Первая орбитальная станция: "Союз-4"/"Союз-5"

[Дед Леня]

Первая орбитальная станция: "Союз-4"/"Союз-5"

В данной теме речь пойдет о работе над масштабной моделью (М1/30) первой в мире орбитальной станции, созданной 16 января 1969 года при стыковке на орбите пилотируемых космических кораблей "Союз-4" и "Союз-5".

 

[Дед Леня]

Нынешним летом пришла мне из Москвы посылка, с раритетной на настоящее время ,полусобранной моделью космического корабля "Союз" производства московского завода игрушек "Огонек". Со дня выпуска модели прошло уже более 40 лет, но старшее поколение наверняка помнят эту коробку с моделью. И хотя на боксарте изображен кк"Союз (7К/ASTP)", принимавший участие в совместном полете кораблей "Союз-Аполлон"по программе ЭПАС, но в коробке лежит пластик именно с первой модификацией корабля "Союз" (7К-ОК), к которой относятся корабли №4и5. Отправитель коробки, мой хороший товарищ, попросил собрать данную модель и довести ее до выставочного образца, на что я с радостью согласился, поскольку в те давние времена мною была собрана и покрашена подобная модель, но потом она была утеряна. Захотелось вернуться в прошлое и тут как раз произошло непредвиденное. Товарищ-моделист, увидев у меня полусобранную модель кк"Союз" , принес мне свою, точно такую же, но уже собранную им еще в пионерском возрасте и не окрашенную. Главное, что модель сохранилась с тех пор, без каких-либо крупных поломок. Вот здесь то уже фантазия разыгралась вовсю и было решено сделать модель первой экспериментальной орбитальной станции СССР. После чего я приступил к сбору в интернете материалов по данной теме, чтобы составить небольшую историческую справку об этом событии.

 

[Дед Леня]

