Космические твердотопливные двигатели

В результате срабатывания САС корабль может подниматься на высоту до 1200 м и отбрасываться от места старта на расстояние до 3 км (в зависимости от направления ветра).

РДТТ нашли применение в системах приземления космического корабля «Союз» (наряду с парашютной системой). Посадка спускаемого аппарата происходит так. Непосредственно у Земли, за 10 мин до посадки, отделяется уже ненужный передний теплозащитный экран, закрывающий двигатели мягкой посадки, расположенные в лобовой части спускаемого аппарата. При этом экипаж начинает готовиться к приземлению и взводится система амортизации кресел, в которых группируются космонавты. У самой Земли, на высоте около 1 м, включается шесть РДТТ мягкой посадки (тяга несколько килоньютонов, масса заряда РДТТ 9 кг, время работы доли секунды). Эти двигатели окончательно гасят скорость, с которой спускаемый аппарат снижается на парашюте (примерно 7–8 м/с), практически до 0 м/с.

РДТТ систем аварийного спасения американских космических кораблей. «Меркурий». На первом американском космическом корабле в случае аварии на старте и на начальном участке выведения использовалась система аварийного спасения с РДТТ, который обеспечивал увод корабля на высоту до 760 м. Затем с помощью парашютной системы корабль мог осуществлять посадку на воду. Твердотопливный двигатель САС корабля «Меркурий» (рис. 5) мог создать максимальную перегрузку до 30 g и развивать тягу 230 кН в течение ~ 1 с. РДТТ устанавливался так, чтобы равнодействующая тяги, развиваемой его тремя соплами, была смещена относительно центра масс корабля для обеспечения отделения корабля в поперечном направлении относительно траектории полета РН.

После отделения корабля от РН на безопасное расстояние предусматривался сброс фермы с РДТТ увода, уже выполнившим свою задачу. Для этого предназначался другой РДТТ (тоже с тремя соплами), который мог развивать тягу 3,6 кН в течение 1,5 с. При нормальном ходе полета САС сбрасывалась на определенной высоте, а РН с кораблем продолжали полет.

В практике пилотируемых полетов космического корабля «Меркурий» САС не использовалась. Однако было осуществлено срабатывание этой системы во время первого запуска экспериментального (непилотируемого) космического корабля «Меркурий» (25 апреля 1961 г.), выведенного на орбиту со специальной установкой («роботом») на борту, имитирующей дыхание, температуру, и речь человека. РН была подорвана по команде с Земли через 30 с после старта, но перед подрывом САС отделила корабль, который опустился на парашюте на воду и был подобран вертолетом через 25 мин после запуска. Этот случай на практике доказал целесообразность использования РДТТ в системах аварийного спасения космических кораблей.

Рис. 5. Система аварийного спасения космического корабля «Меркурий»:

1 — РДТТ увода корабля; 2 — РДТТ сброса САС; 3 — ферма; 4 — космический корабль; 5 — РДТТ отделения корабля от РН на орбите; 6 — РДТТ торможения корабля при сходе с орбиты

Рис. 6. Система аварийного спасения космического корабля «Аполлон»:

1 — РДТТ для управления траекторией полета (отвода корабля в сторону); 2 — РДТТ сброса САС; 3 — РДТТ увода корабля; 4 — отсек с экипажем

«Джемини». Аварийное спасение космонавтов при помощи катапультируемых кресел ограничено скоростью и высотой полета в момент катапультирования. В некоторых космических кораблях вместо САС использовались катапультируемые кресла с применением РДТТ. Например, в космическом корабле «Джемини» сигнал на катапультирование обоих космонавтов мог подать любой из них, для чего он должен был вытянуть кольцо из контейнера, установленного между ногами. За креслами космонавтов находились рельсы, которые служили направляющими при катапультировании. Катапультирование осуществлялось с помощью пиропатронов. Причем система блокировки предотвращала срабатывание патронов до того, как с помощью взрывных болтов открывались посадочные люки (их два), через которые выбрасываются кресла с космонавтами.

