Метеорит попал в космический корабль, и у экипажа начался очень плохой день. Были повреждены двигатели, или теплозащитный щит, или еще какая-нибудь важная деталь, и корабль потерял возможность вернуться с орбиты самостоятельно. Что делать? Такие вопросы приходили в голову инженерам в начале космической эры. Тем более, что в то время была очень сильно переоценена плотность метеоритов в пространстве, и замолчавший спутник по умолчанию считался уничтоженным метеоритным попаданием. Каким-то образом нужно было спасать людей. Но чтобы вернуться с орбиты, нужен отдельный двигатель, нужен запасной теплозащитный щит, чтобы выдержать нагрев от торможения в атмосфере, нужен отдельный парашют. Все это должно быть небольшим и легким, потому что в космических кораблях каждый грамм и кубический сантиметр на вес золота. А теплозащитный щит еще и должен был быть определенной формы. Поэтому проекты минималистичных спасательных средств были надувными.
MOOSE
В начале 60-х компания General Electric разрабатывала проект MOOSE. Аббревиатура изначально расшифровывалась как Man Out Of Space Easiest — Самый Легкий Способ Вернуть Человека Из Космоса, и, возможно, была пародией на MISS — Man In Space Soonest (Быстрейший Способ Отправить Человека В Космос), пилотируемую программу ВВС США 1958 года. Затем проекту придумали более «серьезное» название — Manned Orbital Operations Safety Equipment (Спасательное Оборудование Для Работы На Орбите). А еще «moose» — это по-английски «лось». В небольшой контейнер, размером с чемодан и массой 90 кг (по другим данным 130 кг), инженеры сумели поместить маленький двигатель для торможения с орбиты, баллоны с пеной, которая должна была стать заполнителем и амортизатором, складную форму с теплозащитой, парашют, радио и набор для выживания.
В случае серьезных проблем с кораблем, астронавт должен был выбраться наружу, затормозить с ракетным двигателем в руках, залезть в складной контейнер и задуть свободное пространство пеной. Пена придавала форму аэрооболочке с теплозащитой, аэрооболочка по принципу «ваньки-встаньки» поддерживала правильное положение в атмосфере, на высоте 9 км автоматически вводился парашют, а при касании поверхности пена служила еще и амортизатором удара.
Проект прошел частичные испытания — элемент теплозащиты летал на «Меркурии», добровольцы упаковывались в пену, манекены в полноразмерных макетах сбрасывались с небольшой высоты, чтобы проверить удар о землю. Успешный прыжок с парашютом Джозефа Киттингера с высоты в 31 километр, хоть и не был связан с программой, добавил уверенности в реализуемость проекта. MOOSE мог стать штатным средством спасения для минишаттлов X-20, которые, как предполагалось, могли встретиться не только с метеоритами, но и с необходимостью досматривать/похищать/уничтожать возможно заминированные советские спутники, или даже участвовать в космических перестрелках. Но программа X-20 была остановлена, и ни NASA, ни ВВС США дальнейшего интереса к MOOSE не проявили. Проект тихо положили на полку в конце 60-х, хотя наработки по нему, наверняка, использовались той же компанией для проекта «Спасательная шлюпка General Electric» (GE Life Raft ) 1966 года, где экипаж состоял из 3 человек, а аэрооболочка была жесткой.
Paracone
В 1963 году другая компания, Douglas, предложила свой вариант, весьма похожий технологически, но выгодно отличавшийся встроенностью в катапультируемое кресло и заменой парашюта на большой «бадминтонный волан».
После катапультирования, спереди тормозной двигатель
Развернутый «волан»
Большая площадь и маленькая масса надувного конуса теоретически позволяли вместо абляционных тепловых щитов использовать тугоплавкие материалы (сплав Rene-41, как и на X-20), а на небольшой высоте конус тормозился бы до примерно 40 км/ч. Удар о землю должна была принимать на себя сминающаяся нижняя часть конуса. Масса системы ожидалась сравнимой с MOOSE.
SAVER
Еще один интересный инженерный вариант предложила компания Rockwell. Здесь вместо конуса предлагалось надувать огромный воздушный шар, материал которого должен был выдержать торможение в атмосфере.
Спираль
На минишаттле «Спираль» советские конструкторы пошли другим путем — спасательная капсула была жесткой:
Капсула должна была тормозиться простым твердотопливным двигателем, тормозить в атмосфере с помощью уже освоенной на других аппаратах абляционной теплозащиты, спускаться на парашютах и гасить удар о поверхность сминаемым амортизатором.
