«Знание - сила» №7 1961 год
ВОЗВРАЩЕНИЕ
Л. ГИЛЬБЕРГ
Рисунки Н. ЗАХАРЖЕВСКОГО
Каждое судно на крайний случай имеет в запасе шлюпки. Аэроплану, когда он появился, тоже нужна была спасательная «шлюпка», которая позволила бы его экипажу во время бедствия добраться по «волнам» воздушного океана до твердой земли, подобно тому, как спасаются моряки с тонущего судна.
Таким средством, которое позволяет «опереться» на воздух, затормозить беспорядочное падение летчика и благополучно приземлить его, стал парашют.
Еще в глубокой древности примитивные зонты использовались для прыжков с высоких обрывов. До нас дошли чертежи спасательного аппарата, сделанные гениальным Леонардо да Винчи. В XVIII веке француз Ж. Монгольфе при помощи большого зонтообразного купола благополучно совершил прыжок с высокой башни. Вслед за тем его соотечественник Ленорман создал устройство, состоявшее из матерчатого купола и строп, и назвал его парашютом (от французских слов — «паре» — предотвращать и «шют» — падение). Парашют стали использовать как спасательное средство для воздухоплавателей. В полураскрытом виде его прикрепляли к гондоле воздушного шара, а перед прыжком воздухоплаватель привязывал или пристегивал к себе стропы.
Попытки летчиков использовать такие парашюты не были успешными. Нужен был специальный авиационный парашют. Впервые его создал в 1911 году отставной поручик русской армии талантливый изобретатель Г. Е. Котельников. Купол и стропы вкладывались в специальный наспинный ранец летчика, что позволяло ему в любом положении покинуть самолет и раскрыть парашют уже при свободном падении. Принцип конструкции, созданной Котельниковым, лежит в основе всех современных парашютов. Парашюты спасли жизнь тысячам летчиков.
ЮРИЙГАГАРИН - ЧИТАТЕЛЯМ ЖУРНАЛА „ЗНАНИЕ - СИЛА" В четвертом номере журнала «Знание — сила» за этот год я прочитал статью «Фантастика и советская быль». В ней рассказывается о специальном космическом номере вашего журнала, выпущенном несколько лет назад. В статье говорится: «Мы еще не знаем, держал ли в руках этот журнал Юрий Гагарин, хочется думать, что держал». Автор статьи не ошибся: да, держал и внимательно читал этот журнал. Ведь в нем большой раздел был посвящен первому полету советских людей в космос. И хотя это было в то время фантастикой, но журнал нашел форму реалистического рассказа, были даже помещены «фотографии» вымышленных космонавтов, их имена, фамилии, биографии. А обложка изображала старт ракеты и внизу дата — 1974 год. В общем, перед читателями был журнал «Знание — сила» за 1974 год... Теперь этот номер любопытно перелистать. Когда он вышел — помню очень хорошо — я учился в техникуме, и был уже летчиком-любителем. Я горячо рассказывал своим товарищам по аэроклубу о том, как советские люди полетели в космос. Ребята слушали и улыбались, а потом спросили: — Гдз ты это все вычитал? — В журнале «Знание — сила». — Так бы сразу и сказал. В этом журнале любят печатать фантастику. Вы можете спросить, почему запомнился мне космический номер журнала «Знание — сила»? Пожалуй, потому, что многие материалы в нем читались как вполне серьезные научно-популярные статьи. Вот, например, статья моего фантастического предшественника — командира корабля «Луна-1» М. А. Седова. Перед своим «полетом» он пишет: «Развитие реактивной техники в нашей стране заложило основу межпланетных путешествий. Вы знаете, что уже несколько лет тому назад начались регулярные сверхдальние рейсы пассажирских ракетопланов в ионосфере. Обстановка полета в этих ракетопланах очень близка к условиям межпланетного рейса. И там и здесь — резкая перегрузка при взлете и отсутствие тяжести в середине пути.
Конечно, возможны всякие неожиданности, но вряд ли мы встретим серьезные препятствия. С межпланетным пространством наука уже познакомилась. Уже 4 года советские ученые регулярно получают сведения от своих помощников с высоты 35 тысяч километров. Я имею в виду приборы, находящиеся на искусственном спутнике Земли.
