5.4. ОРБИТАЛЬНЫЙ КОРАБЛЬ

Орбитальный корабль (рис. 5.2) представляет собой гиперзвуковой летательный аппарат с дельтовидным крылом, является носителем полезного груза со средствами его развертывания и обслуживания на орбите и обеспечивает необходимые условия для жизнедеятельности и работы экипажа из четырех человек (командир, пилот, специалист по программе полета и специалист по полезной нагрузке). В отдельных полетах при выполнении спасательных операций на борту ОК может находиться до десяти человек.

По своим массовым и габаритным характеристикам OK cpaвним с современными транспортными самолетами и имеет длину 37,26 м, размах крыльев 23,8 м, высоту по килю 17,27 м, стартовую массу с полезной нагрузкой 85 - 114 т, сухую массу 68 т, посадочную массу с полезной нагрузкой 84,8 т.

Аэродинамическая схема ОК выбрана с расчетом обеспечения компромисса между большими углами атаки при гиперзвуковой скорости и достаточно высоким аэродинамическим качеством при дозвуковом полете. Крыло с двойной стреловидностью (углы стреловидности 81 и 45° по передней кромке) обеспечивает при гиперзвуковой скорости аэродинамическое качество 1,3 при угле атаки 34°, сравнительно низкие тепловые нагрузки и коэффициент подъемной силы 0,8, при дозвуковой скорости - аэродинамическое качество 4,4 при угле атаки 18° и коэффициент подъемной силы 0,9; в крыле размещены главные стойки шасси, в передней части фюзеляжа - носовое шасси.

Фюзеляж ОК состоит из носовой, средней и хвостовой частей. В носовой части расположены герметичная кабина экипажа и носовой блок системы реактивного управления, в средней части - негерметичный отсек полезного груза, в хвостовой - три основных двигателя и киль, а в двух внешних гондолах - двигательные установки орбитального маневрирования и системы реактивного управления.

Рис. 5.2. Орбитальный корабль: 1 - блоки двигателей реактивного управления; 2 - маршевые ЖРД; 3 - двигатели системы орбитального маневрирования; 4 - топливные баки двигателей орбитального маневрирования; 5 - силовая рама крепления маршевых ЖРД; 6~ панели радиаторов; 7 - манипулятор; 8 - крышка люка для доступа в отсек полезного груза; 9 - иллюминаторы; 10 - кабина экипажа; 11 - носовой отсек ОК; 12 - топливные элементы системы электропитания; 13 - теплоизоляция планера ОК; 14 - баки топливных элементов; 15 - планер ОК; 16 - створки отсека полезного груза

Кабина экипажа состоит из верхней, средней и нижней секций. Верхняя и. средняя секции (где находится экипаж) имеют общий герметизированный объем 75 м3, при этом номинальный свободный объем 30,6 м3 при размещении шлюзовой камеры в средней секции и 34,1 м3 при ее размещении в отсеке полезной нагрузки. Для обеспечения термической изоляции кабина экипажа крепится к конструкции носовой части фюзеляжа только в четырех точках. Все окна, кроме окон задней стенки, состоят из трех панелей: внутренней герметизирующей, средней противоударной и внешней теплозащитной.

Шлюзовая камера диаметром 1,6 м и высотой 2,1 м служит для перехода из кабины экипажа в отсек полезной нагрузки без ее разгерметизации и рассчитана на одновременное пребывание в ней двух полностью экипированных членов экипажа в скафандрах.

Отсек полезной нагрузки (ОПН) расположен в средней части фюзеляжа, имеет длину 18,3 м, диаметр 4,6 м, объем 339,8 м3, а также двухстворчатую крышку, внутри которой установлены створки радиационной поверхности системы терморегулирования. Полезная нагрузка, располагаемая в ОПН, подвержена сравнительно низким перегрузкам: 3,3 ед. по продольной, 0,2 ед. по поперечной и 0,75 ед. по вертикальной осям при выведении на орбиту; максимальные перегрузки 2,5 ед. по вертикальной оси, около 1 ед. по продольной оси при возвращении с орбиты и 2,8 ед. при посадке.

Терморегулирование ОПН для поддержания постоянной температуры 23,8°С обеспечивается теплоизоляцией, а до старта - продувкой газом с помощью наземного оборудования.

В нижней части ОПН (под полом) находится система электропитания.

На левом борту ОПН установлен манипулятор дистанционно управляемый из кабины экипажа; при необходимости предусмотрена установка второго манипулятора с правого борта ОПН. В сложенном положении манипулятор массой 450 кг имеет форму цилиндра диаметром 203 мм и длиной 15,3 м.

