Приветствую вас мои уважаемые читатели!
Хотя их часто воспринимают как пережиток прошедших времен, воздушные шары, и разнообразные надувные конструкции и устройства, на самом деле, очень помогли в покорении космоса.
Сегодня я предлагаю поговорить о некоторых из них.
Начало космической эры
В 1951 году, за шесть лет до запуска Спутника , британские исследователи Кеннет Гатланд, Алан Диксон и Энтони Кунеш выступили на Второй международной конференции по астронавтике в Лондоне с презентацией гипотетической космической ракеты. И хотя их доклад касался самой ракеты, в нем также описывалась ее полезная нагрузка в виде надувного шара из фольги. По словам авторов, после выхода на орбиту такой импровизированный спутник должен был надуться, чтобы его можно было использовать в качестве цели для оптических и радиолокационных наблюдений. Иллюстрации, сопровождающие доклад, вероятно были, первыми изображениями надувного спутника в космосе.
Пять лет спустя, в январе 1956 года, Уильям Дж. О'Салливан, американский инженер из Исследовательского центра Лэнгли, предложил 50-ти сантиметровый надувной спутник, который мог быть использован для определения плотности верхних слоев атмосферы. Надувной космический аппарат был описан и изображен в патенте О'Салливана от 20 августа 1959 года. Эта работа стала основой для нескольких проектов надувных спутников на заре космической эры.
Проект Farside
Возможно, самое необычное использование «надувных» технологий для исследования космоса произошло в 1957 году, когда 60-метровый высотный аэростат поднял 893 килограммовую ракету, названную Farside, на высоту 30,5 километров. С этой высоты четырехступенчатая ракета стартовала в космос, пронзив при этом высотный аэростат и отправилась в свой полет неся на борту 2,3 килограмма полезной нагрузки в виде датчиков космических лучей и других научных приборов, на высоту в 6440 километров над поверхностью Земли.
Хроника этого проекта такова. В июне 1957 г. первый аэростат с макетом ракеты «Фарсайд-1», взлетев из Калифорнии, совершил высотный дрейф через все Соединенные Штаты Америки. 25 сентября аналогичный шар взмыл уже со штатной ракетой с полигона испытательной базы Эниветок. Поднявшись на 20 км, он по неизвестным причинам рухнул вниз и утонул вместе с ракетой в Тихом океане.
Вторая попытка запуска по странной иронии судьбы почти совпала с запуском первого спутника. Но если для СССР день 4 октября 1957 г. был отмечен всемирным триумфом, то американцы потерпели с неудачу. Аэростат и на этот раз не достиг заданной высоты. Поднявшись на 27 км, он стал медленно, но неуклонно снижаться. На высоте 21 км был послан радиосигнал на запуск ракеты. Взлетев вверх через оболочку аэростата, ракета сбилась с курса. Сработали только первые две ступени, достигнутая высота составила 800 км. Приборы ракеты, очевидно, вследствие высоких перегрузок, оказались неработоспособны.
Новая попытка запуска была предпринята 7 октября. Однако короткое замыкание в пусковой системе ракеты вызвало преждевременный старт на высоте 18 км. Вновь сработали лишь первые две ступени. По измерениям наземного радиолокатора, была достигнута высота в 645 км. Приборы вновь оказался повреждены; ни один радиосигнал так не поступил от них.
Четвертый аэростат был потерян когда 11 октября при прохождении холодных слоев атмосферы - на высоте 30 км лопнула его обледеневшая оболочка. Пятый аэростат, запущенный 19 октября, почти достиг заданной высоты, но после запуска ракеты сработали лишь три ее ступени. Опять пострадали приборы. Наблюдатели на Земле принимали сигналы в течение всего 0,04 сек. Однако ракета достигла рекордной высоты в 3220 км.
