«Союз» и «Аполлон» - корабли для совместного полета


На 15 июля 1975 года назначен совместный экспериментальный полет советского космического корабля «Союз» и американского космического корабля «Аполлон». Он проводится на основе соглашения между СССР и США о сотрудничестве в исследовании и использовании космического пространства в мирных целях. Это первый совместный полет кораблей разных стран.
Технический директор проекта «Союз» — «Аполлон» от советской стороны член-корреспондент АН СССР Константин Давыдович Бушуев уже рассказал в журнале о требованиях, которым должны отвечать корабли для проведения совместных космических экспериментов и оказания помощи друг другу (см. статью «Взаимопомощь в космосе», «Наука и жизнь» № 4, 1973 год].
Теперь мы предлагаем читателям совершить экскурсию на «Союз» и «Аполлон», познакомиться с их устройством, а также с теми изменениями, которые внесены в их конструкции в связи с предстоящим совместным космическим экспериментом.

До начала первого совместного советско-американского космического эксперимента осталось совсем уже немного времени. Но пока еще космические корабли, которым предстоит встретиться в космосе и совершить совместный полет — «Союз» и «Аполлон» — находятся на Земле. И, воспользовавшись этим, осмотрим корабли, познакомимся с ними поближе.
Перед началом экскурсии буквально несколько слов о самых общих принципах проектирования пилотируемых космических аппаратов.
Конструкция всего корабля, как и каждой его детали, определяется условиями космического полета. На борту должна быть постоянно обновляемая искусственная атмосфера, должны быть обеспечены метеорная и радиационная защита, рассеивание тепла от поверхности аппарата. На орбите корабль летает по инерции без затраты энергии, уподобляясь небесному телу. Однако мля изменения его траектории или скорости полета нужно не только затратить энергию, но и отбросить некоторую массу. А значит, корабль должен иметь достаточно мощные реактивные двигатели для маневрирования на орбите и для схода с нее. Для изменения положения космического корабля в пространстве или, иначе говоря, для его ориентации также нужны реактивные двигатели, правда, значительно меньшей тяги.
Форма космического корабля определяется условиями его полета как в космосе, так и в атмосфере. Правда, последнее касается не всего корабля, а лишь той его части, которая будет возвращаться на Землю.
Спускаемый аппарат космического корабля должен быть по возможности компактным. Это, в частности, позволяет уменьшить площадь поверхности, которую приходится защищать от воздействия больших тепловых потоков при спуске. Корабль должен быть по возможности легким, хотя бы для того, чтобы не создавать громоздких парашютов, необходимых для посадки. Ну и, кроме того, при выборе формы всех отсеков корабля конструкторы стремятся получить максимальное отношение объема к площади миделя, то есть к площади поперечного сечения отсека. Это позволяет уменьшить метеорную опасность на орбите.
Существуют также и некоторые общие ограничения в отношении веса и объема, связанные с большими энергетическими затратами на выведение аппаратов на орбиту. На килограмм веса полезной нагрузки приходится примерно 25 килограммов стартового веса, а стоимость выведения на околоземную орбиту оценивается, по американским данным, в 1 500 долларов за каждый килограмм.
Космический корабль «Союз» — это многоцелевой космический орбитальный корабль. Он пришел на смену легендарным «Востокам» и «Восходам», ознаменовав собой новый этап в развитии пилотируемых аппаратов. На «Союзе» советские космонавты совершили много полетов, в том числе групповые, отработали такие сложные элементы, как поиск, сближение и стыковка на орбите, выполнили обширную программу научных исследований и технических экспериментов, провели испытание и отработку многочисленных систем. «Союз» послужил основой для сборки первой в мире экспериментальной космической станции, а с созданием станции «Салют» используется в качестве транспортного корабля для снабжения и доставки экипажей. «Союз» был разработан конструкторами как особый тип космического корабля, сочетающего в себе элементы транспортного корабля и орбитальной станции. И вот теперь на него возложена еще одна задача — встреча и стыковка на орбите с кораблем другой страны.
Мы в монтажно-испытательном корпусе, на космодроме его называют сокращенно МИК. «Союз» стоит вертикально. Его отсеки как бы поставлены один на другой. Их три.
Медленно поднимаясь по окружающей корабль лестнице сборочного стенда, мы начинаем экскурсию по «Союзу».
Перед нами приборно-агрегатный отсек. Он имеет цилиндрическую форму с конической юбкой и конструктивно разделяется на три меньших отсека: переходный, приборный и агрегатный. На ферме переходного отсека, в районе центра масс корабля, расположено большинство двигателей причаливания и ориентации.) Агрегаты системы терморегулирования, электропитания, аппаратура радиосвязи и радиотелеметрии, приборы системы ориентации и управления движением — все, что требует для работы особо благоприятных условий, заключено в герметичный приборный отсек, имеющий форму цилиндра.


