За новую технику № 6 (3607) от 15 февраля 2013 г.

Проекты завтрашнего дня

ПЕРСПЕКТИВНАЯ ПИЛОТИРУЕМАЯ ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА

На заседании научно-технического совета (НТС) корпорации 1 февраля с основным докладом выступил первый заместитель генерального конструктора, главный конструктор пилотируемых космических комплексов Н.А.Брюханов. Он представил результаты первого этапа работы по созданию перспективной пилотируемой транспортной системы, выполненной большим коллективом специалистов РКК «Энергия» и смежных организаций.
Докладчик сообщил, что технический проект на пилотируемый космический комплекс разработан в соответствии с государственным контрактом и техническим заданием (ТЗ). Основная задача создаваемой системы – осуществление полётов за пределы околоземных орбит, в том числе к Луне. В состав комплекса входит пилотируемый транспортный корабль, предназначенный для доставки экипажа и груза на окололунные и весь спектр околоземных орбит и безопасного возвращения экипажа на Землю.
Работа по техническому проекту продолжалась два года, но, практически, в середине срока заказчик почти полностью изменил ТЗ. Задача создать пилотируемый транспортный корабль, предназначенный не только для полётов на околоземные орбиты, потребовала проведения огромного объёма работ в очень сжатые сроки, причём в рамках уже выделенного по госконтракту финансирования.
К пилотируемому транспортному кораблю были предъявлены более сложные требования: обеспечить его возвращение от Луны со 2-й космической скоростью, когда кинетическая энергия по сравнению с возвращением с 1-й космической скоростью возрастает в два раза. Это привело к необходимости создания нового теплозащитного покрытия, решения более сложных баллистических, навигационных задач, обеспечения дальней связи и т.д.
На этапе технического проекта были учтены все замечания, проведена классификация требований на соответствие техническому заданию, разработаны технические требования к составным частям пилотируемого комплекса, определена номенклатура опытно-конструкторских работ, требующих отдельного финансирования.
Докладчик представил составные части технического проекта: на пилотируемый космический комплекс и пилотируемый транспортный корабль. Рассказал о проведённой работе по определению характеристик транспортного корабля для решения различных задач. Было определено, что доставка пилотируемого транспортного корабля на полярную окололунную орбиту наиболее энергетически затратна, но и наиболее интересна с точки зрения получения результатов. Именно такая орбита позволит осуществить посадку лунного модуля в любой точке Луны, в отличие от экваториальной орбиты, когда речь может идти только об экваториальных областях. Поэтому была поставлена задача-максимум: обеспечить энергетику транспортного корабля, которая позволит ему возвращаться с окололунной полярной орбиты. Одновременно рассматривалась и задача полётов в точку либрации Л1, менее энергетически напряжённую, чтобы пилотируемый транспортный корабль мог возвращаться из неё без каких-либо ограничений.
В результате работы над проектом выпущено 1073 книги технической документации, из них 407 книг разработки РКК «Энергия» и 666 – смежных организаций. В настоящее время в цехе 439 на стадии сборки находится проектно-компоновочный макет возвращаемого аппарата транспортного корабля, а всего за период разработки изготовлено и испытано 17 моделей возвращаемого аппарата и головного блока (часть из них были представлены в конференц-зале корпорации), проведены их исследования в аэродинамических трубах. По результатам экспериментальных исследований выпущено 40 научно-технических отчётов, разработаны нормы прочности для пилотируемых полётов к Луне и обратно. Проведён огромный объём работ на плазматронах по определению теплофизических свойств, как материалов, так и аппарата при возвращении со 2-й космической скоростью.
Н.А.Брюханов дал пояснения по каждому направлению работы. В докладе обращено внимание на особенности баллистической схемы полёта. Он отметил, что с точки зрения выведения полезных нагрузок в космос по сравнению с другими странами, использующими космодромы вблизи экватора Земли, наша страна расположена географически не благоприятно. Для доставки грузов на орбиту мы вынуждены тратить больше энергетики, так как на более высоких широтах вращение Земли даёт меньшую прибавку к скорости полёта. Но ещё больше трудностей возникает при возвращении с Луны. Чтобы решить задачу возвращения на территорию нашей страны, придётся затратить дополнительную энергию. Более того, в силу законов физики и небесной механики мы можем возвращаться на штатный полигон с полярной лунной орбиты лишь 2 дня в течение 2 недель, то есть всего 4 дня в месяц. Стояла задача обеспечить возвращение экипажа и в случае нештатных ситуаций или при различных изменениях в программе полёта. Н.А.Брюханов подвёл итог серьёзной работы специалистов по этому направлению: решения найдены, сегодня мы можем возвращаться с окололунной орбиты осуществляя безопасный спуск, и если понадобится, не только в любой день, но и в любое время суток. Правда, тогда в резервный район посадки.
