Nave lunar



El proyecto Н1-Л3 era demasiado grande para una empresa (en los EE. UU., Apollo tenía más organizaciones de 20000). OKB-1 Korolev fue nombrado jefe en Н1-Л3. La propia nave lunar fue encargada de desarrollar el OKB-586 (Yuzhnoye Design Bureau en Dnepropetrovsk), y Yangel fue nombrado jefe de esta unidad.



En general, el proyecto H1-L3 se completó en diciembre 30 1964 del año, al mismo tiempo que se establecieron los plazos preliminares para la implementación de todas las etapas. El primer lanzamiento del HNNUMX se realizaría ya en el año 1, y el primer cosmonauta en la Luna podría haber aterrizado en el año 1966-1967, lo que permitiría adelantarse a los estadounidenses que designaron el aterrizaje en el año 68.

Pero tan pronto como Yuzhny comenzó el desarrollo detallado de la nave lunar, resultó que las estimaciones previas de la masa de la LC estaban muy subestimadas, y era imposible mantenerlas dentro de la masa previamente establecida. Esto sucedió debido a un enfoque demasiado aproximado de la LC en el enfoque preliminar. Por ejemplo, la velocidad horizontal del dispositivo durante el aterrizaje no permitió realmente que el altímetro del radar, que se planeó instalar en el LC, determinara la altura real. La velocidad del dispositivo, estimada en uno de los segmentos de vuelo en 30-40 m / s, sería de hecho 200-300 m / s. En la primera versión, el LC pesaba solo 2.2 toneladas y estaba diseñado para dos personas. Para eliminar estas y otras deficiencias, tuvimos que aumentar la masa del vehículo a 5.5 t, y reducir la tripulación a una sola persona.

Inicialmente, Yangel quería dejar espacio para un segundo astronauta en la cabina lunar, pero aún así resultó imposible. La reducción de peso fue la tarea principal a la que se enfrentaron los diseñadores, ya que cada innovación que reduciría el peso de la nave lunar en un kg, se otorgó una bonificación en la cantidad de rublos 60. Mejorando algunos sistemas de la parte orbital, fue posible reducir la masa solo por 500 kg.

Determinar la velocidad y la altura actuales después de la separación del bloque D también resultó problemático. La cantidad de combustible necesario y todos los parámetros relacionados, como la ubicación y la forma de los tanques de combustible, dependían de la eficiencia de este sistema.

El sistema de radar creado fue llamado "Planeta". Ella tenía cuatro antenas. Los primeros tres haces creados separados por 120 o, y al cambiar la frecuencia de la señal debido al efecto Doppler, la velocidad horizontal del barco podría determinarse con precisión. La cuarta antena se dirige perpendicular a la superficie y sirve para determinar la altura. Tal sistema resultó ser relativamente simple y confiable, y aunque no funcionó para su propósito previsto, el Planeta mostró su confiabilidad durante los vuelos AMC E-8 (entrega automática de suelo lunar a la Tierra).

Al realizar pruebas del radar a bordo del MiG-17, se encontraron algunos problemas que se resolvieron. Debido a limitaciones, Mishin (que continuó trabajando para el fallecido Korolev) solo le permite colocar 280 kg de combustible de respaldo, lo que también retrasa la creación de un radar de altímetro, que ahora debe medir con mucha precisión para evitar el gasto excesivo de combustible.

En 1967, el Sr. Yangel notifica a Mishin que la nave lunar no estará lista antes del 1971 del año (es decir, tres años tarde). En 1968, el programa vuelve a sufrir cambios. Originalmente se planeó aterrizar en el ecuador lunar, es decir, la nave orbital lunar habría estado en órbita ecuatorial y volaría cada hora sobre el lugar de aterrizaje de la cabina lunar. Esto facilitó en gran medida la convergencia y el acoplamiento de vehículos, pero al mismo tiempo, los lugares más interesantes para el aterrizaje no siempre se encuentran exactamente en el ecuador. En el caso de elegir otro lugar, el procedimiento de acercarse al compartimento lunar (después de su lanzamiento desde la Luna) y la nave orbital lunar, que pudo llegar por encima del punto de aterrizaje 2-3, fue más complicado. En este caso, había tres opciones:

