksimali perkrova yra didžiausia leistina, ir daroma prielaida, kad naudojamas teigiamas kėlimas.
Jei žymime įėjimo koridoriaus plotį, jam galima nurodyti tokią apytikslę formulę:
Čia a yra bematis patekimo į atmosferą greitis, t.y.
įvažiavimo greitis, susijęs su į atmosferą patenkančios transporto priemonės aerodinamine kokybe; pmax - didžiausias leistinas išilginės perkrovos koeficientas, t.y. perkrova judėjimo kryptimi (pavojų kelia būtent ši, o ne skersinė perkrova); Žemės spindulys; X yra vadinamasis „logaritminis tankio mažėjimas“, rodantis oro tankio atmosferoje mažėjimo greitį atsižvelgiant į aukštį.
Ryšium su paskutiniu užrašu pažymime, kad tankio pokytis aukštyje virš Žemės paviršiaus gali būti apytiksliai parašytas forma - atmosferos tankis jūros lygyje), ir ši priklausomybė gana gerai atspindi tikrąją padėtį iki aukštis turi matmenis. Dėl Žemės.
Tiesą sakant, formules būtų galima supaprastinti, atsižvelgiant į tai, kad Žemei ir kad grįžtant iš Mėnulio srities, bet mes to nedarome, nes I įėjimo koridoriaus pločio formulė yra universali. prigimtis: galioja patekus į bet kurios planetos atmosferą greičiu, viršijančiu vietinį žiedinį.
Įdomu tai, kad, kaip matyti iš aukščiau pateiktos formulės, koridoriaus plotis priklauso nuo atmosferos tankio kitimo greičio ir aukščio, bet ne nuo konkrečios tankio vertės, tarkime, ant paviršiaus. planeta. Tai priklauso nuo kėlimo jėgos ir pasipriešinimo jėgos santykio, bet ne nuo konkrečių šių jėgų verčių ir ne nuo transporto priemonės masės.
Atkreipkite dėmesį, kad formulė galioja tais atvejais, kai įrašas atliktas ne per žema aerodinamine kokybe. Visų pirma, jis negali būti naudojamas balistinio įėjimo koridoriaus pločiui apskaičiuoti.
Lifto naudojimas leidžia žymiai padidinti įėjimo koridoriaus plotį, palyginti su jo pločiu balistinio nusileidimo metu pagal duomenis). Be to, tai suteikia galimybę atlikti papildomą (ypač šoninį) manevravimą atmosferoje, o tai leidžia nusileisti daug tiksliau. Jei reikia, norint padidinti skrydžio diapazoną, galima atlikti rikošetą. Vėl įeinant į atmosferą (po rikošeto), ankstesnio išėjimo iš atmosferos paklaidos gali būti kompensuojamos naudojant liftą. Jei vardinis diapazonas su rikošetu yra
tada prietaisas, kurio kėlimo ir pasipriešinimo santykis yra 0,4, gali padidinti arba sumažinti šį diapazoną, o jei yra kėlimo ir pasipriešinimo santykis, net
Palyginti su balistiniu nusileidimu, aerodinaminės kokybės nusileidimas smarkiai sumažina perkrovas, nes stabdymas pailgėja daug ilgiau.
Kadangi terpė yra labai reta prie viršutinės įėjimo koridoriaus ribos, gali prireikti per didelių sparnų, kad būtų sukurta reikiamo dydžio neigiama kėlimo jėga. Todėl gali būti, kad tą patį tikslą padidinti ribą būtų naudingiau pasiekti dirbtinai padidinus pasipriešinimą naudojant stabdymo įrenginius, tokius kaip parašiutai, kurie gali atlaikyti aukštą temperatūrą.
Kita vertus, nusileidimo pabaigoje, kai sklandančios transporto priemonės greitis labai sumažėja, atraminis korpusas tampa neefektyvus, todėl paskutiniame etape atliekamas minkštas nusileidimas parašiutų ar raketos pagalba. variklis. Kosminiai sklandytuvai, kurių pakėlimo ir pasipriešinimo santykis yra apie 3–4, gali leistis ant bėgimo takelių, kaip numatyta orbitiniams orlaiviams (pavyzdžiui, „Shuttle“).
Sovietų Sąjungoje pirmą kartą į Žemę buvo grąžintos Mėnulį uždengusios arba ant jo paviršiaus buvusios automatinės transporto priemonės.
Nugalėti gravitacijos jėgą, prasiskverbti pro oro apvalkalo storį ir pasiekti kosminę erdvę nėra lengva užduotis. Kaip grįžti iš kosmoso į Žemę?Iš pirmo žvilgsnio atrodo, kad erdvėlaivio nusileidimas į Žemę turėtų būti daug paprastesnis nei jo pakilimas. Visi gerai žino: sunku važiuoti į kalną, bet lengviau nusileisti. Deja, ši paprasta ir akivaizdi tiesa, kalbant apie nusileidimą nuo „kosmoso kalno“, pasirodo esanti ne visai tiesa. Manėme, kad pilotuojamo erdvėlaivio konstrukcija tinka ilgalaikiams skrydžiams kosmose. Jį sudaro dvi pagrindinės dalys: orbitinis skyrius ir vadinamasis nusileidimo modulis (taip pat vadinamas sugrįžimo aparatu). Be to, laive yra stabdžių variklis, saulės baterija ir nemažai kitų sistemų. Visi šie laivo komponentai į kosmosą pristatomi iš Žemės. Tačiau į Žemę grįžta ne visas laivas, o tik maža jo dalis, vadinama nusileidimo moduliu.
Prieš pradedant nusileisti į Žemę, visi erdvėlaivio įgulos nariai persikelia į nusileidžiančią transporto priemonę. Jame taip pat yra įranga, reikalinga įgulos gyvenimui palaikyti, taip pat stebėjimo medžiaga, kurią įgula atlieka pagal skrydžio planą. Likusios laivo dalys tinkamu momentu atsikabina nuo nusileidžiančios transporto priemonės ir po kurio laiko nukrenta į Žemę. Posakis „nukristi į Žemę“ nėra visiškai tikslus. Erdvėlaivio dalys, kurios „nukrenta į Žemę“, nepasiekia Žemės paviršiaus. Praeidami per tankius oro sluoksnius, jie įkaista ir dega, lygiai taip pat, kaip dega į Žemės atmosferą patekę geležies ir akmens meteoritai.
Žmogus lankėsi ne tik artimoje Žemės erdvėje, 200 - 300 km atstumu nuo Žemės paviršiaus, bet ir vadinamojoje giliojoje erdvėje. Iš gilios ir artimos erdvės grįžtančių erdvėlaivių nusileidimo į Žemę sąlygos nėra vienodos. Būdamas kosmose netoli Žemės, laivas juda greičiu = 8 km/sek, t.y. turi pirmąjį pabėgimo greitį. Esant tokiam judėjimo aplink Žemės rutulį greičiui, tokiame aukštyje, kur nėra arba beveik nėra atmosferos, laivas gali išlikti labai ilgai, nenutoldamas nuo Žemės ir nenukrisdamas ant jos. Ką reikia padaryti, kad laivas pradėtų leistis į Žemę, tai yra nukristi? Norėdami tai padaryti, turėtumėte sumažinti jo judėjimo greitį.
Nors dažniausiai visi grįžtantys iš ilgos ir tolimos kelionės nori kuo greičiau grįžti namo, iš kosmoso nereikėtų grįžti paskubomis, nes pristabdyti erdvėlaivį nėra lengva, o geriau – nepigu. Jau sakėme, kad kiekvienas papildomas krovinio kilogramas laive yra itin nepageidaujamas. Orbitoje aplink Žemę judantį erdvėlaivį galima sulėtinti įjungiant variklį, kuris sukuria trauką, nukreiptą prieš laivo judėjimą.
Tarkime, kad erdvėlaivis ir viskas, kas jame yra (be degalų), turi 3 tonų masę. Kiek degalų reikia pasiimti į laivą, kad jo greitis būtų sumažintas nuo 8 iki 4 km/sek.
Norint sumažinti laivo greitį 4 km/sek, reikia įjungti variklį, kuris sukurtų trauką, nukreiptą priešinga jo judėjimui kryptimi. Tarkime, kad kuro degimo produktų išmetimo iš stabdymo variklio antgalio greitis bus lygus 3000 m/sek (šiuolaikiniams skystojo kuro raketiniams varikliams pasiekiama vertė). Ciolkovskio sukurta formulė leidžia nustatyti, kad pradinė erdvėlaivio masė, t.y. jo masė kartu su degalais, prieš įjungiant stabdymo variklį turi būti 11,4 tonos, todėl kuro laive turėtų būti = 8400 kg. Taigi degalų masė, kurią reikia deginti stabdymo variklyje, beveik 3 kartus viršija laivo konstrukcijos ir joje esančio krovinio masę. Toks erdvėlaivių stabdymo būdas yra labai neekonomiškas ir praktiškai sunkiai įgyvendinamas, nes tiekti tokią didelę kuro masę į kosmosą nėra nei paprasta, nei pigu. Tačiau paaiškėjo, kad nebūtina tiek sulėtinti orbitinį skrydį atliekančio erdvėlaivio, kad jis pradėtų nusileisti į Žemę.
