КОСМИЧЕСКИЙ ЛЕТАТЕЛЬНЫЙ АППАРАТ
(КЛА), аппарат, предназначенный для полёта в космос
или в космосе, напр, ракеты-носители (космические ракеты), искусств, спутники
Земли (ИСЗ) и др. небесных тел. Наименование КЛА- общее, включает различные
виды таких аппаратов, в т. ч. использующие и нереактивный принцип движения
(напр., солнечный парус и др.). Ракеты-носители (космич. ракеты)
являются средством достижения необходимой скорости для осуществления космич.
полёта КЛА, к-рые можно разделить на 2 осн. группы: а) околоземные орбитальные
КЛА, движущиеся по геоцентрич. орбитам, не выходя за пределы сферы действия
Земли (ИСЗ); б) межпланетные КЛА, к-рые в полёте выходят за пределы сферы
действия Земли и входят в сферу действия Солнца, планет или их естеств.
спутников. При этом различают автоматич. КЛА (автоматич. ИСЗ, искусств,
спутники Луны - ИСЛ, Марса - ИСМ, Солнца - ИСС и т. п., автоматич. межпланетные
станции - АМС) и пилотируемые (космич. корабли-спутники, обитаемые орбитальные
станции, межпланетные космич. корабли). Большая часть указанных типов КЛА
уже создана; ведётся разработка межпланетных кораблей для полёта и высадки
на др. планеты, транспортных космич. кораблей многократного использования
и др.
Полёт КЛА делится
на след, участки: выведения - КЛА сообщается необходимая космич. скорость
в заданном направлении; орбитальный, на к-ром движение КЛА происходит в
основном по инерции, по законам небесной механики; участок посадки. В ряде
случаев КЛА снабжаются ракетными двигателями, позволяющими на орбитальном
участке изменять (корректировать) траекторию движения или тормозить КЛА
при посадке. Для совр. КЛА, использующих хим. ракетные двигатели, протяжённость
участков полёта с работающими двигателями (выведение, коррекция, торможение)
значительно меньше, чем участков орбитального полёта.
Ракета -
единств,
доступное средство для полётов в космич. пространство. Макс, скорость ракеты
зависит от скорости истечения реактивной струи, определяемой видом топлива
и совершенством двигателя, и отношения массы топлива к общей (начальной)
массе ракеты, т. е. от совершенства конструкции ракеты, а также от массы
полезного груза. Скорость истечения реактивной струп из двигателя при совр.
хим. топливах составляет 3000-4500 м/сек; при этом одноступенчатая
ракета рациональной конструкции практически не способна развить скорость,
необходимую для космического полёта (ок. 8 км/сек). Поэтому распространены
составные
ракеты, у к-рых в полёте, по мере расходования топлива, отделяются
части конструкции (топливные баки, двигатели). Основные ракеты, применяемые
в космонавтике (ракеты-носители), имеют от 2 до 4 ступеней. Конструктивные
схемы этих ракет весьма разнообразны; их отличительная особенность - малая
относительная масса конструкции (вместе с двигательной установкой обычно
не превышает 10-12% от массы топлива). Создание такой конструкции с высокой
жёсткостью и прочностью -сложная техническая задача. Ракета работает в
очень напряжённых режимах статич. и динамич. нагрузок, поэтому необходимо
макс, использование прочности материалов, конструктивное совершенство отд.
узлов при значит, размерах конструкции в целом. В состав оборудования ракеты
входит ряд систем и агрегатов для управления в полёте, разделения ступеней,
наддува топливных баков, регулирования подачи топлива к двигателям и др.
Двигательные установки космич. ракет, как правило, состоят из нескольких
двигателей, работа к-рых синхронизируется.
Полёт ракеты
по заданной траектории, стабилизацию её относит, центра масс, управление
двигателями (регулирование тяги, включение и выключение), выдачу команд
на разделение ступеней обеспечивает система управления. Она представляет
собой сложный комплекс приборов и агрегатов (гироскопич., электронных,
электромеханич. и др.) и в ряде случаев включает бортовую электронную вычислит,
машину. Космич. ракеты - одно из крупнейших достижений совр. науки и техники;
создание ракетно-космич. комплексов требует высокого уровня развития многих
отраслей науки и техники - металлургии, химии, радиоэлектроники, вычислит,
техники и мн. др.
