«Луна — неплохое место.
Точно заслуживает короткого визита.»
Нил Армстронг

С полётов кораблей «Аполлон» прошло почти полвека, но споры о том, были ли американцы на Луне, не утихают, а становятся всё более ожесточёнными. Пикантность ситуации в том, что сторонники теории «лунного заговора» пытаются оспаривать не реальные исторические события, а собственное, смутное и изобилующее ошибками представление о них. Читать дальше>>

В XX веке немного событий, которые можно назвать по-настоя1цему светлыми. Но есть дата, которая вызывает позитивные эмоции в любой стране. 12 апреля — день, когда советский лётчик Юрий Гагарин обогнул Землю на корабле «Восток», открыв человечеству дорогу в космос. Его полёт длился меньше двух часов, но вызвал колоссальный резонанс в мире. Гагарин стал знаменитостью, на фоне которой померкли суперзвёзды шоу-бизнеса и политики. А всё потому, что Юрий сам был человеком, который словно явился из прекрасного будущего. Читать дальше>>

Энергетический отсек выполняет такие же функции как складской модуль МЭК. Предназначен для хранения расходуемых материалов, резервных блоков и агрегатов. В нем размещаются блоки системы энергопитания. По обеим сторонам отсека расположены иллюминаторы.

 

В негерметичном агрегатном отсеке размещаются объединенная двигательная установка с маршевыми двигателями и блоками двигателей причаливания и ориентации для обеспечения ориентации и маневрирования на окололунной орбите до стыковки с многоразовым межорбитальным буксиром, агрегаты системы терморегулирования, средства сближения и стыковки к осевому стыковочному агрегату, антенны бортового радиокомплекса, остронаправленная антенна.

 

Свободная от баков внешняя поверхность базового модуля закрыта противометеороидным экраном. Корпус под экранами и баками укрыт экранно-вакуумной термоизоляцией.

 

На обеих осевых стыковочных агрегатах базового модуля расположены узловые модули.

 

Узловые модули являются типовыми соединительными звеньями для интеграции модулей и средств транспортно-технического обеспечения в единый космический комплекс. В модулях заложена модифицируемая в полете система стыковки, средства перестыковки модулей с осевого узла на боковой. На одном из узловых модулей крепится манипулятор, установленный на опорную точку автоматической системы перестыковки (АСПР) для перетаскивания баков с рабочим телом с космопорта на марсианский корабль. Снаружи узловых модулей размещены поручни, трапы, элементы крепления для средств технического обслуживания и ремонта, приборы и антенны системы сближения и стыковки, приборы системы управления движения.

 

 

 

Внешний облик космопорта представлен на рис. выше.

 

В следующей серии статей мы поговорим про развитие лунной транспортной космической системы – в условиях полностью развернутого космопорта, конечно же.

Интересуясь, как всегда, новинками техники, я кивнул и с охотой втиснулся в аппарат. Едва я там уселся, профессор захлопнул дверку. У меня зачесалось в носу — сотрясение, с каким печурка закрылась, подняло в воздух невычищенные остатки сажи, так что, втянув их с воздухом, я чихнул. В этот момент профессор включил ток. Вследствие замедления времени мой чих продолжался пять суток, и, открыв дверку, Тарантога нашёл меня почти без чувств от изнеможения.
Станислав Лем, «Звёздные дневники Ийона Тихого, Путешествие двенадцатое»

Как известно, путешествия мои нельзя расположить по порядку, так как происходили они не только в пространстве, но и во времени. Иное из них могло начаться в двадцать шестом столетии, а закончиться в двадцатом. Так что, отправляясь в путь, я уже знал о своих будущих приключениях из старинных преданий, в которых, впрочем, никогда не оказывалось ни слова правды. Читать дальше>>

Сведения о Луне, полученные за 50 лет, которые истекли после первого полета к ней отечественного космического аппарата «Луна-1», позволяют обновить ряд положений по оптимизации деятельности космонавтов на ее поверхности.

