История SkyLab и Saturn V

Здравствуйте. С наступающим Новым годом и прошедшим Рождеством Сегодня пойдет рассказ об американской станции SkyLab. Начнем мы с самого начала — с создания ракеты-носителя, матери станции — Saturn V.

Итак, плавно перемещаемся в Пруссию, Германия. На дворе 1910е. В городе Выжиск 12 марта 1912 года, вторым из трёх сыновей Магнуса фон Брауна (министра продовольствия и сельского хозяйства в правительстве Веймарской республики) и его жены Эмми фон Квисторп родился мальчик Вернер. В юношестве он загорелся идеей космических полетов и проектирования жидкостных ракетных двигателей. В 1919-20х годах учился в Гумбинненской Фридрихшуле. С 1925 года фон Браун посещал школу-интернат в замке Эттерсбург, неподалёку от Веймара, где у него не было хороших отметок по физике и математике. В 30м поступил в технический университет, вскоре стал членом СС.

Ракетные разработки фон Брауна привлекли Гитлера и его партию, поэтому были выделены средства на разработку ракет с жидкостным двигателем.

В конце 1930х полетела A-4, потом переименованная в V-2 (Фау-2).

Это был успех нацисткой космической программы, если ее можно так назвать (да-да, что только люди не придумают ради уничтожения друг друга).

Офицер СС вел работы по усовершенствованию Фау-2 для достижения показателей большей дальности полета.

Перемотаем немного вперёд - Вторая Мировая почти кончилась. Великий немецкий ракетостроитель не решил, кому сдаваться в плен - американцам или советам. Опасаясь репрессий красной армии, было принято решение сдаться армии США. Чертежи Фау-2 были спрятаны в пещерах, чтобы никто не смог их добыть. Въезд в США одобрил сам президент, для устройства на работу были созданы ненастоящие биографии, из которых вырезали период членства в НСДАП.

"Работает себе и работает, причем здесь Сатурн 5?" — спросите вы. Дело в том, что фон Браун и был отцом семейства этих ракет-носителей.

В начале 50х люди заинтересовались идеей космоса и космических полетов, а через несколько лет СССР запустил первый искусственный спутник Земли. Естественно, нужно было обеспечивать конкуренцию СССР на этом поприще. Поставили цель - полеты на Луну...

Фон Брауном было создано на бумаге целое семейство тяжёлых ракет-носителей. Они назывались С-1, С-2, С-3 и С-4 (от самой маленькой до большой). На ещё большую С-5 — гипотетическую лунную ракету со стартовой массой 6000 тонн — надежд не возлагали и отложили проект в долгий ящик (для сравнения, стартовая масса самой мощной ракеты того времени "Восток" была в 20 раз меньше). РН С-1 стала Saturn 1, а версия с новой второй ступенью — Saturn 1b.

12 апреля 1961 года прилетела радостная весть о том, что коммунисты посадили на свою ракету человека и вывели его в космическом корабле на орбиту. Ещё и вернуть сумели. Джон Кеннеди потребовал высадить до конца десятилетия американцев на Луне. Ну вот план поставлен, осталось это как-то реализовать. Инженеры NASA достали чертежи ракеты С-5.

Было предложено множество различных концепций полета на Луну. От стыковки частей корабля на орбите до "прямой" схемы полета. Но вот проблема — ещё ни один американский астронавт не был на орбите, а тут о стыковке говорят. Впрочем, проблему отсутствия пребывания астронавтов в космосе решили, запустив Джона Гленна на орбиту 20 февраля 1962 года. Первая в истории стыковка в космосе была произведена в 66м в рамках миссии Gemini 8. Но не будем забегать вперёд.

В начале 60х NASA больше склонялось к прямой схеме полета. Джон Хуболт - аэрокосмический инженер - предложил агентству состыковывать посадочный аппарат и командный модуль, где размещались астронавты, на орбите Луны. Никто такого ранее не делал.

При такой схеме экономили топливо, ведь зачем сажать и поднимать лишнее топливо, расходуя при этом больше того же топлива. Вот так один человек переубедил целое агентство.

Рассмотрим более подробно эту схему:

Связка из командного и посадочного модуля прилетала и выходила на орбиту Луны, посадочный модуль с астронавтами садился на ее поверхности, через некоторое время его верхняя часть взлетала, оставляя отсек с двигателями, баками для посадки и опорами на Луне, а затем стыковалась с командным модулем. После перехода людей из посадочного модуля в командный, lander оставляли на орбите Луны и двигались обратно на Землю. С применением такой концепции полета массу ракеты удалось сократить вдвое - с 6000 до 3500 тонн.

