Прыжок с орбиты

Метеорит попал в космический корабль, и у экипажа начался очень плохой день. Были повреждены двигатели, или теплозащитный щит, или еще какая-нибудь важная деталь, и корабль потерял возможность вернуться с орбиты самостоятельно. Что делать? Такие вопросы приходили в голову инженерам в начале космической эры. Тем более, что в то время была очень сильно переоценена плотность метеоритов в пространстве, и замолчавший спутник по умолчанию считался уничтоженным метеоритным попаданием. Каким-то образом нужно было спасать людей. Но чтобы вернуться с орбиты, нужен отдельный двигатель, нужен запасной теплозащитный щит, чтобы выдержать нагрев от торможения в атмосфере, нужен отдельный парашют. Все это должно быть небольшим и легким, потому что в космических кораблях каждый грамм и кубический сантиметр на вес золота. А теплозащитный щит еще и должен был быть определенной формы. Поэтому проекты минималистичных спасательных средств были надувными.

MOOSE

В начале 60-х компания General Electric разрабатывала проект MOOSE. Аббревиатура изначально расшифровывалась как Man Out Of Space Easiest — Самый Легкий Способ Вернуть Человека Из Космоса, и, возможно, была пародией на MISS — Man In Space Soonest (Быстрейший Способ Отправить Человека В Космос), пилотируемую программу ВВС США 1958 года. Затем проекту придумали более «серьезное» название — Manned Orbital Operations Safety Equipment (Спасательное Оборудование Для Работы На Орбите). А еще «moose» — это по-английски «лось». В небольшой контейнер, размером с чемодан и массой 90 кг (по другим данным 130 кг), инженеры сумели поместить маленький двигатель для торможения с орбиты, баллоны с пеной, которая должна была стать заполнителем и амортизатором, складную форму с теплозащитой, парашют, радио и набор для выживания.



В случае серьезных проблем с кораблем, астронавт должен был выбраться наружу, затормозить с ракетным двигателем в руках, залезть в складной контейнер и задуть свободное пространство пеной. Пена придавала форму аэрооболочке с теплозащитой, аэрооболочка по принципу «ваньки-встаньки» поддерживала правильное положение в атмосфере, на высоте 9 км автоматически вводился парашют, а при касании поверхности пена служила еще и амортизатором удара.



Проект прошел частичные испытания — элемент теплозащиты летал на «Меркурии», добровольцы упаковывались в пену, манекены в полноразмерных макетах сбрасывались с небольшой высоты, чтобы проверить удар о землю. Успешный прыжок с парашютом Джозефа Киттингера с высоты в 31 километр, хоть и не был связан с программой, добавил уверенности в реализуемость проекта. MOOSE мог стать штатным средством спасения для минишаттлов X-20, которые, как предполагалось, могли встретиться не только с метеоритами, но и с необходимостью досматривать/похищать/уничтожать возможно заминированные советские спутники, или даже участвовать в космических перестрелках. Но программа X-20 была остановлена, и ни NASA, ни ВВС США дальнейшего интереса к MOOSE не проявили. Проект тихо положили на полку в конце 60-х, хотя наработки по нему, наверняка, использовались той же компанией для проекта «Спасательная шлюпка General Electric» (GE Life Raft ) 1966 года, где экипаж состоял из 3 человек, а аэрооболочка была жесткой.

Paracone

В 1963 году другая компания, Douglas, предложила свой вариант, весьма похожий технологически, но выгодно отличавшийся встроенностью в катапультируемое кресло и заменой парашюта на большой «бадминтонный волан».



После катапультирования, спереди тормозной двигатель



Развернутый «волан»

Большая площадь и маленькая масса надувного конуса теоретически позволяли вместо абляционных тепловых щитов использовать тугоплавкие материалы (сплав Rene-41, как и на X-20), а на небольшой высоте конус тормозился бы до примерно 40 км/ч. Удар о землю должна была принимать на себя сминающаяся нижняя часть конуса. Масса системы ожидалась сравнимой с MOOSE.