После срабатывания пиропатронов, когда кресла с космонавтами оказывались вне корабля, включались вмонтированные в кресла РДТТ (продолжительность работы 0,27 с, полный импульс 8,4 кН с), которые отбрасывали кресла вперед под углом 49° к продольной оси корабля. Максимальное ускорение при катапультировании 24 g. Согласно расчетам в случае аварии при старте эти РДТТ должны были обеспечить отбрасывание кресел с космонавтами в сторону от ракеты на 150 м. При проведенных экспериментах кресла отбрасывались на 300 м в сторону и на 140 м вверх.

После отбрасывания кресло отделяется, развертывается надувной баллон, обеспечивающий стабилизацию и торможение кресла, а затем раскрываются парашюты. Посадка экипажа осуществлялась на воду.

«Аполлон». Его САС предназначалась для отбрасывания отсека с экипажем вверх (вперед) и в сторону от РН в случае возникновения аварийной ситуации при старте и на начальном участке полета корабля «Аполлон» (до высоты ~ 80 км). В состав САС входила рама с укрепленными на ней тремя РДТТ (рис. 6). Общая масса этой конструкции 4 т, длина 7 м.

Рама, имеющая форму усеченной четырехгранной пирамиды высотой около 3 м, сварена из труб (титановый сплав) и крепилась к отсеку экипажа подрывными болтами. РДТТ, предназначенный для отбрасывания отсека экипажа вверх (вперед), имел четыре сопла, установленных под углом 35° к продольной оси двигателя. Длина РДТТ 4,6 м, диаметр 0,66 м, масса 2,18 т (без топлива — 0,73 т). Тяга РДТТ 700 кН, продолжительность работы 6 с, создаваемое ускорение 9 g.

В случае возникновения аварийной ситуации одновременно должен был включаться другой РДТТ, предназначенный для отбрасывания отсека с экипажем в сторону. Этот РДТТ длиной 0,6 м, диаметром 0,23 м и массой 23 кг развивал тягу 15,1 кН и работал в течение 0,5 с. После прекращения работы этих двух РДТТ включался двухсопловой РДТТ для сброса САС. При длине 1,5 м и массе 0,25 т он развивал тягу 150 кН и работал менее 1 с.

После отбрасывания САС отсек экипажа спускался на парашютах. Для того чтобы парашюты, размещенные в верхней части отсека с экипажем, могли развернуться, отсек специальным образом ориентировался и спускался днищем вперед. Если аварийная ситуация возникла бы при старте или на начальном участке полета (до высоты 36 км), ориентацию отсека экипажа обеспечивали специальные аэродинамические поверхности, смонтированные на верхней части корпуса САС. До окончания работы РДТТ увода корабля эти поверхности прижаты к корпусу, а затем раскрываются.

САС могла отделяться от отсека с экипажем лишь после того, как будет обеспечена заданная ориентация отсека. Если аварийная ситуация возникла бы на высотах 36–80 км, где плотность атмосферы недостаточна для эффективной работы аэродинамических поверхностей, САС отделялась от отсека экипажа сразу после окончания работы РДТТ увода, а заданная ориентация отсека обеспечивалась с помощью смонтированных в нем ЖРД системы ориентации.

При отсутствии аварийной ситуации при старте и на начальном участке полета по достижении высоты около 80 км рама с двигателями отделяется от отсека с экипажем, для чего должны были включаться РДТТ для сброса САС и отвода корабля в сторону.

РДТТ межпланетных КА. В качестве вспомогательных РДТТ используются на многих ИСЗ, а также на ряде межпланетных КА. Примером могут служить КА «Марс-2» и «Марс-3» (запущены в 1971 г.). На этих КА расположено несколько РДТТ, выполняющих различные задачи (рис. 7). На аэродинамическом тормозном конусе находились две пары РДТТ (тяга каждого 0,5 кН). Одна пара включалась при подлете к Марсу для раскрутки аэродинамического конуса после его отделения вместе со спускаемым аппаратом от КА (время работы 0,3 с). Раскрутка осуществлялась после ориентирования аэродинамического конуса спускаемого аппарата в направлении Марса. Операция раскрутки вызвана необходимостью придания КА заданного ориентированного положения при входе в плотные слои атмосферы Марса.