Станислав
я могу почти все
Несмотря ни на что...
Станислав Мороз
Все записи
текст

Космический вигвам

Из чего состоит космодром? Если долго смотреть на космодромы, можно заметить, что все они похожи друг на друга. Это связано с факторами, влияющими на безопасность гражданских лиц и стоимость запуска космического аппарата.


     Если долго смотреть на космодромы, можно заметить, что все они похожи друг на друга. Это связано с факторами, влияющими на безопасность гражданских лиц и стоимость запуска космического аппарата.

Во-первых, запуск ракеты на жидком топливе требует уникальной процедуры сборки, а для нее необходимы особые технические условия. Обеспечить их вне космодрома нереально, потому что транспортировать ступень ракеты, заправленную топливом и химическими составляющими, – все равно что возить ядерную бомбу в бетономешалке.

Во-вторых, баллистика полета для выведения спутника или ракеты на геостационарные орбиты должна иметь оптимальные параметры. В плоскости экватора находится глобальная локализация ретрансляторов передач и спутников связи. Космодром же должен находиться в более низких широтах, дабы избежать лишних затрат. Отклонение всего на 1° от экватора влечет за собой прирост скорости ракеты приблизительно в 100 м/с. Дополнительный «бонус» запуска с экватора состоит в том, что ракета моментально получает скорость 465 м/с, если вылетела в сторону востока. Израилю с этой точки зрения не повезло, так как на востоке у него находятся не очень дружелюбные соседи, и запуск приходится осуществлять в противоположном направлении. А у «частного» плавучего космодрома Sea Launch, принадлежащего российской дочерней компании корпорации «Энергия», в этом плане идеальное расположение – прямо на экваторе. Немного уступает ему бразильский Алькантара, расположившийся на широте 2,2°, и европейский Куру на широте 5°.

Наш строящийся космодром Восточный расположен на 6° севернее Байконура, что повлечет снижение массы выводимых грузов. Зато у России будет космодром в личном пользовании, что очень удешевляет его содержание. 

В-третьих, при запуске ракеты происходит отделение четырех ступеней, каждая из которых весит не менее 120 т. По этой причине большинство космодромов находится на побережье океанов, где ступень может упасть в воду. У Байконура в этом плане все сложнее: его дислокацию в казахских степях когда-то выбрали во избежание проблем с Америкой. (Варианты базирования на Дальнем Востоке и Кавказе отбросили из-за близости к американским базам в Турции и Японии: любой запуск мог быть запеленгован, а отличить на радаре космическую ракету от боевой было нереально.) Морей и океанов поблизости не оказалось, так что пришлось расширить общую площадь на добрую сотню километров – до невероятных 6717 км². (Площадь Восточного, кстати, в шесть раз меньше.)

В-четвертых, для полноценного функционирования космодрома необходимо доставлять титанические объемы грузов, большинство из которых – негабаритные, требующие бережного обращения. Поэтому космодромы относятся к единичным объектам, на которых создается дорожное покрытие и железнодорожные пути повышенной прочности.

Самая важная часть космодрома – технический комплекс, где собирается ракетно-космическая система (РКС). Он состоит из нескольких подразделений, главное из которых – монтажно-испытательный комплекс (МИК). Это огромный цех (высота – с пятиэтажку, длина – более ста метров), оборудованный мостовыми кранами, с несколькими железнодорожными путями. Все необходимые части поступают сюда со склада блоков ракеты-носителя; там они сортируются и расставляются в соответствии с последовательностью монтажа.

Сначала все компоненты тестируются на целостность и подверженность нагрузкам, затем происходит поэтапный монтаж РКС. Стоит отметить, что в России он выполняется в горизонтальном положении, в то время как остальной мир монтирует ракеты вертикально. «Русский фактор», как его называют специалисты других стран, связан с сильными степными ветрами, которые подвергают и без того шаткую конструкцию дополнительным нагрузкам. Во избежание катастрофы когда-то было решено собирать ракеты «лежа».