Трасса Земля — Луна тоже облетана, пока, правда, без людей — автоматическими ракетами. Если вы помните, первый полет такой ракеты был неудачным: из-за погрешности электронного регулятора, который выключил двигатель раньше времени, ракета не долетела до Луны и теперь движется в пространстве, превратившись во второй искусственный спутник Земли. Зато вторая ракета совершила успешную посадку на Луну близ кратера Птоломея и известила об этом вспышкой специального порохового заряда.
Но больше всего нам дали последние ракеты — третья и четвертая. Одна из них облетела вокруг Луны и доставила на Землю необычайно интересный кинофильм, в котором люди впервые увидели обратную сторону Луны.
Итак аппараты разведали дорогу, и теперь в путь отправляются люди». Сегодня читатели журнала «Знание — сила» уже могут сравнить эту фантастику и действительность. В заключение, разрешите поблагодарить редакцию за присланный мне номер журнала за 1974 год. Хочется передать сердечный привет молодым читателям журнала «Знание — сила» — ремесленникам, школьникам. Читая этот журнал, они, я уверен, хорошо знают, что знание - это действительно сила. Ю. ГАГАРИН |
Но вот появились реактивные самолеты. Резко возросли скорость и высота полета. И тут оказалось, что старый друг — парашют уже не может гарантировать безопасность летчика при аварии.
Если раньше летчик в случае аварии покидал самолет, вылезая из кабины, то при скоростях 500 километров в час и больше это стало невозможным.
Мощный поток воздуха с огромной силой давит на все выступающие из самолета предметы. Если бы летчику и удалось выбраться из кабины, то все равно поток воздуха немедленно отнес бы его к хвостовому оперению. Трагический исход был бы неминуем. Поэтому реактивные самолеты на случай аварии оборудованы специальными установками, которые выбрасывают — катапультируют — летчика вместе с сиденьем.
Для того чтобы как можно быстрее отделить кресло с летчиком от самолета и перебросить их через хвостовое оперение — киль, наиболее подходящим оказался стреляющий механизм.
Кресло с летчиком выстреливается из кабины, как снаряд из пушки. Заряд взрывчатки в пиропатронах механизма рассчитывается в зависимости от веса летчика, сиденья и снаряжения, скорости и высоты полета, расстояния от кабины до киля.
Чтобы при катапультировании кресло не задело хвостового оперения самолета, выстрел должен быть достаточно сильным. Но тут начинаются многочисленные противоречия, которые приходится преодолевать конструкторам.
При выстреле возникают более чем двадцатикратные перегрузки (подробнее о перегрузках см. в статье «Перед полетом человека», «Знание — сила» № 10 за 1960 г.), действующие на кресло и летчика. Правда, они очень кратковременны, эти перегрузки, и при соблюдении всех правил катапультирования переносятся относительно легко. Но когда кресло уже отделилось от самолета, летчик испытывает еще большую перегрузку. Ведь кресло резко тормозится воздушным потоком. Даже на высоте 11 000 метров, где слой воздуха очень разрежен при скорости 1800 километров в час, эта перегрузка составляет 33 единицы (то есть ускорение равно 33 g!) Кроме того, летчик ударяется о встречный поток воздуха с силой до 2 тонн при скорости самолета около 1000 километров в час на средних высотах. К счастью, удар длится тоже очень короткое мгновение — не более одной десятой доли секунды.
При катапультировании вниз легче избежать столкновения с хвостовым оперением, выстрел может быть более слабым, меньшими становятся перегрузки. Но такое катапультирование не всегда обеспечивает спасение летчика при малой высоте полета и совсем исключает при взлете самолета.
А ведь аварии нередко происходят именно на взлете. Поэтому на большинстве скоростных самолетов кресла выстреливаются вверх с довольно значительной скоростью.
8 сентября 1955 года впервые в истории авиации на одном из английских аэродромов испытатель Файфилд катапультировался, когда самолет находился еще на взлетной дорожке. Креслу была сообщена скорость 24,4 метра в секунду, и оно оказалось подброшенным достаточно высоко, чтобы автоматы успели открыть основной парашют. Через 4-5 секунд после катапультирования испытатель благополучно приземлился.
Но как справиться с перегрузками? Кресло делается такой формы, чтобы тело летчика прилегало к нему наиболее плотно и наибольшей площадью. Перед катапультированием ноги поджимаются вверх и фиксируются специальными захватами, выдвигаются особые щитки или сетки, препятствующие разбросу рук. В некоторых случаях ограничивают движение головы. Летчики надевают специальные противоперегрузочные костюмы. Кроме того, кресло с летчиком выстреливается таким образом, чтобы перегрузки действовали в направлении «грудь-спина». Теперь перегрузки уже не страшны.