Norėdami pradėti judėti nusileidimo trajektorija, laivas turi prarasti tik nedidelę savo greičio dalį. Visiškai pakanka erdvėlaivio greitį sumažinti 200 - 250 m/sek. Nagrinėjamu atveju, t. y. 3 tonas sveriančiam erdvėlaiviui, trumpai veikiant stabdymo varikliui, kai jame deginami kuras, kurio masė mažesnė nei viena dešimtoji laivo masės. Bet erdvėlaivis turi leistis beveik nuliniu greičiu, antraip įvyks katastrofa – laivas ir jame esanti įgula nukris tūpimo momentu. Kaip galima iš laivo atimti visą ar beveik visą jo turimą kinetinę energiją? Praktiškai įmanomą būdą sulėtinti erdvėlaivį, neeikvojant kuro, nurodė K. E. Ciolkovskis. Orinis Žemės apvalkalas, pasak Ciolkovskio, gali atlikti erdvėlaivių, grįžtančių iš tarpplanetinės kelionės į Žemę, stabdžio vaidmenį. Oro stabdymas? Toks pasiūlymas gali atrodyti ne visai realus. Tačiau prisimink, kaip vėjas pučia tau į veidą, kai greitai slidinėji nuo stataus kalno. Pabandykite iškišti ranką pro automobilio langą, kai jis važiuoja greitkeliu. Oras iš beveik nesvaraus ir nepastebimo tampa elastingas. Jums bus sunku išlaikyti delną statmenai automobilio judėjimo krypčiai.
Erdvėlaivio greitis jam patekus į Žemės oro gaubtą (sulėtėjus 100 - 200 m/sek.) greičiausio lėktuvo greitį viršija maždaug 28 kartus. Esant tokiam didžiuliam greičiui, oras pasižymi dideliu pasipriešinimu judėjimui. Bet koks pasipriešinimas yra susijęs su trinties atsiradimu. Trintis taip pat atsiranda, kai kūnai juda ore. Paimkite du medžio gabalus ir greitai patrinkite juos. - Ką pastebite? - Medžio gabalai įkaista – tai yra to, kad jūsų atliekamas trinties darbas virto šiluma, rezultatas. Trintis su oru taip pat lydi šilumos išsiskyrimas.
Kai erdvėlaiviai juda Žemės atmosferoje, atsiranda ne tik oro trintis. Kai laivas praeina pro oro gaubtą, jis sukuria suspausto oro bangą priešais jį. Oras suspaudžiamas ne palaipsniui, o per labai trumpą laiką. Kokio dydžio šis suspaudimas? Skaičiavimai rodo, kad erdvėlaivių judėjimo metu suspaustame ore slėgis gali siekti 50 atm. Iš savo fizikos kurso žinote, kad greitas dujų suspaudimas ar išsiplėtimas vyksta praktiškai be įtekėjimo ir nepašalinant šilumos, nes dėl trumpo laiko šiluma nespėja nei išeiti į aplinką (suspaudimo metu), nei pasišalinti iš išorinė aplinka (plėtimosi metu). Tokie procesai vadinami adiabatiniais.
Dėl adiabatinio suspaudimo oro sluoksnis, esantis prieš skraidantį erdvėlaivį, įkaista iki aukštos temperatūros. Skraidančio erdvėlaivio suspausto oro sluoksnio temperatūra gali siekti 8000° K. Tai labai aukšta temperatūra. Žemėje nėra medžiagų, kurios šioje temperatūroje galėtų išlikti kietos būsenos. Ugniai atspariausios medžiagos 4000 - 4500 ° C temperatūroje pradeda virsti dujomis arba skysčiais. Ar erdvėlaivis atlaikys tokią aukštą temperatūrą? Be to, reikia atsiminti, kad laivo viduje, už jo korpuso, yra žmonių.
Stabdant erdvėlaivį pneumatiniu stabdžiu reikia laikytis tam tikrų atsargumo priemonių, antraip laivas gali ne tik sulėtinti greitį, bet ir perdegti nepasiekęs Žemės. Laivo nusileidimas iš artimos Žemės orbitos prasideda jo lėtėjimu kosmose, kur nėra oro. Tam kuriam laikui įjungiami stabdymo varikliai, kurie sukuria trauką, nukreiptą priešinga laivo judėjimui kryptimi. Stabdomiesiems varikliams užsidegus erdvėlaivis keičia savo trajektoriją ir pradeda leistis, artėdamas prie Žemės.
Erdvėlaivis dažniausiai skrieja orbitoje aplink Žemę tam tikru atstumu nuo oro apvalkalo ribos, todėl stabdęs laivas kurį laiką leidžiasi į erdvę, kurioje oro praktiškai nėra. Laikas, per kurį laivas nusileidžia beorėje erdvėje, turi būti ne mažesnis už tam tikrą reikšmę. Per šį laiką laive atliekami parengiamieji darbai patekti į oro gaubtą. Todėl aukštį, nuo kurio galima keisti erdvėlaivio trajektoriją, t.y. pradėti nusileisti į Žemę, riboja laikas, reikalingas parengiamiesiems darbams atlikti.
Ką reikia padaryti erdvėlaivyje, kol jis patenka į Žemės oro atmosferą? Laivą stabdžius varikliu, nuo jo išmetama viskas, be ko jis gali nusileisti. Aptarnavimo skyrius, stabdžių variklis ir kai kurios sistemos yra išmestos. Tai daroma siekiant sumažinti erdvėlaivio masę, taigi ir energijos kiekį, kurį reikia paimti iš laivo jam leidžiantis į Žemę.
Ryžiai. 14. Lander turi lęšio formą.
Sovietinių erdvėlaivių „Sojuz“ ir amerikietiško „Apollo“ erdvėlaivio nusileidžiančios transporto priemonės turi lęšių išvaizdą (14 pav.). Šiluminės apsaugos sluoksnis ant šių erdvėlaivių nusileidžiančių transporto priemonių paviršius padengiamas netolygiai. Priekinėje dalyje nuo karščio apsaugančio sluoksnio storis didžiausias, priešingoje pusėje (apatinė prietaiso dalis) – mažiausias. Tai buvo padaryta siekiant sumažinti besileidžiančios transporto priemonės masę. Storas priekinės apsaugos sluoksnis turi atlaikyti dideles mechanines apkrovas ir užtikrinti šilumos, sklindančios iš karšto suspausto oro, pašalinimą.
Nusileidžiančios transporto priemonės dugno ir jos šoninių paviršių šiluminė apsauga nei pagal mechanines savybes, nei pagal šilumines charakteristikas sukurta taip, kad atlaikytų apkrovas, kurias turi atlaikyti priekinė dalis. Vadinasi, norint, kad besileidžianti transporto priemonė nebūtų sunaikinta ar neįkaista iki neleistinai aukštos temperatūros, ji į Žemės atmosferą turi patekti į priekį nukreipta priekine dalimi. Norėdami tai padaryti, prieš patenkant į atmosferą, jis turi būti tinkamai orientuotas ir tokioje padėtyje patekti į Žemės oro gaubtą.
Orientacija atlieka ir kitą tikslą – užtikrinti, kad nusileidžianti transporto priemonė į atmosferą patektų tam tikru kampu. Kam tai skirta? Įėjimo kampas turi įtakos daugeliui nusileidimo proceso parametrų. Pilotuojamų erdvėlaivių patekimo į atmosferą kampas nustatomas pagal pagreičio dydį, kurį žmogus gali atlaikyti. Jau sakėme, kad iškėlus erdvėlaivį į kosmosą, atsiranda perkrovos, kurios kelis kartus viršija paties žmogaus svorį.
Skirtingai nuo pakilimo, nusileidimo metu erdvėlaivis juda su neigiamu pagreičiu. Kokios jėgos veiks žmogų, esantį besileidžiančioje transporto priemonėje jos nusileidimo metu? Pirma, gravitacijos jėga F = mg (m yra astronauto masė, g - gravitacijos pagreitis), nukreipta į Žemės rutulio centrą. Be to, jį veiks elastinga jėga, nukreipta priešinga kryptimi. Šios dvi jėgos suteikia pagreitį a, nukreiptą priešinga kryptimi ~.
Vadinasi, nusileisdamas iš orbitos į Žemę astronautas patiria jėgą, nukreiptą iš Žemės. Ši jėga prispaudžia astronautą prie salono sėdynės arba prie lubų. Pagal dydį ši jėga viršija įprastą astronauto svorį (jo svorį ramybės būsenoje) vienu. Žmogus gali atlaikyti perkrovą, tai yra, savo svorio padidėjimą 10–12 kartų. (Žinoma, tokiu atveju jis tampa praktiškai neeksploatuojamas.) Didelis svorio padidėjimas arba, kaip sakoma, didelė perkrova yra pavojinga žmogaus gyvybei.