В шестом и последнем полете, чтобы спасти положение, было решено установить ракету под некоторым углом к вертикали. 22 октября 1957 г., когда аэростат завис на высоте в 29,4 км, она была запущена. Измерения показали, что расчетная скорость ракеты была достигнута. Но вновь отказал бортовой передатчик, а радиолокаторы сопровождения потеряли цель на высоте 4350 км.
Надувной воздушный шар
Пластиковый шар, покрытый алюминием и наполненный азотом, был одним из первых космических аппаратов, предложенных для запуска в Международный геофизический год, открывший космическую эру в 1957 году. 26 июля 1958 года, примерно через два месяца после запуска третьего советского спутника, NACA (предшественник НАСА) приняла предложение о запуске 50-ти сантиметрового шара в качестве третьей полезной нагрузки для своей ракеты Vanguard («Авангард»). В ходе разработки экономия массы позволила увеличить диаметр блестящего шара до 76 сантиметров, сделав его достаточно большим, чтобы его можно было наблюдать с земли с помощью оптических телескопов. Шар был запущен вместе с другой полезной нагрузкой 13 апреля 1959 года, однако ракета Vanguard SLV-5 не смогла выйти на орбиту.
Похожий шар затем использовался в трех суборбитальных полетах ракеты Nike-Cajun в рамках проекта Hi-Ball лаборатории Линкольна Массачусетского технологического института, направленного на испытание радара дальнего действия. Шар не надулся во время первого запуска 7 апреля 1958 года, но во время следующей попытки 21 мая все прошло удачно.
Шар был спроектирован так, чтобы надуться на высоте около 195 километров, а затем подняться на высоту в 241 километр. Сфера отслеживалась радаром и была запечатлена на фотопленке. 7 октября 1958 была предпринята еще одна попытка повторить эксперимент, но она закончилась аварией ракеты.
Проект Beacon («Маяк»)
Гораздо больший надувной спутник был разработан инженерами НАСА и армии США. Спутник Beacon был разработан для исследования атмосферного сопротивления, которое могло снижать орбиту космических аппаратов в околоземном пространстве, но проект приобрел политическое значение после запуска советского спутника. После запуска второго советского спутника в ноябре 1957 года спутник Beacon был добавлен к полезной нагрузке ракеты Vanguard, но после ряда неудачных запусков спутнику пришлось ждать другого запуска. В апреле 1958 года модель спутника Beacon даже стала реквизитом во время спорных слушаний в Комитете Палаты представителей по аэронавтике и исследованию космоса.
Beacon-1 был запущен на орбиту 23 октября 1958 года на ракете Jupiter-C. Ожидалось, что спутник раздуется до диаметра в 365 сантиметров, и вероятно станет первым американским спутником, легко различимым с земли. К сожалению, из-за преждевременного отделения от верхней ступени ракеты спутник Beacon-1 так и не вышел на орбиту.
Второй спутник Beacon был запущен 15 августа 1959 года на ракете Juno-2. И вновь ракета не смогла достичь орбитальной скорости, однако телеметрия показала, что спутник был выпущен во время полета по суборбитальной траектории и успешно надулся.
Проект Echo («Эхо»)
В 1960 году НАСА предприняло две попытки вывести на орбиту 30,5 метровый надувной спутник под названием Echo («Эхо»), который был разработан в качестве отражателя микроволновых радиосигналов, во время ранних экспериментов по спутниковой коммуникации. Первая попытка запуска 13 мая не удалась, но второй спутник — Echo 1A — успешно вышел на орбиту 12 августа 1960 года.
25 января 1964 года НАСА запустило спутник Echo-2 диаметром в 41,1 метр. Однако идея пассивных отражателей радиосигналов оказалась малоэффективной, и ее заменили активные спутники связи.
Более подробно об этом спутнике, а также о начале эры спутниковой связи читайте в статье:
Пилотируемые космические корабли США
Капсула первого американского пилотируемого космического корабля «Меркурий» оборудовалась специальным надувным мешком. После раскрытия основного парашюта в нижней части капсулы развертывался надувной мешок для приводнения. Эта воздушная подушка оказывала амортизирующее действие, смягчая удар капсулы о воду.
