Толщина обшивки космического корабля союз

Толщина обшивки космического корабля союз

В конце прошлого месяца, 30 августа, на Международной космической станции (МКС) возникла проблема. Датчики зафиксировали падение давления воздуха. Обследование обшивки показало, что в одном месте модуля «Союз МС-09» есть отверстие явно технологического происхождения (по последним данным, говорится уже о двух отверстиях).

Глава «Роскосмоса» Дмитрий Рогозин заявил, что отверстие просверлили, причём изнутри. Версию с метеоритом в ведомстве считают маловероятной. Также там пообещали назвать имя виновного.

Что повредило обшивку МКС

Глава космического ведомства России отметил, что, скорее всего, для этого использовали дрель, а сама «пробоина» сделана преднамеренно и «трясущейся рукой». В «Роскосмосе» заявили, что проверяют все версии, в том числе вариант саботажа.

Интересно, что по последним данным из госкорпорации, отверстие могли просверлить ещё на Земле. В компании заявили, что найти виновного для них «дело чести». Что же касается безопасности станции, то МКС ничего не угрожает. Дырку залили герметиком и заклеили скотчем. При этом ранее просверленная дырка уже была заклеена. Следы вещества обнаружились поблизости.

К слову, комиссия, которая ведёт расследование, полагает, что отверстие просверлили на этапе сборки или уже на Байконуре, перед запуском. Однако последний вариант менее вероятен.

Из чего сделана обшивка МКС и космического корабля

Хотя в фантастических фильмах и книгах принято говорить о «толстой броне» космолётов, в реальности это не так. Для защиты от космического холода, обшивка станции или корабля должна быть не столько толстой, сколько многослойной. Это минимизирует потери тепла.

На внешней обшивке станции установлены солнечные батареи, которые выступают главным источником энергии. Сама же обшивка конструктивно представляет собой «бутерброд», который при этом довольно хрупкий для внешних воздействий.

Кроме того, свою лепту вносит и космическая радиация. На Земле люди и материалы защищены от неё, благодаря естественным магнитными полям. Но в космосе их нет. Учёные и инженеры ещё в 2014 году определили, что внешняя обшивка российского сегмента Международной космической станции разрушается. Причиной стали материалы, из которых она сделана, поскольку они не могу выдержать воздействие космической радиации. Ведь для космоса необходимы сплавы и электроника с иными свойствами, чем на Земле. Из-за последнего, кстати, в своё время замолчал «Фобос-Грунт».

Каждый раз читая российские форумы в которых затрагивается тема полётов человека на Луну, я наталкиваюсь на абсолютное невежество среди форумчан (в т. ч. и среди технически образованных людей). В рунете распространено мнение, что лунный модуль, спроектированный и построенный фирмой Grumman Aerospace Corporation для высадки человека на поверхность Луны в рамках программы «Аполлон», сделан чуть-ли не из фольги. Мол толщина стенок его кабины настолько тонкая (наиболее часто говорят о трёх слоях фольги), что её можно пробить ногой, а прочность конструкции обеспечивается внутренним давлением. Это заблуждение среди отечественных читателей тянется с 1976 года, и базируется на неверной интерпретации фразы астронавта Джеймса Макдивитта (James Alton McDivitt), произнесённой им на одной из пресс-конференций перед полётом космического корабля «Аполлон-9». Изначально она была неверно интерпретирована советским писателем-фантастом и журналистом Владимиром Степановичем Губаревым, который написал популярную в СССР книгу «Космические мосты» (издана в 1976 году в Москве издательством «Молодая Гвардия»). Владимир Губарев пишет (цитата из книги):
«Р. Швейкарт должен быть очень осторожен. Одно неверное движение, и он повредит лунную кабину. Стенки её настолько тонки и непрочны, что человек может пробить их ногой, — заявил перед стартом Д. Макдивитт. — На Земле стенки лунной кабины во многих местах может повредить даже случайно уронённая отвёртка. »