Еще проекты
В англоязычном интернете можно найти информацию про советскую капсулу Уманского от 1965 года. По описанию она должна была быть жесткой и могла бы использоваться не только для спасения, но и для работ на орбите. Подобные проекты жестких маневрирующих капсул были и в США, вот например, эскиз MOSES 1975 года:
Неманеврирующую раскладную капсулу, фактически, мешок для человека, предлагали как спасательное средство для Спейс Шаттлов. Этот мешок должен был тянуть за собой астронавт в скафандре, перемещая по одному экипаж терпящего бедствие шаттла на другой шаттл-спасатель.
Волан возвращается
Простота концепции надувного конического тормозного устройства означает, что такие проекты будут появляться снова. Таким способом должны были тормозить в атмосфере Марса пенетраторы зонда «Марс-96». НПО им. Лавочкина проводило испытательные пуски подобных конусов и предложило беспарашютную систему спасения с высоты «Спасатель»:
Частично технология надувного парашюта используется в «летающей тарелке» LDSD от NASA, и даже на Geektimes можно найти студенческий диплом с таким «воланом». Но беспилотная космонавтика, как сказал бы Александр Иванович Привалов, это уже совсем другая история.
Плюсы и минусы
То, что что эти проекты не пошли в серию, логично. Опасность метеоритов оказалась гораздо меньше, да и перестрелок в космосе, к счастью, не было. И хорошо, потому что как средство спасения подобные конструкции весьма так себе. Очень сложно вручную выставить правильную ориентацию на торможение такими примитивными средствами и тормозить, держа двигатель в руках («Гравитация» и «Марсианин» в этом вопросе вас обманывают). Точность посадки получается «примерно вот в этот континент», промах будет на сотни километров. Баллистический спуск — это 9 «же», что очень некомфортно. В общем, проще и эффективнее принимать меры по повышению надежности космических кораблей.
А как бы это выглядело
Тот факт, что никто в реальности не прыгал из космоса, не мешает нам прыгнуть в виртуальности. В Orbiter есть аддон X-20, в котором есть MOOSE. Полетели!
Красавец X-20 с разгонным блоком TransStage в полете
Первая задача — совместить плоскость орбиты с мысом Канаверал, куда мы надеемся приземлиться.
Катапультируемся!
По мнению разработчика аддона двигатель был бы расположен в катапультируемом кресле, и на торможение нужно было бы развернуться ногами вперед. Тормозим так, чтобы максимально точно попасть в цель (у реального пилота таких точных датчиков и двигателей не было бы).
На месте пилота я бы испугался — форма аэрооболочки совсем неправильная.
Ну, правильно, 8 «же», как и предупреждали.
И только тут, на высоте пяти километров, я вспомнил, что на мысе Канаверал очень много крокодилов…
Итоговый промах получился всего 74 км от стартовых площадок. И никаких крокодилов — посадка совсем рядом с туристическим центром.
По тегу Orbiter другие космические приключения с настоящей физикой.
Небольшое объявление: 7 июня в 19:00 в уфимском планетарии будет моя лекция «Небесная механика без единой формулы», после которой вам будет гораздо легче стать виртуальным космическим пилотом. Вход свободный.
Комментарии (41)
TheTony
06.06.2016 09:02Спасибо, интересно пишите…
ClearAirTurbulence
06.06.2016 15:39+1Сломал мозг, пытаясь понять, что вы имели в виду.
«Спасибо, интересно_,_ пишите…»
или
«Спасибо, интересно пиш_е_те…»
sofich
06.06.2016 09:05lozga, а можно небольшой обзор по т.н. «надувным тепловым щитам» для больших кораблей? Как сейчас с этим обстоят дела?
lozga
06.06.2016 09:13На разрабатывающихся сейчас кораблях теплозащита твердотельная. Надо будет посмотреть, может какие проекты были.
Whisky667
07.06.2016 07:11Насколько я знаю, в активной разработке ничего такого нет, только NASA что-то медленно делает. Но возвращаемый вариант Cygnus-а включал именно такую штуку, так что большой проблемы, видимо, нет.
Технология, которую обкатывали на недавно запущенном LDSD, что интересно, использует надувной сегмент исключительно как «тормоз» (очень актуально для Марса), теплозащита там самая обычная предполагается.
hdfan2
06.06.2016 09:14За пост спасибо. Хоть это и имеет довольно косвенное отношение к теме, не мог не вспомнить «Калейдоскоп» Рея Брэдбери. Рассказ небольшой, причитайте, не пожалеете.
