Механика космического полета в элементарном изложении - Левантовский В.И.
Скачать (прямая ссылка):
Вспомним, как поступали путешественники, штурмовавшие в свое время Северный или Южный полюс. Техника путешествий в полярных районах тогда также не была еще достаточно развита... По пути к цели создавались базы, на которых хранились запасы продовольствия, корм для ездовых собак и т. п.; это предназначалось для использования на обратном пути, чтобы уменьшить нагрузку, выпадавшую на долю людей и животных.
Но каким образом в пространстве между Землей и Луной можно создать аналогичные базы? Они могут быть созданы только на околоземной или окололунной орбите. Что полезного для дальнейшего 278
ГЛ. 12. ЭКСПЕДИЦИЯ НА ЛУНУ
пути могли бы найти на орбите спутника Земли возвращающиеся с Луны путешественники? Разве лишь спускаемый аппарат.
Но это приобретение было бы получено чрезмерно высокой ценой: колоссальным возрастанием стартовой массы ракеты-носителя из-за необходимости уменьшить при выходе на околоземную орбиту скорость корабля на 3 км/с.
Остается рассмотреть окололунную орбиту. Что можно здесь остайить? Прежде всего, то оборудование, которое нужно специально для входа в земную атмосферу, затем топливо, необходимое для дополнения скорости искусственного спутника Луны до величины порядка 2,5 км/с (см. § 1 гл. 11). Это значит, что на поверхность Луны нужно будет опустить и затем поднять с нее значительно меньшую массу, следовательно, расход топлива на торможение при посадке и при взлете сильно уменьшится, а значит, при старте с Земли можно будет сэкономить еще во много крат больше топлива. В результате резко уменьшится стартовая масса ракеты-носителя.
Идея выхода космического корабчя на окололунную орбиту с последующим отделением от него посадочного отсека с целью получения энергетического выигрыша впервые была выдвинута советским ученым Ю. В. Кондратюком.
§ 5. Экспедиции по программе «Аполлон»
Изложенный выше третий вариант лунной экспедиции был положен в основу американской программы «Аполлон». По этой программе было совершено шесть удачных экспедиций и одна неудачная, которые стартовали: «Аполлон-11»— 16 июля 1969 г., «Аполлон-12» — 14 ноября 1969 г., «Аполлон-13»— 11 апреля 1970 г. (неудачная), «Аполлон-14» — 31 января 1971 г., «Аполлон-15» — 26 июля 1971 г., «Аполлон-16»—16 апреля 1972 г., «Аполлон-17» — 7 декабря 1972 г. Осуществление программы стало возможным после создания мощной ракеты-носителя «Сатурн-5», первый запуск которой состоялся в 1967 г.
Общая длинах) ракетно-космической системы «Сатурн-5» — «Аполлон» составляет 111 м, а начальная масса примерно 2950 т. На рис. 105, а указаны некоторые размеры частей системы.
Первая ступень ракеты «Сатурн-5», носящая обозначение S-IC, имеет массу 2280 т, причем масса топлива равна 2149 т. На ступени установлены пять двигателей F-1: четыре — в кардановых подвесах по периферии, способные отклоняться на угол 7°, и один, фиксированный,— в центре, направление тяги которого всегда совпадает с продольной осью ракеты. Двигатели F-I рассчитаны на
1J Сборка советских ракет происходит в горизонтальном положении, а американских — в вертикальном, так что лучше, пожалуй, говорить о высоте американской системы. § 5. ЭКСПЕДИЦИИ ПО ПРОГРАММЕ «АПОЛЛОН»
279
а)
Рис 105 Ракетно космическая система «Сатурн 5 — Аполлон» а) структура системы в целом, б) компоновка корабля «Аполлон» S-IC — первая ступень, S II — вторая ступень, S — IVB — третья ступень, 1 — бак горючего первой ступени, 2 — бак окислителя первой ступени, 3 — переходник между первой и второй ступенями, 4 — бак окислителя второй ступе-ИИ, 5 — бак горючего, 6 — переходник между второй и третьей ступенями, 7 — бак окислителя третьей ступени, 8 — бак горючего третьей ступени, 9 — приборный отсек IU1 10 — лунный отсек, Il — переходник LMA, 12 — служебный отсек, 13 — командный отсек, 14 — система аварийного спасения (CAC), 15 — маршевый двигатель служебного отсека, 16 — блоки двигателей системы ориентации и стабилизации, 17 — теплозащитный экран, 18 — ферма САС, 19 — основной РДТТ CAC, 20 — РДТТ для отбрасывания CAC, 21 — вспомогательный РДТТ, 22 — аэродинамические рули CAC ГЛ. І2. ЭКСПЕДИЦИЯ НА ЛУНУ
однократное включение и действуют в течение примерно 150 с. Кроме того, на корпусе ступени S-IC установлены восемь тормозных РДТТ тягой 39 тс каждый, предназначенных для отделения первой ступени после расцепки.
Вторая ступень S-II имеет массу 485 т (с переходником), в том числе 444 т топлива (жидкий водород и жидкий кислород). На ней установлены пять двигателей J-2 (четыре — по периферии в кардановых подвесах, пятый, неподвижный,— в центре). Двигатели работают в течение 370 с. На ступени установлены также пять РДТТ (каждый тягой 10,2 тс), сообщающих ступени после некоторого периода невесомости искусственную тяжесть на период 4 с для осадки топлива, и четыре тормозных РДТТ (каждый тягой 17 тс) для отделения ступени.
Третья ступень S-IVB имеет массу 122 т (с переходником), в том числе 107 т топлива (жидкий водород и жидкий кислород). Она содержит один двигатель J-2, включающийся примерно на 160 с при выведении корабля «Аполлон» на околоземную орбиту ожидания и на 320 с при выведении его на траекторию полета к Луне. Имеются также два двигателя для осадки топлива (тягой по 1,45 тс).
