Проект корабля ЛК-1 для облёта Луны
Космический корабль Л1 для облёта Луны
СОДЕРЖАНИЕ
Проект корабля ЛК-1 для облёта Луны (ОКБ-52)
С 1960 г. ОКБ В.Н.Челомея, находившееся в составе ГКАТ, начало разработку ракетно-космических систем. С участием предприятий ГКАТ, а также других предприятий оборонной промышленности в ОКБ В. Н. Челомея к 1964 г. были созданы первые в мире маневрирующие аппараты «Полет» и разработаны исследовательские ИСЗ «Протон» и РН для вывода их на орбиту. в том числе мощная ракета УР500К «Протон».
Кроме беспилотных объектов, ОКБ активно вело разработку пилотируемых КК, называемых ракете- и космопланами. В рамках таких проектов предполагалось создать корабли, обеспечивающие полет человека в космическом пространстве и безопасное возвращение его на Землю. В разгар работ над космопланами 3 августа 1964 г. В.Н.Челомеем был подписан аванпроект корабля ЛК-1 с одним космонавтом, для облета Луны по петлеобразной траектории.
Предполагалось, что запуск ЛК-1 будет производиться мощной трехступенчатой РН УР500К. Опираясь на характеристики носителя, проектанты рассматривали корабль, состоящий из трех блоков: разгонного, приборно-агрегатного и возвращаемого аппарата (ВА), напоминающего по форме американский КК «Джемини» (находящийся в передней части корабля, он закрывался обтекателем).
Спасение космонавта в случае аварии РН предполагалось осуществлять путем увода ВА с помощью пороховой аварийной двигательной установки (АДУ), которая крепилась сверху ВА.
Имея коническую форму, ВА обладал небольшим аэродинамическим качеством, позволяющим ему осуществлять управляемый спуск со второй космической скоростью в атмосфере Земли при приемлемых перегрузках и с посадкой в заданном районе территории Советского Союза.
Электропитание систем КК предполагалось осуществлять с помощью солнечных батарей, которые раскрывались после выхода корабля на траекторию полета к Луне.
При рассмотрении проекта ЛК-1 обращает на себя внимание достаточно малая масса и небольшие габариты ВА. Постепенно оптимизируя характеристики систем КК и носителя, проектантам удалось увеличить эту массу и разместить в ВА еще одного космонавта. Работы по кораблю ЛК-1 были прерваны в конце 1965 г, вследствие ориентации лунной программы на корабль Л1 разработки ОКБ-1.
Космический корабль Л1 для облёта Луны (ОКБ-1)
Опираясь на ранее проведенные исследования по темам «Союз» и H1, а также ознакомившись с работами ОКБ-52 В.Н.Челомея по РН УР500К и кораблю ЛК-1, С.П.Королев 15 декабря 1965 г. на совещании главных конструкторов представил аваипроект корабля Л1 для облета Луны. Согласно этому проекту предполагалось осуществить облет кораблем «Союз» в облегченном варианте. Запуск корабля с околоземной орбиты осуществлялся бы при помощи разгонного блока «Д». Выведение комплекса «разгонный блок-корабль» на низкую околоземную орбиту должно было осуществляться носителем УР500К.
Преимущество проекта С.П.Королева перед проектом В.Н.Челомея заключалось в том, что у ОКБ-1 уже был опыт в разработке и создании пилотируемых КК «Восток» и «Восход» и шла успешная работа по программе «Союз», проводимая широким фронтом в этот период времени. Кроме того, определенную роль в решении о начале работ по проекту Л1 сыграл большой авторитет С.П.Королева.
