Орбитальный корабль «Аполлон»

Орбитальный корабль (англ. Apollo CSM, — Apollo Command and Service Module) — составная часть корабля «Аполлон», в которой астронавты находятся до высадки на поверхность Луны в лунном модуле (во время высадки один из астронавтов остается в орбитальном корабле) и во время возвращения Земле вплоть до мягкой посадки. Корабль использовался также для доставки экипажей к орбитальной станции «Скайлэб» и по программе ЭПАС «Союз-Аполлон».

Орбитальный корабль был трехместным и состоял из двух отсеков: командного и служебного модулей, которые находились в состыкованном состоянии в течение почти всего полета и разделялись только перед входом в атмосферу при возвращении. Обитаемый командный модуль был местом пребывания экипажа, необитаемый служебный содержал большинство систем, необходимых для обеспечения полета, включая маршевую двигательную установку, топливные баки, запасы воды и кислорода и т. п.

Во время старта к Луне с помощью ракеты «Сатурн-5» орбитальный корабль был пристыкован к верхней части адаптера (сопло служебного модуля при этом находилось внутри адаптера), поверх командного модуля располагалась система аварийного спасения, которая отстреливалась на этапе работы второй ступени. На пути к Луне производилась перестыковка: орбитальный корабль отделялся от адаптера, стыковался с лунным модулем и извлекал его из адаптера, после чего связка продолжала полет к Луне в состыкованном состоянии. Во время полета производились коррекции траектории с помощью двигателей системы реактивного управления орбитального корабля. Вблизи Луны связка выходила на низкую окололунную орбиту с помощью маршевой двигательной установки корабля. На орбите лунный модуль с двумя астронавтами отстыковывался и производил посадку на поверхность, орбитальный корабль с одним астронавтом оставался на окололунной орбите, ожидая возвращения астронавтов с поверхности. По окончании работы на поверхности астронавты возвращались на окололунную орбиту, где взлетная ступень лунного модуля стыковалась с орбитальным кораблем, и астронавты возвращались в командный модуль. Взлетная ступень отстыковывалась, и орбитальный корабль с тремя астронавтами стартовал к Земле с помощью маршевой двигательной установки. По пути совершались коррекции траектории. Незадолго до входа в атмосферу командный модуль с астронавтами отделялся от служебного. Служебный модуль сгорал в атмосфере, командный модуль совершал планирующий спуск с использованием аэродинамического качества. В нижних слоях атмосферы вводилась в действие парашютная система командного модуля, и модуль совершал мягкую посадку на воду.

Темы, связанные с орбитальным кораблем

Основные данные

Производитель: North American Rockwell
Высота: 11,0 м
Диаметр: 3,9 м
 
Полная масса: около 30,4 тонн1
Масса командного модуля: около 5,9 т2
Масса служебного модуля: ок. 24,5 т3
 
Двигатели:
Система управления командного модуля: 12 двигателей тягой по 41,7 кгс
Маршевая установка служебного модуля: 1 двигатель тягой 9,3 тс, удельный импульс около 314 с.
Система управления: 16 двигателей (в 4 блоках), тяга по 45,5 кгс, удельный импульс ок. 240 с
 
Топливо: горючее — аэрозин-50 (смесь 50/50 гидразина и несимметричного диметилгидразина), окислитель — четырехокись азота (N2O4)
$\Delta V$: 2800 м/с
 
Экипаж: 3 человека
Жилой объем: 6,17 куб. м
Атмосфера: чистый кислород, давление 1/3 атм.
Срок автономного функционирования: 14 суток

[1, 2, 3]

Конструкция

Орбитальный корабль состоит из командного и служебного модулей. В командном модуле находится экипаж из трех астронавтов во время полета к Луне и обратно, в нем же остается один астронавт в то время, когда два других астронавта осуществляют высадку на поверхность Луны в лунном модуле. Командный модуль окружен теплозащитой, способной выдержать вход в атмосферу на 2-й космической скорости. Служебный модуль содержит большинство систем, обеспечивающих функционирование корабля, включая маршевую двигательную установку и двигатели системы управления, топливные баки, электросистему, запасы кислорода для дыхания и т. п. Астронавты не имеют доступа внутрь служебного модуля.

