11 жовтня 2018 року з космодрому Байконур була запущена ракета «Союз-ФГ». Метою місії було виведення на орбіту космічного корабля «Союз МС-10» з двома членами екіпажу МКС — космонавтом «Роскосмосу» Алєксєєм Овчиніним і астронавтом NASA Тайлером Хейгом. Однак рутинний ротаційний політ став небезпечним після нештатного відокремлення бічного прискорювача, який ударив по ракеті. Це призвело до втрати стабілізації та розгерметизації другого ступеня.
Попри те, що «Союз МС-10» так і не дістався орбіти, підкорювачі космосу відбулися лише підвищеними перевантаженнями та зіпсованим настроєм. Їхні життя вберегло своєчасне спрацювання системи аварійного порятунку екіпажу (САП). Про цей пристрій, його різновиди й історію появи — далі в матеріалі.
Ранні системи аварійного порятунку
Перші космонавти й астронавти були льотчиками-винищувачами. Вони літали на кораблях, оснащених кріслами-катапультами. Тож цілком закономірно, що перша в історії система аварійного порятунку, встановлена на КА «Восток», теж являла собою катапульту.
На її створення здебільшого вплинув вибух у липні 1960 року ракети з прототипом «Востоку», на борту якого перебували собаки Лисичка і Чайка. Загибель тварин справила на Сергія Корольова гнітюче враження, і він зажадав розробити систему порятунку екіпажу в разі нештатної ситуації. Завдання не здавалося надважким, бо сам корабель уже був оснащений кріслом-катапультою. Річ у тім, що сферичний посадковий апарат, хоча й мав власний парашут, не міг забезпечити достатнього погашення швидкості для м’якої посадки. Щоб уникнути травмування космонавта від надто сильного удару, конструктори вирішили катапультувати його під час повернення на Землю. На висоті 7 км пілот мав активувати катапульту, після чого приземлявся на парашуті окремо від капсули.
Врешті цю катапульту і взяли за основу САП «Востоку». В разі аварії ракети до 40-ї секунди польоту Центр управління (ЦУП) міг віддати команду на катапультування крісла з космонавтом. У проміжку з 40-ї по 150-ту секунду передбачалося вимкнення двигунів носія, а після його зниження до позначки 7 км — знову-таки використання катапульти. При аварії на більш пізній ділянці корабель уже міг задіяти власні двигуни для відділення від ракети.
Звичайно, САП «Востоку» не була ідеальною. Наприклад, у ситуації, коли ракета ще перебувала на стартовому майданчику або в перші секунди після запуску, парашут просто не встиг би розкритися. Радянські інженери навіть розвісили металеві сітки поруч із пусковим столом у зоні найбільш вірогідного приземлення катапультованих космонавтів.
Звичайно, це не було цілковитим вирішенням проблеми, але в умовах космічної гонки Корольову довелося піти на ризик і обрати найкращий із доступних варіантів. Уже в грудні 1960 року систему випробували на практиці. Тоді зазнала аварії ракета, яка несла ще один прототип «Востоку» з собаками Кометою та Шуткою. САП успішно відокремила посадковий апарат, що й урятувало тварин. На щастя, під час польотів космонавтів необхідності в ній не виникло.
Що стосується американського Mercury, то в ньому використовувалася принципово інша схема, зумовлена досить скромними розмірами корабля. Його капсула була занадто мала, щоб усередині неї могла поміститися катапульта. Тому конструктори вирішили встановити на неї зовнішню вежу, оснащену твердопаливною ракетою. В разі аварії вона мала би «витягнути» корабель і відвести його від носія. Потім вежа скидалась, а капсула з астронавтом здійснювала спуск на парашуті.
У листопаді 1960-го ця система була випадково активована під час знаменитого «десятисантиметрового польоту». Тоді двигуни ракети Redstone з установленим на ній безпілотним кораблем заглухли відразу після старту: вона змогла піднятися лише на 4 дюйми (10 см), а потім опустилася на місце. Після цього несподівано спрацювала система порятунку, але нештатно: капсула залишилася прикріпленою до ракети, а вежа з твердопаливними двигунами «відлетіла» й досягла висоти 1200 м, після чого приземлилася на відстані 370 м від стартового майданчика. Через три секунди після спрацювання двигунів САП капсула Mercury викинула спочатку гальмівний, а потім — основний парашут. Іще через 30 секунд, не «відчувши» натягу строп, автоматика залучила й запасний парашут.