Другой журналист, не менее популярный популяризатор космонавтики, коллега Губарева — Ярослав Кириллович Голованов пишет в известной книге «Правда о программе «APOLLO» (практически копирует текст своего коллеги, добавляя при этом своё мнение, которое является по-сути мнением дилетанта):
«- Швейкарт должен быть очень осторожен, — предупреждал Макдивитт. — Одно неверное движение, и он повредит лунный модуль. Стенки его настолько тонки и непрочны, что человек может пробить их ногой. На Земле стенки лунного отсека может повредить даже случайно оброненная отвёртка…
Я две недели рассматривал лунную кабину, которая стояла в зале, где разместилась пресса во время полета «Союза-19» и «Аполлона» в Хьюстоне. «Паучок» сделан из металлической фольги. Не из такой, конечно, в которую заворачивают шоколадные конфеты, но все-таки, если выбирать из двух определений: металлический лист или металлическая фольга — фольга точнее. В вакууме жесткость этой конструкции увеличивалась за счет внутреннего надува, но все-таки она оставалась весьма субтильной.» (источник)

Читайте также:  Повер банк лучшие модели


Взлётная ступень лунного модуля LM-12 космического корабля «Аполлон-17». Фотография NASA AS17-149-22857

Мнение Ярослава Голованова о конструкции, «сделанной из фольги», и «увеличивающей свою жёсткость в вакууме» выглядит особенно нелепым, если посмотреть фотографии лунного модуля LTA-1, сделанные в Cradle Of Aviation Museum, расположенном в городе Ист-Гарден-Сити на Лонг-Айленде, штат Нью-Йорк:

LTA-1 (Lunar Test Article 1) представляет собой первый экземпляр лунного модуля (прототип), построенный в 1966 году, который конструктивно подобен серийным образцам, предназначенным для полётов в космос. До LTA-1 фирма Grumman Aerospace Corporation строила лишь полномасштабные макеты лунного модуля (т. н. Mock-Up’s: M-1, M-5, TM-1). Конструктивно эти макеты были выполнены из металла и дерева, предназначенные для представления заказчику (NASA), отработки компоновочных решений по размещению различного вспомогательного оборудования и тренировок астронавтов. Но силовая конструкция LTA-1, а также все системы (двигательные установки, их ПГС, электрооборудование и т. д.) были выполнены по рабочим чертежам с соблюдением всех технологических процессов. Данный экземпляр был предназначен для отработки процесса изготовления, сборки и дальнейшей отладки лунного модуля, когда ещё велось проектирование, а также для статических, динамических и электрических испытаний:


Стыковка взлётной и посадочной ступени лунного модуля LTA-1 в комнате для испытаний на кондуктивные электромагнитные помехи на предприятии Grumman Aerospace Corporation, город Бетпейдж, Лонг-Айленд, штат Нью-Йорк. Фотография NASA S67-22164

Основное конструктивное отличие LTA-1 от серийных образцов летавших в космос — передний люк, предназначенный для выхода и входа экипажа из взлётной ступени лунного модуля. На LTA-1 он круглой формы. Начиная с LTA-8 и на всех серийных образцах лунного модуля, по требованию астронавтов, люк был выполнен прямоугольной формы. Проведённые на борту «летающей лаборатории» NASA (переделанный топливозаправщик Boeing KC-135A Stratotanker) эксперименты показали, что в условиях лунной гравитации астронавтам было гораздо удобнее протискиваться в скафандре с ранцевой системой жизнеобеспечения PLSS именно через люк прямоугольной формы). В 1974 году, после завершения программы «Аполлон», LTA-1 был передан на хранение в Национальный музей авиации и космонавтики Смитсоновского института, расположенном в городе Вашингтон (округ Колумбия), а в июне 1998 года передан для реставрации и дальнейшей экспозиции в Cradle Of Aviation Museum, где и находится в настоящее время:

