Приветствую вас уважаемые любители космоса.
Товарищи сомневающиеся часто спрашивают у нашего канала - а как они испытывали лунный модуль? А как они испытывали вход капсулы в атмосферу со второй космической скоростью? Не было такого, а значит... ну дальше вы и сами знаете.
О некоторых испытаниях по программе "Аполлон" на канале уже выходил ряд статей. До испытаний лунного модуля мы тоже доберемся. А вот как быть с испытаниями входа капсулы корабля в атмосферу? Не ужели не было таких испытаний? И ответ нашего канала - такие испытания были! Но обо всем по порядку.
С началом программы "Аполлон" в 1960 году потребовалась разработка широкого спектра новых технологий и методов для организации перспективных миссий за пределы околоземной орбиты. Одним из главных вопросов было выяснение того, как безопасно вернуть командный модуль корабля "Аполлон" обратно с Луны на Землю. На тот момент времени, агентство НАСА и вооруженные силы США имели практический опыт работы с космическими аппаратами и боеголовками, входящими в атмосферу Земли со скоростью около 7000 метров в секунду. Но "Аполлон" будет входить в атмосферу со скоростью 11 300 метров в секунду, и кинетическая энергия капсулы, будет более чем в два раза выше кинетической энергии космического аппарата, возвращающегося с низкой околоземной орбиты.
Хотя для оценки тепловых нагрузок можно было экстраполировать текущий опыт, однако в зависимости от используемых методов расчета, результаты были различны. Необходимо было устранить эти неопределенности, чтобы обеспечить надежную защиту космического корабля (и его экипажа) без большого увеличения его массы. Чтобы решить эти проблемы, НАСА запустило проект FIRE (Flight Investigation Reentry Environment).
Происхождение проекта FIRE
В сентябре 1960 года сотрудники НАСА в Исследовательском центре Лэнгли (который в то время отвечал за проект "Меркурий"), предложили запустить серию испытательных полетов из четырех возвращаемых аппаратов, каждый из которых запускался бы на новой на то время ракете "Атлас-Аджена B ", для проверки условий высокоскоростного входа в атмосферу Земли, при возвращении с Луны или других объектов Солнечной системы. Возвращаемые аппараты должны были быть построены из компонентов космического корабля "Меркурий". По замыслу инженеров, эти полеты должны были дать разработчикам проекта "Меркурий" дополнительный опыт в процедурах слежения и сбора данных, а также предоставить важные данные для будущего проектирования космических аппаратов.
Это предложение было отвергнуто в 1961 году в пользу нового проекта, который первоначально получил название Project FIARE (Flight Investigation of Apollo Reentry Environment), хотя другое название, предложенное руководством НАСА в сентябре 1961 года - Project Calorie, так и не прижилось.
В августе 1961 года был предложен план запуска четырех масштабных моделей командного модуля "Аполлон" с использованием ракеты-носителя "Атлас-Аджена B". Космические аппараты будут оснащены бериллиевыми калориметрическими теплозащитными экранами для прямых измерений тепловых нагрузок во время высокоскоростного входа капсул в атмосферу Земли.
18 февраля 1962 года НАСА официально объявило о планах по модифицикации программы, которая стала именоваться Project FIRE (Flight Investigation Reentry Environment). Вместо использования относительно дорогой ракеты "Атлас-Аджена B", в проекте FIRE будут использоваться модифицированные межконтинентальные баллистические ракеты "Атлас-D", построенные компанией General Dynamics, для запуска так называемого "возвращаемого пакета" на суборбитальную баллистическую траекторию. Возвращаемый аппарат будет состыкован с твердотопливной ракетой (которая также именовалась "скоростной пакет") для разгона модели возвращаемой капсулы корабля "Аполлон" до скорости около 11 300 метров в секунду, для ее испытания на вход в атмосферу.
В 1963-1964 годах было запланировано всего два испытательных полета, вместо первоначально предложенных четырех, чтобы еще больше сократить расходы. Проект, возглавило Управлением перспективных исследований и технологий НАСА. 29 марта 1962 года НАСА назначило фирму Republic Aviation в качестве генерального подрядчика по проектированию аппарата для испытаний по входу в атмосферу, а компанию Chance Vought в качестве подрядчика по изготовлению так называемого "скоростного пакета". 20 ноября НАСА назначило фирму General Dynamics подрядчиком, ответственным за системную интеграцию.
Цели проекта FIRE включали измерение радиационной теплопередачи и теплопроводности спускаемой капсулы, а также лучистой энергии и спектральных данных горячей плазмы, непосредственно перед входящем в атмосферу спускаемом аппаратом. Вторичные цели проекта включали измерение реакции материалов теплозащитного экрана и измерение эффектов радиозатухания в период отключения радиосвязи при входе в атмосферу. В дополнение к фактическим летным испытаниям, для проекта FIRE также проводилась серия наземных испытаний с использованием аэродинамической трубы Unitary Plan, в исследовательском центре НАСА Лэнгли.