Как и проект ЛК-1 программа Л1 предусматривала облет Луны и возвращение на Землю КК с экипажем из двух человек. Изза малых сроков, отводимых на реализацию программы, предусматривалось максимальное использование существующей наземной базы, документации и материальной части программы «Союз». Жесткие лимиты, налагаемые носителем УР500К и блоком «Д», ограничивали массу корабля Л1 величиной в 5.1-5.2 т. По этим причинам проектанты были вынуждены всячески облегчить «Союз», стараясь при этом сохранить показатели его надежности. Так, в частности, с корабля были сняты бытовой отсек, часть систем СА (в том числе запасная парашютная система) и часть систем ПАО (одна из четырех секций в каждом «крыле» солнечных батарей и дублирующий ЖРД сближающе — корректирующей ДУ), Вместе с тем в конструкцию «Союза» были внесены существенные изменения, позволяющие использовать его для облета Луны. Были модернизированы система ориентации и управления движением система управления бортовым комплексом аппаратуры, система радиосвязи с Землей, введена остронаправленная антенна. Увеличено число реактивных сопел, управляющих движением СА на участке спуска в атмосфере. Теплозащитный экран СА был доработан в расчете на нагрев при спуске со второй космической скоростью.
На атмосферном участке выведения корабль Л1 был закрыт аэродинамическим обтекателем, специально разработанным для этих целей. В случае аварии носителя увод СА предполагалось осуществить с помощью системы аварийного спасения (САС) имеющей более мощную ДУ, чем САС корабля «Союз».
Так как бытовой отсек корабля «Союз» на аппарате Л1 отсутствовал, захват спускаемого аппарата ложементами обтекателя в момент включения двигательной установки САС должен был осущесталяться за специальный опорный конус, пристыкованный в верхней части СА. Через люк в головном обтекателе, проход в центре этого конуса и люк в СА космонавты на старте попадали в корабль. На околоземной орбите перед включением блока «Д» опорный конус сбрасывался.
Тренировки космонавтов по программе Л1 начались задолго до того, как были готовы первые экземпляры корабля. Проводились они поначалу на наземных аналогах СА «Союз», оснащенных новыми приборами управления, среди которых выделялось впервые примененное индикаторное поле. Космонавты отмечали удобство работы с новой аппаратурой, но и сетовали на тесноту СА, в котором предполагалось провести семь суток полета.
Первые пуски кораблей Л1 должны были ознаменовать собой еще и начало испытаний нового, трехступенчатого варианта ракеты УР500, которая до этого четыре раза (из них три раза успешно) стартовала в двухступенчатом варианте. Однако получилось так, что с самого начала своей жизни носитель УР500К был испытан не в трех-, а в четырехступенчатом варианте. БЛОК «Д», взятый из комплекса Н1Л3 разработки ОКБ-1 и частично залитый топливом, стал четвертой ступенью новой РН.
Первый (макетный) экземпляр корабля Л1, предназначенный для наземных испытаний, проходил проверки в составе комплекса УР500К-Л1 на космодроме Байконур в январе 1967 г. Второй экземпляр был запущен на околоземную орбиту 10 марта 1967 г. под обозначением «Космос-146». Этот пуск, в котором впервые использовалась четырехступенчатая РН УР500К с блоком «Д» в качестве последней ступени, преследовал целью испытание разгонного блока. Корабль Л1 был запущен в упрощенном варианте. За время полета аппарата было проведено два включения ЖРД блока «Д».
Дальнейшей программой работ предполагалось осуществить еще несколько пусков кораблей Л1 в беспилотном варианте, обозначив эти корабли общим названием «Зонд». В случае успешного выполнения беспилотных облетов Луны двумя-тремя КК и накопления необходимого опыта управления кораблем на большом удалении от Земли можно было начинать пилотируемую программу Л1. В ходе этой программы космонавты должны были выполнить два-три облета Луны и опередить в этом деле американцев. Полеты беспилотных лунных кораблей по американской программе начались 5 июля 1906 г. стартом макета корабля «Аполлон-2» на околоземную орбиту * .
Параллельно с испытанием кораблей Л1 в беспилотном варианте предполагалось провести широкую программу научных исследований, включающих фотографирование Земли и Луны из космоса, исследование радиационной обстановки на трассе полета и в окололунном пространстве, изучение космических лучей и эксперименты с различными биологическими объектами.