Лунный модуль космического корабля «Аполлон» конструктивно состоит из двух ступеней: посадочной и взлётной. Посадочная ступень оборудована жидкостным ракетным двигателем (ЖРД) для осуществления схода с орбиты искусственного спутника Луны, выполнения захода на посадку и мягкого прилунения. Посадка осуществляется на четырёхножное шасси с тарельчатыми опорами. Перегрузка при прилунении снижается за счёт укорачивания ног шасси, которые представляют собой телескопические штанги. Кинетическая энергия при ударе о лунную поверхность поглощается сминаемым заполнителем сотовой конструкции из алюминиевого сплава. Экипаж, состоящих из двух астронавтов (командир и второй пилот), находится в герметичной кабине взлётной ступени, которая установлена сверху над посадочной. Спуск астронавтов на поверхность Луны осуществляется по лестнице, закреплённой на одной из телескопических ног посадочного шасси, расположенной со стороны переднего люка. Взлётная ступень оборудована ЖРД для взлёта с поверхности (стартовым столом на этом этапе служит посадочная ступень) и выхода на орбиту искусственного спутника Луны. Также взлётная ступень оборудована реактивной системой управления (РСУ). РСУ предназначена для управления не только взлётной ступенью, но и всем лунным модулем (когда он находится в посадочной конфигурации) по шести степеням свободы. ЖРД РСУ могут работать в группе или отдельно — непрерывно или импульсно. Т. к. взлётная ступень вмещала в себя экипаж, то её конструкция представляет наибольший интерес в рамках рассматриваемого массового заблуждения.

Основная конструкция взлётной ступени лунного модуля представляет собой полумонококовую конструкцию, выполненную из хорошо сваривающегося дюралюминиевого сплава 2219 (основной легирующий элемент медь) и высокопрочного деформируемого алюминиевого сплава 7075-T6 (основной легирующий элемент — цинк), имеющие изотропные характеристики. Основная конструкция состоит из трёх главных частей: кабины экипажа, центральной секции и заднего отсека оборудования:

