Вперше на орбіті
 |
| Копія супутника, U.S. National Air and Space Museum (c) NSSDC, NASA |
4 жовтня 1957 року розпочалася космічна ера. Розпочалася запуском першого штучного супутника Землі. В продовження "Висовуємо ніс за межі атмосфери - передмова" та з приводу 54-річчя його сходу з орбіти 4 січня 1958 року -- ця нотатка.
Цікавинка. В. Губарев:
В 1955 г. президент Академии наук СССР послал советским ученым следующее обращение: «Прокомментируйте, пожалуйста, использование искусственных спутников Земли. Как вы думаете, когда они будут выведены в космическое пространство?». Ответы были разными. Одни вносили различные предложения, а другие писали: «Фантастикой не увлекаюсь». «Предполагаю, что выход в космос произойдет не ранее 2000 г.». «Не представляю, какое практическое значение могут иметь искусственные спутники Земли». (журнал «Новое время» № 40, 1977; «Правда» , 7 грудня 1977 р.)
Цікавинка. В. Губарев:
В 1955 г. президент Академии наук СССР послал советским ученым следующее обращение: «Прокомментируйте, пожалуйста, использование искусственных спутников Земли. Как вы думаете, когда они будут выведены в космическое пространство?». Ответы были разными. Одни вносили различные предложения, а другие писали: «Фантастикой не увлекаюсь». «Предполагаю, что выход в космос произойдет не ранее 2000 г.». «Не представляю, какое практическое значение могут иметь искусственные спутники Земли». (журнал «Новое время» № 40, 1977; «Правда» , 7 грудня 1977 р.)
Перипетії запуску
Для виводу першого супутника на орбіту використано першу в світі міжконтинентальну балістичну ракету Р-7. Запуски її не проходили гладко. Не допоміг навіть попередній досвід із геофізичними ракетами.
Запуск 15 травня 1957, ракета Р-7 номер 6 -- аварія. Розпочалася пожежа, ще на старті. До 98-ї секунди політ був керованим, потім тяга одного із двигунів різко впала, він самовільно відділився, системи управління до 103-ї секунди вичерпали можливості по компенсації відхилень і виконалася команда на припинення роботи двигунів (щоб через відхилення від запланованої траєкторії не впасти на населений пункт, чи ще якось невдало). Пролетіла кілометрів 300. Що цікаво, на телеметрію, (крім візуального спостереження за приладами в процесі) доводилося чекати -- слід було проявляти відповідні плівки. Не те що зараз, все на моніторі :-) Як показав подальший аналіз, протримайся ракета ще секунд 5, бокові блоки відділилися б, і центральний міг продовжити політ -- на ньому до того моменту проблем не виникло. Деталі можна почитати, наприклад, тут.
10-11 червня 1957, ракета Р-7 номер 7 -- летіти просто відмовилася. Не відкрився якийсь там клапан. Потім відкрився, двигуни запустилися, але не вийшли на потрібний режим, запуск було зупинено автоматикою. Причину виявили -- клапан азотної продувки двигуна перед запуском був встановлений не в ту сторону, повернутим на 180 градусів. Цитуючи Чертока "Хотя на клапане и была выгравирована стрелка, указывающая направление потока, но одинаковые резьбы штуцеров на входе и выходе не исключали возможности ошибки. Монтажник запросто мог развернуть клапан по своему разумению, ибо он не обязан знать, куда же стрелка должна быть направлена. Для этого надо изучать пневмогидросхему." і далі: "Проблема "защиты от дурака" - одна из труднейших не только в сложных технических устройствах. Очень доходчиво сказано по этому поводу в одном из американских пособий по управлению автомобилем: "Когда ты вздумаешь выкатиться на проезжую часть, помни, что ты не единственный идиот среди сидящих в данный момент за рулем"."
12 липня 1957, наступна спроба запустити Р-7 номер 7. Розвалилася на четвертому десятку секунд польоту. Причина -- потужна команда на обертання, видана на 38-й секунді, ймовірно через коротке замикання в схемах керування.
Згідно спогадів Чертока, виникла загроза передачі ракетного проекту іншим командам.
