Спасти рядового космонавта

С момента запуска первого человека в космос прошло уже почти 70 лет, но полёты куда-то вверх на больших палках с парой сотен горючего всё ещё требуют определённого мужества и плана «Б» (так, на всякий случай). В этой статье поговорим об этих самых планах отхода и палочках-выручалочках космонавтов — системах аварийного спасения (САС).

11 октября 2018 года, космодром Байконур. Именно отсюда в 11:40:15 МСК с площадки №1 («Гагаринский старт») должен был начать свой полёт к Международной космической станции транспортный пилотируемый корабль «Союз МС-10» с космонавтом «Роскосмоса» Алексеем Овчининым и астронавтом NASA Ником Хейгом на борту. Поначалу всё шло идеально, но на 121-й секунде полета, при отделении первой ступени ракеты-носителя от второй ступени, произошла авария. Сработала система аварийного спасения.

С момента запуска первого человека в космос прошло уже почти 70 лет, но полёты куда-то вверх на больших палках с парой сотен горючего всё ещё требуют определённого мужества и плана «Б» (так, на всякий случай). В этой статье поговорим об этих самых планах отхода и палочках-выручалочках космонавтов — системах аварийного спасения (САС).

Первые шаги

С момента зарождения идеи о полёте в космос живых существ проблема создания надёжной системы спасения стала одной из ключевых. Первый пилотируемый корабль «Восток» обладал собственной системой спасения, основой которой были катапультные кресла экипажа.

Если авария ракеты происходила до 40-й секунды полёта, то по сигналу с земли катапультировалось кресло с космонавтом. При возникновении нештатной ситуации в промежутке с 40-й по 150-ю секунду двигатели ракеты отключались, она начинала падать, а на высоте 7 км осуществлялось катапультирование космонавта по штатной схеме приземления. Если сбой случался с 150-й по 700-ю секунду, то отделялся спускаемый аппарат. При неисправности третьей ступени ракеты, которая могла произойти в промежуток с 700-й по 730-ю секунды, происходило отделение всего корабля. Внимательный читатель задаст вопрос: «А как спасать отважного покорителя космоса в первые 20 секунд полёта?» К сожалению, никак.

При проектировании многоместных кораблей «Восход» систему аварийного спасения пришлось переработать. Компоновка спускаемого аппарата (СА) не позволяла разместить внутри катапультные кресла, поэтому от первоначального варианта эвакуации отказались, и первые 44 секунды экипажу оставалось только верить в надёжность техники. Далее, в случае сбоя, происходил аварийный сброс головного обтекателя, после чего от корабля отделялся спускаемый аппарат. Чтобы гарантировать отделение, конструкторы увеличили количество пружинных толкателей под головным обтекателем и снабдили его четырьмя небольшими твердотопливными двигателями.

Рождение «Союза»

В 1961 года начались работы по пилотируемым кораблям следующего поколения. В период 1961–63 гг. были определены основные проектные решения по кораблю 7К для облёта Луны. В том числе, необходимо было выбрать и способ спасения экипажа на участке выведения.

На начальном этапе рассматривались 2 основных варианта: применение отделяемого головного блока (ОГБ) или катапультирование экипажа. Анализ эффективности вариантов компоновки проводился на двух полноразмерных макетах спускаемого аппарата: в первом варианте применялись две парашютные системы (основная и запасная); во втором — одна парашютная система и три катапультных кресла. В итоге был выбран вариант СА с двумя парашютными системами. Компоновка ОГБ — статически устойчивая, с применением складываемых решетчатых стабилизаторов. С её помощь было исключено возникновение больших поперечных перегрузок на экипаж и конструкцию. Проработки конструкции и механизмов уводимой части головного обтекателя (ГО) и по сопряжению уводимых отсеков корабля с ГО также велись ОКБ-1 с участием специалистов Куйбышевского филиала, а разработкой твердотопливных двигателей занимались в ОКБ завода № 81 (ныне МКБ «Искра» им. И.И. Картукова) и НИИ-125 (ныне ФЦДТ «Союз»).

Как и при создании любой техники, призванной бороздить просторы Вселенной и следить на тропинках далёких планет, особняком встал вопрос испытаний и наземной отработки. Первоначально планировалось проведение испытаний в трёх расчётных случаях:

• авария на стартовом комплексе;

• авария на начальном участке полета РН (имитация случая потери устойчивости и управляемости РН);

• авария в зоне максимальных скоростных напоров.