SAVER

Еще один интересный инженерный вариант предложила компания Rockwell. Здесь вместо конуса предлагалось надувать огромный воздушный шар, материал которого должен был выдержать торможение в атмосфере.

Спираль

На минишаттле «Спираль» советские конструкторы пошли другим путем — спасательная капсула была жесткой:



Капсула должна была тормозиться простым твердотопливным двигателем, тормозить в атмосфере с помощью уже освоенной на других аппаратах абляционной теплозащиты, спускаться на парашютах и гасить удар о поверхность сминаемым амортизатором.

Еще проекты

В англоязычном интернете можно найти информацию про советскую капсулу Уманского от 1965 года. По описанию она должна была быть жесткой и могла бы использоваться не только для спасения, но и для работ на орбите. Подобные проекты жестких маневрирующих капсул были и в США, вот например, эскиз MOSES 1975 года:



Неманеврирующую раскладную капсулу, фактически, мешок для человека, предлагали как спасательное средство для Спейс Шаттлов. Этот мешок должен был тянуть за собой астронавт в скафандре, перемещая по одному экипаж терпящего бедствие шаттла на другой шаттл-спасатель.

Волан возвращается

Простота концепции надувного конического тормозного устройства означает, что такие проекты будут появляться снова. Таким способом должны были тормозить в атмосфере Марса пенетраторы зонда «Марс-96». НПО им. Лавочкина проводило испытательные пуски подобных конусов и предложило беспарашютную систему спасения с высоты «Спасатель»:



Частично технология надувного парашюта используется в «летающей тарелке» LDSD от NASA, и даже на Geektimes можно найти студенческий диплом с таким «воланом». Но беспилотная космонавтика, как сказал бы Александр Иванович Привалов, это уже совсем другая история.

Плюсы и минусы

То, что что эти проекты не пошли в серию, логично. Опасность метеоритов оказалась гораздо меньше, да и перестрелок в космосе, к счастью, не было. И хорошо, потому что как средство спасения подобные конструкции весьма так себе. Очень сложно вручную выставить правильную ориентацию на торможение такими примитивными средствами и тормозить, держа двигатель в руках («Гравитация» и «Марсианин» в этом вопросе вас обманывают). Точность посадки получается «примерно вот в этот континент», промах будет на сотни километров. Баллистический спуск — это 9 «же», что очень некомфортно. В общем, проще и эффективнее принимать меры по повышению надежности космических кораблей.

А как бы это выглядело

Тот факт, что никто в реальности не прыгал из космоса, не мешает нам прыгнуть в виртуальности. В Orbiter есть аддон X-20, в котором есть MOOSE. Полетели!

Красавец X-20 с разгонным блоком TransStage в полете



Первая задача — совместить плоскость орбиты с мысом Канаверал, куда мы надеемся приземлиться.



Катапультируемся!



По мнению разработчика аддона двигатель был бы расположен в катапультируемом кресле, и на торможение нужно было бы развернуться ногами вперед. Тормозим так, чтобы максимально точно попасть в цель (у реального пилота таких точных датчиков и двигателей не было бы).



На месте пилота я бы испугался — форма аэрооболочки совсем неправильная.



Ну, правильно, 8 «же», как и предупреждали.



И только тут, на высоте пяти километров, я вспомнил, что на мысе Канаверал очень много крокодилов…



Итоговый промах получился всего 74 км от стартовых площадок. И никаких крокодилов — посадка совсем рядом с туристическим центром.



По тегу Orbiter другие космические приключения с настоящей физикой.

Небольшое объявление: 7 июня в 19:00 в уфимском планетарии будет моя лекция «Небесная механика без единой формулы», после которой вам будет гораздо легче стать виртуальным космическим пилотом. Вход свободный.

Источник: geektimes.ru/post/276842/