SpiritOfDarkDragon
06.06.2016 09:55Ну почему же косвенное, так как раз была ситуация, когда подобные средства были нужны, но их не было. Рассказ действительно отличный, хоть и совсем короткий.
lozga
06.06.2016 10:52+2Отличная иллюстрация представлений того времени — ракеты просто взрываются, люди разлетаются вопреки баллистике совсем в разные стороны и очень много метеоритов вокруг.
Alter2
06.06.2016 13:26Интересно, исследовалась ли возможность путём активного маневрирования чем-то вроде вингсьюта удерживаться в разреженных слоях атмосферы несколько витков и таким образом избежать высоких перегрузок и температур.
lozga
06.06.2016 13:51А несколько витков и не надо. У шаттла была перегрузка на торможении 1,5 g, а по длине хватало примерно Северной Америки с запада на восток.
black_semargl
06.06.2016 16:16А вот если сделать большой-большой конус и по мере спуска отбрасывать внешние круги, чтобы диаметр уменьшался — не получится удержать ускорение торможения в приемлемых пределах?
lozga
06.06.2016 18:37Это — типичный профиль баллистического торможения:
Вам надо будет до пика перегрузок уменьшать конус, а потом увеличивать. Не то, чтобы невозможно, но неудобно.
dilukhin
06.06.2016 17:43Понравилось:
«очень много крокодилов»
Они как ПРЫГНУТ!lozga
06.06.2016 18:34Между прочим, астронавт Майк Маллейн в своих мемуарах рассказывал, что астронавты на пробежке иногда дразнили крокодилов. На их счастье крокодилы не поддавались на провокации и не бросались на людей (а они могут короткое время двигаться очень быстро).
delvin-fil
06.06.2016 18:43+1«Красавец X-20 с разгонным блогом TransStage в полете»
С разгонным, простите, чем?
rPman
07.06.2016 00:15Подскажите, магнитно-пламенные технологии, о которых еще пару лет назад говорили и NASA даже собиралось провести испытания, не 'взлетело'?
lozga
07.06.2016 07:15Новостей мне не попадалось.
AWCS
07.06.2016 23:09в 2002 году существовал очень интересный проект уважаемого Магомеда Толбоева «Потолок мира» www.tolboev.ru/news/2.htm (вкусные картинки)
цитата:
«Испытание разработанного в России надувного тормозного устройства (НТУ) явится решающим импульсом в развитии этого революционно нового типа парашютирующих устройств, которые могут применяться как средства для спуска полезных грузов и космонавтов с космических орбит»
также, Толбоев утверждал в одном из интервью:
«НТУ было испытано в 2000-2001 году, когда из космической станции „Мир“ перед ее затоплением нужно было сбросить на Землю наиболее ценные грузы. „Первый сброс груза в 20 кг и второй сброс — в 200 кг показали надежность изобретения: грузы при приземлении не имели ни одной царапины. Об этом в печати тогда ничего не сообщалось“, — добавил он.» www.vesti.ru/doc.html?id=5582
интересно как такое могло пройти без следа?
Филипп lozga, может быть добавить, для полноты?lozga
08.06.2016 07:32Так уже есть — картинки посмотрите, это НПО Лавочкина, которое в публикации упомянуто.
AWCS
08.06.2016 12:58я имел ввиду сам проект Толбоева, он был неплохо проработан и четко подходит под тему Вашей публикации.
и все-таки, как быть с его утверждениями в интервью?
речь идет о фактически готовой (проверенной) технологии по доставке с орбиты минимум грузов.
я присутствовал при испытаниях одного из этих аппаратов (ну как-как, аэростат помогал парковать) на аэродроме Алферьево под Волоколамском МО, это было в 1996 -97 году этот здоровый серебристый конус сбрасывали с привязного аэростата, который поднимали с помощью брутальной лебедки на двигателе от ВАЗ 2106, к сожалению не нашел у себя фото.
когда упал Марс-96 https://ru.wikipedia.org/wiki/%D0%9C%D0%B0%D1%80%D1%81-96, разработчики не очень сильно расстроились, скорее их реакция была как в комиксе про запуск ракеты http://zasmeshi.ru/data/cartoon/medium/282-Obratnyj-otschet.jpg, а я вот очень расстроился, проект был интереснейший.AWCS
08.06.2016 17:25вот что удалось найти
цитата с Новостей Космонавтики(НК) http://novosti-kosmonavtiki.ru/forum/forum13/topic370/
1. Было возвращено с орбиты 9 ВБК «Радуга», с 1990 по 1994 годы, причем одну не нашли.