А как быть с ударом о воздух? Тут наиболее уязвимо лицо летчика. Для защиты его натягивается специальная шторка. Этим же движением обычно приводится в действие и вся система катапультирования.
Когда летчик немного вытягивает шторку, включается специальный механизм, сбрасывающий фонарь с кабины самолета, другие механизмы выдвигают упоры и захваты. Но вот шторка натянута полностью. Капсюли воспламеняют взрывчатку, кресло скользит по направляющим рельсам и вместе с летчиком выстреливается в пространство.
На тот случай, если фонарь заклинило, заголовнику кресла придана форма, позволяющая пробить фонарь и катапультироваться через него, не причинив вреда летчику.
Первая задача после катапультирования — стабилизировать беспорядочный полет кресла, его кувыркание, которое может быть гибельным для человека.
Через полсекунды после выстрела специальный автомат выдвигает стабилизирующие щитки, и срабатывает так называемая парашютная «пушка» — пиротехническое устройство, которое вводит в действие маленький парашют. Вращение кресла замедляется, стабилизирующий парашют наклоняет его вдоль воздушного потока, а скорость кресла, которое под воздействием сил инерции движется пока почти горизонтально, как летел самолет, замедляется до 500-600 километров в час.
Теперь освобождается особый замок, и парашютик вытягивает новый парашют, побольше, называемый тормозным. Его задача — замедлить движение кресла, создать условия для открывания основного парашюта с большим куполом. Если открыть его сразу, то торможение будет столь резким, что удара не выдержит даже самая прочная парашютная ткань, да и летчику придется туго от новой порции огромных перегрузок. Есть и еще одна причина для задержки открытия основного парашюта. Если катапультирование произошло на большой высоте, важно как можно быстрее снизиться до 3-4 тысяч метров. Ведь нужно защитить летчика от недостатка кислорода и пониженного барометрического давления атмосферы, от низкой температуры и от космических лучей, В этом случае специальный автомат — баростатический регулятор — задерживает открывание основного парашюта до высоты 3000 метров.
Итак, после определенного времени спуска тормозной парашют вытягивает основной. Если все же перегрузки получаются больше допустимых, то особое устройство дополнительно задерживает на некоторое время выпуск основного парашюта.
Когда, наконец, полностью сработала вся каскадная парашютная система, очередной автомат открывает замки, удерживающие летчика в кресле, и оно отваливается. Дальше уже спуск и приземление человека на парашюте происходят как обычно.
Все растущая высота полета современных самолетов осложняет задачу спасения летчика. Уже на высоте 3-4 километров сказывается недостаток кислорода. Обычные кислородные приборы (аппараты, которые обогащают вдыхаемый воздух кислородом, но не создают в легких повышенного давления) отодвигают высотную границу до 12 километров. При больших высотах, чтобы не допустить кислородного голодания, необходимо повысить давление атмосферы, окружающей летчика. Кроме того, на высоте более 9 километров наступают и другие расстройства, связанные с низким барометрическим давлением (боли в суставах, в желудке и т. п.).
В самолете летчика обычно защищает специальная герметическая кабина, в которой поддерживаются соответствующие давление и температура. Но как быть, если возникает необходимость покинуть самолет! Да и в самой кабине в случае аварии может произойти мгновенная разгерметизация (взрывная декомпрессия). Тут и приходят на помощь компенсирующие костюмы и высотные скафандры.
В скафандре, как и в герметической кабине, на тело человека действует равномерное повышенное давление воздуха, который свободно циркулирует между поверхностью тела и герметической оболочкой скафандра.
Высотный скафандр — это по существу очень легкая эластичная, газонепроницаемая «кабина», надетая непосредственно на тело летчика. Для удобства движения в местах основных сочленений имеются шарниры.
В компенсирующем костюме под повышенным давлением кислорода находятся только голова (благодаря герметическому шлему). А уравновешивающее давление на тело создается механически — натяжением оболочки костюма, которая плотно обтягивает все тело.
Пока герметическая кабина исправна, скафандр или костюм не стесняют движений летчика. Кислород поступает в шлем от бортовой сети. Но как только в кабине упало давление воздуха автоматы высотного снаряжения включают подачу кислорода с необходимым для данной высоты полета давлением, скафандр автоматически надувается. Если на летчике компенсирующий костюм, то надуваются камеры натяжных устройств, сдавливая тело.