La nave lunar estaba equipada con un sistema de navegación inercial preciso que le permite realizar maniobras complejas en órbita circunlunar para atracar con la nave orbital.
Después del lanzamiento desde la superficie, la nave lunar cambió gradualmente su órbita hasta que se combinó con el orbitador. En este caso, no se requirió equipo de navegación complicado.
La nave lunar calculó la trayectoria de acercamiento antes del inicio desde la luna y, a partir de su superficie, llevó a cabo el acoplamiento de acuerdo con un esquema calculado.
Los estadounidenses eligieron la primera opción, en el programa soviético prefirieron la segunda. El acoplamiento se realizaría a una altitud de 25-30 km. Dado que la computadora digital no podía usarse para estos fines (debido a su ausencia), se desarrolló un sistema analógico que calcula los elementos necesarios de la órbita y los momentos de encendido del sistema de propulsión. Tal sistema para la nave lunar fue creado y fue muy efectivo.
En contraste con estas tareas, la tarea de mantener el centro de masas era muy difícil. El centro de masa no debería haberse movido más de 3 cm (!). Esto requería una disposición especial de los tanques de combustible del bloque E y los motores de orientación precisa. El astronauta en la cabina lunar también estaba severamente constreñido en sus acciones. Todo el equipo LK también tuvo que desarrollarse y colocarse de acuerdo con estos requisitos. Para compensar el desplazamiento durante el aterrizaje y el despegue, cuando hubo una disminución en la masa del módulo lunar en el proceso de consumo de combustible durante el funcionamiento del motor, tales elementos pesados ​​del aparato, como las baterías, se movían constantemente.

Esa parte del aparato, que tocó directamente la superficie, fue llamada la abreviatura LPU (dispositivo de aterrizaje lunar). Además de asegurar el aterrizaje, este módulo sirvió como plataforma de lanzamiento para el bloque E, con la ayuda de la cual la nave lunar despegó de la luna. El hospital también albergó equipo que se activó solo durante el descenso, o podría funcionar en condiciones lunares y se usó antes del despegue desde la superficie. Era un altímetro de radar, antenas parabólicas, fuentes de corriente química, tres tanques (luego se agregó un cuarto) con agua para un sistema de enfriamiento por evaporación y una cámara de video que dispararía a un astronauta en la superficie. El hospital tenía una masa de 1440 kg con el peso total de la nave espacial lunar 5560 kg. Como se mencionó anteriormente, debido a la limitación de masa del vehículo, el sistema de propulsión podría mover el barco no más allá de los medidores 100 desde el punto preseleccionado. Los cráteres bastante grandes podrían estar en este lugar, por lo que el tren de aterrizaje lunar tenía que asegurar un aterrizaje normal (y el posterior despegue) a la superficie para que el dispositivo pudiera funcionar normalmente incluso cuando formaba ángulos bastante grandes con la superficie (hasta 30 grados) . También era necesario garantizar el aterrizaje "ciego" del dispositivo en versiones no tripuladas, cuando el cosmonauta ausente no podía controlar el funcionamiento de la automatización. Ante los diseñadores hay una pregunta: ¿qué debe hacer exactamente el aparato con la luna? La opción mínima era el uso de tres pilares de aterrizaje, tal esquema se usó para aterrizar en la luna de sus "Agrimensores" (dispositivos automáticos para investigar y fotografiar la superficie). Esta opción no era adecuada para la nave lunar soviética, ya que no proporcionaba la estabilidad necesaria y no garantizaba la preservación del centro de masa. Las instalaciones de salud comienzan a desarrollar varias oficinas de diseño a la vez, y aparecen una gran cantidad de proyectos diferentes: desde varios soportes hasta un anillo de aterrizaje especial. Al final, hubo dos esquemas posibles: pasivo y activo. En el primer caso, el dispositivo aterrizaría en varios soportes pasivos, pero luego fue necesario asegurar un acercamiento muy suave a la superficie. En el segundo caso, los soportes de aterrizaje tenían sus propios motores correctivos, que se encendían directamente en el momento del contacto para la colocación precisa del vehículo.

Para la elección final, se creó todo un complejo para simular el aterrizaje en el suelo lunar: una gran sala se llenó con toba volcánica de Armenia (en sus propiedades físicas se asemeja al regolito lunar), y en ella se realizó una imitación del toque de la Luna. Las pruebas han demostrado que es preferible un circuito activo (se utilizaron motores de combustible sólido), que se eligió para la nave lunar.

Moon Cab




Nave lunarLa cabina lunar fue diseñada para alojar a un astronauta. En el centro (en relación con el astronauta sentado en la cabina del piloto) había una gran ventana en la que se hacían observaciones durante el aterrizaje. Arriba había otra ventana que se usaría para observar el proceso de acoplamiento con la nave orbital lunar. Los controles más importantes del dispositivo estaban a la derecha, y menos a la izquierda de la persona sentada en el interior.