В апреле 1967 г. под индексом «Космос-154» на околоземную орбиту был выведен третий экземпляр корабля Л1. Из-за отказа в системе управления, приведшего к преждевременному сбросу двигателей системы обеспечения запуска, не включилась основная двигательная установка блока «Д». С запуска 28 сентября 1967 г. четвертого корабля начала показывать «норов» новая ракета УР500К — из шести двигателей первой ступени РН работали только пять, и носитель был подорван. В этом полете впервые сработала система аварийного спасения. При выведении пятого корабля 22 ноября того же года первая ступень носителя отработала штатно, но из четырех двигателей второй ступени вышли на режим только три. Снова сработала САС, возвратившая СА корабля на землю. При спуске СД на парашюте на большой высоте неожиданно сработали РДТТ мягкой посадки.
Наконец 2 марта 1968 г. при запуске шестого корабля РН отработала удачно и космический аппарат, получивший официальное наименование «Зонд-4», смог облететь Луну и сфотографировать ее. Фактически только этот запуск стал первым зачетным. Однако из-за сбоев в работе одного из датчиков системы управления движением перед входом в атмосферу Земли и разделением отсеков не было необходимой ориентации, поэтому спуск СА был баллистическим и в незапланированный район, из-за чего СА был подорван с помощью системы самоликвидации.
23 апреля 1968 г. при запуске седьмого корабля после сброса головного обтекателя на участке работы второй ступени РН из-за короткого замыкания в одном из блоков системы автоматического управления КК научастке максимального скоростного напора сработала САС. 14 июля 1968 г» при подготовке восьмого КК Л1 к старту, который должея был состояться 21 июля, на Земле из-за нерасчетного режима наддува лопнул бак окислителя блока «Д» и запуск не состоялся.
Вторым «зачетным» стал запуск девятого КК Л1, который 15 сентября 1968 г. был выведен на траекторию облета Луны под обозначением «Зонд-5» и произвел фотографирование Земли с расстояния 85000 км. Уже при возвращении к Земле из-за ошибки операторов вышли из строя от нагрева гироплатформа и датчик ориентации. Коррекция траектории производилась с помощью микродвигателей ориентации, и СА корабля при баллистическом спуске произвел посадку в Индийском океане. Аппарат был извлечен из воды советским поисково-спасательным судном.
Десятый корабль («Зонд-6»), стартовавший 10 ноября 1968 г., облетел Луну на расстоянии 2400 км от поверхности и два раза сфотографировал ее — с расстояния 9000 км и при максимальном сближении. При возвращении корабля произошла разгерметизация корпуса СА по резиновому уплотнению что, однако, не помешало СА совершить управляемый спуск в атмосфере Земли на территорию Советского Союза. На. участке парашютного спуска была зафиксирована разгерметизация парашютного контейнера по той же причине. Кроме того, произошел преждевременный отстрел стренг парашюта, и СА разбился о землю. Однако фотопленки удалось извлечь из смятых бронированных кассет и получить высококачественные снимки Земли и Луны.
Надежды космонавтов «Лунного отряда» на то, что им удастся в скором времени совершить облет Луны, быстро таяли под напором все новых и новых нештатных ситуаций, выявляемых при очередном запуске. Пилотируемые пуски по программе Л1 откладывались, Распутывая причины аварий и преодолевая трудности, наша программа со временем отстала от американской. Запущенный носителем «Сатурн-5» 21 февраля 1968 г. корабль «Аполлон-8» с экипажем в составе Ф.Бормана, Дж.Ловелла и У.Андерса 24 февраля выполнил облет Луны. Политический смысл продолжения облетной программы Л1 был потерян.
Однако пущенный маховик остановить сразу практически невозможно. Отменить программу, получив лишь весьма удовлетворительные результаты, было нельзя. Кроме того, корабли построены, носители ждут, график полетов необходимо соблюдать.