Прожекторы, закрепленные внутри ОПН на шпангоутах, созют достаточные уровни освещенности для выполнения любых операций в грузовом отсеке.

Для обеспечения операции стыковки орбитального корабля с другими космическими аппаратами предусмотрена установка внутри грузового отсека у задней стенки отсека экипажа специального стыковочного модуля.

В ОПН имеются элементы, обеспечивающие полезные нагрузки электроэнергией, рабочими жидкостями и газами, а также механизмы удержания для гарантированного сохранения полезной нагрузки на всех стадиях полета.

Для предохранения орбитального корабля, каркас и обшивка фюзеляжа которого выполнены из алюминиевого сплава (исключение составляет рама ЖРД основной двигательной установки в хвостовой части, изготовленная из титанового сплава, армированного борэпоксидной смолой), от аэродинамического нагрева на участке выведения и при входе в атмосферу используется теплозащита.

Теплозащита предназначена для поддержания температур обшивки не выше 450 К, стенок кабины экипажа - не выше 322 К; внутри ОПН - не выше 366 К, а в отсеках, где размещается двигатели и шасси,- 450 К, хотя при входе в атмосферу отдельные участки наружной поверхности нагреваются до 1755 К.

На различных участках корпуса в зависимости от степени нагрева при входе в атмосферу теплозащита выполнена из различных материалов.

Нос фюзеляжа и передние кромки крыльев, нагревающиеся до 1755 К, защищают теплозащитой RCC («углерод - углерод»), представляющей собой многослойную конструкцию из углеродной ткани, пропитанной фенольной смолой. Участки, нагревающиеся до 820-1500 К, защищают теплозащитой HRSJ на основе кварцевого волокна, которая изготавливается в основном в виде квадратных плиток (общее количество 2000 шт.) размером 15,2x15,2 см при толщине от 19 до 63,6 мм в зависимости от нагрева участка.

Участки, нагревающиеся до 680-820 К, защищают теплозащитой LRSJ на основе кварцевого волокна, также изготавливаемой в виде квадратных плиток (общее количество 7000 шт.) размером 20,3x20,3 см при толщине 5,1-25,4 мм в зависимости от нагрева участка. Теплозащита LRSJ почти аналогична теплозащите HRSJ и отличается от нее только покрытием и пигментом, которые обеспечивают ей низкий коэффициент поглощения и высокий коэффициент излучения солнечной радиации. Плитки теплозащиты HRSJ и LRSJ на внешней поверхности имеют покрытие из боросиликатного стекла, обеспечивающее влагонепроницаемость и требуемые оптические свойства, приклеиваются к изолирующей войлочной подложке из волокна «monex», компенсирующей неравномерную деформацию обшивки и теплозащиты, а вместе с подложкой - к обшивке ОК.

Участки, нагревающиеся до 645 К при входе в атмосферу и до 672 К на участке выведения, защищены теплозащитой FRSJ, представляющей собой войлок толщиной 4,1 - 10,2 мм с нанесенной белой силиконовой резиной.

Теплозащиты RCC, HRSJ, LRSJ и FRSJ занимают 3,5% (38 м²), 43,2% (475 м²), 25,6% (281 м²) и 27,7% (304 м²) общей площади защищаемой поверхности, а их массовые доли равны 21,5%, 59,7%, 13,2% и 5,6% соответственно, при общей массе теплозащиты 7,164 т.

Основная двигательная установка ОК состоит из трех ЖРД, работающих на жидких водороде и кислороде. Каждый ЖРД имеет номинальную тягу 170 тс на уровне моря и 213 тс в пустоте с изменением ее от 50 до 109% с учетом регулирования перегрузок на участке выведения и при аварийном прекращении полета, а также шарнирную подвеску, обеспечивающую отклонение на ±11° по тангажу и ±9° для управления по рысканью и крену.

Двигательная установка маневрирования и ориентации включает два ЖРД маневрирования и 44 ЖРД ориентации (реактивного управления); из них 38 основных и 6 вспомогательных, которые работают на монометилгидразине и четырехокиси азота. Конструктивно двигатели объединены в три двигательные установки: носовую и две кормовые, размещенные в двух боковых гондолах по обе стороны от киля.