В агрегатном отсеке находится двигательная установка для коррекции орбиты и торможения при спуске, двигатели причаливания и ориентации, топливные баки, гидроагрегаты системы терморегулирования, бортовая аккумуляторная батарея. В состав двигательной установки «Союза» входят основной и дублирующий двигатели с тягой по 400 кг. На корабле 14 двигателей причаливания и ориентации с тягой по 13 кг каждый и 8 двигателей ориентации с тягой по 1,5 кг каждый. Снаружи переходного и приборно-агрегатного отсеков виден большой ребристый радиатор-излучатель системы терморегулирования корабля. Он «выбрасывает» избыточное тепло, выделяемое бортовым оборудованием и элементами конструкции.
На приборно-агрегатном отсеке крепятся солнечные батареи с полезной площадью около 9 квадратных метров. Вместе с аккумуляторами они обеспечивают бортовую аппаратуру «Союза» электрической энергией. Напряжение бортовой сети постоянное, около 27 вольт.
Снаружи приборно-агрегатного отсека установлены антенны различных радиосистем: радиотелефонной связи экипажей с Землей в УКВ и KB диапазонах, траекторных измерений, радиотелеметрической системы. Здесь же находятся оптические средства, помогающие при сближении. На кромках панелей солнечных батарей установлены бортовые огни ориентации белого, красного и зеленого цветов, которые используются при причаливании и стыковке кораблей.
На приборно-агрегатном отсеке установлено также несколько датчиков, входящих в систему управления движением корабля: ионный датчик «на торможение» (второй ионный датчик «на разгон» находится на орбитальном отсеке), датчик для построения местной вертикали по инфракрасному излучению Земли и солнечный датчик для ориентации на Солнце.
Продолжаем подниматься по стенду и попадаем к спускаемому аппарату, который часто называют кабиной космонавтов. Это командная рубка, рабочее место экипажа при управлении кораблем в полете. Здесь же экипаж находится при выведении на орбиту и возвращении на Землю, здесь расположены основные пульты управления.
На спускаемом аппарате сравнительно мало деталей: два иллюминатора с жаропрочными стеклами, .оптический визир, с помощью которого можно наблюдать за другим кораблем при причаливании и стыковке, а также определять местную вертикаль и направление вектора скорости по «бегу Земли». Под «бегом Земли» понимается видимое движение точек земной поверхности на экране визира; если, например, они движутся строго сверху вниз, значит, корабль сориентирован носовой частью вперед. В нижней части спускаемого аппарата, по его окружности находятся 6 двигателей ориентации, они работают лишь при возвращении корабля на Землю.
Обратите, пожалуйста, внимание на различные формы спускаемых аппаратов «Востока», на котором летал Ю. А. Гагарин, и «Союза»: первый имел сферическую форму, второй по форме напоминает фару. Сделано это неспроста: такая форма при определенном расположении центра тяжести обеспечивает спускаемому аппарату «Союза» аэродинамическую подъемную силу при полете в атмосфере. Величина ее регулируется разворотом аппарата вокруг продольной оси. Выполняют разворот те самые двигатели ориентации, которые установлены в корпусе спускаемого аппарата. Все это, помимо более точной посадки, позволило значительно снизить перегрузки на траектории спуска (с 8—10 до 3—4 единиц).
И все же снаружи на спускаемый аппарат нанесено термостойкое высокопрочное покрытие, а его нижняя часть, подверженная при спуске наиболее интенсивному аэродинамическому нагреву, защищена теплозащитным экраном. Этот экран после раскрытия парашюта отстреливается, облегчая спускаемый аппарат при приземлении. Когда экран еще не установлен на место, в днище спускаемого аппарата можно рассмотреть пороховые двигатели мягкой посадки, которые включаются перед самым приземлением. В верхней части спускаемого аппарата есть две отстреливающиеся крышки, под ними отсеки, где уложены парашюты — основной и запасной.


