Уральские ученые решают проблему потерь в Космосе

Смекалка против космоса и «мертвой станции»: почему экипаж «Союза-Т-13» стал легендой

В феврале 1985 года необитаемая советская станция «Салют-7» вышла из-под контроля и неумолимо приближалась к Земле. Зарубежные СМИ трубили: советская станция крутится над головами людей и скоро упадет. Никто не мог просчитать неизбежное падение. Человеческие жизни и репутация космической отрасли СССР оказались под угрозой – решение нужно было принимать очень быстро.

Кандидатуры космонавтов, которых отправили на спасение станции и человечества, утвердил сам Алексей Леонов: капитана Владимира Джанибекова и бортинженера Виктора Савиных. Только они, по его мнению, обладали необходимым опытом. На подготовку ушло всего три месяца, экспедиция стартовала 6 июня 1985 года с космодрома Байконур. Несмотря на тщательную подготовку корабля «Союз», что делать с «мертвой станцией», как вести себя во время операции и удастся ли вернуться на Землю после, досконально не знал никто.

Нащупать станцию, которая сошла с орбиты, в пространстве космоса, а потом пристыковаться, предстояло в ручном режиме. Станцию предстояло догнать и не врезаться в нее с помощью лазерного дальномера, секундомера и контроля скорости и расхода топлива. «Вместе нам предстояло шагнуть в неизвестность», — писал Савиных в своих «Записках с мертвой станции». Именно этот документ лег в основу одного из самых ожидаемых и пронзительных фильмов 2017 года «Союз-7» режиссера и журналиста Алексея Самолетова.

В момент сближения с «Салютом» космонавты поняли: станция развернута к кораблю нерабочим стыковочным узлом. Станцию предстояло облететь также вручную. Маневр просчитал Савиных, координаты сообщила Земля. Стыковка наконец удалась.

Из рубрики Наука: Ученые создадут роботы-тракторы, идеально приспособленные к особенностям российского сельского хозяйства

Орбитальная станция оказалась напрочь замерзшей. В условиях лютого космического холода экипаж «Союза» проверял приборы, крутил ручки, одним словом – будил гигантский аппарат. Станцию удалось «согреть», а космонавты уже решали следующую проблему: после разморозки образовалось море воды. Вместо тряпок использовали одежду, что осталась от прошлых экипажей, в том числе в ход пошел наряд космонавтки Светланы Савицкой.

Джанибекову и Савиных пришлось выйти в открытый космос, чтобы починить солнечные батареи, которые сильно пострадали от мелких метеоритов. Тут тоже не обошлось без приключений – заел трос.

Несмотря на воистину неземные трудности, космонавты выполнили миссию и почти сто суток провели на «Салюте-7». Ценой нечеловеческих усилий, смекалки, рискованных решений Джанибекова и Савиных станция «ожила» и больше не угрожала землянам. По возвращении космонавтов на Землю руководство почти месяц решало: наказать героев или наградить? Ведь многие принятые решения шли поперек указаний Центра управления полетами. В результате Савиных получил звезду Героя, Джанибеков – звание генерал-майора авиации.

Расследование показало: связь с «Салютом-7» потерялась из-за несовершенной системы энергообеспечения станции. Работы по модернизации этих систем идут по сей день.

Потери «космического масштаба»-2017

Последняя и крайне резонансная потеря случилась под конец уходящего 2017 года. Второй по счету запуск с космодрома «Восточный» (объект едва успел «обсохнуть» от праздничного шампанского и святой воды со дня торжественного открытия) завершился провалом. Новейший крупный спутник «Метеор-М», призванный следить за состоянием климата, воды и атмосферы на земле, не только не вышел на орбиту, но и потерял 19 спутников (российских и зарубежных заказчиков) различного назначения. Они крепились к трехтонному «Метеору-М» как дополнительная нагрузка, чтобы сделать запуск более выгодным. Проще говоря, чтобы 19 раз не «бегать» по одному маршруту.

Сначала аппараты в космос «загнала» ракета-носитель – «Союз-2.1б» – на мощном ракетном двигателе, который дает невообразимую скорость для быстрой доставки «космического хозяйства» в определенную точку внеземного пространства. Далее разгонный блок «Фрегат» «отпочковывается» от ракеты на так называемой переходной орбите и уже отсюда начинает свою работу. На собственном химическом двигателе большой и малой тягой – по ситуации.

Двигатель малой тяги – это такой тип космического двигателя, который позволяет после запуска в «просторы Вселенной» скорректировать направление, угол наклона и скорость космического аппарата – научного или военного спутника, грузового аппарата, космического корабля, станции – здесь могут быть сотни вариантов разных размеров и функций. Двигатель должен сработать, чтобы «посадить» аппарат на нужную орбиту, точно состыковать (например, грузовик со космической станцией), а также удерживать на орбите при длительной работе. Смысл именно малой тяги в том, что реактивная высокая скорость здесь не нужна, как это требуется для запуска ракет-носителей, однако нужна ювелирная точность, до миллиметра и сотых долей секунды.