21 серпня 1957, номер 8 -- успішний запуск. Головна частина, правда, до Камчатки не долетіла, судячи по всьому, згоріла при вході в атмосферу. Телеметрія обірвалася на 15-20 секунд раніше запланованого часу.
Відео запуску Р-7, можливо якраз номер 8, взято з "Спутник на все времена" (або див. цей сайт):
Відео запуску Р-7, можливо якраз номер 8, взято з "Спутник на все времена" (або див. цей сайт):
7 вересня 1957, номер 9 -- успішний запуск. Помітних змін в конструкцію внесено не було. Головна частина знову згоріла, але, завдяки внесеним змінам, до землі долетіли уламки. Точність попадання виявилася високою -- переліт на 3 км та відхилення в сторону на 1 км.
Наступний запуск, 4 жовтня 1957, був вже із супутником. На старті вихід двигунів на режим затягнувся, встиг завершитися під час останніх часток секунди, що залишалися до спрацювання таймера та зупинки запуску. На 16-й секунді відмовила СОБ ("система синхронного опорожнения баков"), через що виникло перевикористання палива, двигун вимкнувся на секунду раніше розрахункового часу, тому апогей ракети та супутника вийшов на 80-90 км нижчим від розрахункового.
Але! Супутник все ж опинився на орбіті!
Отож, що ж це була за ракета, що за супутник, які були його можливості?
Ракета Р-7
Р-7 -- родоначальник цілого сімейства ракет. Станом на 2010, всі пілотовані запуски СРСР та Росії здійснено ракетами цього сімейства.
Сконструйована ОКБ-1 під керівництвом Корольова. Двоступенева. Виконана по пакетній схемі, див рисунок. Перша ступінь -- чотири бокових блоки, довжиною 19 метрів та найбільшим діаметром 3, час роботи до двох хвилин. Друга -- центральний модуль, довжиною 29 метрів, діаметром 3 метри, час роботи до 5 хв. (Список технічних параметрів див. тут). Кожен боковий блок обладнано двигуном РД-107, що містив шість камер згорання (дві - рульові), сумарна тяга біля поверхні землі -- 78 тон. Центральний -- двигуном РД-108, що відрізнявся від РД-107 більшою кількістю рульових камер. Його тяга біля землі - 71 тонна. Паливо -- гас, окисник -- рідкий кисень. Для роботи насосів використовувалася перекис водню, для наддуву баків -- азот. Система керування була комбінованою, частина функцій виконувалися автономно, частина -- по командам з Землі. За некомпетентністю не вдаватимуся в деталі.
Р-7 № 8К71ПС (виріб М1-ПС «Союз»), якою здійснено запуск, була помітно полегшена в порівнянні з попередніми, бойовими, Р-7. Масивна головна частина замінена перехідником до супутника, знято систему радіокерування та одну з систем телеметрії, разом з їх відсіком, спрощено автоматику вимкнення двигунів. (Все разом - мінус 7 тон :). Тому її іноді називають ракетою типу "Спутник". Довжина -- 29 метрів, максимальний діаметр -- 10.3 м, стартова вага 267 т.
 |
| Р-7, (с) С. Л. Уманский "Космонавтика сегодня и завтра". |
Розрахунок польоту здійснювався електромеханічних машинах, схожих на арифмометри, лише під кінець -- БЭСМ-1. Балістик Георгій Михайлович Гречко, що розраховував траєкторію, потім писав: "Большая счетная машина Академии наук только вводилась в строй. Считали "вручную" до четвертого знака, а нужно было, как минимум, до шестого-седьмого. Потом в Вычислительном центре Академии наук нам выделили несколько часов рабочего времени, но только ночью. Машина была "неопытная", часто хандрила, программы тогда набивались не на перфокартах, а на лентах. На случай внесения поправок каждый из нас таскал в кармане обыкновенный дырокол. Плюс ко всему машина работала на лампах - сильно грелась. Поэтому всеми возможными способами устраивали сквозняки. Если бы кто-то вошел тогда случайно в машинный зал, увидел бы посиневших от холода, со вздыбленными ветром волосами людей, которые, ко всему прочему, еще включили вентилятор. А на стене плакат: "Вентилятор - друг труда, пусть работает всегда!""
