Конструкция космических кораблей "Mercury"

Космические корабли "Mercury"

 

По существу он представлял собой герметичную кабину небольших габаритов (по объему (1.5 м3) она не превышала кабину самолета-истребителя) с пилотом и оборудованием внутри, и с самого начала в американской прессе его называли «капсулой».

Астронавт в скафандре, сидящий в профилированном кресле, мог кратковременно выдержать перегрузку до 20 единиц. Справа от кресла - ручка управления кораблем в пространстве, перед ним - приборная доска и окуляр перископаа корабль Гордона Купера не устанавливался) для наблюдения Земли.

Индикатор перископа служил также для навигации: передвигая рукояткой четыре указателя, измеряющие диаметр видимой на экране части Земли, на калиброванном диске можно было получить информацию о высоте полета.

В левой части приборной доски - пульт выбора режима и контуров ориентации КК, кнопки включения тормозных ракетных двигателей и системы аварийного спасения (САС). В средней части приборной доски стоял комбинированный индикатор пространственного положения, показывающий скорость вращения КК относительно центра масс и углы тангажа, рысканья и крена. Рядом - две рукоятки для сброса давления в кабине в случае пожара.

В орбитальных полетах астронавты пользовались автоматом счисления пути, расположенным в левой части доски. Подобно прибору «Глобус», установленному на борту советского «Востока», этот указатель представлял собой модель земного шара, на которой отображалось текущее положение корабля и можно было определить район, где произойдет посадка. Правее его стояли часы, которые указывали время по Гринвичу, время с момента старта и время, остающееся до включения тормозных двигателей.

Правую часть доски занимали индикаторы давления и температуры в кабине, а также парциального давления кислорода и углекислоты. У правой кромки доски размещалась группа сигнальных ламп - индикаторов неисправностей, а также автоматы защиты основных электроцепей. Под ними - щиток электросистемы и пульт управления радиостанцией.

С целью максимального рассеивания тепла при входе в атмосферу была выбрана форма капсулы - усеченный конус, переходящий сужением в цилиндр. Максимальный диаметр конуса был 1.89 м, минимальный - 0,66 м, высота капсулы (без системы аварийного спасения) - 2.92 м, а вместе с тормозной двигательной установкой (ТДУ) и САС - 7.91 м. Масса капсулы (без САС) была от 1295 кг (у корабля Шепарда) до 1376 кг (у Купера). Давление кислородной атмосферы в кабине 38 кПа, температуpa регулируется в пределах 10—27 °С.

Основание конуса закрывал теплозащитный экран: при баллистических полетах - бериллиевый, работающий на излучение; при орбитальных - абляционный, из стекловолокна и резины. 

1— носовой конус; 2 — отсек с тормозным парашютом; 3 — разрывной болт 2; 4 — крышка люка в верхней части корпуса (откинута): 5—тормозной парашют (в чехле); 6 — инфракрасный датчик; 7 — бачок с перекисью водорода для управляющих реактивных сопел; 8 — вспомогательное оборудование системы спасения; 9 — основной и запасной парашюты; 10—двустенная герметическая кабина; 11 —днище кабины; 12 — теплозащитная оболочка кабины; 13 — слой теплоизоляции; 14 — стрингеры; 15 — окно с экраном из красного стекла; 16 — приборная доска; 17 — экран перископа; 18 —манипулятор для управления тумблерами на приборной доске; 19 — крышка люка в боковой стенке корпуса; 20—ручка управления системой ориентации; 21 ручка включения системы аварийного спасения; 22 — металлический каркас кресла космонавта; 23 — слои резины, прикрепленные к металлическому каркасу; 24 — теплозащитный экран; 25 — ТДУ и система крепления ТДУ к корпусу; 26 — РДТТ для отделения спутника от ракеты-носителя; 27 — тормозной двигатель; 28 — реактивные сопла для управления по рысканию; 29 — реактивные сопла для управления по крену; 30 — головка перископа; 31 — объектив перископа; 32 — реактивные сопла для управления по тангажу.

1 - аэродинамическая игла; 2 - двигательная установка САС; 3 - монтажная ферма; 4 - обтекатель антенных систем; 5 - микродвигатели системы ориентации; 6 - перископ; 7 - приборная доска; 8 - агрегаты систем связи и жизнеобеспечения; 9 - РДТТ отделения капсулы; 1 0 - двигатели ТДУ; 1 1 - астронавт; 12 - внешняя обшивка; 13 - РДТТ отделения фермы САС.