20 января 1969 г. из-за неполадок в работе ЖРД второй и третьей ступеней РН снова пришлось подрывать носитель. Сработавшая САС возвратила на Землю СА одиннадцатого корабля Л1. 8 августа 1969 г. двенадцатый КК под обозначением «Зонд-7» совершил облет Луны на расстоянии 1230 км от поверхности и дважды сфотографировал Землю и Луну. Практически никаких замечаний к работе систем корабля не было, и 14 августа после проведения успешного управляемого спуска в атмосфере Земли его СА приземлился южнее города Кустаная всего лишь в 50 км от расчетной точки. Теоретически именно этот запуск мог (в лучшем случае) быть пилотируемым, но руководство «добро» на запуск человека после триумфа «Аполлона-8» давать не захотело.
Полеты по программе Л1 были закончены 20 октября 1970 г. запуском тринадцатого по счету корабля, получившего обозначение «Зонд-8», который после облета Луны на расстоянии около 1200 км при возвращении через Северный полюс из-за отказа датчика ориентации совершил баллистический спуск в Индийском океане. Четырнадцатый и пятнадцатый корабли, оборудованные для пилотируемого облета Луны, так и остались невостребованными.
- * См.: Салахутдинов Г.М. «Аполлоны» летят на Луну». — М.: Знание, 1988, (N10).
Источник
Лунная программа 7К-Л1
Программа облета Луны «7К-Л1» — советская программа пилотируемого облёта искусственного спутника Земли на КК «Союз 7К-Л1». Программа предполагала использование беспилотных версий пилотируемых космических кораблей типа «Союз» для облёта Луны с последующим запуском пилотируемых аппаратов. Работа над проектом велась в рамках лунной программы СССР.
Содержание
[править] Проект «Север»
В марте 1959 года в ОКБ-1 под руководством Сергея Королева начались работы по проектированию нового космического корабля, который должен был заменить выполнивших свою задачу «Восток». Новый проект получил название «Север» [1] , получивший название «7К». Он предполагал полет вокруг Луны без высадки советских космонавтов на поверхность. В новом корабле предусматривался значительно больший объем спускаемого аппарата. К лету 1959 года [2] конструкторы ОКБ-1 выработали основные параметры, которые и легли в основу конструкции будущего корабля.
На его основе планировалось отработать решение таких проблем, как маневрирование на орбите, сближение и стыковка, управляемый спуск аппарата с аэродинамическим качеством. [3]
Проект «Север» так и не был воплощён в металле, так как в ходе работ выяснилось, что масса аппарата превышает технические возможности ракеты-носителя «Р-7». [3] Требовалась более мощная ракета.
[править] Проект «Союз 7К-9К-11К»
В 1962 году в качестве ответа на американскую программу «Аполлон» один из отделов ОКБ-1 под руководством Михаила Тихонравова предложил создать для облета Луны космический комплекс, состоявший из нескольких кораблей — «7К», «9К» и «ПК». [2] Согласно проекту Тихонравова сначала на околоземную орбиту должен был выводиться разгонный блок «9К», затем к нему последовательно пристыковывались три (максимум — четыре) корабля «ПК» (танкер) с горючим и окислителем.
После завершения заправки должен был стартовать корабль «7К» с экипажем, который после стыковки с заправленным разгонным блоком представлял из себя корабль, готовый к облету Луны. Если все пять запусков проходили успешно, то пилотируемый корабль (весом 23 тонны) с помощью ЖРД разгонного блока «9-К» переводился бы на траекторию облета Луны.
По задумке конструктора весь полёт не должен был занять больше 7-8 суток [2] .
План был весьма амбициозным, учитывая то, что в космической программе СССР отсутствовал опыт полёта на орбиту корабля с экипажем на борту а также не была отработана система стыковки в космосе. Вместе с тем, для выведения кораблей на околоземную орбиту можно было использовать отработанную и достаточно надежную ракету-носитель «Р-7». И все же для облета Луны по этой программе потребовались бы длительные разработки и большой комплекс летно-конструкторских испытаний.
В виду предстоящих сложностей как предварительный этап задумывалась программа «Союз 7К-Л1». Поскольку программой не предусматривался выход на лунную орбиту, на корабле решили не устанавливать мощную двигательную установку, а возвращение на Землю обеспечивалось за счёт маневра в гравитационном поле Луны. При точных расчетах и правильном выведении включение двигателя для возвращения не требовалось вовсе.