Perkrova, kurią patiria astronautai besileidžiančiajai transporto priemonei leidžiantis iš orbitos į Žemės paviršių, priklauso nuo kampo, kuriuo nusileidžianti transporto priemonė Žemės atmosferoje juda į horizontą.
Ryžiai. 15. Erdvėlaivio nusileidimas į Žemę.
Panagrinėkime du galimus besileidžiančios transporto priemonės nusileidimo atvejus: pirma, transporto priemonė juda stačia trajektorija; antrasis – judėjimas vyksta švelnia trajektorija, darant nedidelį kampą su horizontu (žr. 15 pav.). Akivaizdu, kad antruoju atveju nusileidimas truks daug ilgiau nei pirmuoju. Įrenginys palaipsniui pateks į apatinius atmosferos sluoksnius ir palaipsniui praras greitį, dėl to neigiamas nusileidžiančios transporto priemonės pagreitis bus mažas. Nusileidimas trajektorija, darantis nedidelį kampą su horizontu, leidžia, palyginti su stačiu nusileidimu, sudaryti saugesnes sąlygas ekipažui, t.y. sumažinti perkrovas iki žmogaus organizmui lengvai toleruojamų ribų.
Tačiau nusileidimo kampas negali būti per mažas, nes tokiu atveju kyla kita grėsmė įgulos saugumui, susijusi su perkaitimu.
Panagrinėkime, kaip nusileidžiančios transporto priemonės skrydžio trajektorijos forma veikia jos šildymą. Jau minėjome, kad didžioji dalis kinetinės ir potencialios energijos, kurią turi erdvėlaivis skrisdamas orbitoje kosmose, nusileidžiant į Žemę paverčiama vidine energija. Kaip nusileidžianti transporto priemonė įkais, kai nusileis į Žemę stačia trajektorija, palyginti su judėjimu tam tikra kreive, esančia nedideliu kampu horizonto atžvilgiu? Staigiai leidžiantis žemyn grįžtanti transporto priemonė greičiau lėtėja ir dėl to greičiau prarandama energija. Leisdamasis švelnia kreive, prietaisas ilgiau praleidžia retesniuose oro sluoksniuose, todėl greitį sumažina ne taip smarkiai, kaip pirmuoju atveju. Akivaizdu, kad kuo plokštesnė trajektorija, tuo lėčiau transporto priemonė praras greitį. Vadinasi, šilumos kiekis, susidarantis per laiko vienetą, kai transporto priemonė leidžiasi stačia trajektorija, bus žymiai didesnis nei leidžiantis pagal trajektoriją, darant nedidelį kampą su horizontu.
Iš to, kas išdėstyta, galima daryti išvadą, kad kuo statesnė nusileidimo trajektorija, tuo mažesnis nusileidžiančios transporto priemonės perkaitimo pavojus, taigi ir ekipažui. Tačiau ši išvada yra neteisinga. Siekiant išlaikyti ekipažui priimtinas temperatūros sąlygas nusileidimo transporto priemonės salone, pernelyg sklandus nusileidimas yra nepageidautinas. Kas tai paaiškina? Žinote, kad gesinant gaisrus gelbėtojų komandoms dažnai tenka patekti į degantį namą, gesinant liepsnas. Žmogus apipilamas vandeniu, o jis šlapiais rūbais praeina pro ugnies sieną, nepakenkdamas sau. Jis galėjo tai padaryti su sausu kostiumu, jei pastarasis būtų pasiūtas iš nedegaus audinio. Ore degančių objektų liepsnos temperatūra paprastai yra 450 - 500°C. Tai gana aukšta temperatūra, tačiau dėl to, kad ugniagesys su savo nedegiu kostiumu labai trumpai būna liepsnoje, kostiumas nespėja sušilti, todėl tokia aukšta temperatūra nėra pavojinga. žmogui.
Kaip jaustųsi žmogus, vilkėdamas tą patį kostiumą iš nedegaus audinio, jei jį supančioje aplinkoje temperatūra būtų net du-tris kartus žemesnė už liepsnos temperatūrą, tačiau laikas, praleistas jame, buvo skaičiuojamas keliomis minutėmis? Matyt, tai būtų nesaugu ne tik sveikatai, bet ir žmogaus gyvybei. Kostiumas iš nedegaus audinio jam nebūtų padėjęs – per tiek laiko žmogaus kūnas būtų sušilęs iki aplinkos temperatūros, tai yra perkaitęs. Panašus vaizdas susidaro, kai nusileidžianti transporto priemonė juda atmosferoje. Jei aparatas leidžiasi stačia trajektorija, per laiko vienetą į jį tiekiamas didesnis šilumos kiekis nei judant lygia trajektorija. Tačiau tam, kad šiluma pasiektų įrenginio kabiną, kurioje yra įgula, reikia laiko. Šis laikas priklauso nuo nuo karščio apsauginio sluoksnio, užtepto ant nusileidžiančios transporto priemonės išorinio paviršiaus, pobūdžio ir storio bei nuo šilumos izoliacijos, esančios po šilumos apsaugos sluoksniu, savybių.
Jei transporto priemonė leidžiasi greitai, laiko apšilimui gali nepakakti ir tada, nepaisant didelio šilumos kiekio, tiekiamo į nusileidžiančią transporto priemonę per laiko vienetą iš išorės, iš karštų oro atmosferos dujų, oras salono viduje neturės laiko labai įkaisti. Ilgo nusileidimo metu (lygia trajektorija), nors per laiko vienetą bus tiekiama mažiau šilumos iš mažiau karšto oro, dalis jos vis tiek spės prasiskverbti į nusileidžiančios transporto priemonės saloną per karščiui atsparią dangą ir šilumos izoliaciją. transporto priemonės odos, dėl to įkais oras ir visi salone esantys daiktai.
Taigi du rodikliai, nuo kurių priklauso erdvėlaivio įgulos nusileidimo į Žemę saugumas, tokie kaip perkrova ir įkaitimas, kinta skirtingai, priklausomai nuo besileidžiančios transporto priemonės nusileidimo trajektorijos tankiuose atmosferos sluoksniuose. Norint sumažinti perkrovą, reikalinga sklandi trajektorija ir ilgas nusileidimo laikas. Nusileidžiančios transporto priemonės salono perkaitimo neleistinumas, priešingai, reikalauja nusileisti statesnia trajektorija, trumpą laiką, kol transporto priemonė išliks tankiuose oro sluoksniuose. Nusileidimo trajektorija parenkama taip, kad perkrova neviršytų žmogaus organizmui leistinos vertės, o tuo pačiu temperatūra automobilio salone, kuriame yra ekipažas, būtų ne aukštesnė kaip 40 laipsnių. -50°C. Tokią temperatūrą žmogus gali lengvai toleruoti. Jau plačiai paplitusi pilotuojamų erdvėlaivių nuleidimo iš orbitos į Žemę praktika rodo, kad leistinos perkrovų ir oro temperatūros vertės salone užtikrinamos, kai nusileidimo laikas tankiuose atmosferos sluoksniuose yra 20–25 minutės.
Išnagrinėjome sugrįžtančios transporto priemonės nusileidimo iš artimos ar artimos Žemės erdvės sąlygas. Būdamas šalia Žemės ir judėdamas aplink ją, kosminio objekto greitis yra ~ 8 km/sek (pirmasis pabėgimo greitis). Kad erdvėlaivis galėtų patekti į gilųjį kosmosą ir aplankyti bet kurį mūsų saulės sistemos dangaus kūną, jis turi pasiekti 11,2 km/sek greitį (t. y. antrąjį pabėgimo greitį). Ir jis taip pat turės grįžti iš gilios erdvės antruoju kosminiu greičiu. Kaip tai veikia nusileidimo sąlygas?
Prieš svarstydami apie erdvėlaivio nusileidimą į Žemę grįžus iš tarpplanetinio skrydžio, išsiaiškinkime, kaip vyksta kosminių objektų priartėjimas prie tokio dangaus kūno kaip Mėnulis.
Būdamas netoli Žemės orbitoje, erdvėlaivis turi greitį, lygų pirmajam kosminiam greičiui. Turėdamas tokį greitį, jis negali nukristi į Žemę, bet taip pat negali nutolti nuo Žemės ar skristi į kitus dangaus kūnus.
Ryžiai. 16. Dirbtinio Žemės palydovo trajektorijos skirtingais greičiais Žemės rutulio atžvilgiu.