Супутник - 1
Взагалі, першим об'єктом на орбіті мала стати справжня лабораторія, так-званий "Об'єкт Д". Його і запустили потім, під іменем Супутник-3. Однак, на момент (відносної) готовності ракети, до завершення "Об'єкту Д" було ще далеко. Тому було вирішено запустити хоч щось, щоб не впустити пріоритет американцям. Згідно спогадів Чертока: "Бушуев продолжал: «Сразу после пуска СП собрал всю нашу команду и предложил работы по "объекту Д" временно остановить, а всем за оставшийся месяц сделать "хоть на коленке" простейший спутник. Мы уже прикинули с баллистиками, можем килограммов 80 вытащить на орбиту с апогеем в 1000 километров. СП считает, что это будет сенсация.". Проектуванням займалися Михаіл Хомяков і Олег Івановскій.
В результаті першим штучним супутником Землі стала ось така "фіговина", вона ж Супутник-1, вона ж "Простейший Спутник - 1":
Форма - сферична, діаметр 58 см, вага -- 83.6 кг. Всередині виглядала якось так:
Складався з двох алюмінієвих півсфер, товщиною 2 мм, з'єднаних 36-ма болтами, між якими знаходилася герметизаційна прокладка. Одна з півсефер була вкрита ідеально відполірованим тепловим екраном, товщиною 1 мм, інша -- анодована. (Деталі див. тут). Все це -- для того, щоб не перегрітися в космосі. Всередині Супутник-1 був заповнений азотом, під тиском 1.3 атмосфери. Якщо температура піднімалася вище 30С (згідно інших джерел - 36С), вмикався вентилятор, покращуючи теплообмін з оболонкою (та Космосом). Вимикання його відбувалося, якщо температура падала нижче 23С.
В цьому місці може виникнути запитання, а що ж за апаратура була на ньому, окрім корпуса та згаданого вентилятора? Відповідь несподівана -- майже ніякої. Навіть телеметрії не було. Лише радіопередавач потужністю 1Вт. Він фактично містив два передавачі, що працювали на частотах 20.005МГц (довжина хвилі -- 1.5 м) та 40.002МГц (7.5м). Переключення між частотами здійснювалося кожних 0.3 секунди. Частоти підібрано так, щоб їх могли приймати звичайні радіолюбителі, а в радянських журналах опубліковано відповідні схеми приймачів. В принципі, певна квазі-телеметрія могла бути передана. Згідно Don P. Mitchell, Желєзнякова і В. Порошкова, якщо тиск всередині впав би нижче 0.35 атмосфер, або температура піднялася вище 50С чи впала нижче 0С, режим роботи передавачів змінився б на: 0.2 секунди одна частота, 0.4 секунди -- друга. За весь час активної роботи цього не відбулося.
Передавач, вагою 3.5 кг, живилися двома комплектами срібло-цинкових батарей, ще один комплект використовувався для живлення вентилятора. Сумарна вага батарей -- 51 кг, очікуваний час роботи -- 2-3 тижні. Антен було дві, кожна складалася із двох штирів, довжиною 2.4 і 2.9 метрів відповідно, з кутом між ними 70 градусів. Антени сконструйовано так, щоб рівномірно випромінювати у всіх напрямках, так як неорієнтований супутник явно почав би хаотично перевертатися. Ось і вся апаратура.
На ракеті він монтувався за допомогою такої конструкції:
Приблизно через 20 секунд після згасання двигунів, спеціальна пружина відстрілювала захисний конус, після чого тиск газів із кисневого баку мав виштовхнути супутник. Присутня була запасна піротехнічна система відстрілювання, про всяк випадок. Після відділення супутника потужний струмінь кисню мав відштовхнути останню ступінь від нього, щоб вони не стикалися під час руху по орбіті.
Старт -- 4 жовтня 1957, 19:28:34 за UTC
Передача радіосигналу тривала 22 дні, до 26 жовтня 1957.
Схід з орбіти -- 4 січня 1958 (рівно 54 роки тому :), після 92 днів, 1440 витків, або 60 мільйонів кілометрів.