Отличит. особенность
большинства КЛА - способность к длительному самостоят, функционированию
в условиях космич. пространства. Во многих отношениях (законы движения,
тепловой режим и др.) такие КЛА подобны самостоят, небесным телам, на к-рых
созданы необходимые условия для работы аппаратуры и существования людей.
На КЛА имеются системы регулирования теплового режима, энергопитания бортовой
аппаратуры, управления движением в полёте, радиосвязи с Землёй. В КЛА с
экипажем в герметич. кабине обеспечиваются необходимые условия для жизни
и работы человека - осуществляется регенерация атмосферы с регулированием
её темп-ры и влажности, снабжение водой и пищей. Решение проблем жизнеобеспечения
экипажа
особенно сложно для обитаемых орбитальных станций и межпланетных кораблей.
Многие КЛА имеют системы для ориентации в пространстве. При ориентации
КЛА обычно выполняются определённые функции (науч. наблюдения объекта,
радиосвязь, освещение солнечных батарей и др.). В зависимости от задачи
точность ориентации может составлять от 10-15° до неск. угловых секунд.
Изменение траектории (её коррекция, маневрирование КЛА, торможение перед
спуском на Землю или др. планету и т. п.) необходимо для реализации любой
достаточно сложной схемы космич. полёта. Поэтому все пилотируемые КЛА и
большинство автоматич. КЛА снабжены системой управления движением и бортовыми
ракетными двигателями. Спе-цифич. задачей является поддержание на борту
КЛА требуемой темп-ры. В отличие от наземных условий, в космич, пространстве
между отд. телами осуществляется только лучистый теплообмен; на КЛА воздействуют
внешние тепловые потоки - излучение Солнца, Земли или др. близкой планеты,
обычно переменные (заход КЛА в тень Земли, полёт на различных удалениях
от Солнца). В свою очередь, КЛА должен излучать в окружающее пространство
определённое количество тепла (зависящее от поглощения внеш. тепловых потоков
и внутр. тепловыделения). КЛА обычно имеют радиац. поверхность (часть его
оболочки или отд. радиатор-излучатель), к-рая за счёт специальной обработки
обладает большим собств. излучением тепла при малом поглощении его извне.
Изменяя тепло-подвод к радиац. поверхности и её собств. излучение (напр.,
с помощью спец. жалюзи), регулируют тепловой баланс КЛА, т. е. его темп-ру.
Для тепловых процессов на борту КЛА характерно отсутствие кон-вективного
теплообмена в связи с состоянием невесомости в полёте; поэтому одна из
функций системы терморегулирования - орг-ция внутр. теплового режима.
Проблема энергопитания
бортовой аппаратуры КЛА решается в неск. направлениях: а) использование
солнечного излучения, преобразуемого в электроэнергию с помощью солнечных
батарей,- способ энергопитания, наиболее широко применяемый на совр. КЛА,-
обеспечивает длительность работы аппаратуры до неск. лет; б) установка
новых источников тока с высокой энергоотдачей на единицу массы - топливных
элементов, вырабатывающих электроэнергию в результате электрохим. процессов
между 2 рабочими веществами, напр, кислородом и водородом (полученная при
этом вода может использоваться в системах жизнеобеспечения пилотируемых
кораблей); в) применение бортовых ядерных энергетич. установок с реакторами
и изотопными генераторами. Хим. источники тока (аккумуляторы) применяются
только на КЛА с малым временем работы аппаратуры (до 1-3 нед.) или в качестве
буферных батарей в системах энергопитания (напр., в сочетании с солнечными
батареями).
Полёт автоматич.
и пилотируемых КЛА невозможен без радиосвязи с Землёй, передачи на Землю
телеметрич. и те-левиз. информации, приёма радиокоманд, периодич. измерений
траектории движения КЛА, телефонной и телеграфной связи с космонавтами.
Эти функции выполняют бортовые радиосистемы и наземные командно-измерит.
пункты (см. Космическая связь).
Одна из наиболее
сложных проблем космич. полётов - спуск КЛА на поверхность Земли и др.