Первые два случая случая отрабатывались на экспериментальном изделии Э1498. Первое испытание прошло в начале декабря 1966 года. По итогам на цилиндрическую часть головного обтекателя нанесли теплозащиту. Так удалось предотвратить возникновение резонанса, изменив собственные частоты колебаний конструкции, и защитить внутреннюю теплоизоляцию от затекающих струй центрального двигателя САС.

14 декабря 1966 года планировался запуск космического корабля «Союз 7К-ОК №2» в беспилотном варианте. В конце предстартовой подготовки двигатели носителя аварийно отключились. С носителя сняли питание, но электропитание корабля выключено не было. Примерно через 7 минут после этого был выработан ложный сигнал «Авария» из-за ошибок в схеме сопряжения автоматики системы спасения и системы управления ракеты. Фермы башни обслуживания ещё не были сведены, поэтому отделяемый головной блок был уведен от носителя, затем в заданное время от него отделился спускаемый аппарат и приземлился на безопасном расстоянии от стартового комплекса в бескрайних степях Казахстана. Из-за воздействия струй центрального двигателя САС загорелась охлаждающая жидкость (изооктан), пролившаяся при расстыковке гидроразъемов. Огонь распространился на топливные баки носителя, что привело к пожару и взрыву. После разбора «полётов» была проведена серия доработок, которые были успешно проверены при втором пуске Э1498 12 апреля 1967 года. Кроме того, начиная с корабля с заводским номером 8, охлаждающую жидкость заменили на антифриз.

Для проверки работы при максимальных скоростных напорах планировалось вывести головной блок корабля «Союз» с помощью одной из снимаемых с вооружения ракет 8К71. Но окончательное решение о проведении испытаний откладывалось из-за высокой стоимости такого запуска. Тут в дело вмешался его величество Случай: в 1967 году произошла авария ракеты-носителя «Протон» с кораблём 7К-Л1. Его ОГБ обеспечил спасение аппарата при аварии в зоне максимального скоростного напора, а поскольку ОГБ кораблей «Союз» и Л1 разрабатывался на единых принципах, было принято решение отказаться от проведения дорогих дополнительных испытаний.

Средства аварийного спасения экипажа корабля «Союз МС»

С момента своего создания корабль «Союз» получил множество модификаций, изменения коснулись и системы спасения. Сейчас контроль ситуаций, угрожающих безопасности экипажа, начинается с момента взведения САС (за 30 минут до намеченного времени старта) и продолжается в течение всего активного участка траектории выведения корабля. По результатам контроля может быть принято решение о досрочном прекращении полёта ракеты при поступлении аварийных сигналов от её системы управления, датчиков продольных перегрузок автоматики САС или по командной радиолинии корабля.

Система аварийного спасения на кораблях «Союз МС» состоит из следующих основных элементов:

• двигательной установки системы аварийного спасения 855М, предназначенной для отделения и увода ОГБ1 от аварийного носителя;

• ракетных двигателей аварийного разделения 860М, установленных на головном обтекателе и предназначенных для отделения и увода ОГБ1А при авариях на участке полёта от сброса двигательной установки САС до сброса головного обтекателя;

• автоматики системы аварийного спасения (АСАС);

• систем и агрегатов, расположенных на головном обтекателе сборочно-защитного блока и управляемых АСАС.

Траектория выведения корабля разбита на четыре участка (картинка ниже), которые отличаются составом ОГБ (картинка выше) и программой работы средств спасения.

«Всё хорошо, что хорошо кончается»

Вернемся к пуску 11 октября 2018 года, завершившемуся аварией ракеты-носителя. Произошло это из-за нештатного отделения одного из боковых блоков, ударившего носовой частью центральный блок «А» в районе бака горючего, что привело к его разгерметизации и потере стабилизации ракеты. Причина нештатного разделения — неоткрытие крышки сопла увода бака окислителя блока «Д» из-за деформации штока датчика контакта разделения, допущенной при сборке «пакета» на космодроме Байконур. Система аварийного спасения сработала в соответствии с заложенной логикой. Именно благодаря автоматике системы аварийного спасения удалось сохранить жизни членов экипажа.

Автор: Георгий Махнин

Оригинал