Командный модуль

Основная статья: Командный модуль

Командный модуль, изготовленный американской фирмой North American Rockwell, является местом, где пребывают астронавты во время полета и откуда они управляют кораблем. Все члены экипажа в течение полета находятся в командном отсеке, за исключением этапа высадки на Луну. Командный отсек — единственная часть системы «Сатурн-5 — Аполлон», в которой экипаж возвращается на Землю после полета на Луну.

Модуль имеет форму конуса со сферическим основанием, диаметр основания 3920 мм, высота конуса 3430 мм, угол при вершине 60°, номинальный вес около 5500 кг. Модуль имеет герметическую кабину с системой жизнеобеспечения экипажа, систему управления и навигации, систему радиосвязи, систему аварийного спасения и теплозащитный экран.

Конструктивно модуль выполнен в виде двух оболочек. Внутренняя оболочка из алюминиевых сотовых профилированных панелей толщиной 20 — 38 мм, сварной конструкции. Герметическая кабина экипажа имеет свободный объем 6,17 м3; внешняя оболочка состоит из профилированных сотовых панелей толщиной 15 — 63 мм, сваренных из листовой нержавеющей стали толщиной 0,2 — 1 мм. Внешняя оболочка, образующая тепловой барьер, защищающий гермокабину экипажа, состоит из трех частей: переднего экрана, экрана гермокабины и заднего экрана, крепящихся к гермокабине двутавровыми силовыми элементами из стекловолокна, изолирующими гермокабину от теплопроводности и температурных напряжений. Дополнительная теплоизоляция обеспечивается слоем стекловолокна между оболочками.

Абляционное теплозащитное покрытие внешней оболочки модуля сотовой конструкции из фенольного нейлона с заполнителем из эпоксидной смолы с кварцевыми волокнами и микропузырьками. Абляционное покрытие переменной толщины от 8 до 44 мм приклепывается к внешней оболочке фенольным клеем.

Оборудование командного отсека. В передней негерметизируемой части командного отсека размещены стыковочный механизм и парашютная система посадки, в средней части 3 кресла астронавтов, пульт управления полетом и системой жизнеобеспечения и радиооборудование; в пространстве между задним экраном и гермокабиной размещено оборудование реактивной системы управления (РСУ).

Стыковочный механизм и деталь лунного модуля с внутренней нарезкой совместно обеспечивают жесткую стыковку командного модуля с лунным модулем и образуют туннель для перехода экипажа из командного модуля в лунный и обратно. Стыковочный механизм состоит из стыковочного кольца с герметизирующим уплотнением и 12 автоматическими замками, узла штыря на командном отсеке и стыковочного приемного конуса на лунном модуле. Жесткое соединение после стыковки обеспечивается, когда штырь войдет в приемный конус, и кольцо туннеля лунного корабля встанет на автоматические замки. Закрытие замков обеспечивает герметичность соединения. Если один из замков не закрылся автоматически, экипаж закрывает его вручную. Давление по обе стороны приемного конуса выравнивается через клапан, снимается штырь и приемный конус, открывается люк лунного корабля и образуется туннель между командным и лунным модулями.

Система жизнеобеспечения экипажа разработана и изготовлена американской фирмой Airsearch. Система обеспечивает поддержание в кабине корабля температуры в пределах 21—27 °С, влажности от 40 % до 70 % и давления 0,35 кг/см2. При подготовке к старту и при старте атмосфера в кабине состоит из 60 % кислорода и 40 % азота, в полете эта смесь стравливается и заменяется чистым кислородом.

Система рассчитана на 4-суточное увеличение продолжительности полета сверх расчетного времени, потребного для экспедиции на Луну, и поэтому предусматривается возможность регулировки и ремонта силами экипажа, одетого в скафандры. Имеется аварийная кислородная система, которая включается автоматически и обеспечивает подачу кислорода при падении давления в кабине, например при пробое кабины метеоритом. Поглотители СО2 помещаются в нескольких кассетах, рассчитанных на работу в течение 24 ч каждая. Экспедиция на Луну требует 20 кассет. Кассеты содержат гидроокись лития и слой активированного древесного угля. После очистки кислород проходит через теплообменники скафандров, влага удаляется конденсированием. Система охлаждения имеет 2 изолированных и полностью дублирующих друг друга гликолевых контура с испарителями. Гликоль охлаждается в теплообменниках и дополнительное охлаждение происходит в испарителе.