Еще задолго до начала космических полетов теоретики космонавтики пришли к выводу о возможности модульной сборки космических конструкций на орбите. Вместо того, чтобы сразу выводить на орбиту огромные конструкции, легче будет по частям запускать отдельные блоки, и затем на орбите осуществлять сборку. Так можно собирать орбитальные станции, обеспечивать переход из космического корабля в находящуюся на орбите орбитальную станцию и обратно. В будущем межпланетные корабли (например, для полета к Марсу) также целесообразно собирать именно на орбите. Поэтому одним из первых шагов в освоении космоса стало освоение стыковки, что также было необходимо и для осуществления лунной пилотируемой программы СССР.
Данную операцию было решено провести при групповом запуске кораблей «Союз-1» и «Союз-2» . «Союз-1» — первый советский пилотируемый космический корабль (KK) серии «Союз». Запущен на орбиту 23 апреля 1967 года. На борту «Союза-1» находился один космонавт — Герой Советского Союза инженер-полковник В. М. Комаров, который погиб во время приземления спускаемого аппарата. Дублёром Комарова при подготовке к этому полёту был Ю. А. Гагарин.
Программа полёта предусматривала не только первое испытание корабля серии в пилотируемом режиме, но и сразу первую в мире стыковку пилотируемых кораблей с запускаемым вслед кораблём «Союз-2» с экипажем В.Быковский, А.Елисеев, Е.Хрунов и переход через открытый космос последних двоих для возвращения на «Союзе-1», в котором для них были установлены второе и третье индивидуальные кресла-ложементы. Ввиду неполадок на «Союзе-1» старт однотипного второго корабля «Союз-2» был отменён, что спасло жизни его экипажу.
Полёт со стыковкой пилотируемых кораблей планировался на недостаточно отработанных аппаратах — три беспилотных испытательных полёта кораблей «Союз» (7К-ОК № 2, известный как «Космос-133»; 7К-ОК № 1, старт которого был отложен, но привёл к срабатыванию системы аварийного спасения и взрыву ракеты на стартовом сооружении; 7К-ОК № 3 «Космос-140») оказались полностью либо частично неудачными, а инженеры зафиксировали 200 замечаний к конструкции корабля. Руководство СССР и космической отрасли было недовольно тем, что за предыдущие два года в СССР не было ни одного пилотируемого полёта (после досрочного прекращения рискованной и малоперспективной программы «Восход»), в то время как США с марта 1965 года по ноябрь 1966 года провели десять пилотируемых полётов по программе «Джемини», впервые в мире осуществив орбитальные маневры, сближение кораблей и орбитальную стыковку, поставив рекорды длительности и высоты пилотируемого полёта, а также длительности выхода в открытый космос. С другой стороны, руководство космической программы после смерти С. П. Королёва (в январе 1966 года) имело явно недостаточный авторитет у политического руководства СССР для организации принятия решения о продолжении доводки неотработанных кораблей в автоматическом режиме. Кроме того, испытательные полёты «Союзов» были полезны для подготовки советской лунной программы, в которой лунно-облётный корабль Л1 «Зонд» и лунно-орбитальный корабль-модуль ЛОК экспедиционного комплекса Л3 были унифицированы с «Союзами», а лунно-орбитальный ЛОК и лунно-посадочный ЛК корабли-модули комплекса Л3 также использовали стыковку с переходом члена экипажа через открытый космос.
Выход на орбиту и катастрофа при спуске
Неполадки начались сразу после выхода корабля «Союз-1» на орбиту: не раскрылась одна из двух панелей солнечных батарей, корабль стал испытывать дефицит электроэнергии. Космонавт пытался открыть солнечную батарею раскруткой корабля вокруг своей оси, однако это не привело к желаемым результатам. Вследствие этой неисправности полёт был досрочно прекращён, и корабль успешно сошёл с орбиты. Однако, уже после вхождения в плотные слои атмосферы, на заключительном участке приземления произошёл отказ парашютной системы: по окончательно не установленным причинам вытяжной парашют на высоте 7 км (при скорости около 220 м/с) не смог вытянуть из лотка основной парашют; при этом успешно вышедший на высоте 1,5 км запасной парашют не наполнился, так как его стропы обмотались вокруг неотстреленного вытяжного парашюта основной системы; спускаемый аппарат (СА) ударился о землю со скоростью около 50 м/с, что привело к мгновенной гибели космонавта. Были повреждены ёмкости с пероксидом водорода, который, как сильный окислитель, усугубил пожар, в результате чего СА практически полностью сгорел.
Данная катастрофа стала первым случаем гибели человека в полёте в истории пилотируемой космонавтики.
Окончательно причина невыхода основного парашюта не выяснена, чаще всего упоминаемые причины:
• Нарушение технологии на заводе: при подготовке СА к окраске не был закрыт промасленной бумагой полированный лоток выброса парашюта. Внутренняя поверхность лотка была покрашена вместе с СА, на участке спуска из-за нагрева аппарата о воздух краска стала липкой, и вытяжной парашют не смог вытянуть прилипший основной парашют.
• На полированный лоток могли осесть летучие фракции химреагента тепловой защиты во время его полимеризации в автоклаве из-за того, что смежники запаздывали с изготовлением крышек парашютных контейнеров и контейнеры во время этой процедуры были закрыты подручными материалами и, аналогично предыдущему случаю, внутренняя поверхность лотка стала липкой, в связи с чем вытяжной парашют не смог вытянуть прилипший основной парашют.
• Рассматривался также вариант деформации стенок парашютного лотка в полёте из-за перепада давлений.
Из дневника Николая Петровича Каманина:
Через час раскопок мы обнаружили тело Комарова среди обломков корабля. Первое время было трудно разобрать, где голова, где руки и ноги. По-видимому, Комаров погиб во время удара корабля о землю, а пожар превратил его тело в небольшой обгорелый комок размером 30 на 80 сантиметров.
По итогам расследования причин аварии СА КК «Союз» парашютная система была модифицирована — технологию покраски и нанесения тепловой защиты изменили, контейнеры сделаны расширяющимися, стенки их утолщили.
После катастрофы «Союза-1» последовал полуторагодовой перерыв в пилотируемых полётах, конструкция корабля была значительно переработана для повышения его надёжности, было выполнено 6 беспилотных отработочных пусков, в числе которых в 1967 году состоялась первая автоматическая стыковка двух «Союзов» («Космос-186» и «Космос-188»). В 1968 году возобновились пилотируемые полеты, а в 1969 году проведены первая пилотируемая стыковка.