Читайте также:  Почему андроид не сохраняет на карту памяти

Герметизируются только кабина экипажа и центральная секция. Эти две части представляют собой сварную и кованную конструкцию, сформированную оболочкой цилиндрической формы и подкрепленую прикованными по окружности стрингерами, сформированными из листового дюралюминия, а также поперечными фрезерованными лонжеронами, к которым крепятся элементы конструкции взлётной ступени лунного модуля (балки, соединительные кронштейны и т. д.). В цилиндрической части кабины экипажа над рабочим местом командира сделан проём стыковочного иллюминатора, усиленный по периметру. Передняя часть кабины экипажа образованна плоскими фрезерованными панелями из листового дюралюминия, также подкреплёнными стрингерами и лонжеронами на сгибах. В передней части кабины экипажа находятся два треугольных проёма для иллюминаторов переднего обзора, усиленные по периметру, и между ними, ниже, проём для переднего люка (круглой или прямоугольной формы).
Согласно техническим отчётам по лунному модулю (архивы NTRS), толщина стенок оболочки кабины экипажа и центральной секции взлётной ступени лунного модуля доходит до 0,065 дюймов (1,651 мм). Это значение на порядок превосходит толщину фольги (в большинстве стран общепринятым определением фольги является значение толщины листового металла до 0,2 мм), и толще обшивки сверхзвуковых пассажирских самолётов Ту-144 (1,2 мм) и Concorde (1,5 мм), которые эксплуатировались в более жёстких условиях, чем лунный модуль: аэродинамический нагрев при полётах на больших сверхзвуковых скоростях в стратосфере, циклические напряжения в герметичной конструкции фюзеляжа из-за постоянных перепадов давления, аэродинамические воздействия (изгиб, крутка) и т. д. В процессе эксплуатации самолётов Ту-144 и Concorde случаев «пробивания ногой обшивки» зарегистрировано не было.
В отдельных местах (ненапряжённых), с целью уменьшения веса конструкции, толщина стенок уменьшена методом химического фрезерования до 0,012 дюймов (0,3 мм).
К основной конструкции взлётной ступени лунного модуля крепится двигательная установка, состоящая из жёстко закреплённого в центральной секции взлётного ЖРД Rocketdyne RS-18 (разработанного на основе двигателя Bell 8247), двух топливных баков для него: с левого борта от центральной секции с помощью поддерживающих стержневых балок устанавлен сферический бак горючего («Аэрозин-50»), с правого борта от центральной секции аналогично установлен сферический бак окислителя (четырёхокись азота).
К задней части центральной секции, а также к кабине экипажа через кронштейны крепятся стержневые балки, держащие четыре блока РСУ с шестнадцатью ЖРД Marquardt R-4D (сгруппированы по четыре двигателя). Четыре топливных бака цилиндрической формы с полусферическими днищами расположены симметрично со стороны левого и правого борта центральной секции. Топливные компоненты аналогичны используемым в основной двигательной установке. Между баками с горючим и окислителем для ЖРД РСУ с каждой стороны установлены шарообразные баки с гелием для вытеснительной системы этих двигателей. К верхней части центральной секции крепятся два сферических бака с водой, а также блоки передающих антенн.
Вытеснительный газ (гелий) для основной двигательной установки также хранится в сферических баках. Распожены они в заднем отсеке оборудования вместе с двумя модулями редуцирования давления гелия, управляющим клапаном основной двигательной установки (управляет подачей топливных компонентов, вытесняемых давлением наддува гелием, в камеру сгорания взлётного ЖРД RS-18) и управляющий клапан с перекрёстным управлением для ЖРД РСУ. Также в заднем отсеке оборудования над сферическими баками с гелием расположены два сферических бака с газообразным кислородом для системы жизнеобеспечения экипажа. На специальной выносной панели заднего отсека оборудования крепятся блоки систем радиоэлектронного оборудования лунного модуля отвечающие за радиосвязь, работу бортовых систем (сигнализация, предупреждение) и блоки бортовой цифровой вычислительной машины (БЦВМ), отвечающей за навигацию. Все системы связаны между собой многожильными кабелями и проводами, проходящими по всей поверхности основной конструкции взлётной ступени лунного модуля. Питание электроэнергией осуществляется за счёт двух серебряно-цинковых аккумуляторных батарей.
Чтобы защитить основную конструкцию взлётной ступени лунного модуля и все системы описанные выше от воздействия космического пространства (перепады температуры в вакууме, микрометеориты, воздействие струй ракетных двигателей), применяются термоизоляционное покрытие и микрометеоритная защита, а также специальная термозащитная краска, наносимая на микрометеоритную защиту.
Термоизоляционное покрытие представляет собой многосегментное покрытие из специальных многослойных одеял, каждый сегмент которых натягивается на каркас основной конструкции взлётной ступени. Крепление осуществляется с помощью специальных шпилек*, которые крепятся либо к специальным кронштейнам, либо к силовому набору (к стрингерам и лонжеронам), обеспечивая минимальный зазор 25,4 мм между внутренней стороной одеяла и внешней стороной оболочки кабины экипажа и центральной секции, а также на ферменную конструкцию, окружающую топливные баки главной двигательной установки и задний отсек оборудования. Каждое одеяло состоит из набора следующих слоёв (если считать начиная с внутренней части): один слой алюминизированного каптона (плёнка из полиамида разработки компании DuPont, толщина 0,5 мм), десять слоёв алюминизированного майлара (плёнка на основе синтетического полиэфирного волокна разработки компании DuPont, толщина каждого слоя 0,15 мм), пятнадцать слоёв алюминизированного каптона (толщина каждого слоя 0,5 мм). Количество слоёв одеял термоизоляционного покрытия может варьироваться в зависимости от места нахождения сегмента. В районе воздействия струй ЖРД РСУ сверху вышеперечисленных слоёв накладывается дополнительное термоизоляционное покрытие, состоящее из одного слоя никелевой фольги (толщина 0,5 мм), сетки из инконеля, и инконелевого покрытия толщиной 1,25 мм. Одеяла между собой стыкуются внахлёст и удерживаются с помощью специальных скоб. Стыки заклеиваются липкими лентами:

Читайте также:  Как увеличить pdf при распечатке


Схема установки ферменного каркаса внешнего корпуса на основную конструкцию взлётной ступени лунного модуля