Система управления состоит из 12 небольших двигателей тягой около 43 кгс каждый, использующих несимметричный диметилгидразин в качестве горючего и четырехокись азота N2O4 в качестве окислителя. Двигатели обеспечивают ориентацию модуля. При входе в атмосферу модуль ориентируется тепловым щитом (основанием конуса) к набегающему потоку, используя также подъемную силу. Направление подъемной силы изменяется (путем поворота модуля по крену) с тем, чтобы на начальном этапе торможения уменьшить перегрузки, на конечном — достичь заданной точки посадки. Величина перегрузок при управляемом спуске не превышает 6 g.

Парашютная система состоит из трех основных парашютов, а также тормозных и вытяжных парашютов. Безопасный спуск возможен и на меньшем числе парашютов (например, в при спуске «Аполлона-15» купол одного из парашютов схлопнулся, однако это не повлекло никаких последствий). Модуль подвешен под парашютной системой так, чтобы войти в воду под углом, при котором ударные перегрузки минимальны. Удар смягчается также демпфирующими конструкциями внутри самого модуля.

В процессе квалификационных испытаний система жизнеобеспечения прошла проверку, имитирующую 14-суточный полет корабля с экипажем из трех человек. [2]

Служебный модуль

Основная статья: Служебный модуль

Служебный модуль (производство американской фирмы North American Rockwell) имеет форму цилиндра длиной и диаметром около 3,9 м. С учетом длины сопла маршевого ЖРД, которое выходит наружу из корпуса, общая длина модуля около 7,9 м. От момента старта до входа в атмосферу модуль жестко соединен с командным модулем. Перед входом в атмосферу командный модуль отделяется от служебного. Модуль обеспечивает все маневры корабля на траектории полета к Луне, коррекцию траектории, выход на орбиту искусственного спутника Луны, переход с лунной орбиты на траекторию полета к Земле и коррекцию траектории возвращения.

Общий вес служебного модуля около 24,5 т, в том числе 18,4 т топлива (данные для последних экспедиций к Луне, «Аполлон-15, -16, -17»; в предыдущих экспедициях масса топлива и полная масса модуля приблизительно на одну тонну меньше, в полетах на околоземную орбиту летел недозаправленным). Внутреннее пространство модуля разделено на 6 пронумерованных секторов и центральную часть. В центральной части размещена маршевая двигательная установка с ЖРД фирмы Aerojet General (США) и баллоны с газом наддува (гелием). В секторах 2 и 3 находились баки окислителя, в секторах 4 и 5 — баки горючего. В секторе 3 находилась большая часть электрического оборудования модуля: баллоны с кислородом и водородом для энергетической установки на топливных элементах. Кислород использовался также в системе жизнеобеспечения командного модуля, некоторая часть воды, являвшаяся побочным продуктом работы топливных элементах, использовалась для питья. В экспедиции «Аполлона-13» один из двух кислородных баллонов в этом отсеке взорвался, что привело к отмене высадки на Луну и аварийному возвращению на землю. Сектор 1 обычно содержал балласт для нужного положения центра масс модуля, в экспедициях «Аполлона-15, -16 и -17» в этом секторе размещался комплект научных приборов SIM для исследований на окололунной орбите, в том числе панорамная и картирующая камеры, гамма-спектрометр, лазерный альтиметр, масс-спектрометр и небольшой спутник Луны, который отстреливался от корабля.

На внешней поверхности модуля расположены ЖРД системы реактивного управления фирмы Marquardt (США).

Корпус модуля имеет слоистую конструкцию: соты из алюминиевого сплава между двумя листами алюминия. Корпус подкреплен двумя шпангоутами, связанными шестью стенками из алюминиевого сплава со специальной обработкой, которые воспринимают все основные нагрузки служебного отсека. В стенки корпуса вмонтированы трубки радиатора системы терморегулирования, по которым для отвода тепла циркулирует водяной раствор гликоля.