 

Отечественная лунная программа по ряду объективных и субъективных причин была свернута в начале 70-х годов. Однако остается
малоизвестным тот факт, что по программе Н1-ЛЗ в НПП «Звезда» был создан лунный скафандр «Кречет-94», разработан комплект геологических инструментов (ГЕОХИ им. В.И. Вернадского, Специальное конструкторское бюро минеральной геологии СССР (СКВ Мингеологии СССР), ЦКБЭМ). В Летно-испытательном институте (ЛИИ) им. М.М. Громова в условиях смоделированной лунной тяжести (0,16g) во время полета на самолете Ту-104К была отработана методика действий экипажа с применением инструментов и приборов на макете-аналоге грунта. Работы по этому направлению были прерваны в 1971 г., когда готовность к обеспечению внекорабельной деятельности на поверхности Луны, по мнению непосредственных участников работ, составляла -80% .

 

Параметры Луны (в сопоставлении с Землей)

 

Луна как арена трудовой деятельности. С Земли можно наблюдать примерно 59% лунной поверхности, из которых 18% — лишь при благоприятных либрациях; остальная часть лунной поверхности (41%) никогда не видна с Земли. Особо следует отметить, что фактура поверхности Луны оказалась довольно близкой к той, которую предвидел СП. Королев еще в 1964 г.. Параметры Луны (в сопоставлении с Землей), которые будут определять и ограничивать трудовую активность экипажа базы, приведены в табл. выше. Глобальные макрогеологические структуры лишь опосредовано будут влиять на индивидуальную трудовую деятельность космонавта, а вот локальный ландшафт (в зоне радиусом до 5 км), микрорельеф поверхности, свойства грунтов под подошвами ботинок скафандра непосредственно определят позу и способ передвижения, требования к скафандру и оборудованию, технологию выполнения рабочих операций. Рассмотрим эти условия более подробно.

 

Характерное наклонное положение тела человека в условиях лунной тяжести: а — астронавт в скафандре EV на поверхности Луны («Аполлон-12», 1969 г.); б — испытатель в скафандре «Кречет-94» в условиях смоделированной лунной тяжести при полете на самолете Ту-104К (1969 г.)

 

Устойчивость положения тела космонавта относительно вертикали. У космонавта, снаряженного в скафандр, стоящего на ровной поверхности, центр тяжести перемещается вверх и несколько назад. Чтобы сохранять равновесие, необходим некоторый наклон вперед. В отечественном скафандре «Кречет-94» эта необходимость была учтена (рис. выше).

 

Сущность статической задачи удержания равновесия человеком, стоящим на склоне, сводится к приведению проекции центра тяжести тела на площадь опоры, определяемую площадью стоп и поверхностью между ними. Лимитирующими факторами в таком процессе являются угол трения между подошвами ботинок и грунтом и анатомо-физиологические возможности человека: объем угловых движений в суставах, сила мышц, координация движений.

При наличии рационов питания, содержащих 0,5 кг воды/чел.сут. и использования воды за счет ее извлечения из всех продуктов жизнедеятельности, комплекс не потребует дополнительных запасов воды.

 

Базовый комплекс средств жизнеобеспечения лунных орбитальной станции и базы

 

Принципиальная схема базового комплекса систем жизнеобеспечения лунных орбитальной станции и базы приведена на рис. выше. Потребление запасов в таком комплексе — 1,1 кг на человека в сутки (пища), общая степень замкнутости комплекса — 77%, замкнутость по воде — более 90%. Массовый баланс этого базового комплекса приведен в табл. 1, а примерная массовая сводка — в табл. 2.

 

Таблица 1. Массообмен в замкнутом регенерационном комплексе жизнеобеспечения

 

Таблица 2. Массовая сводка базового комплекса средств жизнеобеспечения лунных орбитальной станции и базы

 