Поднимемся еще выше. Теперь мы рядом с орбитальным отсеком, сферой довольно внушительных размеров. Здесь экипаж отдыхает, а также проводит некоторые научные эксперименты. Из этого же отсека экипаж переходит в другой космический корабль, а во время полета кораблей «Союз-4» и «Союз-5» космонавты Е. Хрунов и А. Елисеев использовали его в качестве шлюзовой камеры при выходе в открытый космос. На верхней полусфере орбитального отсека находится шпангоут, на котором установлен новый андрогинный стыковочный агрегат.
У орбитального отсека два обзорных иллюминатора, боковой люк - для посадки экипажа а корабль и нижний люк для перехода в спускаемый аппарат.
В орбитальном отсеке — об этом говорит само его название — космонавты могут находиться только после выведения корабля на орбиту. Он не обладает прочностью спускаемого аппарата, на нем нет жаропрочных иллюминаторов. Все это здесь не требуется: когда корабль возвращается на Землю, орбитальный отсек, как и приборно-агрегатный, отделяется от спускаемого аппарата и при входе в плотную атмосферу сгорает.
Закончив на этом наружный осмотр корабля «Союз», заглянем теперь в его рабочие помещения. Теперь мы будем двигаться сверху вниз и сначала через входной люк попадем в орбитальный отсек. Здесь светло, просторно, стены (если это слово применимо к сферической поверхности) покрыты мягким декоративным материалом. Вдоль стен, примерно на уровне головы, укреплены поручни, держась за них, космонавты могут перемещаться в невесомости. Вот диван, на котором космонавты отдыхают, привязываясь, почти как в самолете, поясами. Внутри дивана размещены установка для регенерации и очистки атмосферы, приборы системы ориентации и управления движением. По левому борту мы видим небольшой сервант; в нем емкость с питьевой водой (на 30 литров), контейнер с пищей, бортовая аптечка, средства личной гигиены. Здесь же размещены радиосредства для голосовой связи и измерения расстояния между кораблями. К серванту прикреплен откидной столик. За ним наши космонавты будут принимать гостей с «Аполлона».
В орбитальном отсеке установлены телекамера, кинокамера, светильники, основные и дополнительные (для телепередач), устройство для подогрева пищи, контейнеры с приборами. Прямо над головой — крышка люка, дверь, через которую можно будет попасть в соседний корабль после стыковки. Род ногами защитная решетка, прикрывающая переходный люк-лаз. Он ведет в спускаемый аппарат.
Поднимем решетку, откроем крышку люка и спустимся в командную рубку «Союза». Она чем-то напоминает пилотскую кабину самолета. Здесь два кресла (в центре кресло командира, справа от него — борт-инженера), прямо перед ними — приборная доска.
Справа и слева от приборной доски находятся два одинаковых КСУ — командно-сигнальных устройства. При ручном управлении кораблем с их помощью вводятся необходимые команды для работы автоматики, контролируется прохождение этих команд. Управлять системами корабля можно как одновременно с обоих КСУ, так и с любого из них. Для ручного управления движением корабля на кресле командира экипажа есть две ручки: правая — для управления ориентацией корабля вокруг центра масс, левая — для изменения поступательной скорости корабля при маневрировании.
Спускаемый аппарат и орбитальный отсек — это жилые помещения. В них поддерживается температура воздуха в пределах 20 ± 5° С, общее давление воздуха при автономном полете 760 ± 100 мм рт. ст. при парциальном давлении кислорода, 160—270 мм рт. ст.
Общий объем жилых отсеков — около 10 кубических метров. Атмосфера в них очищается регенерационной установкой орбитального отсека, которая считается основной. Она включается сразу после выведения корабля на орбиту. На участках выведения и посадки работает регенерационная установка спускаемого аппарата.