7 марта 1963 года Сергей Королёв представил предварительный проект ракетно-космического комплекса «Союз». Он включал в себя модификацию ракеты-носителя «Р-7» получивший название «Союз» и космический корабль «Союз-А», предназначенный для орбитальных полетов и облета Луны. Согласно проекту Королёва корабль был оснащен системами сближения и стыковки, а также позволял проводить дозаправки во время полета.
[править] Проект «ЛК-1»
Одновременно с Королёвым свой проект облета Луны предложил главный конструктор ОКБ-52 Владимир Челомей. Согласно проекту Челомея облёт осуществлялся по петлеобразной траектории лунным кораблем «ЛК». Для вывода корабля на околоземную орбиту предполагалось использовать трехступенчатую ракету «УР500К» (Протон-К) и специальный разгонный блок, разработанный в том же ОКБ-52.
Челомеевский корабль «ЛК» состоял из разгонного блока с ЖРД приборно-агрегатного отсека и возвращаемого аппарата конусовидной формы. Предполагалось оснастить корабль солнечными батареями, раскрывающимися после выхода на орбиту Земли. Первоначально пилотировать корабль должен был один космонавт, но позже удалось в той же кабине разместить ещё одного человека. Спасение космонавтов на этапе выведения предусматривалось вместе с возвращаемым аппаратом, который уводился от аварийной ракеты-носителя с помощью твердотопливной аварийной двигательной установки и далее спускался на парашюте в штатном режиме.
3 августа 1964 года [4] , после успешного запуска американской тяжелой ракеты «Сатурн-1», руководство СССР ради удержания первенства в космической гонке начало всерьез рассматривать вопрос об экспедиции на Луну. В ЦК КПСС и Совете Министров принятом постановлении № 655—268 «О работах по исследованию Луны и космического пространства» от 3 августа 1964 года главной задачей была заявлена высадка советского космонавта на поверхность Луны в 1967—1968 годах — к 50-летию Октября. В этих условиях осуществление программы облета Луны было поручено ОКБ Челомея, а проект «7К-9К-11К» поддержки не получил.
[править] Программа «УР-500К-Л1»
13 октября с поста генсека был смещен Никита Хрущев, и руководство лунной программой полностью перешло обратно в ОКБ-1 к Сергея Королева. Более того — он получил возможность использовать все наработки Челомея по пилотируемому полету к Луне и, в частности, ракету «УР500К» для своих задач.
Так на базе двух проектов разных КБ родилась советская программа облета Луны, проходившая под обозначением «УР-500К-Л1» («УР-500К-7К-Л1»). 15 декабря 1965 года она была утверждена и стала основной лунной облетной программой СССР. Жесткие ограничения, налагаемые ракетой «Протон-К» («УР500К») и 4-й ступенью — разгонным блоком «Д», ограничивали стартовую массу корабля «7К-Л1» 5,5 тоннами.
Из-за этого корабль лишился бытового отсека и состоял из спускаемого аппарата и приборно-агрегатного отсека. Приборно-агрегатный отсек, в свою очередь, разделялся на переходный отсек, приборный отсек и агрегатный отсек. Сверху на спускаемом аппарате устанавливался опорный конус системы аварийного спасения. В центральной части конуса имелся проход для доступа космонавтов к гермолюку спускаемого аппарата, через который экипаж корабля должен был совершать посадку в корабль на стартовой позиции. Опорный конус сбрасывался на орбите Земли, перед стартом корабля к Луне.
Спускаемый аппарат имел сегментально-коническую форму с усиленным теплозащитным экраном, позволявшим совершать вход в атмосферу Земли со второй космической скоростью. Перед посадкой экран сбрасывался на Землю на высоте нескольких километров. также в спускаемом аппарате размещался пульт управления кораблем, бортовой вычислитель «Салют-3», научные приборы, фотоаппаратура, система жизнеобеспечения, элементы систем терморегулирования и радиосвязи, парашютная система, объекты биологических исследований, оптический ориентатор, аккумуляторная батарея, состоящая из восьми блоков.