Остання ступінь ракети, що вивела супутник, здійснила 882 обертів, впавши 2 грудня 57-го.
Цікаво, що яскравий об'єкт в небі (1 зоряна величина), який більшість вважали супутником, була насправді оця остання ступінь. Сам супутник, зовсім крихітний, насправді, був зірочкою близько 6-ї зоряної величини, неозброєним оком помітити його було майже неможливо. (Згідно Порошкова). Існував на орбіті і третій об'єкт --- захисний конус, який можна було побачити тільки в телескоп. (Чи проводилися такі спостереження -- не знаю).
Орбітальні параметри:
Період -- 96,7 хвилин.
Швидкість -- приблизно 8 км/с або 29 000 км/год.
Ексцентриситет -- 0.05201.
Перигей -- 228 км.
Апогей -- 947 км.
Схилення орбіти -- 65,1°.
Згідно Don P. Mitchell (згадувалося десь на www.unmannedspaceflight.com), звук Супутника-1, в любительському записі звучав ось так:
Зміна тону в процесі -- результат ефекту Доплера.
Інший поширений запис (в тому числі він є і на сайті НАСА) навряд чи достовірний.
Наукові результати
Хоча й спеціалізованої наукової апаратури на супутнику не було, вдалося отримати надзвичайно цінні результати.
Література:
Під настрій можна також глянути і це: http://www.youtube.com/watch?v=MEyopPlRdJM.
В результаті першим штучним супутником Землі стала ось така "фіговина", вона ж Супутник-1, вона ж "Простейший Спутник - 1":
 |
| Зібраний "Супутник-1", фото взято з сайту Don P. Mitchell, http://www.mentallandscape.com/ |
 |
| Нутрощі "Супутник-1", фото взято з сайту Don P. Mitchell, http://www.mentallandscape.com/ |
В цьому місці може виникнути запитання, а що ж за апаратура була на ньому, окрім корпуса та згаданого вентилятора? Відповідь несподівана -- майже ніякої. Навіть телеметрії не було. Лише радіопередавач потужністю 1Вт. Він фактично містив два передавачі, що працювали на частотах 20.005МГц (довжина хвилі -- 1.5 м) та 40.002МГц (7.5м). Переключення між частотами здійснювалося кожних 0.3 секунди. Частоти підібрано так, щоб їх могли приймати звичайні радіолюбителі, а в радянських журналах опубліковано відповідні схеми приймачів. В принципі, певна квазі-телеметрія могла бути передана. Згідно Don P. Mitchell, Желєзнякова і В. Порошкова, якщо тиск всередині впав би нижче 0.35 атмосфер, або температура піднялася вище 50С чи впала нижче 0С, режим роботи передавачів змінився б на: 0.2 секунди одна частота, 0.4 секунди -- друга. За весь час активної роботи цього не відбулося.
Передавач, вагою 3.5 кг, живилися двома комплектами срібло-цинкових батарей, ще один комплект використовувався для живлення вентилятора. Сумарна вага батарей -- 51 кг, очікуваний час роботи -- 2-3 тижні. Антен було дві, кожна складалася із двох штирів, довжиною 2.4 і 2.9 метрів відповідно, з кутом між ними 70 градусів. Антени сконструйовано так, щоб рівномірно випромінювати у всіх напрямках, так як неорієнтований супутник явно почав би хаотично перевертатися. Ось і вся апаратура.
На ракеті він монтувався за допомогою такої конструкції:
 |
| Фото взято з сайту Don P. Mitchell, http://www.mentallandscape.com, див. також тут. |
Старт -- 4 жовтня 1957, 19:28:34 за UTC
Передача радіосигналу тривала 22 дні, до 26 жовтня 1957.
Схід з орбіти -- 4 січня 1958 (рівно 54 роки тому :), після 92 днів, 1440 витків, або 60 мільйонів кілометрів.
Остання ступінь ракети, що вивела супутник, здійснила 882 обертів, впавши 2 грудня 57-го.