Jei laivui bus suteiktas greitis, didesnis nei pirmasis kosminis greitis, bet mažesnis už antrąjį kosminį greitį, jis ir toliau judės aplink Žemę, jis negalės skristi į tarpplanetinę erdvę. Tačiau jis judės ne apskrita orbita, o elipsine (16 pav.). Didžiosios elipsės ašies ilgis bus didesnis, tuo didesnį greitį (viršijantį pirmąjį kosminį greitį) turi erdvėlaivis.
Reikia pasakyti, kad beveik visi dirbtiniai Žemės palydovai, esantys žemoje Žemės orbitoje, juda ne ratu, o elipse. Kodėl? Kartais dirbtinio Žemės palydovo elipsės trajektorija yra būtina, kad jis galėtų atlikti savo užduotis erdvėje. Tokiais atvejais palydovams tyčia suteikiamas greitis, šiek tiek didesnis nei pirmasis kosminis greitis. Didžiąja dalimi dirbtinių palydovų trajektorija pasirodo esanti elipsė, nes tiesiog sunku užtikrinti, kad palydovo greitis apskaičiuotame aukštyje tiksliai atitiktų pirmąjį kosminį greitį.
Didėjant erdvėlaivio greičiui, jo trajektorija keičiasi iš elipsės į parabolinę. Greitis, kuriuo erdvėlaivis įgauna parabolinę trajektoriją, vadinamas antruoju kosminiu greičiu, jis lygus ~ 11,2 km/sek. Parabolinė trajektorija, kaip ir žiedinė, turi tik teorinę reikšmę. Erdvėlaivių ir negyvenamų erdvėlaivių skrydžiai į Mėnulį ir kitas Saulės sistemos planetas (Marsą, Venerą) vyksta ne parabolinėmis, o hiperbolinėmis trajektorijomis. Erdvėlaivis gali judėti išilgai parabolės tik tuo atveju, jei jo greitis tiksliai atitinka antrąjį kosminį greitį, o jei jis yra šiek tiek mažesnis, tada jis judės uždara kreive – elipse, t.y. bus šalia Žemės ir negalės. skristi į kitas Saulės sistemos planetas . Jei laivui suteikiamas greitis, šiek tiek didesnis už antrąjį kosminį greitį, jo trajektorija tampa nebe parabole, o hiperbole. Hiperbolė yra atvira kreivė, o erdvėlaivis, persijungęs į hiperbolinę trajektoriją, judėdamas išilgai Žemės negali priartėti. Jis vis labiau tols nuo jos ir ilgainiui praras ryšį su ja, tai yra, nustos jausti gravitacijos veikimą.
Taigi, norint nuskristi į Mėnulį ar bet kurią Saulės sistemos planetą, artimoje Žemės orbitoje esančiam erdvėlaiviui turi būti suteiktas greitis, lygus antrajam kosminiam greičiui arba šiek tiek didesnis. Jei erdvėlaiviui pasiekus greitį, šiek tiek didesnį nei antrasis kosminis greitis, variklis išjungiamas, laivas ir toliau judės hiperboline trajektorija.
Ryžiai. 17. Taške A kūno Žemės traukos jėga (F h) lygi šio kūno Mėnulio traukos jėgai (F l)
Kosmose yra vieta, kur šioje vietoje esantis kūnas patiria vienodas gravitacijos jėgas iš Mėnulio ir Žemės (17 pav.). Jei laivui bus suteiktas pakankamas greitis, kad jis galėtų nuskristi į šį tašką ir šiek tiek jį kirsti, tada Mėnulio gravitacija jį paveiks labiau nei žemės gravitacija. Į neutralų tašką, kur Mėnulio ir Žemės gravitacinės jėgos yra tarpusavyje subalansuotos, erdvėlaivis skrenda, išeikvodamas jam variklio perduodamą kinetinę energiją, kad įveiktų Žemės traukos jėgą. Šioje atkarpoje atrodo, kad jis įauga virš Žemės. Erdvėlaivio judėjimas po neutralaus taško, veikiamas Mėnulio gravitacijos, turėtų būti vertinamas ne kaip judėjimas aukštyn Žemės atžvilgiu, o kaip kritimas žemyn Mėnulio link. Jei kilimo metu, tai yra, skrisdamas į neutralų tašką, laivas nuolat mažina greitį, tai nuo šio taško, veikiamas Mėnulio gravitacijos, jis nuolat greitėja, jo greitis didėja. Netoli Mėnulio erdvėlaivio greitis pasiekia antrojo kosminio greičio reikšmę (bet ne Žemės, o Mėnulio sąlygomis). Stabdančio variklio pagalba laivo greitis sumažinamas iki pirmojo mėnulio kosminio greičio. Turėdamas tokį greitį, laivas judės aplink Mėnulį nenukrisdamas ir nenutoldamas nuo jo. Pirmasis Mėnulio kosminis greitis nėra lygus pirmajam kosminiam arti Žemės greičiui.
Dėl to, kad Mėnulio masė yra 81 kartą mažesnė už Žemės masę, Mėnulio gravitacijos pagreitis yra mažesnis nei Žemės gravitacijos pagreitis, o pirmasis Mėnulio pabėgimo greitis yra tik 1,7 km/ sek. Ko reikia, kad erdvėlaivis paliktų Mėnulio orbitą ir skristų Žemės link? Akivaizdu, kad, kaip ir išvykstant iš Žemės į Mėnulį, jam reikia suteikti vadinamąjį antrąjį Mėnulio pabėgimo greitį. Žemei artimoje erdvėje antrasis pabėgimo greitis yra 11,2 km/sek. Erdvėlaivis gali palikti Mėnulio gravitacinę zoną ir skristi į kitus Saulės sistemos dangaus kūnus, jei jo greitis šiek tiek viršija 2,4 km/sek. Tokiu greičiu erdvėlaivis pradės tolti nuo Mėnulio, jo paviršiaus atžvilgiu kildamas aukštyn.
Judėdamas hiperboline trajektorija, erdvėlaivis tols nuo Mėnulio, palaipsniui mažindamas greitį. Jo kinetinė energija virs potencialia energija. Pasiekęs neutralų tašką, kur Mėnulio traukos jėgą atsveria Žemės traukos jėga, erdvėlaivis pradės kristi link Žemės. Neutraliame taške erdvėlaivis turės maksimalią potencialią energiją (žemės atžvilgiu).
Artėjant prie Žemės potencinė energija mažės, o kinetinė – padidės. Artėdamas prie Žemės erdvėlaivis įgis maždaug 11,2 km/sek greitį, t.y. antrąjį kosminį greitį. Nesaugu pradėti nusileisti į Žemę tokiu greičiu. Prieš pradedant leistis, būtina sumažinti laivo greitį. Bet kaip?
Jau nustatėme kuro kiekį, kurį reikia sudeginti raketiniame variklyje, kad erdvėlaivio greitis būtų sumažintas nuo 8 iki 4 km/sek. Paaiškėjo, kad tam reikia per daug kuro, kad toks kosminių objektų stabdymo kelias turėtų praktinės reikšmės. Dar sunkiau stabdyti kėbulą, judantį 11,2 km/sek greičiu. Sovietų Sąjungos ir JAV kosminių skrydžių skaičiavimai ir praktika rodo, kad antruoju pabėgimo greičiu judančių erdvėlaivių stabdymo problema gali būti sėkmingai išspręsta panaudojus Žemės rutulio oro gaubto stabdomąjį poveikį. Kai erdvėlaivis grįžta į Žemę iš orbitinio skrydžio, kai jo greitis nėra daug didesnis už pirmąjį kosminį greitį, galima pasiekti saugų nusileidimą naudojant atmosferos stabdymo efektą, jei atitinkamas laivo įplaukimo į tankius sluoksnius kampas. užtikrinama atmosfera. Laivas, palaipsniui patekdamas į vis tankesnius oro sluoksnius, įkais ir tuo pačiu sulėtins tol, kol pasieks Žemės paviršių.
Erdvėlaivio, apjungiančio erdvėlaivio skyriaus ir nepriklausomo atmosferinio orlaivio funkcijas, sukūrimas yra viena iš sunkiausių užduočių kuriant pilotuojamą erdvėlaivį. Erdvėlaivio skrydžio ypatybė yra vykstančių įvykių negrįžtamumas, nes prasidėjusio nusileidimo beveik neįmanoma nutraukti, o erdvėlaivis neišvengiamai pereis per tankius atmosferos sluoksnius ir priartės prie Žemės. Dėl to gerokai sugriežtinami reikalavimai orlaivio sistemoms ir konstrukcijai jų patikimumo, perteklinio laipsnio ir įgulos saugos požiūriu.
Nusileidimo ir nusileidimo užduotys
Grįžimo į Žemę etape pagrindinės užduotys yra sulėtinti erdvėlaivį skrydžio atmosferoje metu ir užtikrinti jo nusileidimą. Nusileidimo ir tūpimo ruožų riba yra 5 - 10 km aukštyje, žemiau kurio judėjimas yra beveik tolygus ir praeina 100 - 200 m/s greičiu esant perkrovoms, kurios mažai skiriasi nuo vieneto.