Схема установки термоизоляционного покрытия на основную конструкцию взлётной ступени лунного модуля

Микрометеоритная защита представляет собой внешнюю оболочку взлётной ступени лунного модуля и состоит из тонких листов из алюминиевого сплава толщиной до 0,5 мм, устанавливаемая поверх одеял термоизоляционного покрытия:


Схема установки микрометеоритной защиты (внешняя оболочка) на термоизоляционное покрытие взлётной ступени лунного модуля

Её раскрой по секторам идентичен. Крепление осуществляется с помощью тех же специальных шпилек, с помощью которых к основной конструкции взлётной ступени лунного модуля крепится термоизоляционное покрытие. Шпильки над одеялами имеют продолжение, что обеспечивает минимальный зазор 25,4 мм между ними и листами защиты. Стыки между листами заклеиваются липкой лентой.
Во избежание вспучивания термоизоляционного покрытия и микрометеоритной защиты из-за резкого падения окружающего давления во время набора ракетой-носителем высоты, в одеялах и листах проделаны оконтованные вентиляционные отверстия, через которые происходит выравнивание давления.
В районе воздействия струй ЖРД РСУ микрометеоритная защита покрывается специальной термозащитной краской чёрного цвета (ей покрыта большая часть микрометеоритной защиты кабины экипажа).
Если посмотреть на многочисленные фотографии взлётной ступени лунного модуля, то для обывателя создаётся впечатление, что внешняя оболочка из тонких листов алюминия, местами проклеенная липкой лентой, и есть герметичная обочка, которую «легко пробить ногой», т. к. она «сделана из фольги». Это заблуждение было наглядно продемонстрировано Ярославом Головановым в известной для любителей космонавтики книге.

P. S.: Подробный фотоотчёт (Walk Around, 57 фотографий взлётной ступени и 49 фотографий посадочной ступени) по лунному модулю LTA-1 можно посмотреть здесь

© Сергей Вяткин, 2014

* — шпильки обеспечивают равный зазор между основной конструкцией взлётной ступени лунного модуля, термоизоляционным покрытием и микрометеоритной защитой.

А вообще и в космосе и в авиции важна не абсолютная, а относитеьная прочность. Т. е. отношение прочности к удельному весу. Да, оболочка толще при той же прочности получается, зато ее вес меньше будет, что крайне важно для ЛА.

По удельной прочности композиты (углерод-углерод, углепластики, бор-алюминий, стеклопластики и т. п. ) всех превосходят, потом идут титановые сплавы, потом магний-литиевые, потом алюминиевые. К сожалению, рекордсмен по абсолютной прочности — сталь — в гонке удельных прочностей в хвосте плетется. Потому и не используется для несущих конструкций в ракетостроении, где химии противостоять не надо.

Характерная оболочка это не просто лист со стрингерами и лонжеронами — это вафельная конструкция.
Она обладает наилучшими показателями по прочности при наименьшем весе.
А делают такую "вафлю" из листа толщиной 20-30 мм (на Южмаше наблюдал как это фрезеруется, на Энергии химфрезерование в ходу — по крайней мере раньше, сейчас не знаю) . В конечном итоге стенка между ребрами остается толщиной в единицы миллиметров.

Ссылка на основную публикацию
Тест для определения цвета волос
Пожалуйста, не копируйте понравившиеся вам статьи незаконно. Мы предлагаем вам разместить активную ссылку на наш сайт в случае, если вы...
Стим показывает что я не в сети
Не редко пользователи Steam встречаются с проблемой, когда подключение к интернету есть, браузеры работают, но клиент Стим не грузит страницы...
Стим саппорт украли аккаунт
Если ваш аккаунт Steam украли или взломали, то до его восстановления вам необходимо выполнить действия, указанные ниже, иначе аккаунт может...
Тест графики видеокарты 3dmark
Наиболее известная программа тестирования производительности, ставшая де-факто стандартом и точкой отсчета в измерениях игровых возможностей видеокарт. Основную популярность программе обеспечило...
Adblock detector