Когда НАСА приступило к разработке своего пилотируемого космического корабля второго поколения под названием «Джемини», инженеры рассматривали надувное дельта-крыло как альтернативу основному методу посадки с приводнением в океан на парашютах. Надувной параплан должен был обеспечить контролируемую посадку двухместной капсулы на землю, однако давление космической гонки не оставило времени для решения технических проблем связанных с этой системой посадки.
Тем не менее, надувные устройства использовались на командном модуле космического корабля следующего поколения «Аполлон» для обеспечения его вертикального положения после приводнения.
"Восход-2"
Советский Союз стал пионером в использовании надувных конструкций в пилотируемых космических полетах. Надувная гибкая шлюзовая камера, была запущена на борту космического корабля «Восход-2» в 1965 году. Во время этого исторического полета эта конструкция позволила осуществить первый в мире выход в открытый космос советского космонавта Алексея Леонова.
"Луна"
В 1966 году, после ряда неудач, советский зонд «Луна-9» совершил первую в мире мягкую посадку на Луну . Похожий на цветок спускаемый аппарат АМС «Луна-9» использовал надувные воздушные мешки для смягчения удара о поверхность Луны. Такой метод посадки сыграл большую роль в дальнейшем исследовании планет.
"Вега"
Советские ученые, включили аэростатные зонды в состав полезной нагрузки двух космических аппаратов программы «Вега», направившихся к Венере в 1984 году. После пролета мимо планеты зонды «Вега» сбросили на поверхность Венеры свои посадочные капсулы, которые, в свою очередь, выпустили в атмосферу планеты свои аэростаты, которые парили в атмосфере этой адской планеты изучая ее состав и воздушные течения.
"Марс-96"
Надувная система посадки, впервые испытанная во время посадки зонда «Луна-9» в 1966 году, была использована в российском проекте АМС «Марс-96». Два небольших посадочных модуля, находящихся на борту основного космического зонда, должны были попытаться приземлиться на поверхность Красной планеты. Незадолго до удара о поверхность вокруг каждого посадочного модуля надувались две подушки безопасности, чтобы смягчить их удар. Космический корабль подпрыгивал бы на высоту до 70 метров, прежде чем окончательно остановиться. Затем стропы, удерживающие два мешка, обрезались, и посадочный модуль свободно опускался к поверхности Марса.
В дополнение к посадочным модулям, космический аппарат «Марс-96» также нес два так называемых пенетратора (ударных зонда). Они были разработаны для удара по поверхности планеты на высокой скорости и проникновения в грунт Марса. После торможения в атмосфере Марса с помощью надувного теплозащитного экрана, пенетраторы должны были удариться о поверхность Марса со скоростью около 60-80 метров в секунду.
К сожалению, зонд «Марс-96» застрял на околоземной орбите, и ни надувные мешки его посадочных модулей, ни надувные теплозащитные экраны его пенетраторов не имели возможности продемонстрировать свои возможности.
Марсоходы для исследования Марса
В том же 1996 году, когда произошла авария зонда «Марс-96» НАСА запустило миссию Mars Pathfinder, которая также использовала надувные подушки для совершения мягкой посадки. Космический аппарат совершил перелет к на Марсу, а система надувных подушек безопасности успешно доставила посадочный модуль и небольшой марсоход Sojourner на поверхность Красной планеты в июле 1997 года. Семь лет спустя НАСА снова прибегло к проверенной и испытанной системе надувной амортизации, доставив на поверхность Красной планеты два марсохода Spirit и Opportunity.
Надувные модули космических станций
В 1992 году в Космическом центре имени Джонсона НАСА был спроектирован надувной жилой модуль Transhab для космического корабля, направляющегося на Марс. Он должен был совершить испытательный полет на космическом челноке к Международной космической станции ( МКС). В сложенном виде модуль TransHab был размером с грузовой отсек шаттла.