При такой сборке потом потребуются повторные испытания на стартовой площадке. Зато работа ведется в помещении, в комфортных условиях и не требует транспортера для вертикального перемещения (а также большей высотности МИКа). 


Ветер – не единственная особенность климата, в котором построен Байконур: зимой там –40 °С, летом +40 °С и пыльные бури. Но в этой суровости есть свое преимущество – постоянство, которого нечего ждать, например, на мысе Канаверал, где находится главный космодром США. Из-за метеорологических капризов там часто откладываются старты.

Кроме стандартных проверочных процедур, МИК тестирует новые системы и отдельные механизмы: они подвергаются многократному воздействию критически высоких и низких температур, повышению давления (опрессовке) систем подачи и хранения топлива, вибрации, динамическим нагрузкам и еще десятку разных проверок, подтверждающих целостность узлов и конструкций.

На некоторых космодромах (например, в США) ракету-носитель окончательно собирают на пусковом устройстве. Однако такой способ применим не во всяком климате, он затрудняет сборку и испытания, снижает надежность подготовки РКС и надолго занимает стартовый комплекс, сокращая число возможных пусков.

Есть еще одна схема: когда РКС собирается и испытывается в здании вертикальной сборки на пусковой платформе, на которой затем транспортируется на стартовую площадку. В этом случае все коммуникации можно подстыковать к ракете заблаговременно. Однако здесь нужны высоченное дорогостоящее здание и транспортер сложной конструкции для перевозки ракеты «стоймя». 

После приема, технического и технологического обслуживания и проверки «изделие» готовится к транспортировке на стартовую площадку. Большинство космодромов используют для этого железнодорожные пути, некоторые – дорожное покрытие. Железнодорожное полотно обычное только с виду: на самом деле оно сейсмоустойчиво и выполнено из стали, способной выдержать колоссальные весовые нагрузки. В холодных странах рельсы и шпалы укладывают на специальное асфальтобетонное «одеяло», засыпанное щебнем, – именно такой принцип реализован на строящемся космодроме «Восточный».

Чтобы уменьшить тряску, скорость транспортировки составляет 5 км/ч. Космический центр им. Кеннеди для таких целей использует многоколесные платформы, которые передвигаются по специальным дорогам. Поверхность должна быть идеальной, потому что ракета, перевозимая в вертикальном положении, имеет небольшой запас устойчивости. Малейшая ошибка может обернуться многомиллиардной катастрофой. Именно поэтому «шаттлы» вывозят «спецтранспортом» – мощными гусеничными тракторами, которые передвигаются со скоростью не более 1 км/ч. 

Доставленная к пусковой площадке ракета с помощью транспортно-подъемного агрегата приводится в вертикальное положение (если не транспортируется в нем). Четыре фермы-опоры закрепляют ее при помощи силовых узлов, сдвигаясь к центру. (Дополнительных креплений не будет – ракета повисает на опорах и удерживается собственным весом. Во время старта тяга двигателей превзойдет этот вес, и опоры легко «раскроются» в стороны.)

После этого к космическому аппарату подсоединяется кабель-мачта, по которому на борт подается электричество, и подводятся кабели для информационного обмена с пунктом управления.

Ракету подвергают окончательному осмотру, но теперь в общий список добавляются стартовые процедуры, без учета запуска двигателя. После проверки ракету заправляют керосином, жидким кислородом, который используют в качестве окислителя, и жидким азотом, применяемым для наддува баков с керосином в системах термостатирования приборных отсеков. В некоторых случаях ракету заправляют двумя компонентами топлива. Все работы проводятся на фермах обслуживания со специальными площадками.

Параллельно с подготовительными работами происходит охлаждение и кондиционирование отсеков приборного оборудования охлажденными и осушенными газами. После окончательной проверки и заправки космический аппарат считается готовым к запуску. 