В носовой двигательной установке (сухая масса 492,6 кг) размещены 14 основных и 2 вспомогательных ЖРД ориентации и 190 кг топлива. В каждой кормовой двигательной установке (сухая масса 1793 кг в гондоле) расположено по одному ЖРД маневрирования, 12 основных и 2 вспомогательных ЖРД ориентации, а также 5650 кг топлива ЖРД маневрирования, 1097 кг топлива ЖРД ориентации, 44 кг топлива в трубопроводах и 25 кг газа в баллонах. Запаса топлива маневрирования достаточно для сообщения ОК с полезной нагрузкой 29,5 т скорости 350 м/с. Кроме того, в ОПН предусматривается размещение до трех комплектов топливных баков, объединенных в один блок массой 19051 кг (16556 кг топлива), занимающих 15% объема ОПН и обеспечивающих дополнительное приращение скорости по 150 м/с каждый. ЖРД ориентации обеспечивают заданную ориентацию ОК относительно центра масс по трем осям и поступательные перемещения в трех взаимно перпендикулярных плоскостях, причем основные ЖРД ориентации служат для быстрых разворотов, а вспомогательные - для управления в режиме точной ориентации.

Для всех элементов ЖРД ориентации предусмотрено резервирование, обеспечивающее их нормальное функционирование при отказе любых двух элементов.

Основные характеристики ДУ приведены в табл. 5.1.

Система жизнеобеспечения и терморегулирования включает герметичный объем экипажа с двухгазовой (21% кислорода и 79% азота) искусственной атмосферой при давлении 760 мм рт. ст. и температуре 18,3 - 26,6°С, Кислород О₂ (51 кг) хранится в жидком виде в двух баках кислородно-водородных топливных элементов, азот N₂ - в газообразном виде (78 кг) в четырех баллонах. Для удаления углекислого газа СО₂ и дезодорации служат патроны с гидроокисью лития. Из патронов газовая смесь поступает в теплообменник для обеспечения заданных параметров по температуре и влажности. Запас сжатых газов (25 кг кислорода) хранится в баллоне ОПН и рассчитан на наполнение герметизированного объема кабины экипажа после одной его полной разгерметизации или на поддержание в этом объеме давления 42,5 мм рт. ст. в течение 165 мин при появлении небольшого отверстия в корпусе при старте или вскоре после него. Полезный запас расходуемых материалов (75,2 кг пищевых продуктов, 150 кг воды в трех переносных бачках, два из которых заполняются при старте, а также 1311 кг воды из водородно-кислородных топливных элементов) рассчитан на экипаж из четырех человек, совершающих орбитальный полет в течение 7 сут с учетом аварийного запаса на 4 сут.

Поддержание необходимого температурного режима всех внутренних отсеков ОК обеспечивается пассивными и активными элементами системы терморегулирования, включающими теплоизоляцию, термонагреватели, аммиач.ный испаритель и радиационные экраны.

Таблица 5.1. Основные характеристики двигательных установок орбитального корабля

* (В знаменателе - на Земле, в числителе - в пустоте.)

** (В знаменателе - при непрерывном режиме, в числителе - при импульсном режиме.)

Комплексная система навигации, наведения и управления ОК состоит из трех инерциальных измерительных блоков, бортового комплекта строированной микроволновой сканирующей системы обеспечения посадки, трех блоков скоростных гироскопов, бортового комплекта радионавигационной системы «Такан», трех блоков акселерометров, двух радиовысотомеров, четырех датчиков воздушных параметров, двух блоков передачи усилий от педалей управления рулем направления, двух командных авиагоризонтов, двух плановых индикаторов обстановки, двух индикаторов положения поверхностей управления, двух барометрических высотомеров, двух приемоответчиков системы УВД, а также указателей угла атаки и числа М (двух), высоты и вертикальной скорости (двух), ручек управления поступательным движением (двух), управления рулем направления (двух) при его работе в режиме аэродинамического тормоза, управления вращательным движением (трех). Четыре БЦВМ, соединенные между собой, служат для обработки информации, поступающей от системы навигации, наведения и управления, и для передачи команд на систему управления полетом, пятая БЦВМ резервная.

Система связи и слежения включает радиолокатор (или два) диапазона Кп для обеспечения сближения с другими космическими объектами, комплект (или два комплекта) оборудования диапазона К« для обеспечения связи со спутниками, три звездных датчика, два односторонних доплеровских выделителя, программно-временные устройства, два усилителя ЛБВ диапазона S мощностью по 100 Вт каждый, два комплекта оборудования диапазона Р для использования в системе обеспечения посадки, а также для связи с членами экипажа, находящимися в открытом космосе, комплект оборудования диапазона К для обеспечения связи ОК с Землей и с полезной нагрузкой, комплект оборудования диапазона К для обеспечения связи ОК с Землей, антенны.

К бортовым радиоэлектронным системам ОК также относятся пульт системы управления полетом, три блока отображения информации, три клавишных устройства для связи с БЦВМ, четыре электронно-лучевых дисплея, девятнадцать мультиплексер-де-мультиплексеров, три блока передачи команд на ЖРД основной двигательной установки, система аварийной сигнализации, твердотельные регуляторы мощности и главное синхронизирующее устройство.