Воздух в регенерационную установку из жилых отсеков подается вентилятором. Он очищается от углекислого газа, пыли, обогащается кислородом. Сигналы на включение и выключение установки выдает газоанализатор, который непрерывно измеряет содержание кислорода, углекислого газа и водяных паров в атмосфере корабля. Результаты этих измерений поступают и на пульт космонавтов.
Температура и влажность воздуха в жилых отсеках «Союза» поддерживаются в заданных пределах теплообменником-конденсатором. Это жидкостно-воздушный радиатор, между трубками которого расположены пористые фитили для отбора влаги. Из фитилей влага поступает во влагоотборник, а из него она периодически откачивается ручным насосом. Для охлаждения воздух с помощью вентилятора прогоняется через жидкостно-воздушный радиатор.
Американский космический корабль, который будет участвовать в совместном полете с нашим кораблем «Союз», представляет собой модифицированный основной блок корабля «Аполлон», созданного ранее для высадки космонавтов на Луну. Блок объединяет два основных отсека: командный и служебный. В нынешней модели модифицирована конструкция стыковочного шпангоута, на него установлены дополнительные штеккерные разъемы, изменено размещение бортовых хранилищ. Место лунной кабины в этот раз займет новый стыковочный, или, иначе, переходный, отсек, разработанный и изготовленный американской стороной специально для этого полета.
В отличие от советских пилотируемых кораблей, где космонавты дышат воздухом (его состав и давление примерно такие же, как на Земле), атмосфера на всех американских кораблях искусственная — на «Меркурии», «Джемини», «Аполлоне» она чисто кислородная, с давлением газа 0,35—0,38 атмосфер. Недавно американские специалисты согласились, что на будущих пилотируемых аппаратах лучше иметь атмосферу земного состава. Это не только снизит опасность пожара, но и существенно облегчит экипажу кораблей разных стран взаимопомощь в космосе. Однако это — дело будущего, а в первом совместном полете для перехода космонавтов из одного корабля в другой потребуется специальная камера для выравнивания давления. Ее роль и будет выполнять стыковочный (переходный) отсек «Аполлона».
Таким образом, космический корабль «Аполлон» в данном полете будет состоять из трех основных отсеков: командного, служебного и. стыковочного (переходного). Если провести аналогию с нашим кораблем «Союз», то командному отсеку «Аполлона» будет соответствовать спускаемый аппарат «Союза», служебному — приборно-агрегатный. Аналога нашего орбитального отсека на «Аполлоне» нет.
Свою экскурсию по «Аполлону» мы начинаем с командного отсека. Здесь американские космонавты находятся на протяжении всего полета от старта до возвращения на Землю, работают и отдыхают. Отсюда они управляют кораблем, тут же проводят научные исследования и эксперименты. Отсек имеет форму конуса со скругленной вершиной, корпус его фактически состоит из трех меньших отсеков: переднего отсека, отсека экипажа и заднего, или донного, отсека.
Передний отсек располагается вокруг люка-лаза, через который американские космонавты будут переходить в наш корабль.
В начале этого люка установлен съемный стыковочный узел типа штырь-конус, соединяющий переходный отсек с «Аполлоном». Штырь находится на «Аполлоне», а конус — на переходном отсеке.
При спуске перед раскрытием парашютов верхняя часть переднего отсека отделяется, открывая размещенное здесь оборудование: мортирки для выстреливания тормозного и вытяжного парашютов, основные парашюты, надувные баллоны, которые удерживают в вертикальном положении спустившийся на воду командный отсек и другие устройства.