Оболочка капсулы имела внутреннюю герметичную и внешнюю теплозащитную обшивки, соединенные болтами. Гермообшивка была из двух концентрических слоев титана, соединенных сваркой. Внешняя обшивка, выполненная из никель-кобальтового сплава с теплоизоляцией из керамического волокна, имела выгибы для увеличения жесткости. Сложный «пирог» оболочки мог «дышать» - сжиматься при охлаждении и расширяться во время нагрева, не теряя формы и герметичности.

По просьбе астронавтов в стенку кабины был вделан иллюминатор, позволяющий видеть горизонт позади корабля во время орбитального полетаачиная с корабля Вирджила Гриссома).

Капсула имела два люка - боковой, используемый для посадки, и верхний, аварийный. Чтобы выйти через него, астронавт должен был выпихнуть запасной парашют.

Система кондиционирования имела два контура - кабины и скафандра. Атмосфера кабины состояла из чистого кислорода при давлении 0.35 кг/см2 и очищалась активированным углем. Углекислый газ удалялся гидроокисью лития. За теплообменником, регулирующим температуру кислорода, поступающего в кабину, находился влагопоглотитель - периодически отжимаемая виниловая губка; вода собиралась в конденсационном бачке и использовалась в испарителе, сбрасывающем тепло из кабины.

Полноценной ассенизационной системы корабль не имел: мочеприемник использовался лишь в орбитальных полетах, а особая диета предохраняла астронавта от более серьезных проблем.

При выходе на орбиту капсула отделялась от РН путем освобождения зажимного кольца крепления и включения трех специальных РДТТ, расположенных в связке ТДУ.

За стабилизацию и ориентацию капсулы отвечала автоматическая система, состоящая из пяти гироскопов, акселерометра, аналогового компьютера и 18 двигателей, работающих на перекиси водорода.

Система имела два контура (в одном 12 двигателей, в другом - 6) и четыре режима работы: автоматический (автопилот), ручной (движения рукоятки механически передаются на пропорциональные клапаны двигателей) и два электродистанционных режима (движения рукоятки астронавта преобразуются в управляющие электросигналы) с разными законами управления.

Перекись водорода хранилась в кольцевом баке в основании капсулы. Под давлением гелия она проходила через отсечные клапаны на соленоиды, а затем подавалась в сопла.

Радиотелефонная связь велась в KB- и УКВ-диапазонах.

Источник питания систем корабля - шесть серебряно-цинковых батарей - соединялся с оборудованием электропроводкой длиной 11 км.

Спуск с орбиты (баллистический, неуправляемый, максимальная перегрузка 9 единиц) проходил следующим образом. Торможение обеспечивал блок ТДУ, закрепленный в центре лобового теплозащитного экрана металлическими лентами. Три РДТТ включались последовательно с 5-секундным интервалом и работали по 10 секунд каждый. Стабилизация капсулы в этот период осуществлялась закруткой с помощью наиболее мощных ЖРД ориентации. Далее ТДУ сбрасывалась. Теоретически корабль мог сойти с орбиты даже при срабатывании одного тормозного двигателя.

После торможения в атмосфере, когда скорость капсулы становилась ниже скорости звука, раскрывался ленточный тормозной парашют (диаметр купола 1,8 м), а на высоте 3 км - основной (19,2 м), обеспечивающий скорость снижения 9 м/с. Резервный парашют вводился в случае отказа основного. После раскрытия парашюта тепловой экран отстреливался, но полностью не отделялся от капсулы, а вытягивал дополнительный амортизатор из специальной прорезиненной ткани на целых 1,2 м. Выдвинутый таким образом щит обеспечивал повышенную остойчивость, и служил дополнительным посадочным амортизатором. Сильно нагретый при торможении в атмосфере лобовой щит не успевал охладиться при спуске на парашюте и, по словам астронавтов, шипел в воде, как раскаленная сковорода. Кроме того задействовались различные средства для пеленга места посадки капсулы (акустический сигнализатор «Софар», проблесковый огонь, красящий маркер, радиомаяк и т.п.).

На случай аварии на старте или при выведении корабль оснащался системой аварийного спасения. Двигательная установка с РДТТ устанавливалась над КК на монтажной ферме. Вектор тяги был смещен относительно центра масс, чтобы обеспечить увод корабля вверх и в сторону от места аварии. При нормальном полете САС сбрасывалась после выхода из плотных слоев атмосферы - иначе на орбиту пришлось бы выводить лишний груз.

Пилотируемые космические корабли «Mercury» выводились на баллистическую траекторию ракетами "Redstoun" а на околоземную орбиту - РН "Atlas-D" (стартовая масса РН с КК - 111,3 т).