Программа TransHab, была официально начата в 1997 году. Она была направлена на замену традиционного жилого модуля на американском сегменте МКС, и испытания технологии надувных модулей. В ходе проекта НАСА провело обширную научно-исследовательскую и опытно-конструкторскую работу, включая создание полномасштабного прототипа надувного модуля и проведения структурных, термических и вакуумных испытаний в 1998 году, а также испытания способности мягкой конструкции выдерживать удары метеоритов. К сожалению, из-за финансовых и политических проблем Конгресс США закрыл этот проект в 2000 году.
После отмены проекта TransHab частная компания Bigelow Aerospace использовала наследие НАСА в области надувных модулей, в надежде построить орбитальный отель для космических туристов. Космическая станция Bigelow должна была состоять из нескольких надувных модулей, состыкованных между собой на орбите Земли.
Масштабные прототипы модулей Genesis Pathfinder-1 и Genesis Pathfinder-2 были доставлены на орбиту Земли 12 июля 2006 года и 28 июня 2007 года, на переоборудованной российской баллистической ракете. Они были успешно надуты до объема около 12 кубических метров.
Компания Bigelow Aerospace также заключила контракт с НАСА о добавлении небольшого надувного модуля к американскому сегменту МКС. 16 января 2013 года НАСА объявило о контракте на 17,8 млн долларов на создание модуля Bigelow Expandable Activity Module, BEAM.
1360-килограммовый модуль BEAM был запущен в «багажнике» (негерметичном грузовом отсеке) космического корабля Dragon компании SpaceX 8 апреля 2016 года. После того, как Dragon прибыл на МКС, роботизированный манипулятор станции был использован для стыковки сложенной конструкции BEAM с модулем Tranquility на американском сегменте.
Модуль BEAM был успешно надут 28 мая 2016 года, увеличившись в длину с 2,16 метра до 4,01 метра и увеличившись в диаметре с 2,36 до 3,23 метра. Его объем увеличился с 3,6 до 16 кубических метров.
Первоначально планировалось, что модуль останется пристыкованным к МКС примерно два года. Однако срок пребывания модуля в составе МКС неоднократно продлевался. В июле 2019 года инженеры НАСА оценили способность модуля BEAM оставаться в составе станции до 2028 года. Он превзошел все ожидания по производительности и стал основным модулем хранения небольших грузов на станции.
В марте 2020 года компания Bigelow Aerospace уволила всех своих сотрудников. По состоянию на январь 2024 года компания не вела никакой деятельности и в настоящее время считается прекратившей свое существование.
Идея надувных модулей успешно развивается и в настоящее время. В январе 2024 года американская компания Sierra Space провела полномасштабные испытания надувного космического модуля Large Integrated Flexible Environment (LIFE), для перспективной околоземной орбитальной станции Orbital Reef которая разрабатывается под руководством компании Blue Origin.
Не отстает от модного тренда и Китай. Китай в ходе миссии Shijian-19 запущенной 27 сентября 2024 года испытал на околоземной орбите небольшой надувной модуль. По сообщению Китайской академии космических технологий, модуль описывается как многофункциональная герметичная конструкция из гибких композитных материалов. В академии добавили, что при запуске модуль находился в сложенном состоянии, а по достижении заданной орбиты надувался, что обеспечивает преимущества в виде легкости конструкции и высокой эффективности его упаковки. Проведенные на орбите тесты изделия, китайской стороной были признаны успешными.
Конечно охватить и остановится на каждом проекте надувных конструкций, которые применялись и испытывались в космосе, а также различных проектах которые разрабатываются в настоящий момент, в рамках одной статьи невозможно. А такие проектов было не мало. Это и различные теплозащитные экраны, и спасательные капсулы для возвращения экипажа в случае аварии в космосе, и разнообразные проекты жилых модулей коих было огромное количество, и солнечные паруса и так далее.
Ну а на сегодня у меня все. Спасибо за внимание!