Среднюю часть командного отсека занимает герметическая кабина экипажа. В ней на амортизаторах подвешены в ряд три кресла. Среднее из них складывается, чтобы до старта облегчить космонавтам проверку оборудования, а в полете — операции с оптическими приборами. Спят американские космонавты по очереди под левым креслом, где оборудована подвесная койка. В левом кресле во время совместного полета будет находиться командир корабля, в среднем — пилот основного блока и в правом — пилот стыковочного отсека.
В кабине экипажа имеется несколько панелей пульта управления: главная — перед креслом командира, вспомогательные — справа и сзади. С помощью приборов пульта происходит управление кораблем в полете. Проверка работы систем перед стартом и в полете производится по приборам одной из вспомогательных панелей. Навигационное оборудование располагается у основания среднего кресла. По бокам крайних кресел и позади них в шкафах находятся запасы пищи и научное оборудование.
Как и на спускаемом аппарате «Союза», все оборудование командного отсека «Аполлона» размещено с таким расчетом, чтобы центр масс отсека находился на некотором расстоянии от продольной оси. В результате при входе отсека в атмосферу возникает определенная подъемная сила. С помощью двигателей ориентации, разворачивающих командный отсек вокруг продольной оси, изменяется его угол атаки, и это позволяет осуществлять необходимые маневры при спуске с орбиты.
Обычно командный отсек «Аполлона» приводняется. Но приняты меры и на тот случай, если отсек опустится на сушу. Для этого с одной стороны у него имеются выступы, которые при ударе о землю сминаются и снижают ударные нагрузки. А чтобы отсек опустился на эти выступы, стропы парашютов крепятся несимметрично.
Космонавты входят в кабину экипажа и выходят из нее через быстро открывающийся люк в боковой стенке. В переходный (стыковочный) отсек во время совместного полета они будут переходить через туннель и люк в верхней части кабины. В кабине четыре окна: два спереди и два сбоку.
Под кабиной экипажа, в заднем или донном отсеке, установлено 10 из 12 реактивных двигателей, управляющих пространственным положением аппарата при спуске (два двигателя находятся в переднем отсеке), здесь же размещаются баки с топливом и баллоны со сжатым газом для всех 12 двигателей, емкости для питьевой воды.
Вся поверхность командного отсека (за исключением окон и сопел двигателей системы ориентации) покрыта теплозащитными экранами из стеклопластика с абляционным заполнением. Наибольшая их толщина в донной части — более 6 см.
С помощью переходной конструкции командный отсек соединяется с цилиндрическим служебным (иногда его называют двигательным) отсеком. Разделение командного и служебного отсеков происходит перед входом в плотные слои атмосферы с помощью пиропатронов, которые просто разрушают элементы связывающей конструкции.
В служебном отсеке установлены маршевая двигательная установка, топливные баки, батареи, обеспечивающие «Аполлон» электроэнергией, и система реактивного управления пространственным положением корабля. Корпус отсека слоистый, из алюминиевого сплава. В стенки вмонтированы трубки радиатора, в которых циркулирует жидкость, отводящая тепло от работающего оборудования. Регулирование температуры корпуса обеспечивается еще и окраской части поверхности составом с высоким коэффициентом отражения, а части поверхности — составом с высоким коэффициентом поглощения солнечных лучей. Донная часть служебного отсека прикрыта экраном, защищающим размещенное здесь оборудование от нагрева истекающими из сопла газами.