небесных тел, когда космич. скорость КЛА должна быть уменьшена до нуля
в момент посадки. Возможны 2 способа торможения КЛА: использование тормозящей
реактивной силы; с помощью аэродинамич. сил, возникающих при движении аппарата
в атмосфере. Для реализации 1-го способа КЛА или его часть (спускаемый
аппарат) должен быть снабжён тормозной ракетной двигат. установкой и большим
запасом топлива; поэтому спуск с ракетным торможением применяется только
для посадки на небесные тела, лишённые атмосферы, напр, на Луну. Спуск
с аэродинамич. торможением более выгоден в весовом отношении и является
основным при осуществлении посадки КЛА на Землю. При спуске по баллистич,
траектории перегрузки достигают 8-10; спуск по планирующей траектории,
когда на спускаемый аппарат, кроме силы сопротивления, действует и подъёмная
сила, позволяет уменьшить эти перегрузки в 1,5-2 раза. На участке спуска
при движении в атмосфере имеет место интенсивный аэродинамич. нагрев спускаемого
аппарата. Поэтому он снабжается теплозащитным покрытием, создаваемым на
основе керамич. или органич. материалов, обладающих высокой термостойкостью,
малой теплопроводностью. В конце траектории спуска, на высотах в несколько
км,
скорость
движения снижается до 150-250 м/сек. Дальнейшее снижение скорости
перед приземлением осуществляется обычно с помощью парашютной системы.
На сов. кораблях «Восход» и «Союз» применялась система мягкой посадки,
позволяющая уменьшить скорость приземления практически до нуля.
Конструкция
КЛА отличается рядом особенностей, связанных со специфич. факторами космич.
пространства - глубоким вакуумом, наличием метеорных частиц, интенсивной
радиации, невесомости. В вакууме изменяется характер процессов трения,
возникает явление т. н. холодной сварки, что требует подбора соответств.
материалов для механизмов, герметизации отд. узлов и др. Воздействие наиболее
мелких метеорных частиц на поверхности КЛА при длит. полёте может вызвать
изменение оптич. характеристик иллюминаторов, нек-рых приборов, радиац.
поверхностей и солнечных батарей, что требует спец. покрытий, особой обработки
поверхности и др. Вероятность метеорного пробоя оболочки гермоотсеков совр.
КЛА невелика; для больших космич. кораблей и орбитальных станций, совершающих
длит, полёт, должна предусматриваться противомете-орная защита. Космич.
радиация (потоки заряженных частиц в радиац. поясе Земли и при солнечных
вспышках) может влиять на солнечные батареи, детали из органич. соединений
и др. элементы КЛА, поэтому в ряде случаев на них наносят защитные покрытия.
Особые меры принимаются для защиты космонавтов от всплесков космич. радиации.
Высокая надёжность существенна для всех видов КЛА, особенно при наличии
экипажа. Она обеспечивается комплексом мероприятий на всех этапах создания
и подготовки к полёту КЛА, включая повышение надёжности его элементов,
аппаратуры и оборудования, строгий технологич. контроль на всех стадиях
изготовления, тщательную отработку систем и агрегатов с имитацией условий
космич. полёта, проведение комплексных предполётных испытаний и др. Для
повышения надёжности на КЛА применяют дублирование, триплирование, резервирование
отд. агрегатов и приборов, а также автоматич. схемы распознавания отказов
приборов или их элементов и их замены. См. Космонавтика, Ракета-носитель,
Искусственные спутники Земли, Искусственные спутники Луны, Искусственные
спутники Марса, Искусственные спутники Солнца, Автоматическая межпланетная
станция, Космический корабль, Орбитальная станция.
Лит.: Александров
С. Г., Федоров Р„ Е-, Советские спутники и космические корабли, 2 изд..
М.. 1961; Космическая техника, пер. с англ., М., 1964: Справочник по космонавтике,
М.. 1966: Пилотируемые космические корабли, пер. с англ., М., 1968; Инженерный
справочник по космической технике, М., 1969; Л е-вантовский В. И., Механика
космического полета в элементарном изложении, М., 1970; Космонавтика, 2
изд.. М., 1970 (Маленькая энциклопедия); Освоение космического пространства
в СССР. Официальные сообщения ТАСС и материалы центральной печати. 1957
- 1967, М.. 1971. К.П.Бушуев.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я