Un requisito adicional para los desarrolladores era que la LC debería haber sido capaz de un vuelo no tripulado: automáticamente aterriza en la Luna y se acopla automáticamente con la nave orbital. Esto fue necesario tanto para probar el aparato en modo no tripulado como para llevar a cabo posibles operaciones de "rescate" cuando, en el caso de un daño en el bloque E, el LC no podía despegar de la luna y el astronauta permanecía en la superficie. Esto requirió, por supuesto, el lanzamiento simultáneo de dos vehículos a la Luna: un trabajador (tripulado) y un respaldo. La autonomía de la nave lunar fue proporcionada por cámaras de televisión, que permitieron ver todo lo que sucedía en la Tierra y controlar a distancia la nave espacial.

En la parte trasera de la cabina lunar albergaba un módulo en forma de disco con equipos como:
Sistema de gestión
Módulos de radio
Sistema de gestion de energia
Sistema de termorregulación
Equipos para atraque.

Inicialmente, en la cabina lunar se suponía que se usaba oxígeno puro bajo una atmósfera de presión 0.4. Pero era un ambiente demasiado inflamable, por lo tanto, posteriormente, la proporción de oxígeno, agregando nitrógeno y aumentando la presión a las atmósferas 0.74. Al mismo tiempo, aunque se requería aumentar la masa de las reservas aéreas a la mitad, sin embargo, el barco se volvió más seguro en términos de riesgo de incendio. En la última etapa del aterrizaje de la cabina lunar, como ya se mencionó, el astronauta se hizo cargo de la gestión. Sin embargo, en el momento del desarrollo del tren de aterrizaje, la creación de tal sistema se vio obstaculizada por una falta total de experiencia. Todo tenía que empezar de nuevo. Además de mantener el centro de masa, era necesario garantizar un rendimiento completo incluso en caso de una posible despresurización de la cabina. Aunque todos los sistemas debían permanecer intactos durante la despresurización, el traje espacial se diseñó solo para las horas 10, es decir, en este caso, fue necesario regresar inmediatamente a la nave orbital lunar. En este sentido, tuvo que abandonar el uso de pedales. Los desarrolladores tuvieron que estudiar la experiencia de los diseñadores de aviones, que crearon en esos años aviones de despegue y aterrizaje verticales.

Las opciones de colocación para tableros y ojos de buey también se resolvieron durante mucho tiempo. Se encontró que para ver la superficie de la luna al replantar, el ángulo de visión óptimo es de 7 grados. La ventanilla, utilizada para controlar el descenso, tenía una cuadrícula de coordenadas para determinar y corregir el lugar de contacto con el suelo. También tuve que crear un traje espacial que me permitiera trabajar directamente en la luna durante bastante tiempo. Tenía el nombre de "Krechet" y se convirtió en el prototipo de los trajes espaciales "Orlan", que son utilizados hoy por los astronautas rusos para trabajar en el espacio ultraterrestre. El gerifalte, como su contraparte actual de Orlan, era un dispositivo muy complejo. No se puso a un hombre, pero por el contrario, un hombre se puso un traje espacial; para esto había una escotilla en la parte posterior de este equipo. Tenía un sistema de estrías y abrazaderas especiales, que eran necesarias para garantizar la inmovilidad humana durante las maniobras, ya que con una pequeña masa de toda la nave lunar, el desplazamiento del centro de gravedad de todo el aparato debido al movimiento incómodo de una persona podría provocar problemas muy grandes.

Para probar el traje espacial (como, de hecho, y no solo para él), se construyó una maqueta a gran escala de la nave lunar, en la que se llevaron a cabo varias pruebas y entrenamientos de la tripulación. Probablemente muchos hayan visto estas tomas en la crónica. Para imitar la gravedad lunar, que es 6 veces terrenal, se construyó una torre inclinada especial. El hombre caminaba a lo largo de su pared exterior, que formaba un ángulo de aproximadamente 30 grados con la vertical. Al mismo tiempo, el tirón gravitacional tiró hacia abajo y tomó la mayor parte del peso (para no caer, la persona en el Krechet fue colgada de un cable antes de estas operaciones), y solo una sexta parte del peso permaneció en el soporte, lo que proporcionó "condiciones lunares". Dado que el traje espacial resultó ser bastante grande, fue necesario volver a desarrollar la escotilla. Por la misma razón, la colocación de los instrumentos y las unidades de la cabina lunar también fue consistente con la ubicación de la persona (de nuevo, para preservar el centro de masa).

