Книги
Ошибки мировой космонавтики
Таких опор четыре штуки. Когда ракету-носитель устанавливают на эти конструкции, сама ракета своим весом прижимает их к себе, а они удерживают ее, не давая наклониться. Когда же двигатели набрали достаточно мощности, чтобы ракета не нуждалась в опоре, нагрузка со стрелы снимается, а тяжелый груз с другой стороны перевешивает и отклоняет опоры от ракеты. Действие напоминает раскрытие лепестков цветка, что и дало системе название «Тюльпан».
Однажды представители США оказались на космодроме Байконур и очень интересовались, как советским инженерам удалось добиться синхронного одномоментного отделения опор. Как видите, все просто: «Тюльпан» – полностью механическая система с минимумом деталей, которая работает на третьем законе Ньютона. Он гласит: сила действия равна силе противодействия.
Часть макета стартовой площадки космодрома Байконур с системой «Тюльпан»
Законы статики были применены и для решения других проблем космических аппаратов, не только при взлете, но и при посадке. Для пилотируемой лунной миссии разрабатывался посадочный модуль корабля. На Луне работают те же, что и на Земле, принципы и законы равновесия, так что их приходилось учитывать.
Для уменьшения объема и массы лунного модуля инженеры хотели сделать его с прямыми опорами по ширине космического корабля. Однако при проектировании выяснилось, что если человеку понадобится выходить из кабины, то системы управления и радиосвязи нельзя будет установить равномерно со всех сторон корабля, поскольку одну из стен придется отдать под «дверь». Кроме того, для датчика расстояния, который станет измерять дистанцию сближения с Луной в ходе посадки, нужно место за этими опорными стойками. В итоге оказалось, что бо́льшая масса лунного корабля сосредоточена с одной стороны. Уже во время испытаний на Земле выяснилось, что аппарат опрокидывается, так как одна его часть перевешивает другую. По законам статики тело, находящееся на поверхности, будет устойчивым, если проекция его центра масс оказывается в площади опоры. Соответственно, решение проблемы было простым – изготовить раздвижные стойки, чтобы центр масс не выходил за пределы увеличенной площади опоры. Выводы были сделаны и для лунного скафандра, с которым тоже могла возникнуть проблема опрокидывания, – инженеры спроектировали специальный обруч. У одежды космонавта, чтобы ходить в безвоздушных условиях, должны быть системы жизнеобеспечения. Логично, что они будут располагаться за спиной, словно в рюкзаке туриста. Вот только скафандр для хождения по Луне под названием «Кречет» имеет массу более 100 кг. Конечно, на естественном спутнике Земли сила тяжести меньше в шесть раз, соответственно, и в шесть раз меньше вес, но с учетом того, что сам космонавт тоже будет легче, возник вопрос, не будет ли он опрокидываться. На всякий случай в комплект скафандра был включен большой обруч вокруг пояса, который не дал бы упасть на спину. Вот только советский космонавт в специально оборудованном скафандре на Луне так и не побывал. Зато там были американские астронавты, которые показали, что опасения наших инженеров были не напрасны. Особенно жаловались на трудности с балансом астронавты миссии «Аполлон-15». Они были первыми людьми, что работали на Луне три дня. Кроме того, в их программу входило много экспериментов с геологическими (селенологическими) образцами. Чтобы собрать для этого материал, астронавтам требовалось приседать, из-за чего смещался центр тяжести и нарушалось равновесие.
Еще одна проблема возникла у того же американского экипажа с ровером. Специальная небольшая электрическая машина должна была использоваться для поездок астронавтов на Луне. Инженеры прикрепили ее в сложенном виде сбоку к лунному модулю. Все было сбалансировано, и никаких проблем не ожидалось. Вот только астронавты прилунились на горке, а сам модуль встал с наклоном вниз как раз со стороны контейнера с ровером. Когда его доставали, он буквально вывалился и сбил людей с ног. Благо упал только один из астронавтов, а второй помог ему подняться. В общем, американские покорители Вселенной вернулись на Землю после полета на Луну в синяках от падений и неловких движений в неудобном скафандре.
В миссии «Аполлон-17» один из астронавтов совершил сразу несколько падений, причем с такими телодвижениями, что его коллега сказал: «Тут уже все телефоны оборвали: Хьюстонский балет хочет пригласить тебя в труппу на следующий сезон». Место, где разразилась борьба за равновесие, получило имя кратер Балет.
Харрисон Шмитт пытается поймать положение равновесия на Луне. NASA
Во время посадок ошибки, связанные со статикой, допускались не только на Луне, но и на Земле.
Так, например, при возвращении корабля «Союз ТМ-12» космонавты нагрузили его под завязку. Одна из запланированных экспедиций была отменена, и нужно было вернуть на Землю больше грузов, чем обычно. Данные об экспериментах и другие важные материалы из космоса располагались в каждом углу спускаемого аппарата. Конечно, космонавты, памятуя о возможных проблемах, старались самые тяжелые вещи располагать у днища, чтобы корабль не перевернулся при посадке. Это не помогло. В месте приземления в тот день был сильный ветер. Он качнул спускаемый аппарат, и тот, будучи перегруженным, завалился набок. И все бы ничего, но тяжелые грузы сместились и придавили одного из космонавтов.