 

[Дед Леня]

«Союз-2» — беспилотный космический корабль серии «Союз». Запуск произведён для выполнения стыковки с пилотируемым космическим кораблём Союз-3
Ввиду принятой в СССР секретности до этого полёта все беспилотные отработочные полёты кораблей «Союз» именовались спутниками «Космос-133», «Космос-186» и т. д. Первоначально наименование «Союз-2» было зарезервировано для пилотируемого корабля, целью которого была стыковка в апреле 1967 года с другим пилотируемым кораблём — «Союз-1». Но после выхода «Союза-1» на орбиту выявился ряд неисправностей (не раскрылась одна из двух панелей солнечных батарей, корабль стал испытывать дефицит электроэнергии), поэтому полёт «Союза-2» был отменён. Неофициально отменённый полёт стал носить условное название «Союз-2А», а название «Союз-2» было дано этому беспилотному кораблю, который должен был участвовать в стыковке со следующим пилотируемым кораблём серии. Если бы «Союз-2» стартовал по плану с космонавтами, то вслед за Комаровым погибли бы Быковский, Хрунов и Елисеев, поскольку второй «Союз» имел те же проблемы с парашютной системой, что и первый.
«Союз-3» — советский пилотируемый космический корабль (KK) серии «Союз», запущенный на орбиту 26 октября 1968 года c космонавтом Георгием Береговым на борту. Первый в Советском Союзе пилотируемый полёт после катастрофы космического корабля «Союз-1».
Основной задачей полёта было испытание доработанной системы стыковки. Программой предусматривалась стыковка с беспилотным кораблём «Союз-2» в автоматическом режиме. Такие режимы уже были дважды проверены в беспилотных полётах и завершились нормальной стыковкой. Ручное управление было резервным вариантом на случай выхода из строя какого-либо элемента автоматической системы. Однако руководство ВВС настояло на том, чтобы в этот раз сближением управлял космонавт.
На первом витке автоматика благополучно сблизила корабли с 20 000 до 200 метров. Далее Береговой принял управление на себя. Сближение происходило в тени Земли (то есть в темноте) с использованием установленных на «Союзе-2» световых сигналов, относительно которых выполнялась ориентация «Союза-3». Космонавт ошибся в ориентации по крену на 180 градусов, то есть «Союз-3» как бы перевернулся «вверх ногами». Наблюдаемая Береговым картина взаимного расположения кораблей визуально отличалась от той, которую он наблюдал на наземном тренажёре, но неправильную ориентацию он не распознал. Антенны системы ориентации были расположены сбоку на расстоянии 1,2 метра от продольной оси. На «Союзе-3» антенна была справа от космонавта, а на «Союзе-2» она оказалась слева. При правильной ориентации обе антенны должны были оказаться справа. Взаимная ориентация продольных осей кораблей производилась автоматически. Это приводило к тому, что стыковочный узел «Союза-2» по мере приближения отворачивался в сторону. Космонавт несколько раз отходил и вновь предпринимал попытку стыковки, но «Союз-2» всякий раз отворачивался от «Союза-3».
Свою ошибку Береговой распознал только после выхода кораблей из тени. Так как он не вёл контроль расхода топлива двигателями системы ориентации, запас, предназначенный для стыковки, к этому моменту уже был израсходован. Остатки топлива были необходимы для ориентации корабля и выдачи тормозного импульса при возвращении на Землю.