Ракеты-носители "Атлас D", используемые в проекте FIRE, были модифицированными версиями, подобные тем, которые использовались в проекте "Меркурий", и были предназначены для запуска более тяжелых полезных нагрузок, чем стандартный вариант межконтинентальной баллистической ракеты. Ракета массой 123 тонны должна была поднять свою полезную нагрузку по баллистической траектории с высоким апогеем.
Во время полета полезная нагрузка, должна была быть защищена обтекателем. Она состояла из "скоростного пакета" и "возвращаемого пакета". Общая высота составляла 3,66 метра, а масса около двух метрических тонн. "Скоростной пакет" массой 1905 килограмм состоял из твердотопливной ракеты "Антарес A5" (иногда называемой X-259 или "Антарес II"). Аналогичная версия, использовалась в качестве третьей ступени полностью твердотопливной ракеты-носителя "Скаут". Эта 1273-килограммовая ракета будет производить 61 килоньютон тяги в течение 30 секунд. Также в "скоростной пакет" входила оболочка, которая физически соединяла разгонную ракету с ракетой-носителем "Атлас". Эта оболочка содержала систему ориентации и стабилизации, аналогичную той, что использовалась на ракете "Скаут". Она использовала шесть струй холодного газа, а также набор из трех двигателей чтобы раскрутить ракету "Антарес" и "возвращаемый пакет", для их стабилизации перед зажиганием.
83-килограммовый возвращаемый аппарат крепился к "скоростному пакету" с помощью 24-килограммового адаптера, который также включал в себя пару небольших ракет. Возвращаемый аппарат представлял собой конус с диаметром основания 66 сантиметров и высотой 53 сантиметра, что составляло примерно одну шестую часть командного модуля корабля "Аполлон". Теплозащитный экран возвращаемого аппарата состоял из трех бериллиевых калориметров, чередующихся со слоями фенольного асбеста для изоляции. Они сбрасывались по очереди, один за другим по команде, во время входа в атмосферу, для того чтобы получить точные показания тепловой нагрузки от каждого нового экрана во время трех ключевых фаз спуска. Возвращаемый аппарат включал в себя 258 термопар, два радиометра, для измерения общей лучистой энергии, и телеметрическую систему, которая должна была передавать данные в режиме реального времени, а также систему записи для передачи данных, собранных во время потери радиоконтакта при входе в атмосферу. Данные от спускаемого аппарата будут дополнены наземными и воздушными наблюдениями за входом в атмосферу Земли, в условиях ясного неба, в ночное время. Мягкое приводнение и подъем капсулы не планировался.
Испытательный полет начинался с запуска ракеты "Атлас-Антарес II со стартового комплекса LC-12 на мысе Кеннеди (который в 1973 году вернулся к своему историческому названию — мыс Канаверал), и полетом ракеты и ее полезной нагрузки в сторону Атлантического океана. Примерно через пять минут полета маршевый двигатель "Атласа" отключался, а через несколько секунд отключались верньерные двигатели, которые корректировали траекторию полета ракеты. За этим следовал сброс обтекателя, а затем отделение полезной нагрузки на высоте около 305 километров на удалении 790 километров от места старта.
Чтобы избежать повторного контакта с полезной нагрузкой, "Атлас" должен был запустить ряд тормозных двигателей для дальнейшего увеличения скорости своего отделения. "Скоростной пакет" используя струи газа поддерживал ориентацию своего положения перед предстоящим входом в атмосферу. "Скоростной пакет" достигал своего апогея на высоте около 800 километров на расстоянии около 3900 километров от места старта после 15 минут полета.
Далее должна была произойти серия событий, чтобы ускорить спускаемый аппарат до необходимой скорости для его возвращение в атмосферу. Три малых ракетных двигателя запускались через 25 минут и 45 секунд после старта, чтобы раскрутить ракету "Антарес" и "возвращаемый пакет" до скорости 180 оборотов в минуту. Через три секунды происходило воспламенение ракетного двигателя "Антарес". Далее отработанная ракета "Антарес" отделялась от возвращаемого аппарата.
Возвращаемый аппарат начинал вход в атмосферу на высоте 122 километра, двигаясь со скоростью около 11 300 метров в секунду под углом 15°. Спускаемый аппарат начинал передавать данные в режиме реального времени на станцию на острове Вознесения в Южной Атлантике, где были размещены другие наземные наблюдатели. Мичиганский университет был ответственен за запуск 29-килограммовой полезной нагрузки на зондирующей ракете Nike-Apache, вскоре после входа в спускаемого аппарата в атмосферу, чтобы обеспечить измерения параметров верхних слоев атмосферы на высоте 120 километров, которые будут использоваться при интерпретации результатов испытания.
После окончания отключения связи при входе в атмосферу, записанные данные будут передаваться на Землю, после чего произойдет столкновение спускаемого аппарата с водами Атлантического океана, примерно на 8250 километров от места старта, через 32 минуты полета.