В дальнейшем могут быть осуществлены процессы более полного использования двуокиси углерода в базовом комплексе. При этом для обеспечения этого использования необходимо будет перейти в значительной степени к сублимированным продуктам питания. Недостатком процесса Сабатье является невозможность использования всей двуокиси углерода, выделяемой экипажем, так как половина водорода, образующегося при электролизе воды, расходуется на образование метана. Разложение метана до углерода и водорода для сохранения водорода требует расхода катализатора, участвующего в процессе, так как осаждающийся на катализаторе углерод выводит его из дальнейшей эксплуатации. Замена в комплексе системы переработки двуокиси углерода до метана и воды и системы обеспечения экипажа кислородом на систему переработки двуокиси углерода, состоящей из высокотемпературного электролизера с твердым электролитом на керамической подложке и реактора, в котором реализован процесс Белла-Бодуара (гидрирования окиси углерода до метана и воды), может повысить степень замкнутости комплекса до 0,83. В высокотемпературном электролизере осуществляется электролиз двуокиси углерода и воды, причем на аноде образуется кислород, а на катоде — смесь окиси углерода и водорода. Из катодной полости смесь окиси углерода и водорода направляется в реактор, в котором реализуется процесс Белла-Бодуара. Метан и избыток окиси углерода удаляются, а полученная в реакторе вода возвращается в высокотемпературный электролизер. В этом комплексе осуществляется до 75% извлечения кислорода из двуокиси углерода. Комплекс позволяет использовать до 86% сублимированных продуктов.

 

Замена в комплексе средств жизнеобеспечения реактора с использованием процесса Белла-Бодуара на реактор, в котором реализован процесс Боша (2СО=СO₂+С) может повысить степень замкнутости комплекса до максимальной теоретической величины в 0,85, которая может быть реализована в физико-химическом комплексе при отсутствии биологических звеньев (оранжереи), используемых и для регенерации кислорода.

 

Высокотемпературный электролизер и реактор по процессу Боша позволяют осуществлять 100% извлечение кислорода из двуокиси углерода и получить избыток воды в количестве 0,16 кг/(чел.сут.) при 100% использовании сублимируемых продуктов. Конечным продуктом в реакторе является углерод (сажа) в количестве 0,26 кг/(чел.сут.), который осаждается на катализаторе. Комплекс даст выигрыш в расходуемых массах при условии, что масса расходуемых материалов на удаление сажи и восстановление катализатора не превысит 0,16 кг/(чел.сут.). Однако приемлемая для практического применения технология восстановления катализатора при указанной эффективности пока не отработана.

 

Разработка нормативов среды обитания космонавтов для непрерывных длительных экспедиций человека на Луну необходима в качестве технических требований к системам жизнеобеспечения, от которых будет в значительной степени зависеть необходимость переработки существующих систем орбитальных станций. Одновременно эти нормативы будут медицинскими требованиями к поддержанию здоровья экипажа. Прежде всего, предстоит разработать критерии оценки качества атмосферы, воды и микробиологического состава среды обитания человека вне Земли, в том числе на Луне и в длительном космическом полете. Для улучшения комфорта целесообразно рассмотреть вместо монотонной среды обитания возможности изменения ее параметров — создание переменной влажности и температуры атмосферы, содержания кислорода и двуокиси углерода и т. д.

Доставка модулей с окололунной орбиты обеспечивается с помощью посадочного комплекса. Предполагается унификация посадочного модуля комплекса с посадочным модулем одноразового пилотируемого взлетно-посадочного комплекса. Оценки показывают, что минимальная масса взлетного модуля с трехместной пилотируемой кабиной составит ~7 т. Для обеспечения выхода космонавта без разгерметизации корабля и создания комфортных условий при первых экспедициях на Луну предусматривается наличие в составе взлетно-посадочного комплекса жилого шлюзового отсека массой ~3 т, который остается на поверхности Луны при старте взлетного модуля. Таким образом, общая масса полезного груза, доставляемого на поверхность Луны унифицированным посадочным модулем, составит ~10 т.

 

Опыт создания и компоновки герметичных модулей долговременных орбитальных станций с учетом прогресса в технологиях позволяет предположить, что ~10т, по-видимому, являются минимальной массой обитаемого модуля (аналог — модуль «Квант» орбитальной станции «Мир»), с достаточным набором служебных систем. При этом объем по гермокорпусу при достигнутой плотности компоновки оборудования (-0,2 т/м³ приборной зоны) составит 40-50 м³.

