Текст книги "100 великих чудес техники"
Автор книги: Сергей Мусский
сообщить о нарушении
Текущая страница: 20 (всего у книги 42 страниц)
Космодромы
Ракета-носитель с очередным спутником Земли или космическим кораблем стартует с космодрома. Космодром – очень сложное, многоплановое сооружение, с большим количеством сложных технических устройств.
Стартовые площадки для запуска ракет должны непременно находиться в безлюдной местности, где опасность для населения при несчастном случае минимальна. Есть и научно обоснованные причины для выбора места вблизи экватора: скорость вращения Земли вокруг своей оси здесь наиболее высока. Ракета, стартовавшая возле экватора в направлении вращения Земли (на восток), начинает свой полет с дополнительной скоростью вращения Земли в этой точке. Это преимущество используется при расчете мощности ракет.
Обычно космодромы занимают довольно большую территорию. Место для строительства космодрома выбирается с учетом многих, часто противоречивых, условий. Космодром должен быть достаточно удален от крупных населенных пунктов – ведь отработанные ракетные ступени вскоре после старта падают на землю. Трассы ракет не должны препятствовать воздушным сообщениям, и в то же время нужно проложить их так, чтобы они проходили над всеми наземными пунктами радиосвязи. Учитывается при выборе места и климат. Сильные ветры, высокая влажность, резкие перепады температур могут значительно усложнить работу космодрома.
Каждая страна решает эти вопросы в соответствии со своими природными и другими условиями. Так, советский космодром Байконур расположен в полупустыне Казахстана, первый французский космодром был построен в Сахаре, американский – на полуострове Флорида, а итальянцы создали у берегов Кении плавучий космодром.
Первым космодромом стал знаменитый Капустин Яр в Астраханской области. Созданный в 1946—1947 годах, он первоначально был испытательным полигоном советской ракетно-космической техники. С него была запущена первая советская экспериментальная баллистическая ракета дальнего действия. В 1948—1956 годах в Капустином Яру испытывались многие советские геофизические и баллистические ракеты. Этими работами руководил С.П. Королёв. Опыт создания и эксплуатации полигона в Капустином Яру был использован при строительстве космодрома Плесецк и главной советской космической гавани – Байконура.
На космодроме Капустин Яр имеются стартовые комплексы для запуска вертикально стартующих геофизических и научно-исследовательских ракет и искусственных спутников Земли. Здесь развернуты технические позиции, измерительные пункты, оснащенные радиотехническими системами слежения за полетом ракет-носителей на активном участке траектории.
С 1964 года отсюда уходили в небо многие спутники серии «Космос». А в октябре 1969 года Капустин Яр стал международным космодромом – был запущен первый спутник «Интеркосмос». Отсюда же ушли для работы на околоземных орбитах индийские спутники «Ариабхата» и «Бхаскара», французский искусственный спутник Земли «Снег-3» и другие космические аппараты.
В монтажно-испытательных корпусах космодрома готовят к старту ракеты-носители и космические аппараты. Из монтажно-испытательных корпусов ракеты с установленными на них аппаратами перевозятся на одну из стартовых позиций. Медленно движется железнодорожный транспортер-установщик. Ракета лежит на подъемной стреле, шарнирно закрепленной на платформе транспортера. Поезд приближается к массивной железобетонной громаде – стартовой позиции космодрома. Здесь ракета с космическим аппаратом мощными гидравлическими подъемниками устанавливается в вертикальное положение на стартовой площадке, где она попадает в прочные «объятия» опорных ферм в ожидании пуска. На старте в Капустином Яру технология другая. Здесь на стартовый стол вначале устанавливали первую ступень, а затем на нее устанавливали вторую ступень с пристыкованным искусственным спутником.
В начале 1955 года было принято решение о строительстве космодрома Байконур. Его начали строить в Казахстане, к востоку от Аральского моря, в пустынном малолюдном краю. С огромным энтузиазмом, преодолевая колоссальные трудности, работали тысячи людей.