Из рубрики Наука: Кардиостимулятор установят по формуле

«Фрегат» – единственный в мире блок, который может плавно «перескакивать» по трем орбитам, доставляя разные аппараты в нужные точки. Таких операций с момента разработки в 2000 году агрегат проделал уже 58, где 57 – успешно. В ноябре 2017-го «Фрегат» должен был сначала долететь до орбиты «Метеора-М» и расположить его там, после чего «раскидать» остальные спутники по трем разным адресам-орбитам. Однако в этот раз разгонный блок потерял весь груз, превратив его в космический мусор.

Среди наиболее вероятных причин аварии называют человеческий фактор (ошибки программирования) и неполадки в двигательной установке. Точную причину еще предстоит узнать.

2017 год стал не самым победным для нашей космонавтики. В январе грузовой корабль «Прогресс МС-04» не вышел на орбиту и сгорел в атмосфере из-за болеющей кладовщицы. Как оказалось, двигатель аппарата, созданный на Воронежском механическом заводе, разрушился из-за некорректной сборки. Агрегат собрали не из специализированных драгоценных металлов, а из других материалов, менее стойких к жарким температурам. Кладовщица, будучи на больничном, за этим проследить не могла. После инцидента директор Воронежского завода уволился по собственному желанию, а двигатели отправили на пересборку.

Новые камеры сгорания и переход на «зеленое» топливо

Случаи последнего года подтверждают необходимость модернизации двигателей и топливных систем космических аппаратов. Разработка Уральского института высокотемпературной электрохимии РАН совместно с учеными Уральского федерального университета призвана не только усовершенствовать работу, но и нивелировать человеческий фактор, раз уж людское сознание модернизации поддается с трудом.

Инновационные камеры сгорания для двигателей малой тяги будут созданы по методу высокотемпературной гальванопластики. С помощью электрического тока на форму, заданную под каждый конкретный летательный аппарат, последовательно нанесут слои иридия и рения – очень редкие химически устойчивые, прочные металлы, обладающие оптимальными свойствами для работы в космосе. Мельчайшие частицы металлов лягут на форму плотным и равномерным слоем, просчитанным до нанометра и мельче. Гальванопластика дает покрытие без пор, трещин, бугорков и ямок, которые неизбежны при других типах производства. После чего форма извлекается, как из папье маше. Получается бесшовная готовая к работе камера, которая выдерживает до 2000 градусов, с большей полезной нагрузкой и почти без отказов – проблемой многих потерь в космосе.

Разработка уральских ученых позволяет безопасно перейти на «зеленое топливо» нового поколения. Сегодня двигатели космических аппаратов работают либо на нейтральных газах, например, ксеноне (в электроракетных двигателях). Либо на монотопливе, таком как гидразин – бесцветная маслянистая жидкость с резким запахом аммиака (если речь идет о жидкостных реактивных двигателях). «Зеленое топливо» гораздо более эффективно – в 1,2 раза по сравнению с гидразином. У него низкая температура замерзания – ниже минус 50 С. Но и высокая температура сгорания топлива (более 1800 С), поэтому применяемые сегодня двигатели для «зеленого топлива» не подходят. Зато идеально подходят термо- и химически устойчивые камеры из иридия и рения.

Из рубрики Наука: Ученые приблизились к разгадке исчезновения мамонтов и других древних животных

«В материале иридий служит силовым каркасом, а рений защищает от окисления всей конструкции двигателя. От минус 60 до 2000 градусов Цельсия, – поясняет заведующий лабораторией Института высокотемпературной электрохимии РАН и разработчик проекта Андрей Исаков. – Это существенно снижает затраты на запуск космических систем. Наша задача состоит в том, чтобы создать отечественную разработку с прогнозируемым сроком работы, производительностью и экономическими показателями, чтобы оптимизировать работу космического аппарата после пускового периода».

Запас топлива, а значит – возможности маневра, сохраняется дольше, мощности – выше, диапазон температур – шире, аварийные ситуации, связанные с «неотработавшими» двигателями, – сводятся к минимуму, что в целом делает работу аппарата дешевле. А широкое применение «зеленого топлива» позволит в перспективе отказаться от производства опасного гидразина.

Понимая важность разработки, правительство выделило на ее «обкатку» 34 млн рублей. Поставить установку «на конвейер» планируют в ближайшие два-три года – для этого ученые намерены создать опытное производство в Подмосковье.