Ступени ракеты-носителя заслуживают отдельного рассказа. Итак, первая ступень.

Внизу ее ставили 5 мощнейших в истории (и по сей день) двигателей F-1, тягой 700 т.с. каждый.

F-1 использовали для работы смесь керосина и жидкого кислорода. Только один из двигателей (центральный) был закреплён и не двигался, остальные 4 могли изменять угол наклона, причем очень быстро, регулируя траекторию полета ракеты.

Огромные двигатели тратили, конечно, много топлива. Был создан для него мощнейший турбонасос, при испытаниях которого произошло 11 аварий.

С самими двигателями тоже было много проблем. Нестабильное горение вызывало вибрацию и колебания, вследствие чего движок мог "бахнуть" рано или поздно. С колебаниями справились, равномерно распределяя топливо с помощью инжектора.

Первая ступень делилась на несколько частей:

• Бак с керосином

• Межбаковый отсек

• Бак с жидким кислородом

• Межступенчатое пространство (между первой и второй ступенью)

Для снижения массы ракеты стенки баков сделали несущими. Их толщина снижалась с высотой, так как нужно было толкать вверх меньше массы.

Рядом с двигателями размещались четыре стабилизатора из титана и двигатели, направленные...вверх. Да, вверх. Думаете, это сделано, чтобы не дать мощнейшим двигателям сместить в случае чего орбиту Земли ближе к Солнцу? Нет, все куда проще. При разделении ступеней они включались и отводили назад первую ступень. Такие двигатели были как и на первой, так и на второй ступени. После отделения первой, межбаковый отсек оставался на второй ступени, чтобы при разделении не повредить двигатели. Через 30 секунд он сбрасывался, когда 5 двигателей J-2 окончательно набирали тягу.

Вторая ступень была водородной с пятью двигателями J-2.

Межбакового пространства не было, зато удалось снизить массу на несколько тонн.

Третья ступень была существенно меньше и оснащалась одним двигателем второй ступени.

Ее сделали быстрее, так как она являлась второй ступенью уже летавшей Saturn 1B. Также дешевле обходилась ее перевозка в космический центр им. Кеннеди — ступень доставляли на Pregnant Guppy по воздуху, когда как первую и вторую приходилось возить на барже.

Множество технологических решений, применённых на Saturn V, стали основой для создания последующих космических кораблей. Например, двигатель будущей лунной ракеты SLS является усовершенствованной версией двигателя челнока Space Shuttle, а он, в свою очередь, является наследником F-1 от Сатурна.

В верхних ступенях Saturn V размещались цифровые компьютеры с памятью 56 Килобайт. Они каждые две секунды считывали траекторию и направляли двигатели так, как было нужно в плане эффективности.

Сжатые сроки создания ракеты-носителя сделали свое дело — собирали сразу готовые ракеты. На конец 1966 года запланировали первый полет нового Сатурна — миссию Apollo 4. Из-за проблем со ступенью, которая поставляла компания North American, срок полета сдвинули на 67 год. Пожар командного модуля (от той же самой North American) при тестировании его на давление с астронавтами на борту другой ракеты, вынудил еще сдвинуть полет, уже до решения проблем. Астронавты тогда погибли, не сумев выбраться из капсулы.

В результате расследования выявили 1400 недостатков в проводке и в конструкции модуля. Аполлон 4 в итоге взлетел в ноябре 1967 года. Полет прошел просто идеально. Команда фон Брауна была в восторге.

После получения необходимых данных о полете четвертой, миссия Apollo 6 предполагала направить командный модуль к Луне и отработать план прерывания миссии. Проблемы начались с самого взлёта. Помните, мы упоминали нестабильное горение в двигателях? Оно стало причиной вибраций, причем очень сильных. Они повредили двигатели второй и третьей ступени, от чего после разъединения первой и второй ступеней они выдавали неполную тягу, а потом вообще выключились. Тут хорошо проявила себя система корректировки траектории — она дала остальным двигателям работать дольше и тем самым не завалить очень дорогую миссию. Корабль еле-еле вышел на орбиту и к Луне не полетел, зато ещё раз отработал вход в атмосферу на скорости возвращения с Луны.