У квітні 1961 року система знову продемонструвала свої можливості. Під час чергового випробування ракета з безпілотним кораблем не набрала потрібної потужності й не зуміла вийти на траєкторію, передбачену планом польоту. Оператор віддав команду на підрив носія, в той час як САП відвела капсулу корабля, яка потім успішно приводнилася в Атлантичному океані. Це був останній випадок, коли система спрацювала під час запуску Mercury.
Небезпечні «Восход» і Gemini
Може здатися парадоксальним, але кораблі «Восход» і Gemini, що прийшли на зміну «Востоку» та Mercury, мали ще менш ефективні САП, ніж їхні попередники, й залишали екіпажу значно менше шансів на виживання в разі аварії. Але про все по черзі.
Новий радянський корабель «Восход», по суті, являв собою все той же «Восток», тільки вже розрахований на двох-трьох осіб. З цим виникла проблема: конструктори не мали можливості розмістити всередині тісної капсули відразу кілька крісел-катапульт. А це означало, що в разі аварії на ранній ділянці польоту космонавти були приречені. Екіпаж «Восходу» міг урятуватися не раніше 44-ї секунди після запуску, коли відбувався скид головного обтічника та з’являлася можливість відокремити посадковий апарат від ракети.
Звичайно, запускати корабель із таким великим недоліком у системі порятунку екіпажу було вельми небезпечно, особливо з урахуванням загальної надійності носіїв тієї епохи. Але утримання лідерства в космосі й раніше вимагало ризику. Тож радянське керівництво ухвалило рішення знову ризикнути. У випадку з «Восходом» усе обійшлося — обидва його запуски пройшли без будь-яких ускладнень.
Щодо американського Gemini, то заради економії маси конструктори відмовилися від вежі з витяжною ракетою та замість неї встановили всередині корабля два крісла-катапульти. Астронавти могли скористатися ними на ранніх ділянках польоту. За аварії на великій висоті передбачалося відділення Gemini від носія і подальший спуск капсули екіпажу на парашутах.
Рішення встановити на корабель крісла-катапульти викликало чимало суперечок. По-перше, багато фахівців вважало, що після катапультування астронавтів може зачепити реактивний струмінь від ракети, що призвело би до їх миттєвої загибелі. По-друге, NASA жодного разу не випробовувала катапульту в умовах, аналогічних реальному польоту. Річ у тім, що атмосфера всередині Gemini складалася з чистого кисню. При цьому під час запуску в капсулі підтримувався підвищений тиск. Деякі астронавти побоювалися, що спроба скористатися катапультою в таких умовах нічим хорошим не скінчиться, і їм загрожує перетворення на «свічки». До слова, пізніше щось подібне сталося з екіпажем Apollo 1.
Але й цього разу підкорювачам космосу пощастило. Членам екіпажів Gemini не довелося зіткнулися з ситуацією, яка вимагала би від них активувати катапульту.
Системи порятунку «Союзу» і Apollo
І «Восход», і Gemini, по суті, являли собою «проміжні» апарати, необхідні для напрацювання досвіду космічних польотів до появи «важкої артилерії» — «Союзу» й Apollo. Ці кораблі були помітно більшими за попередників і розраховані на трьох осіб, що зумовило необхідність створення нових САП.
Розробники Apollo виключили можливість використання катапульт. Цьому заважали як особливості конструкції корабля й велика кількість членів екіпажу, так і сам запуск за допомогою найпотужнішої ракети в історії, що залишала величезний вогняний шлейф. Тому вирішили повернутися до схеми, випробуваної на Mercury. Нагорі встановили вежу з твердопаливною ракетою, яка в разі надзвичайної ситуації мала би відвести капсулу екіпажу якнайдалі від Saturn V. Цікаво, що її потужність перевищувала потужність ракети Redstone, що колись запускала Mercury. Як і у випадку з попередніми американськими кораблями, екіпажам Apollo жодного разу не довелося задіяти САП.
Що стосується радянських систем, то їх конструктори також зупинилися на варіанті з «витягуванням» корабля з носія за допомогою окремої твердопаливної ракети. Щоправда, САП «Союзу» не можна назвати точною копією американської системи — вона має важливі особливості, зумовлені його конструкцією. По-перше, на відміну від Apollo, «Союз» під час запуску закритий головним обтічником. По-друге, у нього зовсім інше компонування: вгорі розташовується агрегатно-побутовий відсік, а вже під ним розміщена капсула екіпажу.
