«Техника-молодежи» 2003 г №1, обл, с.31-33



Леонид ПОПОВИЗ КОСМОСА — БЕЗ ПАРАШЮТА И КРЫЛЬЕВ


Ш

АГНИ С ОРБИТЫ! Полковник российских ВВС, летчик-испытатель ЛИИ Магомед Толбоев заявил недавно, что готов прыгнуть из космоса... без парашюта. Это не фантазия. В Научно-испытательном центре имени Г.Н. Бабакина создана, наконец, технология, способная воплотить давнюю мечту: снабдить скафандры космонавтов индивидуальными средствами спасения, которые позволят опуститься на Землю с орбиты!

Предполагается, что этими устройствами космонавты воспользуются в экстренном случае, если почему-либо нельзя будет спастись на пристыкованном к МКС «Союзе», а американский «Шаттл» (или другой «Союз») не сможет быстро прилететь. Космонавт выйдет в космос и включит небольшие ракетные двигатели для схода с орбиты. Затем вокруг скафандра развернется гигантский надувной «бадминтонный воланчик» или «надувное тормозное устройство» (НТУ)

Человек окажется на дне конуса. Снизу — округлый лобовой экран из теплозащитного материала, над ним — широкий раструб из сверхпрочной многослойной ткани, покрытой несколькими слоями абляционной теплозащиты, которая, испаряясь, предохраняет устройство от перегрева.

Именно об этом проекте говорил Толбоев. Правда, сначала необходимо построить и испытать подобный аппарат при прыжке со стратостата, с высоты в 50 км. Толбоев, являющийся также директором Международного авиакосмического салона в Жуковском и деловым партнером центра Бабакина, готов прыгнуть сам. Сейчас он ищет спонсоров для создания высотного стратостата и всего необходимого комплекта оборудования — нужно для этого не так уж много — 2 — 3 млн долл Это не прихоть, не каприз летчика. Подразумевается, что яркий эксперимент должен привлечь инвестиции во все разработки бабакинцев по НТУ вообще. А эта технология предполагает множество применений — как в космосе, так и на Земле.



Работает «Спасатель».
ЧЕРЕЗ ТЕРНИИ — К ЗВЕЗДАМ. Технология НТУ имеет давнюю историю, не все страницы которой открыты даже специалистам. Еще в начале 1960-х гг американцы предложили такой способ для возвращения ракетных блоков — естественно, в расчете на повторное применение. Причем никаких двигателей для схода с орбиты не предполагалось: раздувание тормозного экрана резко увеличивает площадь миделя, тем самым — силу торможения ракетного блока встречным воздухом, и аппарат «вязнет» в атмосфере.

Тогда схема не нашла применения по вполне очевидной причине: совершенно непонятно было, как создать материал надувного экрана?

Парашют-волан, или «паракон» предложили в свое время для воздушно-десантных войск (см. врезку), но те не проявили энтузиазма. Идея рисковала кануть в историю, однако... в середине 1980-х американские кинематографисты применили надувной экран на советском (!) межпланетном корабле «Алексей Леонов» в фильме «2010: Космическая одиссея-2».

Уж не знаю, угадали в Голливуде, или ЦРУ хорошо сработало, но примерно в то время, когда киношный «Леонов» тормозил в атмосфере киношного Юпитера, здесь, в подмосковных Химках, работы по надувному тормозному устройству получили новый толчок. Входящий в НПО имени С.А. Лавочкина НИЦ имени Г.Н. Бабакина приступил к созданию нового поколения автоматических межпланетных станций.


«Спасатель» — это легко надеваемый ранец.



Это называется «бросковые испытания».

О ЧЕМ ПИСАЛА «ТМ»
ВОЙНА С МАРСИАНАМИ?


Это не высадка марсианского десанта с таинственных летающих тарелок, а примерное воплощение идеи инженера Кендела заменить парашюты «параконами», по форме и принципу действия напоминающими гигантские воланы для игры в бадминтон. Новый парашют обеспечивает более быстрое и более безопасное приземление. Парашютист, сидящий на дне раскрывающегося, как перевернутый зонтик, паракона, защищен снизу толстым надувным матрацем, смягчающим толчок при приземлении. Перевернутый волан превращается в хижину для защиты от непогоды (США).

«Техника — молодежи», №10 за 1965 г.



Одной из главных целей предполагался Марс, а одним из новых средств его изучения — так называемые пенетраторы, с огромной (но точно рассчитанной) скоростью вонзающиеся на большую глубину в грунт планеты, «своим телом» измеряя его прочность, плотность и другие свойства. Так вот, единственным средством регулирования этой скорости и стабилизации падения в марсианской атмосфере оказалось НТУ. Но АМС «Марс-8» (более известная как «Марс-96») упала в океан, даже не выйдя на отлетную траекторию.

В 98-м специалисты центра Бабакина решили, что саму идею НТУ хоронить жалко. Напротив, нужно продолжить эксперименты с такими устройствами, расширить их гамму и направления использования. Однако на этом пути бабакинцев ожидали непредвиденные трудности.