2. Про Толбоева: скорей всего, виноват журналист, бравший интервью. Смотрите, что утверждает Толбоев:
а) НТУ было испытано в 2000-2001 годах.
б) В это время с Мира перед затоплением хотелось кой-чего спасти.
в) При испытаниях НТУ успешно сбрасывали грузы в 20 и 200 кг.
г) В печати про испытания НТУ не сообщалось.
А ведь он не утверждает, что испытания заключались в сбрасывании НТУ с Мира! Их сбрасывали, например, с высотного аэростата. А журналист изложил все так, что МОЖНО подумать, что на НТУ с Мира дважды возвращали грузы. Но прямо это НЕ УТВЕРЖДАЕТСЯ! Толбоев про Мир говорил, скорее всего, как пример потребности в НТУ.
Так что Толбоев, видимо, не виноват.
также существовал проект Демонстратор
http://www.laspace.ru/rus/ptu_launches.php
4й и крайний Демонстратор вроде как вышел на связь после торможения и передавал сигнал 25 секунд, не нашли… http://novosti-kosmonavtiki.ru/forum/messages/forum13/topic370/message93861/#message93861
конструкция http://www.laspace.ru/rus/ptu_construction.php (на сайте побиты ссылки)
Планы на будущее http://www.laspace.ru/rus/ptu_future.phplozga
08.06.2016 23:05Как я понял, были испытания беспилотного варианта, но не с «Мира», а с подводной лодки, и попозже. Я думал отдельную публикацию про эти испытания и LDSD сделать.
DrZlodberg
Это за счёт торможения об атмосферу?
lozga
Конечно. Если совсем точно — за счет того, что атмосфера начинается слишком быстро. Аппараты, которые могут создавать подъемную силу, тормозят дольше, но с меньшей перегрузкой.
DrZlodberg
Интересно, а на сколько можно сделать спуск менее жестким если использовать торможение об атмосферу по касательной? Понятно, что точность приземления при этом будет в пределах 20Мм, но если человек уже пострадал (это же аварийное средство всё-таки) может и имеет смысл.
lozga
С крыльями перегрузка снизится до 1,5-2 g, и посадка будет точной. Но крылья сложнее надуть пеной, чем аэрооболочку, да и органы управления понадобятся.
DrZlodberg
Надуть не сильно сложнее. Просто вместо одной точки подачи нужно использовать много, и использовать многокамерную конструкцию по типу крыла параплана, только добавить ему поперечной жесткости. Как я понимаю — время сходы с орбиты весьма ощутимое с компактным двигателем, так что некоторое уменьшение скорости наддува не очень критично. Можно ещё сделать полужесткую, когда часть конструкции поддерживает форму за счёт набегающего потока. Вошли в плотные и крылья разложились. Правда тут уже проблемы с равномерностью раскладывания появляются.
Кстати воланчик на снимке тоже имеет вполне сложную структуру.
Сделать этакий космический дельтаплан в форме бумажного самолётика, с управлением собственным весом. А человека посадить внутрь киля ниже крыльев. Не берусь предсказать, насколько это функционально, но теоретически может сработать.
Правда не очень понятно, за счёт чего будет уменьшение ускорения? Если входить в атмосферу плашмя — будет примерно как в случае с воланчиком. Ударяемся о плотные слои. Если входить носом а потом выравнивать — выход из штопора тоже жесткая процедура. Ну и входим в плотные слои на большой скорости, что может оказаться горячо.
lozga
У параплана очень большая устойчивость, потому что центр тяжести сильно ниже точки приложения подъемной силы. Описанной вам конструкции нужны будут развитые двигатели ориентации и бортовой компьютер, управляющий спуском. Те же шаттлы на торможении шли с большим креном и перекатывались с боку на бок (т.н. roll reversals), и это мог делать только компьютер. А на надувной конструкции еще и будут проблемы из-за ее деформации Т.е. теоретически такая штука возможна, но будет дорогой и сложной.
Robotex
Почему бы просто не делать одноместные спасательные капсулы, как в фильмах?
lozga
Можно, но пока не нужно. Проекты капсул и спасательных модификаций кораблей были, но их не реализовывали.
ProstoUser
Что такое «по касательной»? Если я правильно понимаю, речь идет о «нырках» в атмосферу с последующим выходом обратно?
Если так, то, боюсь, при сходе с орбиты близкой к круговой это не сработает. Только если вытянутый эллипс, или вообще скорость больше второй космической. Да и точность тормозного импульса должна быть совсем не такой, какую можно обеспечить руками.