Новые старые решения в управляемом спуске из космоса

Пути прогресса неисповедимы: многое, что вчера казалось неэффективным, сегодня выглядит самым оптимальным. И вот специалисты из НАСА вновь вспомнили про один старый проект — технологию использования для торможения и посадки спускаемой капсулы пилотируемого космического корабля не традиционного парашюта, а винта, внешне похожего на вертолетный.

Фото:

Нет ничего более впечатляющего, чем запуск современной комической ракеты! Огромная колонна медленно отрывается от земли, опираясь на огненный хвост и с оглушительным ревом уносится в небо, где еще долго после этого виден ее инверсионный след. А вот посадка космического корабля внешне совсем не так эффектна. Маленькая капсула — все, что осталось от многометровой колонны висит на нескольких парашютах и… все.

Причем парашютная система, даже самая совершенная и надежная, по сути есть то же самое, что и воздушный шар: она так же подвержена порывам ветра и летит туда, куда дует ветер. Уже были случаи, когда космические аппараты возвращавшиеся на землю, заносило и в горы и в дикую тайгу. Так что проблема управляемого спуска из космоса была, есть, и еще долгое время будет серьезной головной болью для конструкторов возвращаемых на землю космических аппаратов. Казалось бы, ну что тут можно придумать? Однако пытливая человеческая мысль не успокаивается и здесь.

Читайте также: "Одиссей" проснулся и готов к труду

Так, например, еще в 1960-х НАСА некоторое время носилась с идеей использования для торможения и посадки спускаемой капсулы пилотируемого космического корабля не парашюта, а винта, внешне похожего на вертолетный, однако по сути работающего подобно автожиру. Преимущества такого способа очевидны: набегающий поток воздуха не только будет вращать винты, замедляя аппарат, но и, создавая подъемную силу, позволит капсуле, спускаясь на авторотации, эффективно управлять траекторией.

Но весомы и минусы: парашют проще и дешевле. Тем не менее, несмотря на строгие финансовые ограничения, когда доля финансирования НАСА в ВНП США сегодня упала до исторического минимума, это ведомство вновь возвращается к старой идее. Тогда, в 60-е, подобрать спускаемую капсулу в любой точке мирового океана казалось самым простым вариантом, из-за чего проект приземления на авторотации и показался слишком уж сложным, а значит и дорогим!

То есть сегодня предлагается превратить спускаемый аппарат в нечто подобное автожиру, причем автожир и вертолет хотя внешне и похожи друг на друга, на самом деле аппараты совсем не тождественные! А было так, что испанский инженер Хуан де ла Сиерва чуть было не погиб в авиационной катастрофе и… задумал создать такой аппарат, который смог бы безопасно опуститься на землю в случае остановки двигателя и создал его в 1919 году!

Уже 9 января 1923 года его первый автожир С-4 совершил свой первый полет, а затем их начали строить во всем мире и, кстати говоря, строят до сих пор, хотя и не так активно, как те же самые вертолеты. Причем автожиры в некотором отношении превосходят и самолеты, и вертолеты по безопасности полета. Самолету опасна потеря скорости, поскольку он сваливается при этом в штопор. Автожир при потере скорости начинает плавно снижаться.

При отказе мотора автожир не падает, а планирует, используя эффект авторотации (несущий винт вертолета при отказе двигателя также переводится в режим авторотации, но на это теряется несколько секунд, важных при вынужденной посадке). Пилот может управлять направлением снижения, при этом автожиру не требуется посадочная полоса, что также очень важно для обеспечения безопасности полета, особенно при вынужденной посадке в незнакомом месте.

Доказано, что автожир в среднем гораздо дешевле легких самолетов и вертолетов, да и управлять им проще, чем последними. Выходит, что это один из самых безопасных летательных аппаратов, среди всех когда-либо созданных человеком. Это обусловливается его следующими особенностями: он не подвержен штопору, способен совершать мягкую посадку с неработающим двигателем, требования к площадке для посадки у него минимальны; к тому же он гораздо менее чувствителен к термическим потокам (по сравнению с такими летательными аппаратами, как дельтаплан и параплан), ну и наконец он менее чувствителен к болтанке (по сравнению с самолетом). Правда, есть несколько нежелательных для него режимов полета, а обледенение несущего винта чревато потерей способности к авторотации.

Однако в данном случае последним недостатком вполне можно пренебречь, в то время, как новые материалы позволяют сделать прочные складные винты намного легче, а главное, с их помощью можно будет не спускать капсулу в океан, а относительно точно приземлить ее куда следует, минимизируя при этом расходы на ее поиск и транспортировку. Конечно, теоретически, чтобы избежать этих проблем, можно интегрировать в спускаемую капсулу тормозные двигатели, как, например, это сделано на "Союзе ТМ".

Но этот вариант тяжелее и дороже винтов, и не обеспечивает должной управляемости собственно в полете. Кроме того, такую же схему в перспективе можно будет применять и для спасения и последующего многократного использования топливных баков SLS — нового носителя, разрабатываемого сейчас НАСА.

Ну, а пока все выглядит очень скромно: система спуска на авторотации была испытана на модели, сброшенной со 165 м в "здании вертикальной сборки" американских космических аппаратов. Тестировались различные углы установки винтов с целью обеспечить ей максимальную подъемную силу.

Как бы там ни было, если у разработчиков все получится, то будущее у этой системы может быть весьма многообещающим. Ведь по уверениям разработчиков, то, что они делают, это не просто более эффективная замена парашюта новой системой посадки. В перспективе у них может получиться принципиально новый посадочный аппарат, посадить который можно будет не только на любую заранее заданную ВПП, но даже на крышу отдельно стоящего задания!

Такая точность для спускаемых аппаратов, включая и те, что были ранее спроектированы в СССР, сегодня недостижима. В целом же ориентация на увеличение свободы перемещения таких аппаратов в атмосфере наиболее близка к традиционному американскому подходу, наиболее полно выраженному в концепции Space Shuttle.

Правда, уже сейчас можно сказать, что на этом пути американских инженеров ожидает одна большая принципиальная сложность — причем, возможно, что и непреодолимая. Дело в том, что винтам, которые будут выпускаться из капсулы после аэродинамического торможения, придётся вращаться на очень большой скорости, намного большей, чем у автожиров и вертолётов. То есть режимы работы винтов, как и вероятность срыва воздушного потока с них, будут другими, чем у известных нам на сегодня аппаратов, использующих режим авторотации.

Читайте также: На Луну забросят… суперкомпьютер!

Если винты будут небольшими, то скорость снижения останется слишком высокой. Ну, а если их масштаб будет сродни вертолетному, и они окажутся достаточно длинными, то тогда конструкторам придется помучиться с их размещением на борту капсулы, не говоря уже о возможном захлестывании лопастей. Иными словами, американских инженеров и в этом случае ждет интересная и поистине пионерская работа.

Все самое интересное читайте в рубрике "Наука и техника"