Para ahorrar masa, la estación de acoplamiento tenía un dispositivo bastante simple (en comparación con el mismo nodo, en Soyuz, que vuela en órbita cerca de la Tierra hoy). Esto redujo simultáneamente el costo del dispositivo y aumentó la confiabilidad. Dado que el astronauta se movió del orbitador lunar al módulo de aterrizaje y regresó durante la caminata espacial, no fue necesario ningún acoplamiento rígido para asegurar un túnel de transición entre los módulos. Desarrollado para estos fines, el sistema "Contacto" proporcionó un enfoque simple de los vehículos (después del lanzamiento de la nave lunar desde la Luna) y su captura mecánica.

Este sistema debería haber sido desarrollado y probado por 1968 año. Se planeó lanzar dos "Soyuz" en modo no tripulado para resolver el acoplamiento, después de lo cual se llevaría a cabo un vuelo similar de los "Sindicatos" tripulados. Sin embargo, los intentos no tripulados fallaron, y el lanzamiento inmediatamente después del Soyuz-1 con Komarov también terminó en tragedia: murió al aterrizar en la Tierra. En lugar de cuatro "Soyuz", se gastaron más de una docena de vehículos, y el programa lunar soviético se retrasó (aunque no solo por esto) un año y medio. El contacto estaba completamente operativo solo durante el programa Salyut (estaciones orbitales tripuladas), más precisamente, para octubre 1971. Junto con el sistema de estabilización de orientación y el combustible para ello, la cabina lunar pesaba alrededor de 1300 kg.

En total, los siguientes sistemas estaban presentes en la nave lunar del programa soviético H1-L3.

Sistema de control automático. Este sistema, cuyos fundamentos se tomaron de los sistemas de guía de los complejos de misiles militares. Proporcionó el control de la nave en todas las etapas del vuelo del módulo lunar: descenso, aterrizaje, despegue y acoplamiento. Todos los cálculos necesarios para la operación fueron proporcionados por la computadora a bordo (computadora electrónica a bordo), que procesó los datos provenientes de los sensores de medición y dio instrucciones al sistema de propulsión. Los datos básicos de orientación proporcionaron giroscopios y radares, que miden las velocidades horizontales y verticales del dispositivo. El astronauta tuvo la oportunidad de ajustar los comandos emitidos por la computadora a bordo, y también vio cerca de la superficie el punto donde se sentó el dispositivo (usando símbolos especiales en la ventana) y podría cambiarlo (elija un nuevo sitio de aterrizaje ubicado a no más metros de 100 del lugar antiguo ). Todos los cálculos se realizaron en tres flujos paralelos independientes para reducir el número de posibles errores.
Sistema de radar para medir la velocidad del dispositivo. Ubicado fuera de la nave espacial cerca del equipo para acceder a la superficie lunar.
Dispositivo de aterrizaje lunar.
Sistema de acoplamiento "Contacto". Era ligera y proporcionaba un simple contacto físico y captura de barcos. "Contacto" podría funcionar tanto de forma manual como automática.
Sistema de distribución de energía. Se encuentra en el compartimiento inferior del instrumento. Consistía en un sistema de cables eléctricos y cinco baterías químicas: tres en los hospitales y dos en la cabina lunar. Estas baterías eléctricas tenían una vida útil relativamente larga: podrían usarse para el propósito para el que fueron diseñadas, incluso después de tres meses en el espacio.
Analizador restante de los sistemas a bordo que determinan su estado de salud.
Cabina para un astronauta.
Ordenador de a bordo. Utilizado en el sistema de control automático. Velocidad: 20 000 operaciones por segundo. Proporcionó cálculos paralelos de tres flujos de datos independientes.
Sistema de apertura de la antena.
Antenas en sí: antenas parabólicas de dos metros para transmisión de datos a alta velocidad y transmisión de imágenes de televisión y una antena omnidireccional para la comunicación a baja velocidad con la Tierra y la nave orbital lunar.
Camaras de television Diseñado para transferir fotogramas de la superficie lunar durante el aterrizaje de un vehículo no tripulado y transferir la imagen de video del astronauta, ir a la superficie lunar y trabajar en ella.
Un sistema que transmite datos telemétricos sobre la operación de todos los sistemas de barcos.
El traje "Krechet". Proporcionó acceso al espacio abierto y a la superficie. Autonomía - Horas 10.
El sistema mantiene la atmósfera de la cabina lunar.
Sistema de control térmico que proporciona una temperatura normal a una temperatura fuera del aparato lunar de + 130 ° C a -200 ° C.
Equipamiento científico. Debido a las limitaciones de la masa de la LC, no fue finalmente elegido, sin embargo, está claro que el "experimento científico" principal antes de 1969 fue la instalación de la bandera soviética en la Luna antes de que los estadounidenses establecieran la suya.
Sistema de extinción de incendios.