За роки експлуатації «Союзу» його САП кілька разів модернізувалась, але принципових змін не зазнала. Її основний двигун встановлений на спеціальній штанзі, закріпленій над головним обтічником. Якщо аварія відбувається до 114-ї секунди польоту, система активується та відводить від носія головну частину, що складається з обтічника, побутового відсіку і посадкового апарата. Потім вмикається твердопаливний двигун розділення, що забезпечує відведення головного обтічника та побутового відсіку від капсули з космонавтами. Остання здійснює посадку на парашутах.
Скидання штанги з основним двигуном САП відбувається на 114-й секунді польоту, в той час як головний обтічник відділяється на 161-й секунді. У цьому проміжку життя космонавтів залежить від невеликих твердопаливних двигунів, встановлених на стулках самого обтічника. Вони мають меншу потужність, ніж основний двигун, але її достатньо, щоб відвести головну частину від носія. Саме ці двигуни врятували екіпаж «Союза МС-10», аварія якого сталася вже після відстрілу штанги САП. Якщо ж проблема трапляється після 161-ї секунди, то спрацьовує автоматична система відділення посадкового апарата. Він відстрілюється від ракети й далі спускається на парашутах.
Алєксєй Овчинін і Тайлер Хейг стали третім в історії екіпажем «Союзу», зобов’язаним своїм життям САП. «Піонерами» ж були Васілій Лазарєв і Олег Макаров. У квітні 1975 року вони мали вирушити на орбітальну станцію «Салют-4» на борту корабля «Союз-18», але так і не дісталися місця призначення. На ділянці роботи верхнього ступеня сталась аварія. САП відокремила посадковий апарат, проте через закручування він втратив орієнтацію, й екіпаж піддався небезпечному для життя перевантаженню, що сягало 26 g. Капсула з космонавтами приземлилася на схилі гори на південний захід від Горно-Алтайська. Її виявили геологи та пізніше евакуювали військові.
Вдруге САП урятувала життя екіпажу в вересні 1983 року. Тоді на космодромі Байконур за 48 секунд до старту сталося загоряння ракети з кораблем «Союз Т-10». Вогонь перепалив частину кабелів, які передавали інформацію про стан носія, тому спостерігачі помітили пожежу лише за двадцять секунд до запуску. Ще десять секунд пішло на те, щоб дати команду операторам активувати САП. Через дві секунди після відокремлення головного блока від ракети вона розвалилася, впавши у приямок стартового столу. Впродовж чотирьох секунд роботи твердопаливних двигунів космонавти Владімір Тітов і Геннадій Стрєкалов відчували перевантаження, що складало від 14 до 18 g. Врешті обидва відбулися легким переляком, а згодом здійснили ще кілька польотів у космос.
Процедури аварійного припинення польоту Space Shuttle
На відміну від своїх капсульних попередників, кораблі багаторазового використання Space Shuttle не мали повноцінної САП. На етапі проєктування конструктори розглядали можливість зробити кабіну екіпажу відокремлюваною, що могло би врятувати астронавтів у випадку серйозної аварії. Але розрахунки показали, що це сильно обтяжить конструкцію й унеможливить виведення на орбіту будь-якого корисного навантаження. Певну роль міг зіграти й досвід попередніх років, який додав упевненості інженерам. Зрештою, екіпажам Mercury, Gemini й Apollo жодного разу не знадобилася система порятунку.
Проте у екіпажів шатлів усе ж були можливості врятуватися при деяких типах аварій. Під час перших чотирьох випробувальних польотів на борту корабля Columbia встановлювалися два крісла-катапульти, здатні забезпечити порятунок упродовж перших двох хвилин після старту, поки корабель ще не досяг висоти 30 км. Однак, як і у випадку з Gemini, багато фахівців NASA відверто сумнівались у їхній ефективності, вважаючи, що катапультовані астронавти просто пролетять крізь полум’я від твердопаливних прискорювачів і перетворяться на пару.
Після завершення випробувальних польотів катапульти з космоплану Columbia були зняті й надалі ніколи не встановлювалися на інші кораблі. Їхні екіпажі могли врятуватися лише за аварії, під час якої не порушилася цілісність літального апарату і він міг продовжити керований політ в атмосфері. Таке було можливим у разі відмови одного або кількох двигунів шатла.