 

Анализ проектов компоновки модуля на посадочном комплексе, схемы транспортировки модуля по поверхности Луны транспортным луноходом и максимальной площади пола модуля позволяет определить диаметр гермоотсеков модулей от 2,5 до 3,2 м, а их габаритная длина — до 8 м. Учитывая распространенный в космической промышленности России диаметр 2,9 м, его можно взять в качестве базового для модулей лунной базы.

 

Командно-жилой, складской и научно-исследовательский модули в состыкованном состоянии

 

Эксплуатация базы как технического объекта должна выполняться с большой степенью автономности и надежности.

Обитаемые модули базы минимальной конфигурации в состыкованном состоянии показаны на рис. выше.

 

Схема доставки модулей базы на поверхность Луны с использованием транспортной грузовой системы (ТГС) и многоразового межорбитального буксира (ММБ) с ЭРДУ: ОСЗ — орбита спутника Земли; ОСП — орбита спутника Луны; ПГ — полезный груз; ПК — посадочный комплекс; РБ — разгонный блок; РН — ракета-носитель; РТ — рабочее тело

 

Доставка модулей к месту строительства. Сборка «посадочный комплекс с модулем базы, бак рабочего тела многоразового межорбитального буксира и малый разгонный блок» должна выводиться на околоземную орбиту как беспилотный крупногабаритный объект. В автономном полете сборка должна обеспечивать стыковку с многоразовым межорбитальным буксиром с ЭРДУ. После выхода буксира на заданную окололунную орбиту сборка отделяется от буксира и осуществляет посадку на поверхность Луны. Схемы доставки модулей базы на поверхность Луны приведена на рис. выше. После прилунения модули доставляются к месту назначения по схеме, приведенной на рис. ниже.

 

Схема доставки и стыковки модулей лунной базы:

а — подъезд транспортного лунохода к посадочному комплексу; б — соединение транспортного лунохода с периферийным модулем лунной базы; в — съезд транспортного лунохода с посадочной платформы и транспортировка периферийного модуля к месту размещения лунной базы; г — стыковка периферийного модуля с базовым модулем лунной базы с помощью транспортного лунохода (периферийный модуль — активный объект, базовый модуль лунной базы — пассивный объект); д — результат стыковки модулей лунной базы; 1 — посадочный комплекс; 2 — периферийный модуль лунной базы; 3 — транспортный луноход; 4 — базовый модуль лунной базы

Помимо экспедиций на поверхность Луны могут совершаться также беспосадочные полеты людей, включающие выведение космического корабля на окололунную орбиту или облет Луны.

 

Пилотируемый облет Луны может использоваться для отработки теплозащиты, системы управления спуском, системы терморегулирования спускаемого аппарата, обеспечивающих вход в атмосферу со второй космической скоростью, навигационного оборудования, обеспечивающего построение ориентации корабля при полете к Луне и обратно, а также системы дальней связи, обеспечивающей связь центра управления полета с кораблем на расстояниях до 400 000 км. Кроме того, отработанный и проверенный лунный экспедиционный комплекс (ЛЭК) может использоваться в коммерческих целях, например для полета к Луне космических туристов, а также в качестве демонстрации возможности полета к Луне с использованием существующих изделий космической техники.

 

Возможны два варианта экспедиции по облету Луны: со стыковкой лунного пилотируемого корабля к МКС (или другой околоземной орбитальной станции) и без стыковки. Для первых экспедиций по облету Луны в качестве лунного пилотируемого корабля может быть использован модифицированный транспортный пилотируемый корабль типа «Союз», в качестве разгонного блока могут использоваться разгонные блоки типа ДМ (РФ) или CENTAUR (США).

 

Экспедиция с выходом на окололунную орбиту может понадобиться для отработки лунного пилотируемого корабля, схемы доставки корабля на заданную окололунную орбиту и разгонного блока, используемого для решения данной задачи.

 

Во время экспедиций по облету Луны и выхода на окололунную орбиту целесообразно выбрать траекторию полета таким образом, чтобы она проходила над одним или несколькими местами, предварительно определенными (в результате исследования Луны автоматическими КА), в качестве мест, наиболее подходящих для создания лунной базы, с целью их подробной съемки и зондирования.