Tarp nusileidimo ir nusileidimo užduočių yra tiesioginis ryšys, o nusileidimo būdas parenkamas atsižvelgiant į techninius nusileidimo ruožo sprendimus. Erdvėlaiviams, kurių forma užtikrina efektyvų valdymą viršgarsiniu greičiu, pasiekiant nusileidimo juostos zoną, o ikigarsiniais režimais - planuojant santykinai mažu vertikaliu greičiu, horizontalus nusileidimas yra racionalus - orlaivio tūpimo būdas, o orlaiviams su mažu aerodinaminė kokybė (t.y. silpnai išreikšta kėbulo laikomoji galia) ir judėjimas beveik vertikaliai prieš nusileidimo zoną – vertikalus nusileidimas, reikalaujantis specialių stabdymo priemonių (parašiutų, variklių, rotorių ir kt.) bei papildomų sistemų, kurios sugeria smūgį. grunto (vandens), kuris kartu sudaro įgulai priimtinas nusileidimo (aptaškymo) sąlygas. Vertikalus nusileidimo metodas buvo naudojamas, pavyzdžiui, erdvėlaiviuose „Sojuz“ ir „Apollo“.
Aerodinaminės charakteristikos
Kai bet kuris kūnas juda ore, jį veikia slėgio jėgos, kurios priklauso nuo oro greičio, tankio, kūno formos ir padėties sraute. Jų susidaranti (bendra) jėga apibrėžiama kaip spaudimo jėgų kūno paviršiuje integralas ir eina per tašką, vadinamą slėgio centras. Slėgio jėgų momentų integralas taško atžvilgiu, vadinamas masės centras (svorio centras), suteikia aerodinaminį momentą, kuris gali būti pavaizduotas kaip atstojamosios jėgos ir jos rankos masės centro atžvilgiu sandauga. Pasirinktu momentu aerodinaminės jėgos (ar jų komponentai) laikomos pritaikymu šiam centrui. Jėgos ir momentai (3.10 pav.) išreiškiami bematiais aerodinaminiais koeficientais:
C Ir m- atitinkamai jėgos ir momento koeficientai be matmenų;
Greičio galvutė;
ρ - oro tankis;
v- skrydžio greitis;
S- būdinga sritis (vidurinė dalis arba sparnas);
l- būdingas dydis (pavyzdžiui, erdvėlaivio ilgis).
Vienas iš pagrindinių SA parametrų yra kėlimo ir pasipriešinimo santykis- kėlimo ir tempimo jėgos santykis
Kur SU Y ir SU X – kėlimo koeficientai Y ir pasipriešinimo jėgoms K atitinkamai (žr. 3.10 pav.).
Tipinės ašiesimetrinės segmentinės formos orlaivio aerodinaminės charakteristikos parodytos fig. 3.11. Dėl aerodinaminių trikdžių įtakos (pavyzdžiui, pradinio atakos kampo) orlaivis juda aplink masės centrą, todėl reikia išspręsti statinio ir dinaminio stabilumo klausimus.
Statinis stabilumas- tai yra orlaivio savybė, išplaukdamas iš pusiausvyros padėties, įgyti tokius aerodinaminius momentus, kurie vėl grąžina jį į šią padėtį. Paprasčiausiu atveju tai įmanoma, jei slėgio centras yra už svorio centro (orlaivio priekinio taško atžvilgiu) ir aerodinaminė jėga sukuria atstatomojo momentą. Šia prasme atstumas tarp slėgio ir svorio centrų, susijęs su aparato ilgiu, paprastai vadinamas statinio stabilumo riba, o atakos kampas, kuriame yra stabili pusiausvyra (momentas lygus nuliui, o jo išvestinė kampo atžvilgiu yra neigiama) balansavimas. Norint gauti kėlimo jėgą ašiesimetriniam segmentinės formos aparatui, būtina (žr. 3.11 pav.) suteikti jam tam tikrą atakos kampą, kurio balansavimą galima užtikrinti sukuriant. svorio ekscentriškumas(žr. 3.10 ir 3.11 pav.).
Dinaminis stabilumas- tai orlaivio gebėjimas sukurti stabilizuojančius momentus jo svyravimo aplink masės centrą metu. Esant kampiniam greičiui, momentinis atakos kampas kinta per visą aparato ilgį, o tai sukuria tam tikrą papildomą momentą. Jeigu šio momento išvestinė kampinio greičio atžvilgiu yra neigiama, tai momentas yra slopinantis, kitu atveju – antislopinantis. Projektuojant orlaivį ir jo valdymo sistemą atsižvelgiama į dinaminio stabilumo charakteristikas.
Nusileidimo trajektorijos ir SA parametrų pasirinkimas
Nusileidimo trajektorijos parenkamos atsižvelgiant į transporto priemonės charakteristikų sukuriamas galimybes, perkrovos ir šiluminių sąlygų ribose, taip pat į pačios nusileidimo trajektorijos reikalavimus (duotą manevrą, tūpimo tikslumą). Šie apribojimai turi įtakos transporto priemonės charakteristikoms ir jos judėjimo valdymo programoms. Panagrinėkime šiuos klausimus, susijusius su nusileidimo iš žemų Žemės orbitų (aukštis 200–500 km) problema.
Trajektorijų pobūdį pirmiausia lemia orlaivio parametrai, iš kurių pagrindiniai yra aerodinaminė kokybė K (žr. formulę (3.3) ir balistinis parametras
Kur m- SA masė.
Skaičiuojant taip pat dažnai naudojami šie parametrai:
iš kurių pirmasis (3.5) yra dydis, gautas iš KAM Ir r x, o antrasis (3.6) apibūdina vidurinės dalies arba sparno apkrovą.
Pateikti parametrai nustato ryšį tarp gravitacinių ir aerodinaminių jėgų ir yra pastarųjų efektyvumo arba gebėjimo skrydžio metu sukurti pagreitį matas, nes
Taigi nuo aerodinaminės kokybės ir balistinio parametro pasirinkimo priklauso trajektorijų formavimo galimybės, o nuo jų pokyčių skrydžio metu – judesio valdymas.
Trajektorijoms įtakos turi ir patekimo į atmosferą sąlygos, kurių viršutinė riba (įėjimo aukštis) suprantama kaip pastebimos aerodinaminių jėgų įtakos pradžios aukštis (100 - 120 km). Šios sąlygos apima įvažiavimo greitį (apie 7,6 km/s deorbitui) ir trajektorijos pasvirimo kampą arba įėjimo kampą, nustatytą tam tikrame aukštyje.
Manevruoti nusileidimo atkarpoje galima keičiant transporto priemonės pasipriešinimą (priešinio pasipriešinimo koeficientą arba efektyvų paviršių), bet tik trajektorijos plokštumoje, t.y., diapazone. Kėlimo jėgų panaudojimas sukuria galimybę manevruoti tiek diapazone, tiek šonine kryptimi.
Priklausomai nuo aerodinaminės kokybės, išskiriami šie būdingi nusileidimo tipai:
balistinis- nenaudojant kėlimo jėgų, kaip taisyklė, be nuotolio kontrolės ir esant dideliam nusileidimo taškų išsidėstymui (apie ±300 km);
planavimas- naudojant kėlimo jėgas; dažniausiai tai reiškia nusileidimą su aerodinamine kokybe (didesne nei 0,7 -1), kuri sukuria plačias manevro galimybes ir užtikrina tikslų nusileidimą;
stumdomas, arba pusiau balistinis, yra žemos aerodinaminės kokybės (mažiau nei 0,3 - 0,5) sklandantis nusileidimas, leidžiantis sumažinti perkrovas ir užtikrinti gana tikslų nusileidimą, nors ir be didelio manevro; Šis nusileidimo būdas naudojamas erdvėlaiviuose „Sojuz“ ir „Apollo“.
Perkrovos paleidimo metu– vienas pagrindinių trajektorijos parametrų – daugiausia priklauso nuo aerodinaminės kokybės ir įvažiavimo kampo. Norėdami sumažinti perkrovas, kaip matyti iš pav. 3.12, aerodinaminę kokybę patartina padidinti iki 0,3 - 0,5 (tolimesnis jos didinimas turi mažai įtakos), o įėjimo kampas neturi viršyti 2 - 3°.
Teka šiluma, turinčios įtakos SA paviršiui, priklauso nuo aerodinaminės kokybės ir patekimo į atmosferą kampo (3.13 pav.). Siekiant pagerinti šilumines sąlygas, svarbu, kad viršutiniuose atmosferos sluoksniuose būtų stabdomas, kad greitis būtų kuo labiau sumažintas prieš pasiekiant šilumos srauto piką. Tai realizuojama balistinio nusileidimo metu didinant aerodinaminį pasipriešinimą ir mažinant apkrovą vidurinei atkarpai, o orlaiviui, kurio keliamosios jėgos ir pasipriešinimo santykis yra didelis - didinant atakos kampą (didinant pasipriešinimo ir keliamosios jėgos koeficientus) ir sumažinant apkrovą kėlimo paviršius. Slenkančio nusileidimo metu didelį pasipriešinimo koeficientą užtikrina buka SA forma, o atakos kampas, šiek tiek sumažindamas šį koeficientą, sukuria kėlimo jėgą.
