Публикации

Вертолетная посадка из космоса

Сегодня для посадки космических аппаратов на Землю или планеты, имеющие атмосферу, применяются либо парашютные системы, либо жесткофиксированное, как у американских шаттлов, крыло...

Ни первый, ни второй варианты не имеют достаточной надежности. Однако существует способ достаточно безопасной посадки как пилотируемой техники, так и отработанных ступеней ракет-носителей - «вертолетный». Разработкой таких систем занимаются сейчас российские ученые.

Еще в Советском Союзе при запусках геофизических ракет попытки спасения контейнеров с научной аппаратурой и животными с помощью парашютных систем далеко не всегда были успешными. Не в полной мере обеспечивала безаварийную посадку спускаемого аппарата и парашютная система, принятая на пилотируемых кораблях «Восток». Во многом этим объясняется и особая озабоченность Сергея Королева, настаивавшего на катапультировании космонавтов перед приземлением из посадочного аппарата. Космонавт Владимир Комаров погиб именно из-за отказа парашютной системы корабля «Союз».

К недостаткам парашютных систем можно отнести и большие перегрузки при введении их в действие, раскачку в воздухе при снижении, ветровой снос, отсутствие маневра во время спуска, большие посадочные скорости и т.д.

Не оправдала себя и «крылатая схема»: полеты американских «Челенджера» и «Колумбии» закончились катастрофой, а советский «Буран» стартовал только один раз, после чего программа вскоре была закрыта. Пока «в подвешенном состоянии» и проект российского крылатого «Клипера».

В наибольшей степени требованиям, предъявляемым к спускаемым космическим аппаратам, удовлетворяет роторная (вертолетная) система приземления. Удобство ее в том, что начальное торможение и стабилизация космического аппарата, регулирование сопротивлением и подъемной силой на всей траектории спуска, а также конечное торможение, то есть, обеспечение мягкой посадки, создаются единой системой.

Идею использования винта в качестве несущей системы для подъема груза, его перемещения на какое-то расстояние, а затем мягкого приземления связывают с именем Леонардо да Винчи. Предложение XV века было реализовано лишь спустя пять столетий. Раньше считалось, что для "полета на крыле" нужно обеспечивать ему машущие, как у птицы, движения. Расчеты основоположника современной аэромеханики русского ученого Николая Жуковского показали, что при определенной форме сечения крыла набегающий поток воздуха создает ему подъемную силу, как в парящем полете птицы. Если несколько таких «крыльев» соединить в виде винта и придать ему вращательное движение, то каждое из них будет обдуваться потоком воздуха, пропорциональным скорости вращения винта. При этом появится подъемная сила, обеспечивающая взлет, горизонтальный полет и посадку летательного аппарата.

Работы по роторным системам, для использования их в качестве тормозного устройства при приземлении космических аппаратов проводились в Советском Союзе еще в 1950-е годы. Было показано, что в массовом (весовом) отношении роторная система может конкурировать с парашютной. Она позволяет осуществлять приземление спускаемого аппарата практически с нулевой скоростью; обеспечивает его маневр в пределах нескольких десятков километров, а при наличии двигателей - и сотен километров; значительно снижает перегрузки. По экспертным оценкам, надежность роторной системы приземления могла быть не хуже, чем у серийных вертолетов.

К использованию несущих винтов склонялся и Королев. Он даже добился привлечения вертолетного КБ Миля к работам по роторным системам посадки космических аппаратов. Однако по тем временам система оказалась достаточно трудно реализуемой. Не было еще необходимых технологий, обеспечивающих высокую надежность большого числа ее звеньев - вращающихся элементов несущего винта, гидравлических приводов управления, автоматических систем стабилизации и посадки и др. Тем более что речь шла о создании гиперзвуковой роторной системы.

С накоплением опыта парашютного приземления космических аппаратов и, в особенности, с освоением мягкой посадки кораблей "Восход" интерес к роторным системам значительно ослаб, и возобновился только в последние годы. Причем связано это не только с появлением новых конструкционных материалов, но и с необходимостью создания удобного в эксплуатации спускаемого аппарата многоразового действия с обеспечением достаточно удобной его посадки в заданном районе. Однозначно требовали разработки возвращаемых ракетно-транспортных систем и новые отношения к экологии Земли и околоземного космического пространства.

В настоящее время под падение отработавших ступеней ракет-носителей, запускаемых с Байконура, выделена территория общей площадью 95 тыс. кв. км. В том числе в России - 23 района падения площадью 49 тыс. кв. м. Местоположение этих районов зависит от трассы выведения, которая, в свою очередь, определяется требованиями к орбите космического аппарата и энергетическими характеристиками конкретной ракеты-носителя.

Идеальный вариант - когда космическая транспортная система полностью многоразовая. Помимо свободного выбора траектории запуска носителя, она позволяет сохранять дорогостоящие конструкции из уникальных материалов, электронику, двигательные установки. И, конечно, исключается выпадение на головы людей «атмосферных осадков» в виде металлолома, причем даже в случае аварийного запуска. Как один из вариантов решения этих проблем - использование роторных систем со складывающимися лопастями, так называемых ротошютов.

Они привлекательны, прежде всего, своей компактностью. Оригинальная конструкция такой системы разработана специалистами Казанского технического университета им. Туполева. В убранном положении лопасти располагаются внутри дискового крыла, которое обеспечивает управляемый спуск в режиме планирования. При приложении к крылу некоторого разгоняющего момента лопасти выходят из него под действием центробежных сил, и начинают авторотировать. После приземления барабану намотки сообщается момент торможения. За счет накопленной кинетической энергии вращения, тросы, к которым прикреплены лопасти, наматываются на барабан и втягивают их обратно внутрь дискового крыла. Система компактна, легка, так как не имеет редукторов и трансмиссий, удобно объединяет винт с крылом.

По мнению экспертов, использование подобных технологий обеспечивает экономически эффективное спасение и повторное использование отработавших ступеней ракет-носителей и имеет хорошие перспективы в обеспечении точного и безопасного приземления посадочных модулей космических аппаратов.


Автор: Юрий Зайцев
Источник: РИА «Новости»

Все статьи