В пустыне в кратчайшие сроки появились железная и автомобильная дороги, первый стартовый комплекс, первый монтажно-испытательный корпус. Было смонтировано стартовое, заправочное, транспортно-установочное, вспомогательное оборудование.
Сейчас космодром раскинулся на многие десятки километров. Он включает в себя несколько больших стартовых комплексов и многочисленные технические позиции. С одних, более старых, с которых уходили в небо еще корабли «Восток», регулярно стартуют космические корабли типа «Союз» и грузовые «Прогрессы». Другие предназначались для мощных ракет-носителей «Протон» с космическими орбитальными станциями. Самые последние грандиозные стартовые комплексы – для могучей ракеты «Энергия». С Байконура стартовали и спутники серии «Космос», и межпланетные автоматические аппараты «Луна», «Венера», «Марс», и связные спутники «Молния», и спутники службы погоды, и многие другие.
Чтобы лучше представить себе устройство космодрома, рассмотрим наземный комплекс «Союза». Ракета-носитель и космический корабль доставляются на космодром в виде отдельных блоков. Их сборка проходит на технической позиции в монтажно-испытательном корпусе. Это здание длиной более ста и шириной пятьдесят метров, высотой с семиэтажный дом. Ракета собирается в горизонтальном положении, там же к ней пристыковываются космический корабль, обтекатель, система аварийного спасения. В корпусе одновременно можно производить сборку нескольких ракет-носителей и космических аппаратов.
В монтажно-испытательном корпусе много оборудования для их сборки, испытаний, транспортировки и хранения. На технической позиции находятся также заправочная станция космических аппаратов, зарядно-аккумуляторная станция, компрессорная станция и много других устройств и сооружений.
Именно в монтажно-испытательном корпусе ракета-носитель приобретает хорошо знакомый нам по экранам телевизоров и фотографиям вид. К центральному блоку ракеты – ее второй ступени – на сборочном стапеле присоединяются 4 боковых конусообразных блока, образующих первую ступень ракеты-носителя «Союз» А параллельно тщательно испытанный и проверенный с использованием барокамер и имитаторов космического пространства корабль заправляют компонентами топлива и сжатыми газами, стыкуют с третьей ступенью ракеты-носителя и закрывают обтекателем.
На транспортно-установочном агрегате соединяют в одно целое оба собранных блока: блок первой и второй ступеней и блок третьей ступени – с космическим аппаратом.
По железнодорожной ветке ракета-носитель с кораблем доставляется на стартовую позицию. Здесь она устанавливается на прочное железобетонное сооружение. Непосредственно под ракетой – большой проем, окно, переходящее в просторный газоход, по нему отводится мощный поток газов от двигателей ракеты после их включения. Ракета до старта, по существу, висит над этим просветом – она удерживается четырьмя опорными фермами. Когда они сведены, она опирается на силовое кольцо, образуемое сегментами на опорных фермах, масса ракеты давит вниз, держит силовое кольцо в замкнутом состоянии Когда двигатели, набрав тягу, начинают поднимать ракету, она перестает давить на кольцо, и фермы под влиянием своих противовесов раскрываются, подобно бутону цветка, пропуская ракету ввысь. Кроме опорных ферм, при подготовке к старту к ракете-носителю примыкают две фермы с несколькими полукольцевыми площадками-балконами на разной высоте. Фермы имеют грузовые и пассажирские лифты, с них ведутся подготовка, обслуживание и контроль различных систем перед пуском.