 

[Дед Леня]

Корабль «Союз-4» стартовал 14 января 1969 года. На следующий день с космодрома Байконур стартовал «Союз-5», на борту которого находились трое космонавтов. 16 января в 08:20 UTC корабли «Союз-4» и «Союз-5» состыковались. Это была первая в мире стыковка двух пилотируемых кораблей. Во время стыковки активным кораблем был «Союз-4», стыковочный узел которого был оборудован штырём. Стыковочный узел «Союза-5» был оборудован приёмным конусом.

 

[Дед Леня]

На 35-м витке космонавты Хрунов и Елисеев вышли в открытый космос из корабля «Союз-5» и перешли в корабль «Союз-4». Этот переход был элементом подготовки к предполагаемому полёту на Луну. После стыковки агентство ТАСС объявило, что впервые на орбите создана экспериментальная космическая станция с четырьмя космонавтами на борту. Советское телевидение вело прямую трансляцию перехода космонавтов Хрунова и Елисеева.

 

[Дед Леня]

Для выхода в открытый космос и перехода с корабля на корабль космонавты Хрунов и Елисеев использовали скафандры «Ястреб» с новой, регенеративной СОЖ. Для удобного прохождения в скафандре люка в космическом корабле, имеющего небольшие размеры, ранец системы жизнеобеспечения крепился к ногам космонавта.

 

[Дед Леня]

Командир корабля Борис Волынов помогал Елисееву и Хрунову облачаться в скафандры, проверял системы жизнеобеспечения и коммуникаций скафандров. Затем Волынов вернулся в спускаемый аппарат и закрыл люк между орбитальным отсеком и спускаемым аппаратом корабля «Союз-5». Корабли «Союз» модели «7К-ОК» не имели переходного люка в стыковочном узле. Во время перехода орбитальные отсеки кораблей использовались в качестве шлюзовых камер. После разгерметизации орбитального отсека первым в открытый космос вышел Евгений Хрунов. В это время состыкованные корабли находились над Южной Америкой и не имели радиоконтакта с центром управления полётом в СССР. Выход Елисеева происходил уже над территорией СССР, когда поддерживался радиоконтакт с Землёй. Елисеев закрыл за собой люк «Союза-5». Хрунов и Елисеев перешли в орбитальный отсек «Союза-4», который затем был наполнен воздухом, командир «Союза-4» Владимир Шаталов помог Хрунову и Елисееву снять скафандры. Хрунов и Елисеев передали Шаталову письма, телеграммы и газеты, которые вышли уже после старта Шаталова в космос.
Корабли «Союз-4» и «Союз-5» находились в состыкованном состоянии 4 часа 35 минут.
«Союз-4» приземлился 17 января в 40 км юго-западнее Караганды, в 48 километрах от расчётной точки приземления. На месте приземления температура была около −30 °C, высота снежного покрова — 60—80 сантиметров. Поисковый вертолёт обнаружил спускаемый аппарат через 5 минут после приземления.

При спуске с орбиты корабля "Союз-5" не сработал пиропатрон отделения спускаемого аппарата от приборно-агрегатного отсека, спуск пошел по нештатной траектории с перегревом спускаемого аппарата из-за неверной ориентации во время торможения (тепловым экраном назад), нерасчётными перегрузками и закруткой. Спускаемый аппарат отделился при прохождении плотных слоев атмосферы по причине взрыва в приборно-агрегатном отсеке из-за сильного нагрева баков с горючим на высоте 90 километров. Так как спуск продолжался по нерасчетной баллистической траектории с вращением вокруг продольной оси, то выпущенный парашют стало закручивать, что увеличило скорость спуска. Нерасчётно сработала и система мягкой посадки (в метре от Земли), в результате чего Волынов получил инерционные травмы. Приземление произошло в 600 километрах от планового места посадки, температура в месте посадки минус 38 градусов.
«Союз-5» с Борисом Волыновым на борту приземлился 18 января в 07:59:12 UTC.
За успешное осуществление полета и проявленное при этом мужество 22 января 1969 года Волынову, Елисееву и Хрунову присвоено звание Героя Советского Союза.