 

Перед первой экспедицией с высадкой экипажа на поверхность Луны в целях отработки комплекса схемы посадки на поверхность Луны и взлета с нее, а также стыковки на окололунной орбите необходимо провести экспедицию посадки на поверхность Луны ВПК без экипажа (экипаж может находиться в корабле).

РН «Сатурн-5»

 

Трехступенчатая РН Н1 имела поперечное деление ступеней с ЖРД, разработанных в куйбышевском ОКБ-276 Н.Д. Кузнецова. Все ступени заправлялись углеводородным горючим и переохлажденным жидким кислородом.

Следует отметить, что эти двигатели, выполненные по замкнутой схеме, обладали более высокими удельными характеристиками, чем устанавливаемые на американской ракете-носителе «Сатурн-5». В полете контроль состояния двигателей должен был осуществляться с помощью специальной системы, которая, при выходе определенных параметров за допустимые пределы, должна была отключить аварийный двигатель, а также отключить двигатель, симметричный аварийному.

 

Ракета Н 1, как предполагалось, должна была выполнять полет при отказе четырех двигателей первой ступени, двух двигателей второй ступени, одного двигателя третьей ступени. Ниже приведены характеристики ракеты-носителя Н 1 (изделие № 7Л), запуск которой с системой Л3 был произведен 22 ноября 1972 г.

 

Компоновочные схемы орбитального и посадочного кораблей приведены на представленных ниже рисунках.

 

Лунный орбитальный корабль. 1 — стыковочный узел; 2 — отсек двигателей ориентации и причаливания; 3 — бытовой отсек; 4 — спускаемый аппарат; 5 — узел крепления манипулятора; 6 — двигатели причаливания и ориентации; 7 — радиатор системы терморегулирования; 8 — баки электрохимического генератора; 9 — двигатели ориентации; 11 — агрегаты электрохимического генератора; 12 — приборный отсек; 13 — выходной люк; 14 — поручни; 15 – блистер

 

Лунный посадочный корабль. 1 — стыковочный узел; 2 — датчик прицеливания; 3 — котировочные датчики; 4 — приборный отсек; 5 — телекамера; 6 — выходной люк; 7 — всенаправленная антенна; 8 — источники питания; 9 — опорная стойка с амортизатором; 10 — трап; 11 — ракетный двигатель твердого топлива прижатия; 12 — лунный посадочный агрегат; 13 — двигательная установка блока Е; 14 — остронаправленная антенна (2 шт.); 15 — вогнутость для иллюминаторов; 16 — иллюминатор наблюдения за стыковкой; 17 — антенны системы сближения; 18 — блок двигателей ориентации

 

Расчетная стартовая масса системы на опорной орбите — 91,7 т. Лунная экспедиция на комплексе H1 — Л3 должна была длиться 11-12 суток и состоять из следующих этапов :

1. Выведение системы Л3 с экипажем из двух человек на околоземную орбиту.

 

Траектория «Луны-3» и гравитационный манёвр

 

2. Перевод системы Л3 на траекторию полета к Луне с помощью блока Г, отделение блока Г после выработки топлива.

3. Доразгон системы до заданной скорости. Проведение коррекций траектории и переход на окололунную орбиту. Все указанные операции выполняются с помощью блока Д. Время перелета к Луне составляет 3,5 суток, время полета по окололунной орбите — до 4 суток.

4. Перевод системы Л3 с круговой на эллиптическую окололунную орбиту.

5. Переход одного космонавта из орбитального в посадочный корабль через открытый космос. В качестве шлюза используется бытовой отсек орбитального корабля.

6. Расстыковка орбитального корабля и лунной посадочной системы — связки посадочного корабля и блока Д. Торможение лунной посадочной системы с помощью блока Д.

7. Отделение и увод в сторону блока Д.

8. Дополнительное торможение посадочного корабля, спуск, маневрирование с целью выбора точки посадки и посадка. Операции выполняются с помощью ракетного блока лунного корабля, обозначаемого как блок Е.

9. Пребывание космонавта на Луне длительностью от 6 до 24 часов, выполнение программы исследований.

10. Взлет посадочного корабля с поверхности Луны с помощью блока Е, выход на орбиту и стыковка с орбитальным кораблем.