Visais atvejais pradinėje nusileidimo fazėje šiluminių sąlygų gerinimo požiūriu svarbu ne maksimalios kokybės režimas, o maksimalus galimas pasipriešinimo ir keliamosios jėgos koeficientų padidėjimas arba apkrovos sumažėjimas. būdinga sritis.
Perkrovos tolerancija esant optimaliai žmogaus laikysenai, ji suteikiama iki 25 - 27 vienetų. (maksimali vertė išilgai nusileidimo trajektorijos, kai veikimo laikas yra iki 5–10 s), o našumas iki 15 vienetų. Siekiant užtikrinti santykinį įgulos komfortą ir užtikrintą skrydžio valdymą, perkrova neturėtų viršyti 4 - 6 vnt.
SA parametrų pasirinkimas pirmiausia lemia reikalavimai užtikrinti perkrovos toleranciją, manevringumą ir tūpimo tikslumą bei šiluminės apsaugos plėtra.
Įgulos patikimo grąžinimo į Žemę problema paprasčiausiai išsprendžiama balistiniu nusileidimu iš orbitos, kurio metu perkrova neviršija 10 vnt., o gelbėjimo metu paleidimo aikštelėje – 25 vnt., t.y., jie yra leistinų dydžių ribose. . Remiantis ekipažo efektyvumo užtikrinimu, aerodinaminė kokybė turėtų atitikti 0,15 - 0,2 normaliai leidžiantis ir 0,3 avarinio nusileidimo metu, kai perkrovos lygis yra 4 - 5 ir 15 vnt. atitinkamai. Be to, kontroliuojamo nusileidimo iš orbitos atveju, kai turima aerodinaminė kokybė yra 0,3 (su valdymo riba), nusileidimas užtikrinamas pakankamai tiksliai (nukrypimas per keliasdešimt kilometrų). Atsižvelgiant į šilumos mainų sąlygas dviejų minėtų nusileidimo tipų atveju, patartina sumažinti balistinį parametrą. Padidinus SA paviršių šiems tikslams (sumažinus vidurinės dalies apkrovą) atsiranda nepagrįstų masės išlaidų. Racionaliau padidinti pasipriešinimo koeficientą, kuris matomas visų sukurtų laivų konstrukcijose.
Tais atvejais, kai nusileidimo ruože yra nurodytas specialus manevras, būtina padidinti aerodinaminę kokybę, kuri, kai reikalingas tarporbitinis manevras (šoninis nuokrypis 2000 - 2500 km, pvz., norint nusileisti viename taške nuo trys gretimos orbitos) turėtų būti apie 1,5. Tuo pačiu metu aerodinaminės kokybės gerinimas, padedantis pagerinti perkrovos toleranciją ir tūpimo tikslumą, padidina šiluminės apsaugos masę, o esant išvystytiems laikantiems paviršiams - padidina konstrukcijos masę. Tai riboja aerodinaminės kokybės pasirinkimą, viršijančią vertę, kurios reikia norint išspręsti nusileidimo problemas.
Judesio valdymo metodas nustatoma pagal priimtą pakilimo skrydžio reguliavimo metodą. Pusiausvyros atakos kampą ir aerodinaminę kokybę gali pakeisti (žr. 3.11 pav.) svorio centro poslinkis į šoną dėl didelių masių judėjimo erdvėlaivio viduje (Sojuzui apie 150 kg), o tai yra neracionalu. Kai reaktyviniai varikliai naudojami tiems patiems tikslams, degalų sąnaudos nepaprastai padidėja, o aerodinaminių valdymo paviršių kūrimas yra efektyvus tik sparnuotoms konstrukcijoms.
Plačiai paplito valdymo būdas, kai transporto priemonė pasukama pastoviu pjovimo kampu, nereikalaujantis didelių valdymo sukimo momentų. Esant nuliniam posūkio kampui, kėlimo jėga trajektorijos plokštumoje nukreipiama į viršų, o sukant nukrypsta į šoną, keičiasi vertikalioji dedamoji, užtikrinanti nuotolio valdymą. Horizontaliojo komponento keitimas, įskaitant transporto priemonės perkėlimą iš dešinės į kairę ir atvirkščiai, naudojamas šoniniam valdymui. Šis metodas taip pat naudojamas avarinėse situacijose. Taigi, sugedus valdymo sistemai, kėlimo jėga gali būti nukreipta žemyn, todėl nepriimtinai padidės perkrovos, kurias galima pašalinti sukant aparatą riedėjimo režimu (sukimosi režimu). Šiuo atveju vidutinė kėlimo jėgos vertė lygi nuliui, t.y., yra balistinis nusileidimas.
Nusileidimo valdymas būtinas, kad judėjimas tam tikru tikslumu sektų priimtą trajektoriją. Trajektorijos nukrypimo nuo apskaičiuotosios šaltiniai gali būti įvažiavimo sąlygų (kampo, greičio, koordinačių) paklaidos, atsitiktiniai atmosferos tankio pokyčiai ir vėjo įtaka, aerodinaminių charakteristikų nustatymo klaidos ir kiti veiksniai. Valdymo sistema remiasi srovės trajektorijos parametrų matavimais ir iš jų nustato valdymo veiksmus, įgyvendintus per priimtą valdymo metodą (apsukimus); jos darbo tikslumui įtakos turi instrumentinės ir metodinės klaidos.
Nusileidimo schemažemos aerodinaminės kokybės, naudojamas erdvėlaivyje Sojuz, kuris visada nusileidžia SSRS teritorijoje, prasideda nuo erdvėlaivio orientacijos stabdymui. Apskaičiuotame taške virš Atlanto vandenyno varomoji sistema suteikia erdvėlaiviui 100-120 m/s stabdymo impulsą, po kurio vyksta tolesnis judėjimas išilgai pereinamosios elipsės, kurios įėjimo kampas yra apie 1,5°, išlaikant orientaciją. Atskyrus erdvėlaivį, jo SA išdėstomas taip, kad numatomame įėjimo į atmosferą taške atakos kampas atitiktų kampo kampą, o posūkio kampas (apie 45°) užtikrintų apskaičiuotą efektyvią kokybę. Atsiradus aerodinaminėms jėgoms (perkrova apie 0,04 vnt.), pradedamas judesių valdymas, o posūkiai ir šlaito bei posūkio virpesių slopinimas atliekami naudojant mikroreaktyvinius variklius. Didžiausios perkrovos nusileidimo metu yra 3 - 4 vienetų diapazone, o skrydžio laikas nuo įėjimo iki 9,5 km aukščio (parašiuto įdėjimas) yra apie 10 minučių.
Avarinėmis situacijomis užtikrinamas perėjimas prie balistinio nusileidimo (perkrova iki 9 vnt.), sukant SA 12,5 laipsnių/s kampiniu greičiu pasiekti apskaičiuotą atakos kampą net ir pažeidžiant pradinę orientaciją .
Nusileidimas pakartotinai įžengus antruoju pabėgimo greičiu
Priartėjimo prie Žemės greitis grįžtant iš Mėnulio yra artimas antrajam kosminiam greičiui, o tarpplanetiniuose skrydžiuose jį viršija. Tokiomis sąlygomis galimas perėjimas į žemą Žemės orbitą su vėlesniu nusileidimu, o tai nepalanku energijos požiūriu, todėl tiesioginio patekimo į atmosferą antruoju pabėgimo greičiu schema yra praktiškesnė. Ši schema buvo pritaikyta erdvėlaiviams Zond ir Apollo.
Įėjimo koridorius(3.14 pav.) yra zona tarp dviejų didžiausių leistinų įvažiavimo trajektorijų, iš kurių viršutinę lemia atmosferos SA gaudymo sąlyga, išskyrus skrydį tarpine orbita (pirmasis nardymas turėtų lemti greitis mažesnis nei pirmasis erdvės greitis), o mažesnis - pagal perkrovas, priimtas kaip didžiausias leistinas. Įėjimo koridoriaus ribos išreiškiamos per sąlyginio perigėjaus aukščius arba įėjimo kampus.