Регулирование температуры внешней поверхности корпуса служебного отсека обеспечивается соответствующей окраской: часть поверхности окрашена составом с высоким коэффициентом отражения, часть — составом с высоким коэффициентом поглощения. Донная часть корпуса покрыта теплозащитным экраном, предохраняющим оборудование отсека от нагрева выхлопными газами при работе маршевого двигателя.

Маршевый двигатель использует в качестве горючего аэрозин-50 (смесь из 50 % гидразина и 50 % несимметричного диметилгидразина), в качество окислителя — четырехокись азота N2O4. Система подачи топлива — вытеснительная. Тяга двигателя около 9,3 тс, удельный импульс — около 314 с. Двигатель снабжен кардановым подвесом, позволяющим управлять вектором тяги, и может запускаться до 50 раз. С помощью двигателя осуществляется торможение связки орбитального корабля и лунного модуля при выходе на окололунную орбиту, изменение окололунной орбиты, старт с окололунной орбиты к Земле. С его помощью также производятся промежуточные коррекции орбиты на трассе Земля — Луна и Луна — Земля (в полетах перед экспедицией «Аполлона-13» промежуточные коррекции можно было проводить меньшими по тяге двигателями системы управления).

Двигатели системы управления расположены в четырех блоках по четыре двигателя в каждом, с их помощью производятся небольшие коррекции и маневры по ориентации орбитального корабля (и лунного модуля, когда он пристыкован к орбитальному кораблю). Двигатели аналогичны тем, что установлены на лунном модуле. [1, 2]

История

Орбитальный корабль имел две модификации: «Блок I» и «Блок II». «Блок I» представлял собой ранний испытательный вариант корабля, «Блок II» предназначался для полетов к Луне. Первые пилотируемые полеты предполагалось осуществить на модификации «Блок I», но после катастрофы «Аполлона-1» он участвовал только в беспилотных испытаниях (также с элементами модификации «Блок II»).

Испытания

Экземпляры

Номер Название Использование Дата пуска Текущее местонахождение
«БЛОК I»
 