Компенсирующий костюм позволяет находиться на большой высоте после разгерметизации кабины лишь короткое время, а скафандр дает возможность продолжать полет на высоте. То и другое снаряжение (главным образом, шлем) неплохо защищают летчика от удара о воздушный поток при катапультировании. Автоматы мгновенно отключают все провода и шланги, соединяющие скафандр с самолетом, герметически закрывают разъемы, включают подачу кислорода от парашютных кислородных баллонов.
Для защиты от воздействия низких и высоких температур поверх высотного компенсирующего костюма надевается вентилируемая (для отвода тепла и влаги] и теплоизолирующая одежда, а при полетах над морем еще и морской спасательный костюм. Высотный скафандр сам является вентилируемой одеждой и обычно обладает плавучестью. Добавление к нему теплоизолирующего слоя или специального костюма позволяет человеку долгое время находиться даже в ледяной воде.
Благодаря усилиям ученых и конструкторов в настоящее время созданы наиболее удобные и безопасные конструкции катапультируемых сидений, скафандров и компенсирующих костюмов.
Казалось бы, сделано все, чтобы спасти летчика с потерпевшего аварию самолета. Но быстро, очень быстро развивается авиация. И то, что было хорошо всего 2-3 года назад, сегодня уже недостаточно. Катапультируемые кресла, которые пригодны для спасения с самолетов, летающих на околозвуковых скоростях, не могут помочь летчику, если потерпел аварию самолет с большой сверхзвуковой скоростью — кресло нужно выстреливать гораздо стремительнее, растут перегрузки, сильнее становится удар о воздушный поток. А ведь многие самолеты летают уже со скоростями более 2000 километров в час. Экспериментальные ракетные самолеты достигли скорости 4000 километров в час. Уже сегодня необходимо спасательное оборудование для летчиков ракетопланов и космонавтов обитаемых спутников.
В последнее время, по сообщениям западной печати, создан ряд оригинальных устройств. Вот, к примеру, созданы новые образцы катапультируемых кресел. Место пиропатрона в них занял ракетный двигатель. Перед катапультированием такое кресло поворачивается на 90 градусов. Летчик катапультируется лежа на спине: в таком положении гораздо легче переносятся большие перегрузки. И в воздушный поток оно уже попадает, так сказать, «донышком» вперед. Нижняя часть сиденья заслоняет человека от скоростного напора. Наиболее совершенные образцы таких кресел позволяют катапультироваться на скорости до 2400 километров в час.
Разработаны и первые образцы специальных спасательных капсул. Это как бы маленькая кабина, которая образуется выдвижными стенками. Такая капсула автоматически закрывается и герметизируется перед катапультированием, обеспечивая защиту от встречного потока воздуха и безопасное приземление. К тому же она служит контейнером для спасательных средств (парашюты, аварийный запас, кислородное оборудование и т. п.) и спасательным плотом на случай попадания в воду. Это избавляет летчика от необходимости надевать на себя большое количество снаряжения.
Специальный пиропатрон закрывает три створки двери, образуя герметизированный отсек. После закрытия капсулы, если обстановка не требует немедленного катапультирования, летчик может продолжать полет — ручка управления остается внутри капсулы, а через специальное окошечко ему видны основные пилотажные приборы. Снизившись на безопасную высоту, летчик может открыть дверь капсулы, а в случае новой опасности, включить второй пиропатрон и повторить весь цикл подготовки к катапультированию.
После катапультирования капсула снижается на парашютной системе. Во время спуска из капсулы выдвигаются четыре телескопические штанги — они стабилизируют посадку. На них размещены также поплавки.
Разрабатываются и образцы отделяемых кабин, которые представляют собой по существу целую переднюю часть фюзеляжа с кабиной летчика — в случае аварии эта часть отделяется от самолета и спускается на парашютах.
Развитием этой системы является метод приземления астронавтов со спутников.
Разработаны и спасательные системы. Кабина с пилотом снабжена довольно мощным ракетным двигателем, который может спасти космонавта в случае неполадок с ракетой даже на старте — капсула отделяется от ракеты, взлетает высоко вверх и затем приземляется на парашютах. Мощности двигателя, который выстреливает капсулу, достаточно для отделения от ракеты-носителя даже на так называемом активном участке траектории, то есть когда работают основные двигатели ракеты.