Система ориентации и управления корабля была оснащена гироплатформой и новыми датчиками солнечно-звездной ориентации, работающими в комплексе с вычислителем «Салют-3».
Программа полета системы «УР-500К-Л1» к Луны выглядела следующим образом. Космический корабль «Союз 7К-Л1», снабженный ракетным блоком «Д» конструкции ОКБ-1, с экипажем из двух космонавтов должен был выводиться ракетой-носителем «Протон-К» на промежуточную орбиту Земли высотой в апогее — примерно 187 километров, в перигее — примерно 219 километров и наклонением 51,5°. Масса корабля «7К-Л1» с блоком «Д» на орбите ИСЗ достигает 20 тонн.
При выведении на земную орбиту корабль находится под головным обтекателем, который сбрасывается после прохождения плотных слоев атмосферы. Для спасения космонавтов в случае аварии ракеты-носителя на участке выведения имеется система аварийного спасения, которая с помощью твердотопливных двигателей уводит спускаемый аппарат с космонавтами на безопасное расстояние. Примерно через час после старта сбрасывался опорный конус системы аварийного спасения.
После этого второй раз включалась двигательная установка блока «Д», и корабль переводился на траекторию облета Луны. Затем блок «Д» отделялся. Масса корабля после этого составляла около 5,2 тонны.
В зависимости от точности выведения на траекторию облета Луны предусматривались коррекции движения корабля. После облета Луны следовало выполнить еще две коррекции движения для более точного входа в атмосферу Земли. После проведения последней коррекции корабль ориентировался, спускаемый аппарат отделялся от приборно-агрегатного отсека, совершал два погружения в атмосферу и приземлялся или приводнялся в заданном районе на парашюте с применением двигателей мягкой посадки.
[править] Программа «7К-Л1»
Сергей Королёв однако, не слишком доверял детищу ОКБ-52 Владимира Челомея, и в 1965 году распорядился проработать еще один вариант пилотируемого облета Луны. В этом случае космический корабль «7К-Л1» выводился бы на орбиту в автоматическом режиме. Экипажу предстояло стартовать на орбиту на другом корабле — корабле «7К-ОК» с помощью ракеты «Союз». После стыковки кораблей космонавты должны были перейти в скафандрах «Ястреб» из бытового отсека «7К-ОК» в спускаемый аппарат «7К-Л1» через открытый космос и изогнутый тоннель в опорном конусе системы аварийного спасения. После этого корабль «7К-ОК» должен был автоматически отстыковаться, а корабль «7К-Л1», сбросив стыковочный узел с опорным конусом, стартовать к Луне.
Позднее на специальном самолете «Ту-104» проводились эксперименты по исследованию возможности перехода двух космонавтов в скафандрах из корабля «7К-ОК» в корабль «7К-Л1». В результате этих исследований вариант с пересадкой экипажа на орбите Земли был отвергнут.
8 сентября 1965 года в ОКБ-1 было созвано техническое совещание, на которое были приглашены ведущие конструкторы ОКБ-52 во главе с самим Владимиром Челомеем. [5] По результатам заседания было принято решение совместить усилия двух КБ, используя для выведения на околоземную орбиту Королёвского корабля «7К-Л1» Челомеевскую ракету «УР-500К».
10 марта 1967 года был осуществлён первый запуск совместной работы двух ОКБ. Всего с 1967 по 1970 год было запущено двенадцать «7К-Л1». По официальной версии запуски осуществлялись в рамках советской лунной программы «Зонд». К сожалению, большая часть пусков окончилась неудачей. Только два полёта системы прошли без замечаний — в ходе остальных десяти были отмечены серьёзные неполадки. [5]
В такой ситуации руководство СССР посчитало пилотируемый полёт к луне неоправданным риском, особенно учитывая тот факт, что американцы уже успели не только облететь Луну, но и высадиться на неё поверхности. В связи с этим в июне 1974 года работы по «7К-Л1» были прекращены.
Источник