К ракете примыкают еще и кабель-мачты, через которые подведены различные коммуникации, необходимые для предстартовой подготовки. Конечно, есть еще очень много и других сооружений и устройств – стационарные системы заправки компонентами топлива для ракеты, снабжения сжатым газом, противопожарные системы, системы дистанционного управления, системы связи, наблюдения и т д. После установки доставленной из монтажно-испытательного корпуса ракеты-носителя вертикально на стартовой площадке проводятся предстартовые комплексные испытания ракеты-носителя и космического аппарата, производится заправка топливом. С помощью системы телеметрического контроля проверяются все параметры комплекса. По команде «Пуск» продуваются азотом коммуникации подачи топлива в двигатели ракеты, закрываются дренажные клапаны баков, запускаются турбонасосные агрегаты подачи топлива и включаются бортовые системы управления. Отводятся кабель-мачты. Горючее и окислитель поступают в камеры сгорания двигателей ракеты-носителя, и топливо воспламеняется пиротехническими устройствами. В проем и газоход устремляется водопад огня, и могучий грохот разносится по степи. Когда двигатели набирают нужную тягу, раздвигаются «объятия» опорных ферм и ракета-носитель, опираясь на огненный столб, устремляется в небо. А на острие ракеты, над морем огня, в тесной кабине космического корабля находятся космонавты… Зрелище старта никого не оставляет равнодушным.
В первые десятки секунд после старта полет контролируется средствами командно-измерительного комплекса космодрома. После выхода космического корабля на орбиту эти функции передаются Центру управления полетом.
Самый известный зарубежный космодром находится в США на мысе Канаверал во Флориде. Отсюда взял старт на Луну американский космический корабль «Аполлон-11». Космический центр, или космодром, носит имя президента – Джона Кеннеди, принявшего решение о полете американцев на Луну. На мысе Канаверал находится база военно-воздушных сил США, в мае 1949 года она стала испытательной площадкой для военных ракет. Это болотистая и пустынная местность невдалеке от моря. В 1962 году, когда программа исследования Луны оказалась на повестке дня, Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства заняло участок земли в 55600 гектаров на острове Меррит. Именно тут был заложен космодром Кеннеди. Осуществление программы «Аполлон» длилось одиннадцать лет, с октября 1961 года по октябрь 1972 года, и все ракеты стартовали с острова Меррит. За это время космонавты шесть раз успешно высаживались на Луне. А позже внимание всего мира к этому месту привлекла разработка программы «Шаттл».
Космодром Кеннеди открыт для туристов. Правда, большая часть экскурсий проводится из автобуса, но все равно удивительно, что сюда вообще можно попасть. Особый интерес представляет музей, где можно увидеть ракеты, которые облетели тысячи километров вокруг Земли и вернулись на нее вновь. История космических исследований замечательно представлена здесь в документах и иллюстрациях, к тому же посетители могут посмотреть на сами стартовые площадки. Среди них и та, что была сооружена специально для космических кораблей «Шаттл». Интересно также здание сборочного комплекса, где шла подготовка к полетам «Аполлона». Комплекс функционирует и до сих пор, его здание занимает площадь почти в три гектара при высоте 160 метров.
Когда корабли отправляются в космос, космодром, конечно, закрывается. Но атмосферу, напряжение всех сил перед стартом передают документальные кадры. На них запечатлены и тренировки космонавтов, и старт ракеты, причем проекция дается на огромном экране, чтобы у зрителей создалось адекватное впечатление об этих минутах.
Морской старт
Главная причина, приведшая к созданию плавучего плацдарма – это безусловная выгода при выводе космических объектов на так называемую геостационарную орбиту. На ней, расположенной в плоскости экватора на расстоянии около 36000 километров от поверхности Земли, размещают обычно спутники связи.
Запуск с экватора позволяет не только обойтись без сверхэнергоемких маневров для поворота плоскости орбиты спутника, но и использовать при пуске ракеты-носителя дополнительный прирост скорости за счет вращения Земли. Таким образом, при той же мощности можно вывести гораздо больший полезный груз.
Но нет ни одной страны, расположенной на экваторе, где можно было бы обеспечить столь необходимую для космических запусков стабильность – сейсмическую, климатическую и политическую. Отсюда возникла идея создания плавающего, то есть передвижного, космодрома.
Интересно, что проект морского старта дважды обсуждался еще в СССР. Что неудивительно – Байконур слишком далеко от экватора, в результате чего тот же «Протон» выводит на геостационарную орбиту только 1800 килограммов, тогда как на траекторию к Марсу – около пяти тонн! Однако в итоге проект отвергли как фантастический.
