Лунная программа \"Аполлон\"

РЕФЕРАТ

«Этапы развития космической программы «Аполлон»

(лунная программа) ».

Вступление.

«Аполлон» - это огромное, очень сложное, противоречивое и героическое предприятие, событие в масштабах земной цивилизации принципиальное.

Программу «аполлон» призвал к жизни запуск в Советском Союзе 4 октября 1957 года первого в мире искусственного спутника Земли. В США ещё в декабре 1948 года было объявлено о планах запуска спутника. Но такого интенсивного масштаба работ , как в Советском Союзе, в те годы не велось, хотя после окончания 2-й Мировой Войны из Германии в США было вывезено 492 немецких ракетных специалиста и 644 члена их семей. Группу возглавил генерал Вальтер Дорнбергер, руководитель разработок по ракете «Фау-2» и доктор Вернер фон Браун, главный конструктор «Фау-2». Запуск Советами спутника нанёс серьёзный удар по идеологии США, по мнению многих политиков и обозревателей, слабость Америки заключалась в отсутствии единой великой цели, которая объединила бы всех в стремлении её достичь. После запуска «красной луны» в США понимали, что нужно запустить свой спутник, доказать, что это по зубам американской технике, успокоить перепуганного обывателя, а что дальше? Необходимо было «проникнуть в космос ещё дальше». Взгляд поднимался всё выше и выше и упирался в Луну. К Луне нельзя было не прийти, следуя логике всей тогдашней американской политике. Космонавтика США оказалась в плену политических предначертаний.

31 января 1958 года был наконец запущен первый американский искусственный спутник Земли – «Эксплорер-1» весом около 14 килограммов. Ведутся работы по двум пилотируемым программам «Меркурий» и «Джемини». НАСА начало отбор кандидатов в астронавты, первый отряд сформирован к апрелю 1959 года (7 человек). При этом ещё не создан ни космический корабль, ни его носитель – эта деталь характеризует огромное нетерпение НАСА (в СССР отбор начался в январе 1960 г.). С приходом к власти президента Кеннеди, работы над лунной программой ещё более ускорились, бюджет НАСА возрос многократно. Кеннеди называет конкретную цифру – до 1970 года американцы высадятся на Луну.

«Аполлон» не подчинялся логике научно-технического прогресса, а капризу политической коньюктуры. К моменту утверждения этой программы у США не было ни единого космического носителя, ни одного отработанного корабля, ни один американец не был в космосе. Кроме этого, к тому времени имелись весьма смутные представления о природе Луны.

Техническая реализация проекта.

Схема полёта :

Первый этап - старт с Земли и выход на околоземную орбиту. «Аполлон» выводится на орбиту Земли за счёт первой, второй и части топлива третьей ступени. Второй - переход с начальной орбиты на траекторию полета к Луне с последующей коррекцией этой траектории. На орбите проводится проверка, возможная корректировка орбиты, далее аппарат разгоняется за счёт остатков топлива 3-й ступени и по эллиптической орбите движется в сторону Луны порядка 3-х суток. В это время необходимо провести перестыковку лунной кабины, для того, чтобы был возможен переход астронавтов в неё. Третий - торможение у Луны и выведение корабля на окололунную (селеноцентрическую) орбиту. Здесь функции членов экипажа разделяются. Два астронавта переходят из командного отсека космического корабля в специальный лунный корабль, который отделяется от основного и совершает посадку на поверхность Луны. Третий астронавт несет свою службу на орбите. После выполнения предусмотренных программой работ на Луне астронавты при помощи взлетной ступени того же корабля стартуют с Луны и выходят на орбиту, близкую к той, на которой находится их товарищ. Затем производится сближение, причаливание и стыковка кораблей на орбите. Экипаж воссоединяется, лунный корабль отбрасывается, а астронавты, включив двигательную установку, сообщают кораблю дополнительную скорость и переводят его на траекторию полета к Земле. По пути к Земле проводится коррекция условий входа в атмосферу. Далее следует торможение в атмосфере и спуск обитаемого отсека на парашютах.