Apollo 7 — первая миссия с людьми. Астронавты полетели на Saturn 1B, чтобы отработать работу в командном модуле.

Apollo 8 изначально предполагала только выход на орбиту для маневрирования в космосе экипажем, но для ускорения работ решили направить корабль с людьми к Луне, выйдя на ее орбиту. Знаменитая фотография "Восход Земли" была сделана именно в этом полете.

Apollo 9 и 10 стали генеральными репетициями перед полетом экипажа Apollo 11, когда астронавты первыми из людей высадились на Луне.

Apollo 12, 14, 15, 16 и 17 прошли без нареканий, высадка была и все прошло хорошо.

Авария Apollo 13, конечно, оставила свой след в истории. Тогда экипаж от утечки воздуха чуть не погиб и спасся в посадочном модуле, в котором находился запас кислорода.

Стоит сказать, что программу Аполлон вскоре начали критиковать. Мол, "Зачем вы тратите столько денег, если уже высадились на Луне". Миссии и правда стоили очень дорого. Поэтому руководство NASA вынуждено было свернуть программу Apollo. На заводах оставались произведенные ракеты. Одна из них полетела, доставив SkyLab, а две другие отвезли в музеи.

Наш сегодняшний пост всё-таки не совсем о высадке на Луне, а об этой станции, поэтому ей стоит уделить внимание.

14 мая 1973 года миссией SkyLab-1 на двухступенчатой версии ракеты-носителя Saturn V была запущена первая американская орбитальная станция SkyLab.

SkyLab сделали из модифицированной третьей ступени (водородного бака) Saturn V. Таким образом, станция создана на остатках программы Apollo. Всего планировалось три запуска экипажа на станцию — миссии SL-2, SL-3 и SL-4.

Запуск станции чуть не закончился полным провалом — из-за сильных вибраций теплоизоляция сорвала солнечную батарею.

Планировавшаяся через 10 дней первая пилотируемая миссия SL-2 стала спасительной для станции. После стыковки астронавты вышли в открытый космос, сумели развернуть солнечную панель, провести эксперименты и опыты внутри. Стоит сказать, на борту станции было очень комфортно. Большой внутренний объем (361 кубический метр — объем двух "хрущевок") давал возможность бегать, летать и даже тренироваться перед выходом в открытый космос. Питание предоставлялось качественное. В общем, красота. Но наслаждаться всеми благами у экипажей не было времени. Огромное количество задач, получаемых с Земли, не давало отдохнуть. Последняя миссия к станции — SkyLab-4 — подтвердила это. Ученые просили NASA провести как можно больше экспериментов, рабочий график астронавтов был расписан по 30 секундам. Если они отставали от графика проведения экспериментов, то агентство сокращало время на сон. Не очень приятные условия, правда? Астронавты жаловались на загруженность. И 28 декабря 1973 года, ровно 47 лет назад, командир экипажа SL-4 объявил экипажу выходной день, а NASA - единственную в истории забастовку в космосе. Астронавты отключили радиосвязь и на все требования продолжить работу не отвечали. По их словам, они целый день занимались своими делами, либо наблюдали за Землей в иллюминатор. На следующий день экипаж с NASA нашел компромисс, и теперь агентство давало план на день, а астронавты могли сами распределять время. В итоге при новом режиме работы экипаж завершил задачи даже раньше, чем планировалось. Но после возвращения домой 8 февраля 1974го ни один из тех астронавтов больше в космос не летал. А в июле 79го станция была затоплена после отмены миссии Space Shuttle для продления ее работы.

Программа Apollo оставила огромное наследие в виде проведенных экспериментов, достижений, открытий и кооперации. Лунная гонка была выиграна, как и поздняя космическая гонка. В программе Apollo участвовали 400000 человек и сотни подрядчиков.

Первые шаги, сделанные тогда, составляют основу межпланетным перелетам сейчас. Новая лунная программа NASA "Artemis" в 2024 возвратит людей на Луну. А Starship SpaceX доставит астронавтов на Марс где-то в 2026м.

Вот такая история.

—

Фото:

1. Самодельная рождественская ёлочка на Skylab

2. Saturn Ib

3. Двигатели F-1 в сравнении с ростом человека

4. Первая ступень

5. Вторая ступень

6. Третья ступень

7. Взлет Apollo 4

8. Знаменитая фотография "Восход Земли"

9. Запуск Skylab

10. Skylab снаружи