Снова РКК «Энергия» заинтересовалась им, когда ученые начали обдумывать способ выброса в дальний космос радиоактивных отходов. Для этого стала прорабатываться концепция переделки супертанкера в стартовую площадку. В итоге концепция превратилась в одно из самых дерзких инженерных свершений конца XX столетия.
Для осуществления замысла «Морского старта» был создан международный консорциум в составе США, России, Норвегии и Украины. Координация работ была возложена на американскую аэрокосмическую компанию «Боинг». Она же оборудовала всем необходимым порт основного базирования плавучего космодрома в Лонг-Биче. Кроме того, она произвела обтекатели для запускаемых аппаратов. Также «Боинг» обеспечил их сопряжение в единую космическую головную часть, которая, в свою очередь, затем была состыкована с ракетой-носителем.
Главный представитель России в проекте «Морской старт» – ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С.П. Королёва. На нее возложили задачу производства верхней (в данном случае – третьей) ступени носителя, непосредственно выводящую спутник на требуемую орбиту. Этот разгонный блок хорошо себя зарекомендовал в качестве четвертой ступени ракеты «Протон» для запуска межпланетных станций и тех же спутников связи. Для «Морского старта» его, конечно, пришлось доработать. Впрочем, доработке подверглись и прочие составляющие этого международного комплекса.
Корпорация «Энергия» также разработала автоматизированные системы управления подготовкой, пуском и полетом ракеты и измерительный комплекс. Корпорация же координирует создание и монтаж ракетного оборудования в целом.
Кроме «Энергии» в проекте «Морской старт» участвуют КБ транспортного машиностроения, НПО автоматики и приборостроения, НПО «Криогенмаш», КБ транспортно-химического машиностроения, завод «Атоммаш», завод «Арсенал» и другие.
Всем, что связано непосредственно с морской частью проекта, занимается крупнейшая в мире норвежская морская корпорация «Квернер». На принадлежащей ей в шотландском городе Глазго верфи «Квернер-Говен» построено СКС – сборочно-командное судно «Си Лонч Коммандер». Его длина – 203 метра, ширина – 33 метра, водоизмещение – около 30000 тонн. На СКС расположен цех-ангар для сборки ракеты, комплекс автоматизированных систем управления подготовкой и пуском, командный пункт управления полетом и другими системами.
От Украины участие в проекте приняли известное конструкторское бюро «Южное» и днепропетровский завод «Южмаш». Там еще в начале 1980-х годов была создана ступенчатая ракета-носитель «Зенит». Главные ее достоинства помимо хороших энергетических характеристик – это высокая экологичность. А экологии уделяется большое внимание в этом проекте. В случае загрязнения океана само осуществление его ставилось под сомнение. В «Зените» используют экологически безвредные компоненты топлива: керосин и жидкий кислород.
Платформу – плавучую стартовую площадку – из Глазго по морю транспортировали в Выборг. Здесь на местном судостроительном заводе смонтировали стартовое оборудование. Для этого использовали гигантский катамаран «Одиссей», построенный несколько лет назад для разработки нефтяных месторождений в море. Водоизмещение этой платформы на ходу – 27,5 тысяч тонн, а в полузатопленном состоянии (перед стартом) – 46 тысяч тонн.
«На сборочно-командном судне нам надо было смонтировать и испытать свыше 1000 тонн механического, заправочного, электротехнического и другого оборудования, необходимого для сборки ракет "Зенит", их автоматизированной подготовки к старту и управления полетом, – вспоминает заместитель генерального конструктора РКК «Энергия» и руководитель ее научно-технического центра Валерий Алиев. – На саму же платформу предстояло смонтировать три тысячи тонн сложного стартового оборудования. Порой приходилось работать по 14-15 часов в сутки, корабелы сумели очень многое сделать уже у достроечной стенки. Пришлось кое-что даже доделывать в пути.
На верхней палубе платформы расположен ангар для размещения ракеты, ниже находится оборудование для заправки керосином и жидким кислородом. При старте ракеты огненная струя из сопел двигателей попадает прямо в воду, для чего стартовый стол вывешен за кормой.