11. Переход космонавта из посадочного корабля в орбитальный через открытый космос.

12. Отстрел бытового отсека с пристыкованным посадочным кораблем (шлюз больше не нужен). Орбитальный корабль переводится на траекторию полета к Земле с помощью собственного ракетного блока — блока И.

13. Проведение коррекции траектории.

14. Разделение отсеков орбитального корабля перед входом в атмосферу.

15. Вход спускаемого аппарата в атмосферу со второй космической скоростью, осуществление управляемого спуска и посадка на территории СССР.

 

Используемые на первых этапах полета ракетные блоки Г и Д, как и блоки РН Н 1, заправлялись углеводородным горючим и жидким кислородом. В ракетных блоках Е (посадочный корабль) и И (орбитальный корабль) использовались высококипящие компоненты топлива.

Карта полета КА «Зонд-6» по траектории Земля–Луна–Земля

 

Следующий пуск по программе Л1 состоялся 10 ноября 1968 г. «Зонд-6» облетел Луну, сфотографировав ее с расстояния 8000 и 2600 км. Спускаемый аппарат этого корабля впервые совершил управляемый спуск и приземлился на территории космодрома Байконур в 16 км от стартового комплекса.

 

Отработка кораблей Л1 продолжалась, однако в декабре 1968 г. состоялся успешный полет американского корабля «Аполлон-8», доставившего экипаж из трех астронавтов на орбиту искусственного спутника Луны. Политический смысл полетов кораблей Л1 был потерян.

 

Фотографии Земли: а — выполненная на борту станции «Зонд-7»; 6 — выполненная на борту станции «Зонд-7» над горизонтом Луны

 

После «Зонда-6» состоялись три беспилотных запуска, из них два успешных. С борта корабля «Зонт-7» была сделана серия успешных снимков Земли с расстояния орбиты Луны (рис. выше). 20 октября 1970 г. был запущен последний из кораблей типа Л1 — «Зонд-8». Он обогнул Луну на расстоянии 1200 км и благополучно приводнился в Индийском океане.

 

Следует лишь отметить, что при полете «Зонда-8» была отработана так называемая «северная» траектория с посадкой в Южном полушарии, в акватории Индийского океана, которая выполнялась в интересах программы пилотируемых полетов лунных кораблей Л3. После этого пуска программа была закрыта, так как на комплекс УР-500К-Л1 было выдано отрицательное заключение из-за низкой надежности.

 

В то же время, как с научной, так и с политической точек зрения гораздо более предпочтительным представлялось завоевание приоритета не в облете Луны, а в высадке космонавтов на ее поверхность. Американцы, развивая программу «Аполлон», не стали разрабатывать легкие облетные космические корабли, а сосредоточили свои усилия на создании лунного экспедиционного комплекса, выводимого в космос одним запуском сверхтяжелой РН «Сатурн-5». Поэтому, еще до принятия правительственного постановления от 3 августа 1964 г., в ОКБ-1 начались работы по пересмотру проекта РН Н 1 с целью увеличения грузоподъемности до уровня, позволяющего осуществить лунную пилотируемую экспедицию по однопусковой схеме. Также была поставлена задача предельно возможно сократить массу лунного экспедиционного комплекса и его элементов.

 

Ракетно-космический комплекс Н1-Л3. 1 — двигательная установка системы аварийного спасения; 2 — ЛОК; 3 — уводимая часть головного обтекателя; 4 — ЛК; 5 — корректирующе-тормозной блок Д; 6 — разгонный блок Г; 7 — основная часть головного обтекателя; 8 — третья ступень РН — блок В; 9 — вторая ступень РН —

блок Б; 10 — решетчатый межступенчатый переходник; 11 — первая ступень — блок А; 12 — решетчатые стабилизаторы первой ступени; 13 — двигательная установка первой ступени

 

В результате был разработан проект ракетно-космического комплекса Н1 — Л3, состоящего из ракеты-носителя Н 1 и выводимой на опорную околоземную орбиту системы Л3. Компоновочная схема РКК «Н1 — Л3» приведена на рис. выше.