FIRE I
Первый старт по программе FIRE состоялся в 16:42:25.5 по восточному времени 14 апреля 1964 года. После почти идеального старта и работы ракеты-носителя "Аталас 263D" последовало отделение космического аппарата. Полезная нагрузка достигла максимальной высоты около 838 километров примерно через 15 минут и 50 секунд после запуска, прежде чем она начала спуск обратно на Землю. Через 26 минут и 14,3 секунды полета сработали двигатели которые раскрутили "скоростной пакет", после чего, через три секунды последовало отделение. Через три секунды после этого была запущена ракета "Антарес II которая ускорила "возвращаемый пакет".
На отметке 27 минуты 20,2 секунд после старта возвращаемый аппарат отделился от разгонной ракеты "Антарес". Через 6,9 секунды возвращаемый аппарат достиг атмосферы на высоте 122 километра над Атлантикой, двигаясь со скоростью 11 574 метра в секунду под углом 14,6°. Сброс первого теплозащитного произошел через 22,2 секунды после входа в атмосферу, а второй сброс последовал через семь секунд. Когда отключение связи закончилось через 28 минут и 6,8 секунды после запуска, быстро падающий возвращаемый аппарат начал передавать записанные данные.
Пиковые температуры во время входа в атмосферу достигли 11 130 ° C. Столкновение произошло всего на несколько секунд раньше, чем планировалось, после полета продолжительностью 32 минуты 45,7 секунды. За исключением отказа гироскопа во время полета, миссия выполнила все свои задачи, предоставив первые данные самого быстрого входа в атмосферу Земли искусственного объекта.
FIRE II
Летом 1964 года НАСА проинформировало подрядчиков проекта о том, что подготовка ко второму полету проекта FIRE может продолжаться. Ракета-носитель "Атлас 264D", прибыла на мыс Кеннеди 2 марта 1965 года. После проверки она была установлен на стартовом комплексе LC-12 6 апреля 1965 года. За этим последовала стыковка второго космического аппарата проекта FIRE. При массе 2006 килограммов этот второй космический аппарат был в основном идентичен первому, за исключением модификаций радиометров и включения дополнительных датчиков давления. Время сброса теплозащитных экранов также было изменено, чтобы можно было получить данные из немного других участков полета, при входе аппарата в атмосферу Земли.
Старт был произведен в 16:54:59.7 по восточному времени 22 мая 1965 года. Ракета "Атлас 264D" сработала идеально, за исключением более длительной, чем ожидалось, работы ее двигателей. Бортовой таймер дал команду на отделение космического аппарата FIRE II через 5 минут и 10,3 секунды после старта. Затем система ориентации начала маневр тангажа, выровняв аппарат в правильное положение через 7 минут и 15 секунд после старта. Полезная нагрузка достигла высоты около 818 километров примерно через 15 минут и 20 секунд после старта, и начала спуск. Ракета "Антарес" сработала на высоте 299,9 километров.
На отметке 26 минут 50,4 секунды полета возвращаемый аппарат отделился от разгонной ракеты, а еще через 7,3 секунды достиг высоты входа в атмосферу в 122 километра. В этот момент возвращаемый аппарат двигался со скоростью 11 350 метров в секунду под углом 14,7°. Во время этапа спуска первый сброс теплозащитного экрана произошел через 24,4 секунды после входа в атмосферу, за которым последовал второй сброс теплозащитного экрана через 5,4 секунды после того, как пиковая температура достигла 10 934 ° C. После того, как отключение связи закончилось, возвращаемый аппарат начал передавать записанные данные. Столкновение произошло на расстоянии 8 256 километров от места старта после полета продолжительностью 32 минуты 14,3 секунды. В ходе полета не было выявлено никаких существенных проблем с оборудованием. Все цели миссии были выполнены.
После второго полета в рамках проекта FIRE, который подтвердил результаты первой миссии, проект достиг своих целей. Хотя данные проекта FIRE показали, что тепловая нагрузка при входе в атмосферу для капсулы корабля "Аполлон" была несколько ниже, чем прогнозировалось, инженеры перестраховались при проектировании 680-килограммового теплозащитного экрана корабля "Аполлон".
В конце концов, при возвращении лунных миссий "Аполлонов" теплозащитный экран терял лишь только 20% аблятора, и при этом оставался значительный запас его прочности.
В рамках проекта FIRE было предложено провести более продвинутые испытания с более высокими скоростями входа в атмосферу, типичными при возвращении капсул из межпланетного полета. Это предложение не было профинансировано штаб-квартирой НАСА, и проект FIRE был завершен.
Первое испытание высокоскоростного входа в атмосферу командного модуля "Аполлон", в рамках беспилотной миссии "Аполлон-4", было проведено в ноябре 1967 года. Оно подтвердило, что капсула корабля может безопасно вернуть экипаж на Землю.
Ну а на сегодня у меня всё! Спасибо за внимание! Надеюсь не утомила вас))