Медики, участвовавшие в эвакуации экипажа, быстро нашли корабль, освободили космонавта и оказали ему первую помощь.
Буквально через полет произошло почти то же самое. «Союз ТМ-14» загруженным возвращался на Землю. И снова ветер. Пока корабль болтался на стропах парашюта, его начало раскачивать из стороны в сторону, как на качелях. По правилам у самой Земли за несколько секунд до касания включаются двигатели мягкой посадки. Это требуется для снижения скорости и смягчения удара. Вот только на этот раз из-за качания на парашюте двигатели включились в тот момент, когда они были направлены не к земле, а от нее. В результате спускаемый аппарат перевернулся, да еще и разогнался, а не затормозил. В итоге люди в корабле оказались вверх ногами, но это было не самое страшное. Из-за качаний провод от наушников одного из космонавтов обвился вокруг шеи и начал его душить, а петлеобразная ручка, которая нужна, чтобы подтянуться, намоталась на замок от выходного люка. В результате спасатели не могли пролезть внутрь, а космонавты, находясь вверх тормашками, не могли освободиться от ремней и вылезти сами. Ситуация безвыходная в прямом и переносном смысле. Все же командир экипажа нашел непонятно где ножницы и смог разрезать петлю, не дававшую спасателям открыть люк. Двух космонавтов быстро отстегнули и вытащили, а вот с третьим – проблема. Если его отстегнуть от ремней безопасности, он повиснет на том проводе, который обвился вокруг шеи. Ни к чему хорошему это не привело бы. Сначала спасатели разрезали фурнитуру системы связи и только потом вызволили космонавта.
Стоит отметить, что оба случая произошли в период распада СССР, когда возникли серьезные трудности с финансированием. Тогда у космонавтов было меньше кораблей и приходилось возвращать на Землю больше грузов за один раз.
Были и другие случаи, когда из-за парашюта спускаемые аппараты с космонавтами заваливались на бок. После посадки ветер иногда наполнял купол парашюта воздухом, и тот, словно парус, мог перевернуть или протащить космонавтов. Так, например, произошло со спускаемыми аппаратами кораблей 7К ОК(А) № 8 («Космос-212») и 7К ОК(П) № 7 («Космос-213»). На орбите задачей космических аппаратов было проведение автоматической стыковки. В космосе все прошло по плану, но на Земле возникли трудности. Автомат, который должен был отстрелить парашют от спускаемого аппарата, не сработал (причем в обоих случаях). Из-за сильнейшего ветра части спускаемых аппаратов протащило пару километров. Правда, корабли были беспилотными, так что никто не пострадал. В пилотируемых версиях космонавты в нештатных ситуациях сами дают команду на отделение, чтобы спускаемый аппарат мог развернуться для сохранения правильного положения центра тяжести. Так было в случае с посадкой корабля «Союз Т-4» космонавтами Владимиром Ковалёнком и Виктором Савиных. До того, как они отстрелили парашют, спускаемый аппарат сделал несколько прыжков и «побил» своих пассажиров.
Но в одном случае парашют спас космонавтов.
Корабль «Союз-18–1» на орбиту выйти не смог из-за аварии ракеты-носителя. Проблема возникла после отделения второй ступени. К этому моменту уже включился двигатель третьей ступени, и по плану следующим действием должны были отсоединиться панели хвостового отсека. Они защищают двигатель и системы третьей ступени, пока работают первая и вторая, а также придают лучшую аэродинамическую форму ракете-носителю. Но на этот раз раньше времени раскрылись три из шести «замков» поперечного стыка хвостового отсека. Это поначалу не привело к серьезным проблемам, так как никакая часть ракеты-носителя не сместилась, и центр масс был там, где положено. Однако затем двигатель третьей ступени набрал мощность, и остальные нераскрытые «замки» под его действием сломались, но не одновременно. Сначала отделилась одна панель, потом вторая и третья. Вот тут-то появилась разбалансировка, которая привела к крену ракеты-носителя. Отклонение от курса было слишком большим, и тогда автоматически запустилась система аварийного спасения. Она отделила спускаемый аппарат с космонавтами Василием Лазаревым и Олегом Макаровым на борту от ракеты-носителя и с помощью парашюта посадила экипаж. Правда, при ее работе возникли огромные перегрузки в 21 g. То есть космонавты ощущали на себе давление, в 21 раз превышавшее их вес. Можно представить себе, что ощущает человек, на которого давит груз массой в 1500 кг. Это была плата за сохранение их жизни. При работе системы аварийного спасения инженерами была заложена в полтора раза меньшая перегрузка, но из-за того, что корабль оказался повернут неверно вследствие потери равновесия ракетой-носителем, замысел конструкторов не сработал.
