Долгопрудный в космосе

Долгопрудненцы могут гордиться тем, что в 60-е годы прошлого века на Долгопрудненском машиностроительном заводе (ныне ДНПП) был выполнен, пожалуй, единственный не оборонный а сугубо мирный ракетный проект, который открыл целое новое направление в космической отрасли. Этот проект был связан с созданием специальной ракеты для проведения впервые в мировой практике в околоземном пространстве испытаний невиданных до той поры электрореактивных двигателей.

С изобретением паровой машины в обиход людей вошло слово «двигатель». Мы хорошо знаем, что такое двигатель внутреннего сгорания, ибо он применяется в наших личных автомашинах. Мы представляем себе, что такое реактивный двигатель и для чего он нужен. Многие хорошо знают электрические двигатели, которые облегчают наши бытовые заботы. Но когда мы слышим об электрореактивных двигателях, а многие просто об этом ничего не слышали, то наша голова идет кругом и ничего не может нам подсказать. А с недавних пор такие двигатели получили весьма широкое применение. С 1957 исторического года в лексиконе всего человечества появилось слово «спутник». Но мало кто задумывается, почему эти космические объекты, которых уже сотни кружатся вокруг Земли, не падают нам на голову. А должны падать на Землю, ибо на орбитах движение космических аппаратов (КА) тормозится, хотя и очень разряженной, земной атмосферой, вследствие чего КА постепенного приближаются к Земле. Кроме того, КА испытывают солнечное давление и гравитационные возмущения Земли.

Что же делать, чтобы удержать КА на своих орбитах? Путь один - поставить на них двигатели, которые будут корректировать их орбиты. Но применять хорошо известные жидкостные и твердотопливные реактивные двигатели невыгодно: они очень «прожорливы» и требуют много топлива, которое надо постоянно доставлять на космические аппараты. К тому же, скорость истечения газов из сопла таких двигателей невысока, следовательно, и удельная тяга мала.

На помощь в решении этой проблемы пришло электричество. Еще более ста лет тому назад ученые, в том числе и наш соотечественник К.Э.Циолковский, обосновали возможность создания электрореактивных двигателей (ЭРД). В таких двигателях атомы рабочего тела (топлива), например, газа ксенон, распадаются с помощью магнитного поля на электроны и положительно заряженные ионы, которые ускоряются под действием электрического напряжения до невиданных на Земле скоростей - до 200 километров в секунду, что в 70 раз больше, чем в жидкостных двигателях. Этим создается реактивная тяга. Она до смешного мала - несколько десятков граммов, но и расход «топлива» очень мал - десятки килограмм. Такому двигателю-карлику не под силу оторвать от Земли многотонную ракету, однако, он медленно, но упорно может передвигать КА в космическом пространстве в течение многих лет. А источник энергии в космосе при дальних перелетах - беспределен: это наше светило - Солнце. Раскинул плоскую антенну - и питай электричеством ЭРД. Лететь можно в самые удаленные уголки Вселенной.

Наши ученые подсчитали, что применение ЭРД вместо жидкостных реактивных двигателей для поддержания орбиты Международной космической станции (МКС) позволит сэкономить за десять лет эксплуатации двадцать запусков кораблей «Прогресс-М», которые отвозят жидкое топливо  на МКС. А это очень большие затраты.

К началу 1960-х годов рядом ведущих институтов СССР было создано несколько моделей электрореактивных двигателей, которые надо было испытать на большой высоте в околоземном пространстве. Три знаменитых научных центра страны - Центральный аэрогидродинамический институт (ЦАГИ), Центральный институт авиационного моторостроения (ЦИАМ) и Летно-исследовательский институт (ЛИИ) обратились к ДМЗ с предложением изготовить ракету для испытания опытных образцов ЭРД на высотах до 400 километров.

Такая трехступенчатая ракета 1Я2ТА была в кратчайшие сроки спроектирована и изготовлена в производстве. Испытуемый ЭРД был размещен на третьей ступени ракеты - специальной ионосферной лаборатории «Янтарь». Его работу обеспечивало множество датчиков и приборов, программное автоматическое устройство, средства измерения электрических токов и статического напряжения, телеметрическая радиостанция с запоминающим устройством.