Выступающий показал на сопровождающих доклад слайдах полигоны посадки, которые предполагается использовать на территории РФ, отметив, что они отличаются от представленных в эскизном проекте. Причины две. По результатам космической съёмки оказалось, что районы предполагаемого приземления меньше, чем по представленному ранее картографическому анализу. И обеспечение точности посадки при возвращении с Луны требует других условий, чем при возвращении с низкой орбиты. Поэтому на территории РФ были найдены новые штатные и резервные районы посадки.
Говоря о структуре пилотируемого космического комплекса, Н.А.Брюханов остановился на её космической головной части. Она состоит из пилотируемого транспортного корабля, ракетного блока аварийного спасения и сборочно-защитного блока. Задача пилотируемого транспортного корабля – обеспечить пилотируемый полёт четырёх человек, как на околоземную, так и на окололунную орбиту, и возвращение их на Землю. Были представлены геометрические и основные технические характеристики корабля. К примеру, полезная нагрузка транспортного корабля при полёте на околоземную орбиту – не менее 500 кг, на окололунную – не менее 100 кг. Дополнительное требование – возможность возвращения с околоземной орбиты до 6 человек. Масса корабля для полёта к Луне – 20 тонн, для полёта на низкую орбиту – 14 тонн. В трёхмерной модели на экране была показана внутренняя компоновка возвращаемого аппарата: командный, агрегатный, двигательный отсеки.
Докладчик отметил, что в рамках проекта обеспечивается многоразовость возвращаемого аппарата. Спасение экипажа практически на всём этапе выведения обеспечивается двуступенчатым ракетным блоком аварийного спасения. Гарантией комфортной посадки является гашение вертикальной и горизонтальной скорости (в идеале до 0, но не более 3 м/сек.) и осуществление посадки на опоры. Точность посадки обеспечивается в пятно радиусом не более 5 км (для корабля «Союз» – 29 км). Обеспечивает «мягкую» посадку, а значит, и принцип многоразовости, твёрдотопливная установка и трёхкупольная парашютная система. Используемая схема аварийного спасения даст возможность обеспечить посадку возвращаемого аппарата на площадке вблизи старта практически до 56 сек. полёта и спасение экипажа вплоть до 729 сек. полёта из 748 сек. этапа выведения. Эти выводы подтверждены итогами большой работы, в том числе и огневыми испытаниями в Московском институте теплотехники.
Сложной назвал докладчик новую трассу выведения, которая пройдёт над океаном. Спасение экипажа будут обеспечивать три судна и два самолёта, при этом будет соблюдаться требование: при аварийной посадке экипаж должен находиться в возвращаемом аппарате не более 4 часов. Впервые для того, чтобы осуществить довыведение космического корабля, будет использоваться его двигательная установка. Таким образом, половина Тихого океана освобождается от необходимости контроля силами поисково-спасательной службы. Эвакуацию людей и комфортабельное транспортирование до встречи с судном поисково-спасательной службы будет осуществлять специальный катер, десантируемый с самолёта и имеющий двухсуточный запас автономного хода.
Освещая технологии приземления, Н.А.Брюханов отметил, что заданную точность посадки обеспечат трёхкупольная парашютная система (с «горячим» резервированием парашютов) и посадочная тормозная двигательная установка для гашения как горизонтальной, так и вертикальной составляющей скорости приземления. В докладе был представлен также макет универсального кресла, которое не требует изготовления индивидуального ложемента. Все его параметры достаточно быстро регулируются под конкретного человека, даже ростом, к примеру, 195 см.
По используемым в проекте материалам докладчик ещё раз обратил внимание на сложность возвращения космического аппарата на Землю со 2-й космической скоростью. Пришлось сначала решать исследовательские задачи, так как последние десятилетия эта тема не разрабатывалась. Сегодня, основываясь на экспериментальных данных, необходимые характеристики по теплозащитным материалам получены. Н.А.Брюханов поблагодарил за работу организации, изготовившие материалы для теплозащиты и проводившие испытания. И рассказал, что был момент, когда всем показалось, что сделать материал с необходимыми характеристиками не удастся. Но материал создан. Его образцы, которые будут применяться на возвращаемом аппарате при теплозащите его боковой поверхности и в лобовом теплозащитном экране, были представлены в зале.