Aerodinaminė kokybė kontroliuojamo nusileidimo metu leidžia išplėsti įėjimo koridorių ir pagerinti tūpimo tikslumą. Judėjimo modelis sukonstruotas taip, kad esant didesniems aukščio nuokrypiams, keliamoji jėga prispaudžia erdvėlaivį prie Žemės, įvesdama jį į norimą trajektorijos koridorių, o stataus įvažiavimo atveju pakelia trajektoriją aukštyn, užkirsti kelią pernelyg dideliam perkrovų augimui. Be to, kėlimo ir pasipriešinimo santykis gali būti skirtas atlikti nuotolio ir šoninius manevrus. Taigi, kuriant erdvėlaivį „Zond“, užduotis nusileisti SSRS teritorijoje maršrutais, einančiomis per Indijos vandenyną iš pietų į šiaurę, buvo išspręsta beveik vien tik naudojant aerodinaminę kokybę, kad būtų pasiektas reikiamas skrydžio nuotolis ir priimtinas tūpimo tikslumas.
Įeinant į atmosferą antruoju pabėgimo greičiu, pakanka aerodinaminės kokybės 0,3 - 0,5 intervale; SA erdvėlaivių stočiai „Zond“ buvo paimtas lygus 0,3, o įėjimo koridorius lygus 20 km įprasto perigėjaus aukštyje (vidutinis aukštis 45 km), atsižvelgiant į atsarginio balistinio nusileidimo apribojimus. .
Nusileidimo trajektorijosĮeinant į atmosferą, priimtame įėjimo koridoriuje, jie turi dvi būdingas dalis: pirmąjį nardymą, kai greitis sumažėja iki mažesnės nei pirmasis kosminis greitis, ir antrąjį nardymą, kuris mažai skiriasi nuo nusileidimo iš orbitos ir stačiomis trajektorijomis atkarpos susilieja. Laiko perkrovos kreivės turi dvi smailes, kurių santykis kinta priklausomai nuo pradinių sąlygų. Vidutinis perkrovos lygis yra 5 - 7 vnt., o su atsarginiu balistiniu nusileidimu - 15 - 16 vnt. Valdant skrydžio diapazoną, trajektorijos formavimas išėjus iš pirmojo nardymo (arba greičio sumažinimo iki pirmojo kosminio greičio stadijoje) turi esminę reikšmę; Pavyzdžiui, Zond stoties SA padidinus išėjimo kampą, nuotolis padidėjo 2500 km. Valdymas antrojo nardymo metu yra neefektyvus, o esant K = 0,3 jis užtikrinamas ±350 km atstumu.
Šiluminė apsauga veikia ženkliai intensyvesnėmis sąlygomis nei leidžiantis iš orbitos (žr. 3.3 skyrių), todėl jai keliami didesni reikalavimai ir masė padidėja 20-30%. Kuriant šiluminę apsaugą, būtina atsižvelgti į dviejų šildymo smailių buvimą ir dalinio konstrukcijos aušinimo koeficientą laiko intervale tarp jų.
CA forma
Erdvėlaiviui „Vostok“ buvo pritaikyta sferinė forma ir balistinis nusileidimas. Sferinės formos ypatybė yra ta, kad visa aerodinaminė jėga visada eina per geometrinį centrą, o orlaivio statinis stabilumas užtikrintai užtikrinamas visais skrydžio režimais. Erdvėlaiviui „Mercury“, kuris taip pat leidosi žemyn balistine trajektorija, buvo pasirinkta forma su priekiniu sferiniu segmentu, šoniniu kūginiu paviršiumi (kūgio pusės kampas 20°) ir cilindru uodegoje (žr. 3.7 pav., a). . Erdvėlaivio „Gemini“ grįžtamoji kapsulė buvo panašios formos, tačiau perkeliant svorio centrą ji buvo subalansuota atakos kampu, atitinkančiu maždaug 0,2 kėlimo ir pasipriešinimo santykį.
Ruošiantis darbui su erdvėlaiviu „Sojuz“ mūsų šalyje, buvo atlikti įvairių formų palydovų ir jų galimybių projektavimo ir teoriniai tyrimai, kuriais buvo siekiama rasti racionaliausius nusileidimo ir nusileidimo būdus. Buvo svarstomos plataus diapazono balistinio nusileidimo ir aerodinaminės kokybės SA, įskaitant sparnuotą dizainą, taip pat ištirtos vertikalių ir horizontalių (lėktuvų) nusileidimo metodų ypatybės. Tyrimai parodė, kad reikia kontroliuoti judėjimą atmosferoje, pakankamą aerodinaminę kokybę maždaug 0,3 tiek nusileidimui iš orbitos, tiek patekimui į atmosferą antruoju pabėgimo greičiu, sparnuotų schemų naudojimo neracionalumą įgulai grąžinti į Žemę. didelių masinių nuostolių dėl jų įgyvendinimo . Atlikus tyrimus, Sojuz erdvėlaiviui buvo pritaikytas žemos aerodinaminės kokybės kontroliuojamas nusileidimas ir vertikalaus nusileidimo metodas. Aerodinaminių konfigūracijų variantų analizė baigėsi pasirinkus „priekinio žibinto“ tipo nusileidžiančio automobilio formą (3.15 pav., a), kurios priekinis paviršius buvo sferinis segmentas, o kūginė pusė sklandžiai virto dugnu. pusrutulis. Tuo pačiu metu buvo nuspręsta balansuojantį atakos kampą suteikti svorio ekscentriškumui, o judesio valdymą - su posūkiais. Tuo pačiu metu buvo galimybė pereiti prie balistinio nusileidimo, sukant SA.
Panašius principus savarankiškai sukūrė amerikiečių specialistai ir jie buvo pagrindas sprendimams dėl erdvėlaivio „Apollo“ nusileidimo. Jo komandų skyriaus forma (3.15.6 pav.) taip pat turėjo priekinį segmentinį paviršių ir šoninį kūgį, tačiau su padidintu pusiau atsidarymo kampu ir užtikrino apie 0,45 pakėlimo ir pasipriešinimo santykį. Erdvėlaivių „Sojuz“ ir „Apollo“ nusileidžiantys automobiliai priskiriami žemos aerodinaminės kokybės transporto priemonėms.
Ašimetrinės formos su priekiniu sferiniu segmentu vadinamos segmentinėmis. Tipiškiausias jų panaudojimo pavyzdys – erdvėlaivių „Sojuz“ ir „Apollo“ erdvėlaiviai. Jų priekinio segmento kreivio spindulys (žr. 3.15 pav.) apytiksliai lygus vidurio skersmeniui, o tai užtikrina aukštą pasipriešinimo koeficientą esant viršgarsiniam greičiui ir gerą statinį stabilumą balansuojant atakos kampus, tačiau šono formos ir apatiniai paviršiai labai skiriasi. Mažas erdvėlaivio „Sojuz“ SA kūgio puskampis kartu su išvystytu viršutiniu sferiniu paviršiumi suteikia aukštą tūrinį užpildymo koeficientą (tūrio ir 2/3 galios santykį su vidurio plotu) ir daro jį galima gauti apskrito statinio stabilumo. Šiuo atžvilgiu prarandama erdvėlaivio „Apollo“ forma turi tamsesnį šoninį paviršių, kuris padidina aerodinaminę kokybę ir pagerina apsaugos nuo įkaitimo sąlygas. Abi SA formos buvo išbandytos nusileidžiant pirmuoju ir antruoju pabėgimo greičiu ir patvirtino jų naudojimo racionalumą.
Pagrindinės nusileidimo į atmosferą įrenginių parinktys, jų formos ir savybės pateiktos lentelėje. 3.1.
Šiluminė apsauga
Siekiant apsaugoti orlaivį nuo aerodinaminio įkaitimo, naudojamos kietos medžiagos, kurios yra pakankamai atsparios šiluminiam ir mechaniniam srauto poveikiui ir kartu su šilumos izoliacija sudaro išorinį orlaivio konstrukcijos sluoksnį; šis sluoksnis vadinamas šiluminė apsauga ir medžiagos - nuo karščio apsaugantis.
Šiluminės apsaugos galimybės apima spinduliavimo, šilumą sugeriančias ir abliacines sistemas. Spinduliavimo sistemos yra pagrįstos išorinio plono aukštos temperatūros medžiagos apvalkalo naudojimu, kuris šildomas spinduliuoja šilumą į erdvę, subalansuodamas aerodinaminio šildymo šilumos srautą. Maksimali leistina apvalkalo medžiagos darbinė temperatūra riboja įeinančio šilumos srauto šiluminės apsaugos taikymo sąlygas. Tokio tipo apsauga buvo panaudota erdvėlaivyje „Mercury“, kurio šoninis kūginis paviršius buvo padengtas 0,4–0,8 mm storio nikelio-kobalto lydinio plytelėmis, o apačioje – termoizoliacijos sluoksniu.
Šilumą sugeriančios sistemos ne tik išskiria šilumą, bet ir sukaupia ją medžiagoje, kurios šiluminė talpa turi būti didelė, o sluoksnis storas. Tokia sistema buvo naudojama erdvėlaivyje „Mercury“ labiau termiškai įtemptoje zonoje ant šoninio cilindrinio paviršiaus, naudojant apie 5,5 mm storio berilio plokštes.