Компонентами топлива занято 90 % объема складских помещений на космодроме. Причем каждый компонент хранится на отдельном складе, оснащенном соответствующими системами защиты. На многих космодромах мира компоненты привозятся из близлежащих химических и нефтеперерабатывающих заводов. Байконур может похвастаться самым большим в мире заводом по производству жидкого кислорода и жидкого азота, находящимся прямо на территории космодрома. Его мощности сравнимы со средним заводом по производству жидкого азота и кислорода в развитых странах: позволяют производить 7,2 т жидкого азота и 6 т жидкого кислорода в час. Чтобы заправить 190 т окислителя в баки «Союза», заводу потребуется не более полутора дней работы. 

Не менее важные составляющие пусковой платформы (ее еще называют стартовый стол) – основание и газоотражатели, выполненные из высокопрочного бетона. Это часть стартового сооружения, рассказ о котором потребует отдельной статьи. Под бетонным покрытием стартовой площадки располагается несколько подземных этажей с различными системами и агрегатами для подготовки пуска ракеты: контрольно-измерительная аппаратура, пусковое оборудование, системы электропитания, газоснабжения, заправочные коммуникации, оборудование для термостатирования ракеты.

Во время старта космического корабля температура на выходе из сопла ракеты составляет 4000 °С. Реактивная струя настолько мощная, что верхний слой бетона оплавляется. А некоторые законы физики в момент старта просто не действуют: например, теплообмен между материалом основания и реактивной струей при высоких акустических нагрузках протекает быстрее, чем описывает «классическая физика».

Один стартовый комплекс в среднем рассчитан на 24 запуска в год, но в случае катастрофы дешевле построить новый комплекс, чем отремонтировать поврежденный. Например, после взрыва американской ракеты Antares в 2014 году и ее падения на пусковую платформу потребовалось около года ремонтных работ для восстановления этой части космодрома.

Командный пункт – самая мифологизированная часть космодрома: многие считают, что именно отсюда происходит запуск космического корабля. На самом деле здесь обрабатываются тонны информации о состоянии общетехнических систем старта, агрегатов ракеты-носителя и космического аппарата, а также данные о готовности служб космодрома к запуску. Практически во всем мире командные пункты располагаются под землей, в виде бункеров, и лишь некоторые из них находятся в 1–2-этажных зданиях, с повышенным уровнем всех видов защиты. К ним тянутся десятки километров кабелей, обеспечивающих работу всех систем старта.

Не будем выносить в отдельный раздел комплекс измерительных средств (КСИСО), в котором специалисты отслеживают момент старта ракеты и активные этапы ее выведения на орбиту. Это огромный комплекс сооружений на некотором удалении от стартовой площадки. В его состав входят мультисервисная система связи и передачи данных наземного автоматизированного комплекса управления космическими аппаратами, мобильные измерительные пункты (МИП), морской измерительный комплекс и ряд привлекаемых командно-измерительных пунктов. Отсюда поступают телеметрические данные о состоянии корабля и ракеты-носителя.

После вывода космического аппарата на околоземную орбиту в работу включается центр управления полетами (ЦУП). Хотя такая формулировка не совсем корректна. ЦУП получает всю входящую информацию на протяжении запуска и вывода ракеты на орбиту, но полноценно включается в работу только после прохождения кораблем нижних слоев атмосферы. Считайте, что вы совершили мини-экскурсию в главный зал управления полетами, если смотрели, например, «Армагеддон» или какое-нибудь другое кино, в котором показывают ЦУП, и вместе с профессионалами вели предстартовый обратный отсчет. Кстати, он придуман задолго до первых ракетных запусков: режиссер Фриц Ланг использовал его в своем фильме «Женщина на Луне» 1929 года. Это только одна из идей, которыми успели обменяться космонавтика и культура, и она лишь подтверждает: исследование Вселенной в космосе и на Земле – настоящее искусство. 

Всего 0 комментариев
Комментарии
OK OK OK OK OK OK OK
Яндекс.Метрика