В новом корабле предполагается широкое использование неметаллических углепластиковых материалов. К примеру, верхний негерметичный отсек, агрегатный отсек, конструкция лобового теплозащитного экрана, обечайка двигательного отсека. Это обеспечивает уменьшение массы пилотируемого транспортного корабля, но накладывает определённые требования к технологии изготовления данных элементов. Корпус возвращаемого аппарата изготавливается из алюминиевого сплава, и уже есть два варианта технологии изготовления.
Остановился докладчик и на вопросах связи и навигации, где также решены все технические задачи с учётом ряда ограничений. Связь на больших дальностях при полётах к Луне требует другой энергетики. За счёт оснащения пилотируемого транспортного корабля двухдиапазонной системой связи его масса несколько увеличится, несмотря на борьбу за каждый грамм. Такая система принята из-за требования ряда ведомств не создавать им помех в радиоэфире.
Система управления бортовым комплексом пилотируемого транспортного корабля будет создаваться с использованием 4-канальной цифровой машины в составе основной центральной вычислительной системы. Будет и резервная одноканальная вычислительная машина, но на другой элементной базе, с другой математикой. По мнению специалистов, это обеспечит не только резервирование материальной части, но и функциональное резервирование. В случае необходимости резервная вычислительная машина возьмёт на себя главные операции транспортного корабля. В систему управления включена и вычислительная машина двигательного отсека, предназначенная для управления его оборудованием. Но главная её задача – обеспечить увод двигательного отсека в предусмотренный район акватории Мирового океана.
В составе системы управлением движением и навигации пилотируемого транспортного корабля использованы лидары (телевизионные системы) и традиционная система сближения «Курс-ЛА».
По системе обеспечения теплового режима основная проблема заключается в длительности посадки. Чтобы обеспечить возвращение космического аппарата на территорию РФ, спуск будет длиться не 10 минут, как сегодня происходит на кораблях «Союз», а до 1,5 часов. Обеспечивать тепловой режим возвращаемого аппарата будет испарительная система терморегулирования. Для обеспечения надёжности, система терморегулирования дублируется. А двигательная установка транспортного корабля обеспечит те импульсы, которые необходимы для возвращения от Луны и с любой точки траектории полёта к Луне.
В составе системы исполнительных органов управления спуском будет использоваться тот же принцип, что и на корабле «Союз». Компонент, на котором будет работать система,– перекись водорода. Впервые будут использоваться многоразовые двигатели.
Как было отмечено в докладе, принципиально новым в системе энергоснабжения является использование на возвращаемом аппарате одноразовых батарей. Проведённые исследования показали, что их применение более надёжно и менее затратно. Будут применяться также солнечные батареи новой разработки и литий-ионные аккумуляторы новой технологии.
Система жизнеобеспечения на пилотируемом транспортном корабле будет существенно отличаться от действующей на корабле «Союз», приближаясь к системе жизнеобеспечения на борту орбитальных станций. В частности, для поддержания заданных параметров атмосферы предлагается использовать систему «Воздух». С помощью этой же системы будет происходить и удаление влаги.
Чтобы обеспечить меньшую стоимость и большую безопасность при транспортировке пилотируемого транспортного корабля с завода на космодром, габариты его составных частей ограничены вместимостью самолёта Ан-124, который и доставит его на место.
Для лётной отработки пилотируемого транспортного корабля предлагается выполнить три беспилотных полёта с космодрома «Байконур». После этого этапа испытаний корабль планируется использовать для пилотируемых полётов с космодрома «Восточный». И при наличии ракеты сверхтяжёлого класса, обеспечивающей полёт к Луне, необходимо будет ещё два испытательных полёта.
Выступающий сообщил также, что определены требования к средствам межорбитальной транспортировки. Разработан и генеральный график создания перспективной пилотируемой транспортной системы со сроком начала работ 1 января 2013 года. Когда появится финансирование, этот график будет соответственно откорректирован по срокам.
Доклад показал, что первый этап работы завершён: технический проект разработан в соответствии с ТЗ заказчика. Н.А.Брюханов предложил НТС принять решение об отправке материалов технического проекта в ЦНИИмаш и заказчику для проведения экспертизы и переходу к следующему этапу работ по перспективной пилотируемой транспортной системе.

Подготовила И.Канточкина