На цей випадок NASA розробила низку аварійних процедур, які визначали дії екіпажу корабля в залежності від досягнутої ним швидкості та висоти. Одні передбачали розворот шатла та посадку на території Космічного центру ім. Кеннеді, інші — переліт через Атлантичний океан і приземлення на один із заздалегідь підготовлених майданчиків у Західній Європі чи Африці. За певних обставин був можливий варіант, у якому космоплан здійснює один орбітальний виток, після чого повертається на Землю.
За всі роки експлуатації багаторазових космічних кораблів вони лише раз зіткнулися з передчасним вимкненням двигуна. Це сталося під час місії STS-51F у 1985 році. Оскільки інцидент виник на фінальній ділянці польоту, космоплан просто вийшов на трохи нижчу орбіту, ніж було заплановано, що ніяк не позначилося на результатах його місії.
Катастрофа шатла Challenger у 1986 році знову підняла питання щодо САП. Однак наступна експертиза підтвердила, що через занадто велику масу встановлення відокремлюваної кабіни зробить безглуздою всю подальшу експлуатацію крилатих кораблів. Через особливості їхньої конструкції також була виключена можливість установки крісел-катапульт для всіх членів екіпажу.
В результаті NASA внесла деякі зміни в аварійні процедури, а також оснастила космоплани відстрілюваним люком і спрямувальним штирем, який дозволяв залишити шатл із парашутом за умови, якщо він перебував на висоті менше 10 км і рухався з дозвуковою швидкістю. Астронавти могли скористатися цією опцією, якщо з якоїсь причини корабель не мав можливості досягти злітно-посадкової смуги чи здійснити безпечну посадку.
Щодо радянського «Бурана», то конструктори планували встановити на ньому крісла-катапульти К-36РБ. Тоді можна було би залишити корабель на висоті до 25 км при зльоті й нижче 30 км — при посадці. Їх випробували під час кількох запусків КА «Прогрес». Тести підтвердили принципову можливість використання катапульт для порятунку космонавтів.
Проблема полягала в тому, що, як і у випадку з шатлами, К-36РБ планували поставити лише для двох пілотів на час випробувальних польотів. Решта екіпажу (а «Буран» був розрахований на десять осіб) не мала би жодних засобів для порятунку. Надалі розглядали пропозицію катапультувати космонавтів попарно: спочатку двох із верхньої палуби, а потім — двох із нижньої, використовуючи загальні напрямні. Ця схема давала можливість урятувати чотирьох осіб. Питання про те, що робити, якщо екіпаж «Бурану» складатиметься з більшої кількості людей, так і лишилося відкритим.
Проте до моменту першого та єдиного безпілотного польоту радянського шатла в 1988 році крісла К-36РБ ще не були готові, і він вирушив у космос без них. Подальше закриття програми позбавило фахівців від необхідності розв’язання проблеми порятунку всього екіпажу.
Капсульні кораблі XXI століття
На завершення варто сказати кілька слів про системи спасіння капсульних кораблів, що з’явилися вже в нинішньому столітті. Почнемо з китайського «Шеньчжоу», який часто називають копією «Союзу». Він має таку ж компоновку відсіків і повторює багато його технічних рішень. Це ж стосується і САП.
У свою чергу, корабель Orion, що розробляється NASA, позиціонується як новий Apollo, який поверне американських астронавтів на Місяць. Не дивно, що він має таку ж САП, як і його знаменитий попередник — у вигляді вежі з твердопаливною ракетою, яка буде встановлена у верхній частині головного обтічника. Аналогічне технічне рішення застосоване й на індійському кораблі «Гаганьян», якому ще тільки належить здійснити перший орбітальний політ.
Що стосується приватних космічних кораблів Crew Dragon і CST-100 Starliner, то їхні розробники вирішили відмовитися від використання окремої витяжної ракети. Замість неї ставка була зроблена на власні двигуни апаратів. У разі аварії на стартовому майданчику або під час запуску вони мають відвести капсулу на безпечну відстань від носія. Boeing і SpaceX уже провели успішні випробування САП. Будемо сподіватися, що, як і у випадку з більшістю інших космічних кораблів, її ніколи не доведеться задіяти в умовах реальної нештатної ситуації.
Тільки найцікавіші новини та факти у нашому Telegram-каналі!
Долучайтеся: https://t.me/ustmagazine