Первая космическая скорость для Луны составляет всего 1,7 км/сек. Но на Луне отсутствует атмосфера, и скорость при спуске может быть погашена только ракетным двигателем. Целесообразной для лунного корабля является двухступенчатая схема. Первая ступень - спуск и посадка, вторая - взлет и стыковка с основным блоком на орбите. Корабль свободен от каких бы то ни было аэродинамических обводов. Конструкция - чисто космическая. Проектанты уложились в 14,5 т. Этот вес входит только как одна из составляющих в тот полезный груз, который должен быть выведен ракетой-носителем на околоземную орбиту и дальше - на траекторию полета к Луне. Обитаемый корабль или, как его называют, командный отсек, должен обеспечить относительно сносное существование астронавтов в течение 8-12 суток и иметь необходимую теплозащиту для спуска в земной атмосфере. Вес этого отсека составляет 5,6 т. Он имеет форму конуса со сферическим днищем. По своей форме командный отсек напоминает снятую с автомашины фару и потому называется иногда "фарообразным". И наконец, в состав полезного груза при выведении корабля к Луне надо включить ракетный блок с двигательной установкой и с запасом топлива для коррекции на траектории, для торможения у Луны и последующего разгона при возвращении на Землю с селеноцентрической орбиты. При этом опять же надо ориентироваться на компоненты не только высококипящие, но и самовоспламеняющиеся, обеспечивающие простоту многократного запуска. Этот так называемый служебный (двигательный) отсек весит около 23 т. Итак, скомпонованный 45-тонный корабль в начале своего полета к Луне имеет начальную скорость 10,8 км/сек. Но до этого он находился на околоземной орбите, где его скорость составляет 7,8 км/сек. Для увеличения скорости на 3 км/сек или увеличения vx на 3,2 км/сек опять же нужен двигатель и запас топлива, что означает дальнейшее наращивание веса по мере того, как мы в своем описании приближаемся к начальным условиям полета. Расчеты показывали, что носитель должен для этого вывести предварительно на начальную орбиту примерно 130 т полезного груза. Если же перейти к стартовому весу ракеты, то при самых высоких удельных тягах, которые могут быть обеспечены современным топливом, стартовый вес носителя приближается к 3000 т. Уникальность этого сооружения заключается не только в его абсолютных размерах, но и в масштабности проводившихся работ. Создание этой ракеты вызвало к жизни множество разнообразных новинок в принципах самого замысла, в силовой конструкции, в двигательной части, в технологии, в системе управления, в способах испытания, освоения и доводки, в стартовой подготовке, контроле и во многих областях, соприкасающихся с ракетной техникой.

Блок первой ступени.

Длина - 42,5 м. Диаметр - 10,1 м. В бак окислителя заливается 1400 т жидкого кислорода, а в бак горючего - 600 т керосина. Наддув бака горючего осуществляется гелием. В кислородном баке наддув гелием производится только на старте. В дальнейшем для этой цели используется кислород, который отбирается из магистрали высокого давления и газифицируется в теплообменнике. Двигательная установка первой ступени скомплектована из пяти однокамерных двигателей F1, каждый из которых дает на Земле тягу 690 т и имеет собственный ТНА и собственные топливные магистрали. Боковые двигатели могут отклоняться на небольшой угол в двух плоскостях от оси ракеты, чем обеспечивается управление первой ступенью. После выключения двигателей для отделения и отвода первой ступени включаются восемь тормозных твердотопливных двигателей, каждый из которых дает тягу 39 т и работает 0,66 сек. Первая ступень работает 150 сек и выключается на высоте 67 км, сообщив ракете скорость 2,38 км/сек.

Блок второй ступени.

Диаметр – 10,1 м (как у первой ступени), длина – 25 м. В цилиндрический бак горючего заливается около 70 т жидкого водорода, а в сферический бак окислителя - 360 т кислорода. Днище баков общее, водородный бак имеет мощное теплоизолирующее покрытие (пенопласт). Наддув баков горючего и окислителя производится газифицированным водородом и кислородом соответственно. На переходнике между блоками первой и второй ступеней "Сатурн-5" установлено восемь вспомогательных твердотопливных двигателей системы обеспечения запуска. На блоке второй ступени имеется также и верхний силовой переходник для стыковки с третьей ступенью. На нем установлены четыре вспомогательных твердотопливных двигателя разделения ступеней. Силовая установка второй ступени, как и первой, имеет пять двигателей: один в центре и четыре по периферии. Поворотом последних достигается управление ракетой. Каждый двигатель дает тягу 102 т, а низкокипящее топливо кислород+водород обеспечивает удельную тягу в пустоте 430 сек. Двигательная установка второй ступени работает примерно 390 секунд и выключается на высоте 186 км при скорости полета 6,88 км/сек.