В феврале 2000 г. ученые провели первый крупный натурный эксперимент с НТУ. С Байконура стартовала ракета «Союз-У», которая вывела в космос новейший аппарат — разгонный блок «Фрегат» НПО имени С.А. Лавочкина; его испытания и были главной задачей пуска. Но, когда все запланированные эволюции на орбите были проделаны, начался дополнительный этап эксперимента — ведь бабакинцы оснастили «Фрегат» своим НТУ.

В отличие от парашюта, НТУ работает от самого входа в атмосферу на чудовищной скорости (в данном опыте она составила 5,5 км/с, но вообще-то возможен вход в атмосферу и с первой космической) до самого приземления. Причем тормозное устройство — двухступенчатое. Первый, сравнительно небольшой, конус надувается перед входом в атмосферу. Он выдерживает максимальный скоростной напор, температуру 6000 К и снижает скорость падения до дозвуковой. На высоте примерно 30 км надувается второй каскад НТУ, значительно увеличивая общие размеры конуса, — и скорость падения снижается во много раз, обеспечивая мягкую посадку. Первый каскад НТУ для «Фрегата» имел диаметр 8 м, а второй увеличивал диаметр до 14 м. Угол раствора конуса — 120°.

«Фрегат» вошел в атмосферу и какое-то время снижался по расчетной траектории, однако после прохождения наиболее интенсивного торможения на борту должен был включиться радиомаяк — этого не произошло. Еще один радиомаяк должен был работать после приземления — этого тоже не произошло. К расчетному месту посадки (оренбургские степи на границе с Казахстаном) вылетели вертолеты. Поиски шли несколько дней, «Фрегат» не нашли.

Как было официально объявлено, помешала погода. Действительно, тогда были низкие облака, метель. Однако главный специалист НИЦ имени Г.Н. Бабакина, директор проекта НТУ Сергей Алексашкин убежден, что космический аппарат развинтили и сдали в цветмет местные жители. Косвенно об этом свидетельствовали титановые баллоны от «Фрегата», найденные-таки в степи. В скупке не брали титан?

Однако эксперимент с НТУ все же удался. Дело в том, что вместе с «Фрегатом» в космос отправили созданный на той же фирме 114-килограммовый «Демонстратор» (IRDT) оснащенный собственным НТУ. Вот его, пусть и на восьмой день после посадки, нашли. И убедились, что надувной конус доставил научную аппаратуру на Землю в целости и сохранности.

Правда, и тут не обошлось без накладок. Еще в космосе аппаратура зафиксировала какой-то удар — может, микрометеорит? На спуске траектория «Демонстратора» не совпала с расчетной. Сработало только основное тормозное устройство, а второй каскад НТУ не надулся — он был порван. К слову, диаметр первого каскада был 2,3 м, а второго — 3,8 м, угол раствора конуса — около 90°, в собранном виде (до надувания НТУ) «Демонстратор» имел диаметр 0,8 м.

Итак, скорость падения «Демонстратора» превысила расчетную, и в землю он ткнулся со скоростью 60 м/с, вместо расчетных 14. Однако контейнер с электронной аппаратурой имел систему амортизации, она уцелела, и инженерам удалось снять все нужные данные.

В 2001 и 2002 гг. новые модификации «Демонстраторов» запускали с борта атомного подводного ракетного крейсера «Борисоглебск», из Баренцева моря. РН «Волна» (переделанная для мирных запусков межконтинентальная баллистическая ракета) выводила аппараты на суборбитальную траекторию. В результате обоих экспериментов специалисты проверили систему выведения и отделения полезного груза от ракеты-носителя. К сожалению, работа «Демонстратора» в обоих пусках по штатной циклограмме не получилась. Оба раза аппараты искали и не нашли.

Однако все эти неудачи не охладили пыл бабакинцев. Они убеждены — после всех экспериментов, отработки, усовершенствования техники НТУ смогут существенно повлиять на облик космической техники. И не только...
ТЕХНОЛОГИИ НАДУВНЫЕ, НО НЕ НАДУВАТЕЛЬСКИЕ. Как сегодня возвращают объекты из космоса? Либо баллистическая капсула плюс парашютная посадка («Союз»), либо крылья («Шаттл»). А если нам нужно приземлять небольшие объекты с орбиты, часто и, по возможности, дешево?

Тут уместно вспомнить, что наша страна имеет неплохой опыт возвращения из космоса маленьких капсул — например, грунта с Луны или кассет с фотопленкой со спутников-разведчиков. Но нужно идти вперед, и НТУ может стать интересной альтернативой парашютам.

Действительно, специалисты говорят, что при нормальном объеме экспериментов на МКС желательно бы доставлять грузы со станции на Землю раз пять в год. Нынче-то какие используют варианты? «Союзы»? Они летают лишь при смене экипажей на станции, да и в тесный спускаемый аппарат много вещей взять невозможно. «Шаттл»? Очень дорогое удовольствие, а спуск на нем одного килограмма груза с орбиты обходится в 20 — 25 тыс. долл. С помощью же НТУ можно дешево и часто доставлять на Землю сверхчистые кристаллы, биообразцы, кассеты с записями, картриджы с экспериментальных установок и т.п.