Abliacinės sistemos (abliacija – masės praradimas kaitinant) leidžia sunaikinti išorinį sluoksnį ir iš dalies pašalinti šiluminės apsaugos masę. Procesai yra sudėtingi ir priklauso nuo naudojamos medžiagos. Naudojant organinį plastiką, jo išorinis sluoksnis, veikiamas šilumos, pirolizuojamas, dėl to atsiranda kokso likučių ir išsiskiria dujiniai produktai. Laikui bėgant kokso sluoksnis didėja, o skilimo zona nusileidžia į medžiagos gylį. Plastikui skylant, sugeriama nemaža dalis gaunamos šilumos, o susidariusios dujos per porėtą likutį pučiamos į ribinį sluoksnį, jį deformuodamos. ir sumažinant konvekcinį srautą, o aukštos temperatūros kokso sluoksnis, be to, spinduliuoja šilumą. Procesą lydi kokso sluoksnio dalis dėl mechaninio srauto poveikio ir dujinių produktų degimo. CA korpuso šiluminę izoliaciją užtikrina nekoksuotas abliacinės medžiagos sluoksnis ir lengvo šilumos izoliatoriaus sluoksnis, jei jis sumontuotas po pirmuoju.
Naudojamos kombinuotos ir sublimacinės abliacinės medžiagos. Pirmuoju atveju į medžiagą įvedamas užpildas (pavyzdžiui, stiklas), kuris sustiprina kokso sluoksnį, tirpsta paviršiuje ir iš dalies išgaruoja. Tokios medžiagos turi didesnį tankį ir stiprumą. Sublimuojančios medžiagos (pavyzdžiui, tokios kaip fluoroplastikas) nesudaro kokso likučių, kaitinamos iš kietosios fazės pereina į dujinę fazę ir pasižymi santykinai žema sublimacijos temperatūra ir mažu šilumos pašalinimu spinduliuojant.
Abliacinės medžiagos buvo naudojamos visų erdvėlaivių priekiniams šilumos skydams, taip pat visų buitinių erdvėlaivių ir amerikiečių erdvėlaivių Apollo šoniniams paviršiams. Visų pirma, erdvėlaivio Sojuz nusileidimo modulyje priekinis skydas pagamintas iš abliatyvios medžiagos su užpildu asbesto audinio pavidalu, o šoninė šiluminė apsauga yra trijų sluoksnių paketas, pagamintas iš sublimuojančios medžiagos, tokios kaip fluoroplastas, tankus. abliacinė medžiaga, pvz., stiklo pluoštas, sukurianti patvarų apvalkalą, ir šilumos izoliatorius pluoštinės medžiagos pavidalu su lengvu rišikliu. Šiuo atveju skersinės šiluminės apsaugos atkarpos (liukai, jungtys ir kt.) uždengiamos apvadais iš tankios abliacinės medžiagos. Ši šiluminė apsauga yra paprasto dizaino ir technologiškai pažangi.
Erdvėlaivyje „Apollo“ abliacine medžiaga buvo užpildyta stiklo pluošto korio struktūra, priklijuota prie erdvėlaivio korpuso.
Šiluminės apsaugos storis virš transporto priemonės paviršiaus, kaip taisyklė, yra netolygus ir parenkamas atsižvelgiant į šilumos srautų pasiskirstymą ir nurodytą transporto priemonės kėbulo temperatūrą. Taigi „Apollo“ erdvėlaivyje apsaugos storis svyruoja nuo 8 iki 44 mm.
Projektuojant šiluminę apsaugą reikia atsižvelgti į medžiagų savybes, susijusias su linijiniu plėtimu kaitinant.
Išdėstymo schema
Išdėstymo schemos sudarymo tikslas – racionalus ekipažo, įrangos ir pagrindinių konstrukcinių elementų išdėstymas pagal transporto priemonei pasirinktą formą, atsižvelgiant į jos išlyginimo ir masės mažinimo reikalavimus, funkcinius reikalavimus ir apribojimus, taip pat sprendžiant problemas. gamybos ir veikimo (sujungimas, prieiga prie įrangos ir kt.). Ieškant išdėstymo schemos, nustatomi arba patikslinami orlaivio geometriniai matmenys ir jo aerodinaminės konfigūracijos detalės.
Kaip pavyzdį panagrinėkime Sojuz erdvėlaivio nusileidimo modulio išdėstymo schemos konstravimo pagrindus. Kaip žinoma, geriausias tolerancija perkrovoms užtikrinama, kai jos taikomos „krūtinės – nugaros“ kryptimi 78° kampu tarp nugaros linijos ir jėgos vektoriaus. Todėl, atsižvelgiant į suminės aerodinaminės jėgos nuokrypį (žr. 3.10 pav.), sėdynės išilgai nugaros linijos įrengiamos 70° kampu SA ašies atžvilgiu. Jie turi atskiras atramas, diržų sistemą ir amortizatorių, kuris sumažina perkrovas tūpimo metu, judėjimą išilgai (darbinis eiga 250 mm) lydi kėdės sukimasis aplink vyrį, esantį astronauto kojų srityje (1 pav.). 3.16). Prieš nusileidžiant, amortizatorius yra „užkabinamas“ (sėdynės pakėlimas į aukščiausią padėtį), kuris paruošia ją darbui. Pasirinkus astronauto padėtį, užtikrinamas visų kitų perkrovų skrydžio metu tolerancija (nešančiosios raketos veikimas, parašiutų įvedimas į srautą ir kt.).
Jei yra du skyriai, skirti gyventi, transporto priemonės matmenys turi būti minimalūs (žr. 3.4 skirsnį), o lemiamas veiksnys yra kėbulo skersmuo toje vietoje, kurioje sumontuotos sėdynės. Erdvėlaivis „Sojuz“ buvo sukurtas kaip trivietis, o kompaktiškiausias sėdynių išdėstymas pasirodė „ventiliatorius“ (žr. 3.16 pav.). Išlyginimo sumetimais tarp sėdynių išilgai kūginio paviršiaus generatoriaus buvo sumontuoti du parašiutų sistemų konteineriai; su dideliu pakavimo tankiu (0,5 - 0,6 kg/l) ir didele mase jie padeda sukurti norimą transporto priemonės svorio centro poslinkį į šoną. Remiantis šia schema ir atsižvelgiant į įrangos išdėstymo galimybes po sėdyne ir ant salono sienų, buvo nustatytas (kaip minimalus priimtinas) metalinio automobilio kėbulo skersmuo ir priimtas 2 m.
Erdvėlaivyje „Sojuz“ priešais sėdinčius kosmonautus yra centrinis prietaisų skydelis (žr. 3.16 pav.), kurio kraštuose yra komandų ir signalų įrenginiai, o po prietaisų skydeliu – optinis įrenginys, skirtas stebėjimas prijungimo metu ir rankiniam orientavimui KK, o sėdynių dešinėje ir kairėje yra stebėjimo langai. valdymo rankenėlės sumontuotos ant centrinės sėdynės. Pagrindinė įrangos dalis dedama ant priekinio dugno prietaisų rėmų, ant kurių taip pat sumontuoti minkšto tūpimo varikliai, nusileidimo metu uždengti priekiniu skydu, kuris nuleidžiamas parašiuto dalyje. Parašiutų sistemos dedamos į sandarius konteinerius ir įvedamos į srautą, kai atleidžiami jų dangčiai. Nusileidžianti transporto priemonė turi greitai atidaromą liuką, kurio šiluminėje apsaugoje sumontuota plyšinė antena. Mažos traukos reaktyviniai varikliai ir juos maitinantys vieno komponento degalų bakai montuojami už slėgio grandinės ribų.
Dviviečiame erdvėlaivyje „Sojuz“ vietoje kairiosios sėdynės sumontuotas rėmas su cilindrais ir tvirtinimo detalėmis, kad būtų tiekiamas oras į skafandrus, jei erdvėlaivyje sumažėja slėgis.
Orbitinio skrydžio metu erdvėlaivis ir orbitinis skyrius yra tarpusavyje sujungti, o jų jungtis užsandarinama taip, kad susidarytų viena slėginė grandinė. Prieš nusileidimą jie atskiriami naudojant piro įtaisus. SA prie pereinamojo skyriaus (žr. 3.8 pav.) jungiasi per priekinį skydą pereinančiais metaliniais raiščiais, kurių išorinius galus, atskiriant CC, atpalaiduoja pereinamojo skyriaus pirolockai.
Renkantis erdvėlaivio „Sojuz“ išdėstymą ir matmenis buvo keliamas maksimalaus kompaktiškumo reikalavimas, todėl inžinerinės paieškos buvo ypač apsunkintos. Erdvėlaivio eksploatavimo patirtis patvirtino priimtų sprendimų racionalumą ir orlaivio techninių charakteristikų atitiktį skrydžio užduotims.