Цікаво, що яскравий об'єкт в небі (1 зоряна величина), який більшість вважали супутником, була насправді оця остання ступінь. Сам супутник, зовсім крихітний, насправді, був зірочкою близько 6-ї зоряної величини, неозброєним оком помітити його було майже неможливо. (Згідно Порошкова). Існував на орбіті і третій об'єкт --- захисний конус, який можна було побачити тільки в телескоп. (Чи проводилися такі спостереження -- не знаю).
Орбітальні параметри:
Період -- 96,7 хвилин.
Швидкість -- приблизно 8 км/с або 29 000 км/год.
Ексцентриситет -- 0.05201.
Перигей -- 228 км.
Апогей -- 947 км.
Схилення орбіти -- 65,1°.
Згідно Don P. Mitchell (згадувалося десь на www.unmannedspaceflight.com), звук Супутника-1, в любительському записі звучав ось так:
Зміна тону в процесі -- результат ефекту Доплера.
Інший поширений запис (в тому числі він є і на сайті НАСА) навряд чи достовірний.
Наукові результати
Хоча й спеціалізованої наукової апаратури на супутнику не було, вдалося отримати надзвичайно цінні результати.
- Перевірено теоретичні розрахунки та технічні рішення, закладені при запуску.
- Отримано перші експериментальні дані про верхні шари іоносфери. Фактично, по радіо-затемненнях супутника на сході та заході, вперше виміряно електронну густину від 200 до 3100 км, Показано, що шар F іоносфери простягається до висоти 320 км. (Сучасні дані дещо коригують цей висновок, все значно складніше, але все ж).
- По сповільненню супутника через тертя об верхні шари атмосфери, встановлено її густину, 10^8 атомів/см³, що виявилося сюрпризом. (Наскільки динамічна "верхня" атмосфера виявили вже пізніше).
- Так як падіння тиску не відбулося протягом всього часу роботи передавача, оцінено знизу ступінь мікрометеоритної загрози.
Література:
- Сайт Don P. Mitchell -- http://www.mentallandscape.com/
- "Эпизоды космонавтики" Хлиніна -- http://epizodsspace.no-ip.org
- Борис Овсеевич Черток, серія книг "Ракеты и люди": книга 1, "Фили-Подлипки-Тюратам", "Горячие дни холодной войны", "Лунная гонка".
- Железняков Александр Борисович. Летопись космической эры 1957 год. 2002 г
- Создание первых искусственных спутников Земли, Ракетно-космическая корпорация "Энергия" им. С.П. Королева, 1996. (Зміст)
- Гэтланд К. (консультант и основной автор), Шарп М., Скиннер Д., Вик Ч., Пирард Т., Дулинг Д., Шнапф А., Джонсон Н., Вудс Д., Льюис Р., Белицкий Б., Паркинсон Р., Бонд А., Иллюстрированная энциклопедия.
- "The 3 spacecrafts launched in 1957"
- http://www.russianspaceweb.com/sputnik_design.html
- В. Порошков, "Создание и запуск Первого спутника Земли."
- "Korolev, Sputnik, and The International Geophysical Year", Asif A. Siddiqi.
- "ОКОЛОЗЕМНЫЙ ОРБИТАЛЬНЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ «СПУТНИК-1» («ПС-1»)", містить детальний технічний опис.
- Голованов Ярослав Кириллович, "КОРОЛЕВ, Факты и мифы", глава "КОСМОС"
- Вікіпедія, як англійська: http://en.wikipedia.org/wiki/Sputnik_1, http://en.wikipedia.org/wiki/Sputnik_(rocket), http://en.wikipedia.org/wiki/R-7_Semyorka, так і російська: http://ru.wikipedia.org/wiki/Спутник-1, http://ru.wikipedia.org/wiki/Р-7, http://ru.wikipedia.org/wiki/Спутник_(ракета-носитель). Є дещо і на українській: http://uk.wikipedia.org/wiki/Перший_штучний_супутник_Землі, http://uk.wikipedia.org/wiki/Супутник_(ракета-носій), http://uk.wikipedia.org/wiki/Р-7 (чи то автоматичний переклад, чи то підстрочник...).
Під настрій можна також глянути і це: http://www.youtube.com/watch?v=MEyopPlRdJM.
Немає коментарів:
Дописати коментар