Осматривая служебный отсек «Аполлона», вы наверняка обратите внимание на огромное сопло маршевого двигателя. Этот двигатель создает импульс тяги для всех больших изменений скорости в полете. А всякое увеличение или уменьшение орбитальной скорости ведет к изменению орбиты. Когда же скорость становится меньше первой космической, корабль сходит с орбиты и совершает спуск. Ориентация «Аполлона» в пространстве, стабилизация его положения в полете обеспечиваются системой реактивного управления. Последняя делится на две вполне самостоятельные части: систему реактивного управления служебного отсека и систему реактивного управления командного отсека. До отделения командного отсека от служебного (напоминаем, это отделение происходит перед спуском) ориентация и все малые перемещения корабля выполняются системой реактивного управления служебного отсека. Ее исполнительные органы—четыре одинаковые связки реактивных двигателей, симметрично расположенных вокруг отсека. Поскольку в этот раз маршевому двигателю «Аполлона» работать придется меньше, чем при полетах к Луне, запас топлива для него уменьшен.


А в связи с тем, что потребуется осуществлять больше маневров на околоземной орбите, увеличивается запас топлива для вспомогательных двигателей. Это топливо может понадобиться и для схода корабля с орбиты, если откажет маршевый двигатель.

Новым элементом корабля «Аполлон» в предстоящем полете, как мы уже говорили, будет переходный (стыковочный) отсек, цилиндр диаметром около 1,6 м и длиной 3,15 м. На обоих его концах смонтированы стыковочные узлы: на одном — конус для соединения с «Аполлоном», на другом — новый андрогинно-периферийный агрегат стыковки для соединения с «Союзом». Единственные наружные элементы этого отсека — антенны связи и четыре шаровых баллона с кислородом и азотом системы жизнеобеспечения, которая работает при переходе космонавтов из корабля в корабль.
Один из люков переходного отсека ведет в «Аполлон». Этот люк снабжен датчиком перепада давления, клапаном выравнивания давления и механизмом открытия с обеих сторон. Люк переходного отсека, обращенный к «Союзу», имеет новую крышку и также датчик перепада давления и клапан выравнивания давления.
Теперь заглянем внутрь переходного отсека. Объем его не так уж мал: здесь могут одновременно находиться два человека. Отсек имеет собственные системы жизнеобеспечения и терморегулирования, кислород и азот подаются в зависимости от того, куда переходят космонавты — из «Союза» в «Аполлон» или наоборот. Панель индикации и управления системой жизнеобеспечения находится внутри отсека, в нижней его части. На случай разгерметизации отсека предусмотрена быстрая подача необходимых для дыхания газов. Углекислый газ, выделяемый космонавтами при дыхании, отбирается из атмосферы отсека поглотителями (сменными литиевыми патронами), подобными тем, что имеется в командном отсеке «Аполлона».
Внутри отсека устанавливается приемопередатчик голосовой связи для переговоров с экипажем корабля «Союз». Постоянное напряжение (27 вольт) для питания систем отсека и освещения, а также переменное напряжение (115 вольт) для двигателей андрогинного агрегата стыковки с «Союзом», подаются с борта корабля «Аполлон».
Электрическая энергия на «Аполлоне» вырабатывается батареями топливных элементов, которые работают на кислороде и водороде. Получаемая при этом питьевая вода перекачивается из служебного отсека, где размещаются батареи, в емкость командного отсека. Кроме топливных элементов, на корабле имеются серебряно-цинковые аккумуляторы, очи используются как дополнительные источники энергии во время кратковременных пиковых нагрузок в полете и как основные источники для питания систем командного отсека лри спуске. Переходный (стыковочный) отсек, который в совместном эксперименте должен находиться в носовой части «Аполлона», при старте размещается с противоположной стороны, между второй ступенью ракеты-носителя и основным блоком корабля. После выведения на орбиту американским космонавтам предстоит произвести перестроение и пристыковать корабль к переходному отсеку. Для этого они отделят основной блок корабля от ракеты-носителя и, находясь рядом с ней, развернут «Аполлон» на 180 градусов, приблизятся к переходному отсеку, состыкуются с ним. Затем произойдет окончательное отделение переходного отсека, разумеется, вместе с кораблем, от ракеты-носителя, и «Аполлон» будет готов к проведению маневров по сближению с «Союзом».


В предстоящем эксперименте «Аполлон» будет активным кораблем. Поэтому для радиообнаружения и радионаведения на «Союзе» устанавливается приемоответ-чик «Аполлона». Кроме того, «Союз» снабжен двумя импульсными маяками, их свет будет наблюдаться невооруженным глазом на расстоянии до 50 км.
Данные по углам наведения на участке сближения экипаж «Аполлона» получит с помощью секстанта, визируя его на маяки «Союза», а информацию о дальности — от УКВ-ответчика, также установленного на «Союзе». На участке причаливания кораблей экипаж использует бортовые огни ориентации, стыковочные мишени, а также визирное устройство на «Аполлоне».
Перед касанием, когда потребуется особо точная ориентация, космонавты будут контролировать положение кораблей по стыковочной мишени типа «Аполлон», установленной на орбитальном отсеке «Союза». Последняя при полетах корабля «Аполлон» на Луну использовалась для стыковки основного блока с лунной кабиной.
Советские и американские специалисты — ученые, космонавты, конструкторы, рабочие провели огромную работу по подготовке к первому в мире совместному международному космическому полету. Этот полет, несомненно, станет важной вехой в освоении космического пространства объединенными усилиями разных стран.

И.Юдин,
Наука и жизнь, 1975, № 3

Компьютерная обработка AVV