Bloque E.

Se prestó mucha atención al sistema de propulsión, designado por el bloque E y destinado a un aterrizaje suave y el despegue desde la luna. Ya en los primeros bocetos de la nave lunar había dibujos de este bloque. Originalmente se planeó cumplir con el 510 kg, pero pronto quedó claro que esto no era realista.

Por confiabilidad, la unidad E no tenía uno, sino dos motores: el RD-858 y el RD-859. Tan pronto como el bloque D se separó del aparato, se lanzaron simultáneamente. Si los automáticos notaron algún fallo en el primer motor, se apagó de inmediato y el tren de aterrizaje volvió al segundo motor de repuesto para la nave orbital lunar. Si todo era normal, el módulo lunar continuaba disminuyendo en el motor principal, mientras que el segundo permanecía en reserva en ese momento. Está claro que causaría el fallo de dos motores a la vez.

En el modo de descenso, fue necesario desarrollar 850 kg empuje, y en el modo de despegue - 2000 kg. RD-858 podría cambiar su potencia dentro de estos límites, y RD-859 tenía un valor fijo: 2000 kg, es decir, aterrizar con él era imposible. A lo largo de la operación de la Unidad E, se suponía que se quemaban 2900 kg de combustible.

La creación de un motor reutilizable con paso ajustable requiere esfuerzos titánicos. Para su desarrollo fue necesario inventar nuevos materiales y tecnologías. Un problema clave en el desarrollo del bloque E (así como el tren de aterrizaje lunar) fue el "reflejo" de los gases que fluyen de las boquillas del suelo lunar durante el aterrizaje. En el American Apollo, se utilizaron varios motores para el aterrizaje y el despegue, lo que facilitó mucho la tarea. Una opción similar en el proyecto soviético no fue posible debido a las limitaciones en la masa de todo el aparato. Si el módulo lunar estadounidense tenía un motor de aterrizaje suave que estaba contaminado o dañado al entrar en contacto con la superficie (lo que sucedió varias veces), entonces no importaba. Para que la nave lunar tuviera que desarrollar un sistema que enviara un chorro de gas cerca de la superficie lo más lejos posible de los hospitales. Cuando se desactivó el bloque E (en el modo de "aterrizaje"), las boquillas se cerraron inmediatamente para evitar que ingresaran partículas extrañas, por ejemplo, el polvo lunar, que estaba aumentando en el momento de tocar el suelo.

Para mantener el centro de masa de los tanques de combustible (volumen en 1.2 м3) se tenía que dar una forma inusual: el oxidante se consumía 2 veces más rápido que el combustible. Componentes de autoencendido de larga conservación: se usó hidracina y tetraóxido de nitrógeno como combustible / oxidante. La masa de la unidad E completamente cargada era 2950 kg, la etapa vacía pesaba alrededor de 550 kg. Para un aterrizaje suave, fue necesario quemar alrededor de 700 kg de combustible, y el despegue requirió 2100 kg.

Sistema de orientacion

Para las maniobras correctivas se diseñó un sistema de propulsión separado. Como en el bloque E, usaba hidracina / tetraóxido de nitrógeno. Estaba ubicado sobre la cabina lunar y no solo podía proporcionar correcciones horizontales, sino también verticales. Para mayor confiabilidad, la nave lunar no tenía uno, sino dos sistemas de orientación independientes, y podía funcionar incluso en el caso de que uno de ellos fallara por completo. Para su operación, había 100 kg de componentes de combustible para cohetes. Como en el caso de los tanques de combustible principales, fue necesario remendar el centro de masa: el tanque con el oxidante estaba ubicado dentro del tanque de combustible y tenía una estructura especial.

Para suministrar combustible a los tanques de combustible, el helio se estaba bombeando bajo la presión de las atmósferas 10, lo que empujó el líquido fuera del tanque. El motor se pudo encender repetidamente, la duración del pulso mínimo fue de 9 milisegundos, el máximo - 10 segundos. Para las boquillas colocadas en un ángulo de 20 grados con respecto a la horizontal, se utilizó una nueva aleación de grafito-niobio.

En la parte superior de toda la nave, además del sistema de orientación, había radiadores del sistema de control térmico y la toma de la estación de acoplamiento.
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