Другая проблема этого экипажа – место посадки. До срабатывания системы аварийного спасения ракета-носитель работала около 5 минут и за это время успела достаточно далеко отлететь от космодрома и от ровных степей Казахстана в сторону гор Алтая. И как раз на склоне одной из них под названием Теремок-3 космонавты и приземлились и сразу почувствовали, что катятся. Почти сферическому спускаемому аппарату очень сложно было принять устойчивое положение на наклонной поверхности. Но вращение неожиданно остановилось, и космонавты смогли вылезти из импровизированной карусели. В нескольких метрах вниз по склону они увидели крутой обрыв. Если бы не парашют, который сначала не отделился от спускаемого аппарата, а потом запутался в ветках близлежащих кустов, эта история могла бы закончиться для космонавтов очень печально.
Корабль не скатился с горы, но возникла другая опасность – начался сход лавины. Снежная масса накрыла группу спасателей, которые отправились на выручку космонавтам. Второй группе пришлось выдвинуться на спасение коллег и только потом – к нашему многострадальному экипажу. В итоге все разрешилось благополучно и никто сильно не пострадал.
В США были другие проблемы, так как американские корабли не приземлялись, а приводнялись. Оказалось, что это значительно хуже. Во-первых, находясь на воде, все предметы разворачиваются своим центром масс строго к центру притяжения (то есть к земному ядру). Малейший просчет мог привести к наклону. Во-вторых, всё усложняли волны, сила которых больше, чем у ветра. Для астронавтов перевернуться на волнах было обычным делом. Так, уже в миссии «Меркурий-Редстоун-4», которая представляла собой второй в истории пилотируемый суборбитальный полет (так называют короткие 15-минутные полеты, когда космический аппарат после достижения космического пространства сразу же оправляется обратно на Землю), произошла серьезная проблема. Спускаемый аппарат корабля с астронавтом Вирджином Гриссомом на борту при приводнении так развернулся, что и иллюминатор, и выходной люк были погружены в воду. По плану вертолет должен был прилететь, закрепить корабль, поднять его вместе с астронавтом и отбуксировать. Только потом можно было открыть люк и выбраться из спускаемого аппарата. Однако замки открылись раньше времени, и вода хлынула внутрь. Астронавт быстро выбрался и с помощью спасательного жилета смог продержаться на воде до того, как его подняли на борт вертолета. А вот аппарат утонул. Интересно, что его подняли со дна Атлантического океана только через 38 лет. Сам Гриссом тоже чуть не утонул. Он набрал себе в карманы сувениров и не снял тяжелый баллон с кислородом. Все это создавало нагрузку и тянуло его ко дну. Державшегося из последних сил астронавта успели поднять на борт вертолета. После этого во все пилотируемые приводняющиеся корабли была добавлена система надувных баллонов, своего рода поплавков. Она разворачивала корабли в нужном направлении и поддерживала их на плаву. Центр масс оказывался ниже, а площадь опоры – больше. После этого если американские корабли и переворачивались в воде, надувные баллоны возвращали их в правильное положение. Разве что сами астронавты могли сделать что-то не так. Например, астронавт Скотт Карпентер на корабле миссии «Меркурий-Атлас-6» в процессе полета совершил много ошибок: и накрошил едой, и довел некоторые системы корабля до перегрева, и не вовремя включил двигатели, из-за чего по инерции пролетел мимо запланированного места посадки. Все потому, что его отвлекали интересные эффекты в невесомости и виды планеты Земля. В конце полета спускаемый аппарат оказался в воде заваленным на бок более чем в 400 км от места ожидаемой посадки. Понимая, что с таким промахом спасатели найдут астронавта не скоро, он решил вылезти сам, взять с собой надувную лодку и что-то предпринять дальше. Еще одной ошибкой стало то, что ждать, пока специальная система выровняет корабль, он не стал. Естественно, переместившись к краю спускаемого аппарата, астронавт своим весом еще больше нарушил баланс и чуть не опрокинул всю конструкцию. Едва не утонув, Скотт смог все-таки залезть в лодку и дождаться спасателей. Правда, после такой серии ошибок в космос его уже больше не отправляли.
В СССР с кораблем «Союз-21» тоже произошло приводнение, хотя он на это не был рассчитан. Вернее, существовал план действий экипажа при посадке на воду, но, как показал этот единственный в истории случай приводнения корабля «Союз», план не работал. Советский корабль мог держаться на воде какое-то время, которого более чем достаточно, чтобы космонавты смогли быстро эвакуироваться из него при нестандартной посадке. Только у наших героев Вячеслава Зудова и Валерия Рождественского не было даже шанса сделать все по инструкции. Сначала не сработала система сближения и стыковки со станцией «Салют-6». Это привело к тому, что космонавты возвращались на Землю значительно раньше, чем планировалось по их программе.