Вначале для этого можно задействовать автоматические грузовики «Прогресс», которые доставляют на станцию топливо и грузы. Ученые из центра Бабакина предлагают оснастить НТУ капсулу, которая в этом случае будет компактнее той, что ставится (иногда) на «Прогресс-М». Также можно создать вариант капсулы для перспективного европейского транспортного корабля ATV. А позднее предполагается разработать и капсулы с собственными тормозными двигателями — тогда их можно будет выстреливать непосредственно с космической станции!

Сейчас, считают в НИЦ имени Г.Н. Бабакина, опираясь на решенную «материаловедческую» задачу, можно вернуться и к первоначальной идее — спасению если не самих ракетных ступеней, то хотя бы их самой дорогой части — двигателей. В этом деле НТУ составит явную конкуренцию как сложным и тяжелым крыльям, так и традиционному парашюту с его явно ограниченными возможностями и необходимостью теплозащиты.

КОСМИЧЕСКИЙ «СПАСАТЕЛЬНЫЙ КРУГ»

Так выглядел полезный груз в полете 9 февраля 2000 г. Цифрами обозначены: 1 — балласт ; 2 — разгонный блок «Фрегат»; 3 — демонстратор IRDT; 4 — система спасения разгонного блока.


Работа МТУ «демонстратора»: слева — «Демонстратор» со сложенным НТУ; справа — «Демонстратор» с полностью развернутым НТУ и взведенным амортизатором в момент посадки

Работа НТУ РБ «Фрегат»: а) конфигурация аппарата до включения НТУ: 1 — топливный бак; 2 — приборный отсек; 3 — надувное тормозное устройство в сложенном виде; б) «Фрегат» с НТУ во время входа в атмосферу и прохождения максимальных нагрева и перегрузок; в) «Фрегат» с полностью раскрытым НТУ при спуске и посадке; хорошо видны надувные торы каркаса.

«ПОСЛЕ 11 СЕНТЯБРЯ». Технология НТУ может послужить куда более приземленным целям. В центре Бабакина разработали аппарат «Спасатель», который позволяет неподготовленному и паникующему человеку безопасно выпрыгнуть из окна горящего здания.

«Спасатель» — это легко надеваемый ранец, чуть больше школьного. Спасающемуся от огня нужно сесть на подоконник спиной к улице и нажать кнопку. Надувной конус раскроется за одну-две секунды и, отталкиваясь краями от подоконника и рамы, вытолкнется наружу. При этом упругий надувной волан, диаметром метра четыре, бережно закроет прыгуна со всех сторон, обеспечит невысокую скорость падения (не более 10 м/с) и смягчит удар о землю.

На дне «воланчика» спасающийся лежит на спине — в этом направлении, говорят медики, человек легче переносит максимальные перегрузки. Даже если конус повернется боком или перевернется полностью, человек будет защищен от удара упругими секциями «Спасателя».

В отличие от парашюта, «Спасатель» не боится огня, ударов о стены и выступы зданий, порывов ветра. Ткань НТУ очень трудно разрезать даже острым ножом. НТУ можно применять на любой высоте. Прыгайте хоть с сотого этажа, хоть с третьего. Ведь раскрывается воланчик до начала падения — он тотчас начинает аэродинамическое торможение и сразу готов защищать своего пассажира от ударов. Кстати, шагнуть с парашютом из окна не каждый сможет. А дернуть за кольцо вовремя, в стрессовой ситуации? «Спасатель» же «включают» еще в помещении, и, как сказано — сидя спиной к улице. А значит, человеку даже не нужно смотреть вниз!

Недавно бабакинцы испытывали прототип «Спасателя», сбрасывая эластичный надутый конус со строительного крана. Внутри был манекен с датчиками. Оказалось, что пик перегрузок в момент приземления составляет 8 g в течение долей секунды, что несравненно меньше, чем, например, при ударе машины в барьер на скорости 50 км/ч, даже если водитель пристегнут ремнем и сработала подушка безопасности.

Американцы заявили, что готовы закупать «Спасатели» в больших количествах. Но на разочаровывающее: «У нас пока есть только опытные образцы, нужны деньги на дальнейшие разработки» — янки не ответили. Как не проявили должного внимания к проекту и в нашей стране.

Зато проектом заинтересовались в Германии. Для продвижения всем гаммы НТУ на мировом рынке бабакинцы создали СП с космической компанией «Астриум» (бывшая «Даймлер-Крайслер Эйрспейс»). В этом предприятии (Return & Rescue Space Systems GmbH — космические системы возвращения и спасения) немцы взяли на себя маркетинг, а российские спецы — техническую сторону проекта. О результатах сотрудничества говорить еще рано.

А пока в центре Бабакина потихоньку готовят к запуску на «Волне» новый «Демонстратор»...

Иллюстрации предоставлены НИЦ имени Г.Н. Бабакина