10.5. ПРИНЦИПЫ РАЗРАБОТКИ КОМПЛЕКСА СРЕДСТВ АВАРИЙНОГО СПАСЕНИЯ

При своевременном обнаружении аварийной ситуации задачи средств аварийного спасения достаточно очевидны и заключаются в прекращении штатного полета РКС, в проведении автономного полета КК и его спуска в атмосфере, в осуществлении посадки.

Первым и необходимым условием выполнения этих операций является обеспечение жизнедеятельности экипажа, т. е. поддержание газового состава атмосферы, давления и температуры внутри жилого отсека, режимов статических, ударных и вибрационных перегрузок, ускорений и акустического воздействия в пределах переносимости человека.

Вторым условием служит максимальное использование штатных систем РН и КК в процессе аварийного спасения.

Анализ условий полета, при которых должны быть решены основные задачи процесса спасения, показывает, что аварийные режимы по многим параметрам значительно тяжелее, чем штатные:

аварийные режимы отделения КК от РН отличаются от штатных повышенными аэродинамическими нагрузками (скоростной напор q_ав ≈ 3000 - 5000 кгс/м² по сравнению с q_шт = 0), наличие перегрузок при отделении (случай отсутствия аварийного выключения ДУ РН), высокими требованиями к быстродействию (время аварийного разделения отсеков менее 0,1 с);

аварийные режимы автономного полета КК на участке спуска в атмосфере вследствие увеличения угла входа в атмосферу (который, в свою очередь, определяется углом наклона траектории выведения в момент аварии) отличаются от штатных значительным увеличением перегрузок;

при аварийном режиме посадка возможна в любой точке вдоль трассы траектории выведения и может происходить в неблагоприятных условиях (горные районы, пересеченная местность, тайга и т. д.).

Даже из приведенных отличий видно, что обеспечение аварийных режимов при использовании только штатных систем на всех этапах полета - задача достаточно сложная, решение которой практически невозможно без комплексного подхода.

Комплексное решение задачи аварийного спасения возможно по двум путям:

первый - КК и его системы проектируют из условия применения в более тяжелых аварийных режимах, что приводит к усложнению и перетяжелению его конструкции и бортовых систем, к появлению в его составе специальных дополнительных систем, работающих в тех ситуациях, когда применение штатных систем нецелесообразно (рис. 10.2, а);

Рис. 10.2. Схемы аварийного спасения: а - при экстренном прекращении полета РН; б - при полете РН по нештатной программе

второй - РН и ее системы проектируют с учетом необходимости работы по нештатным программам, обеспечивающим в случае аварии достижение режимов полета, близких к штатным при выполнении основных операций по возвращении КК или его СА на Землю, что вызывает усложнение РН и ее систем (рис. 10.2, б).

Выбор того или иного пути во многом определяется схемой РКС и программой ее штатного полета. Практика показывает, что первый путь более приемлем при создании РКС одноразового использования (РКС «Восток», «Меркурий», «Джемини», «Союз», «Аполлон»), второй применен на РКС многоразового использования МТКС «Спейс Шаттл».

Во время подготовки РКС на стартовой позиции и при полете на участке выведения условия в момент аварии могут быть столь различны, что разработать единую схему аварийного спасения, применяемую во всех аварийных ситуациях, невозможно. Более рационально разбить всю траекторию выведения на несколько участков, на которых условия полета и развития аварийных ситуаций будут находиться в определенных пределах, позволяющих применить какую-либо одну из схем спасения. Для различных РКС из-за характерных особенностей траектории и конструктивной схемы число таких участков и расположение их границ может быть различным. Так, для РКС одноразового использования учитывают три наиболее характерных участка:

а) первый - атмосферный - от момента приведения в готовность средств спасения РКС на стартовой позиции до выхода РКС за пределы плотных слоев атмосферы в процессе полета; верхняя граница участка, как правило, соответствует моменту полета, когда скоростные напоры становятся достаточно малы (q = 0 - 50 кгс/м²); характерными особенностями аварийных ситуаций на этом участке являются:

быстротечность аварийных ситуаций, высокая вероятность их катастрофического протекания;

наиболее сильное проявление воздействия опасных факторов при взрыве РН;

необходимость при аварии на старте и в первые секунды полета обеспечения подъема КК или его спасаемой части на высоту, достаточную для работы системы приземления;

воздействие при авариях в зоне максимальных скоростных напоров (время полета от 40 до 90 с) на отделяемую часть КК значительных аэродинамических сил, препятствующих ее отделению, так как ее баллистический коэффициент значительно выше, чем для РН;

б) второй - от момента выхода РКС за пределы плотных слоев атмосферы до момента, когда в случае прекращения работы РН с помощью ДУ КК возможно его выведение на нерасчетную орбиту ИСЗ; особенностями этого участка являются:

некатастрофичность аварийных ситуаций;

возможность отделения КК или его спасаемой части после аварийного выключения ДУ РН с помощью штатных систем разделения;

сравнительно большие значения углов входа и скоростей полета при аварийном входе в атмосферу КК или его спасаемой части, что значительно увеличивает перегрузки на участке спуска (до 20 - 23 ед. при баллистическом спуске);

в) третий участок характерен тем, что после аварийного прекращения полета РН возможно выведение КК на орбиту с использованием собственной энергетики, однако в этом случае из-за ограниченных запасов топлива КК будет функционировать по сокращенной программе.

На каждом из рассмотренных участков имеются наиболее трудные для реализации звенья процесса аварийного спасения: на первом - отделение и увод КК или его спасаемой части; на втором - автономный спуск в атмосфере; на третьем - оперативная коррекция траектории КК.