После того как сборочно-командное судно и стартовая платформа были полностью оснащены и прошли предварительные испытания на Балтике, их отправили своим ходом в Тихий океан – к западному побережью США. Руководство консорциума отказалось от первоначального плана вести ее вокруг мыса Горн или мыса Доброй Надежды. «Одиссей» отправился через Гибралтар, Суэцкий канал, Сингапур. На борт СКС в Петербурге погрузили два комплекта ракет «Зенит» и два разгонных блока РКК "Энергия", необходимых для вывода спутников на геостационарную орбиту.
Лоцманы были непреклонны: только полное безветрие и штиль. В любую другую погоду они не гарантировали, что гигантский стальной остров, а его высота – 58, длина – 133, ширина – 67 метров, впишется в узкие габариты канала, проходящего по шхерам Выборгского залива.
В итоге платформа благополучно прибыла в калифорнийский город Лонг-Бич, где неподалеку расположены фирмы-производители спутников. Здесь разместилась основная база "Морского старта". Там плавсредства должны заправляться топливом, туда же станут прибывать в разобранном виде ракеты-носители. В дальнейшем их собирают на борту командного судна, а затем перегружают в ангар платформы. В нем, при постоянном контроле условий хранения, ракета находиться в рейсе до места старта.
Для пусков выбрали место примерно на 152-м градусе западной долготы, к югу от Гавайских островов. Согласно статистическим данным, за полтора века этот участок Тихого океана считается специалистами наиболее спокойным.
По прибытии к месту старта платформу при помощи балласта заглубили на 21 метр, чтобы придать дополнительную устойчивость. Теперь на нее не действуют никакие мыслимые волны. Точность положения комплекса поддерживается системой динамического позиционирования. После стабилизации платформы из ее ангара вывозится и устанавливается вертикально ракета-носитель с укрепленным на ней спутником. Выполняет эту операцию автоматизированный транспортер-подъемник, управление которым, как и всеми последующими действиями, ведется с командного судна. Туда же заранее переходит и экипаж платформы, дополнив собою его собственную команду из 230 человек».
«Эта гигантская платформа на больших понтонах на волны совершенно не реагирует, – рассказал руководитель ракетно-космической корпорации «Энергия» имени С.П. Королёва Юрий Семенов. – Кроме того, возможность дистанционной подготовки к пуску повышает его безопасность. А старт из пустынной части океана позволяет не беспокоиться, что кому-нибудь на дом упадут отработавшие свое первые ступени ракеты-носителя… Получилось так, что один из самых сложных космических проектов конца XX века – чисто коммерческий, он не использует государственных средств. Финансирование осуществляется из средств самих партнеров, а также за счет кредитов банков.
Экваториальное расположение "Морского старта" позволяет «Зениту» выводить спутники значительно более тяжелые, нежели при старте с Байконура, что существенно удешевляет запуски. Поэтому "Си Лонч" продекларировала цены за запуск на 30-40 миллионов долларов ниже по сравнению с использованием европейской ракеты "Ариан-4", что сразу привлекло внимание заказчиков. Довольно быстро у фирмы "Боинг", которая в "Морском старте" занимается маркетингом, сформировался портфель заказов на тридцать запусков. Это ускорит окупаемость проекта.
Россия уже получила реальную выгоду. Ведь четыре года около тридцати тысяч человек работали для "Морского старта", причем зарплату получали сотрудники предприятий самых бедствующих наших отраслей. Рабочие места даст и продолжение поставок ракет. РКК «Энергия» подготовила четыреста человек для обслуживания "Морского старта" – двойной экипаж с запасом.
В марте 1999 года состоялся первый испытательный пуск ракетно-космической системы "Морской старт". Запуском демонстрационного макета была доказана практическая возможность вывода коммерческих спутников с экватора».
У президента РКК «Энергия» Юрия Семенова есть мечта – создать сугубо российский «Морской старт». Все наши судостроительные верфи наперебой предлагают свои услуги и готовы заменить норвежцев. И технически такой проект вполне выполним в России. Вот только бы деньги нашлись…