CSM-001 испытательный экземпляр, проверки совместимости систем
CSM-002 испытание системы автоматического спасения A-004 20 января 1966 года командный модуль экспонируется в музее «Колыбель авиации», Нью-Йорк
CSM-004 Статические и термические структурные наземные испытания уничтожен
CSM-006 уничтожен
CSM-007 испытательный экземпляр, акустические, вибрационные и сбросовые испытания командный модуль экспонируется в Museum of Flight, г. Сиэтл
CSM-008 испытательный экземпляр, вакуумные и термические испытания уничтожен
CSM-009 AS-201 и сбросовые испытания 26 февраля 1966 года командный модуль экспонируется в Strategic Air and Space Museum, г. Эшланд, штат Небраска
CSM-010 командный модуль экспонируется в United States Space & Rocket Center, г. Хантсвилл, штат Алабама
CSM-011 AS-202 25 августа 1966 года командный модуль экспонируется в музее авианосца «Хорнет», г. Аламеда, штат Калифорния
CSM-012 «Аполлон-1» (командный модуль серьезно поврежден во время пожара) командный модуль на хранении в исследовательском центре Лэнгли, г. Хэмптон, штат Вирджиния
CSM-014 командный модуль разобран при исследовании причин катастрофы «Аполлона-1», служебный модуль SM-014 использован в полете «Аполлона-6» 4 апреля 1968 года
CSM-017 «Аполлон-4» 9 ноября 1967 года командный модуль экспонируется в Космическом центре им. Стэнниса, г. Бэй Сент Люис, штат Миссисипи
CSM-020 командный модуль CM-020 полетел вместе со служебным модулем SM-014 в составе «Аполлона-6» (замена служебного модуля произошла после взрыва SM-020 во время испытаний) 4 апреля 1968 года командный модуль экспонируется в Fernbank Science Center, г. Атланта
«БЛОК II»
CSM-098 испытательный экземпляр, использован для термических и вакуумных испытаний экспонируется в музее Академии наук, г. Москва, Россия
CSM-099 испытательный экземпляр, использован для статических структурных испытаний уничтожен
CSM-100 испытательный экземпляр, использован для статических структурных испытаний неизвестно
CSM-101 «Аполлон-7» 11 октября 1968 года командный модуль экспонируется в Frontiers of Flight Museum, г. Даллас, штат Техас; до 2004 года в течение 30 лет экспонировался в National Museum of Science & Technology, г. Оттава, Канада
CSM-102 испытательный экземпляр для проверок пускового комплекса 34 командный модуль — габаритно-весовой макет № 22; служебный модуль экспонируется совместно с ракетой Little Joe II в Космическом центре им. Джонсона, г. Хьюстон, штат Техас
CSM-103 «Аполлон-8» 21 декабря 1968 года командный модуль экспонируется в Museum of Science and Industry, г. Чикаго
CSM-104 Gumdrop «Аполлон-9» 3 марта 1969 года командный модуль экспонируется в Aerospace Museum, г. Сан-Диего
CSM-105 испытательный экземпляр, использован для акустических испытаний экспонируется в Национальном музее авиации и космонавтики, г. Вашингтон, в составе экспозиции, посвященной программе «Союз-Аполлон»
CSM-106 Charlie Brown «Аполлон-10» 18 мая 1969 года командный модуль экспонируется в Science Museum, г. Лондон, Великобритания
CSM-107 Columbia «Аполлон-11» 16 июля 1969 года командный модуль экспонируется в Национальном музее авиации и космонавтики, г. Вашингтон
CSM-108 Yankee Clipper «Аполлон-12» 14 ноября 1969 года командный модуль экспонируется в Virginia Air & Space Center, г. Хэмптон, штат Вирджиния
CSM-109 Odyssey «Аполлон-13» 11 апреля 1970 года командный модуль экспонируется в Kansas Cosmosphere and Space Center, г. Хатчисон, штат Канзас
CSM-110 Kitty Hawk «Аполлон-14» 31 января 1971 года командный модуль экспонируется в United States Astronaut Hall of Fame, Titusville, штат Флорида
CSM-111 «Союз-Аполлон» 15 июля 1975 года командный модуль экспонируется в California Science Center, г. Лос Анжелес, штат Калифорния; ранее экспонировался в Космическом центре им. Кеннеди, м. Канаверал, штат Флорида
CSM-112 Endeavour «Аполлон-15» 26 июля 1971 года командный модуль экспонируется в National Museum of the United States Air Force, база военно-воздушных сил Wright-Patterson Air, г. Дэйтон, штат Огайо
CSM-113 Casper «Аполлон-16» 16 апреля 1972 года командный модуль экспонируется в United States Space & Rocket Center, г. Хантсвилл, штат Алабама
CSM-114 America «Аполлон-17» 7 декабря 1972 года командный модуль экспонируется в Space Center Houston, г. Хьюстон, штат Техас
CSM-115 отменен, полностью не завершен, отсутствует сопло маршевого двигателя экспонируется как часть экспозиции ракеты «Сатурн-5» в Космическом центре им. Джонсона, Хьюстон, штат Техас; отреставрирован в 2005 году
CSM-115а отменен, не завершен
CSM-116 первая экспедиция посещения орбитальной станции «Скайлэб» 25 мая 1973 года командный модуль экспонируется в National Museum of Naval Aviation, г. Пенсакола, штат Флорида
CSM-117 вторая экспедиция посещения орбитальной станции «Скайлэб» 28 июля 1973 года командный модуль экспонируется в Исследовательском центре им. Гленна, г. Кливленд, штат Огайо
CSM-118 третья экспедиция посещения орбитальной станции «Скайлэб» 16 ноября 1973 года командный модуль экспонируется в Национальном музее авиации и космонавтики, г. Вашингтон
CSM-118 спасательный корабль для «Скайлэб» и запасной для проекта «Союз-Аполлон» командный модуль экспонируется в Космическом центре им. Кеннеди, м. Канаверал, штат Флорида

[1]

Unless otherwise stated, the content of this page is licensed under Creative Commons Attribution-ShareAlike 3.0 License