 

Все было в новинку, ибо с заряженными телами в космосе никто не работал и было неизвестно, как поведет себя двигатель. Немало пришлось применить смекалки проектировщикам ракеты, чтобы обеспечить очень высокие требования проведения эксперимента. Особые трудности встретились при проектировании ионосферной лаборатории «Янтарь». Необходимо было обеспечить чистоту атмосферы непосредственно около поверхности лаборатории, т.к. она в полете сильно разогревается и краска и другие материалы начинают гореть и выделять продукты горения.

Траекторно-баллистические, аэродинамические и прочностные расчеты ракеты были выполнены Д.Рыжовым, А.Гольденбергом, Р.Соколовой, Л.Солодовниковым, Г.Рыжовой, Г.Почерниным. Конструкция лаборатории со сбрасываемыми в полете люками была разработана группой конструкторов во главе с Е.Пинаевым (С.Березкин, В. Гладких, В.Каплан, В.Смолин). Группа в составе Ю.Облогин, В.Снесарь, А.Коломнина разработала и довела на стендовых испытаниях двигатель для отделения третьей ступени ракеты, который затем сбрасывался в полете. Все бортовое электрическое хозяйство было создано Е.Ширшовым и В.Берсеньевой. Предстартовая подготовка и проверка ракеты и ее пуск осуществлялись отделом летных испытаний (А.Юдин, Г.Глебов, С.Мокеев).

Все они были молодыми инженерами, большинство из которых не перешагнуло тридцатилетний рубеж, а ракета 1Я2ТА была их первым детищем. По результатам конструкторских работ было получено несколько авторских свидетельств об изобретениях от Госкомитета по изобретениям и открытиям СССР. Высокая профессиональная подготовка, энтузиазм творчества и ответственность в работе обеспечили безаварийный полноценный полет всех шести заказанных ракет. Лаборатория «Янтарь» достигла заданной высоты полета 400 км, полет продолжался 10 минут, ЭРД работал устойчиво и развил проектную тягу в пять грамм. О достижении советской науки научная общественность узнала из сообщения ТАСС.

 

Летные испытания дали богатый материал для ученых и конструкторов, что позволило вести разработки ЭРД для реального использования их на космических аппаратах. Работа была отмечена премией министра авиационной промышленности, дипломами и премиями Всесоюзной выставки достижений народного хозяйства (ВДНХ). Данная пионерская работа позволила обеспечить приоритет отечественной науки в создании и использовании ЭРД при полетах космических аппаратов. Наша страна до сих пор является мировым лидером по этой проблеме, ведущие космические державы используют российские электрореактивные двигатели на космических аппаратах. Сотни КА, поддерживаемые на своих траекториях электрореактивными двигателями, обслуживают всевозможные потребности человечества: обеспечивают мобильную телефонную связь и телевидение, ведут наблюдения за метеорологической обстановкой на Земле, проводят исследования полезных ископаемых, в частности, для РАО «Газпром». Современные ЭРД могут перевести спутники Земли на более высокие орбиты, например, с 200 км на орбиту в 36000 км. Более того, ЭРД для КА, отправляющихся к дальним планетам Солнечной системы, выполняют функции корректировки траектории полета, ускорения и торможения аппаратов и маневрирования около планет. В 2003г. отечественный плазменный ЭРД, разработанный в ОКБ «Факел» (г. Королев), доставил с околоземной орбиты европейский зонд SMART-1 к Луне, который превратился в ее спутник. Полет продолжался полтора года. Разработан отечественный проект автоматической станции с мощным ионным двигателем для исследования спутника Юпитера  - «Европа». Станция весом примерно в 20 тонн начнет свой долгий путь  на высотах от Земли до 800 км, куда ее забросит тяжелая ракета типа «Протон». А далее ее будет двигать и маневрировать в полете ионный двигатель с тягой в несколько десяткой грамм. В силу чего полет будет неспешным: он продлится 6-7 лет.

 

О.Громыко, ведущий конструктор ракеты 1Я2ТА в 1962-69гг, кандидат технических наук

 

№ 23
29.08.2009
Подписаться по RSS

RSS позволяет вам подписаться на получение извещений о выходе новых номеров удобным вам способом.

Используя веб-службы:

Подписки Яндекс Google Reader

(другие веб-службы)

Используя браузер, почтовую или другую программы:

(другие программы)

В этом номере
Последние номера
Архив выпусков