 

[Дед Леня]

Вскоре, после полета, макеты кораблей в М1:1 в состыкованном состоянии были выставлены для всеобщего обозрения в павильоне "Космос" на ВДНХ.

 

[Дед Леня]

Они то видимо и послужили образцами для копирования и изготовления модели космического корабля "Союз" конструкторами московского завода игрушек "Огонек". И надо заметить, что они справились с этой задачей "на отлично" и в продажу пошла проработанная модель, из которой можно собирать как "изкоробочный" вариант, так и при некотором приложении рук-выставочный вариант модели корабля.

 

[Дед Леня]

Работу с моделью начинаю с днища приборно-агрегатного отсека корабля. Здесь мы видим нижнюю часть торового топливного бака со жгутом электропроводки, металлической экранной изоляции для предотвращения воздействия теплового излучения от факела работающего двигателя на стенки бака, технологические лючки и датчики ионной системы ориентации корабля относительно вектора скорости. Также на данной поверхности имеется установочное гнездо под штангу антенны системы сближения и стыковки. Двигательная установка корабля встроена в "дырку от бублика", т.е. в отверстие торового бака . Двигатель большой тяги, пара двигателей малой тяги и 4 двигателя ориентации корабля по осям Х-У показаны на отливке углублениями. Здесь же отверстиями показан ряд газовых микродвигателей системы точной ориентации корабля.

 

[Дед Леня]

Берем в помощь снимки донной части корабля и начинаем конверсировать данную деталь из коробки. Для начала просверлены и расточены круглым надфилем наклонные отверстия под 4 двигателя системы ориентации. Затем в эти отверстия вклеены трубки от одного из колен телескопической радиоантенны. Следующим шагом рассверливаются отверстия двигателей большой и малой тяги, в них вклеиваются сопла двигателей, выполненные их наконечников шариковых ручек.

 

[Дед Леня]

На фото видны две группы из 4 стержней (правда одна группа обломалась), изображающая датчики ионной системы ориентации корабля относительно его вектора скорости. Подобная система предназначена для точной ориентации продольной оси корабля по вектору его скорости, что очень важно при отработке тормозного импульса двигателем корабля для его схода с орбиты. Впервые данная система была опробирована на кораблях серии "Восход". На фото днища корабля "Союз" видны два корпуса датчиков, но трубки из них вывернуты.
Срезаем пластиковые имитаторы ионных датчиков, из листового пластика и инъекционной иглы Ф0,8мм изготавливаем новые и клеим их на штатное место.корпуса

 

[Дед Леня]

С оглядкой на фото днища реального корабля из латунной трубки и инъекционной иглы изготавливаем еще ряд сопел газовой системы точной ориентации корабля и вклеиваем их в просверленные в днище корпуса отверстия.

 

[Дед Леня]

А также срезаем бобышку на одном из технологических лючков, поскольку ничего подобного на снимках технологических лючков у реального корабля не обнаружено.

 

[Дед Леня]

На снимке донной части корабля на внутренней стороне юбки, обрамляющей торовый бак, видны усиливающие накладки. Ничего подобного в данной детали из коробки не просматривается, но это легко устранимо при помощи "лапши", нарезанной из 0,5мм листового пластика и клея. После приклейки усиливающих накладок юбка стала выглядеть вот так. Вставляем в нее торовый бак и получаем обновленную кормовую часть приборно-агрегатного отсека корабля. Крайнее фото для сравнения: было-стало.

 

[Дед Леня]

Пока проходит поиск ответа по одному из элементов конструкции на кормовой части приборно-агрегатного отсека, я займусь оформлением панелей солнечных батарей. В модели из коробки панели выполнены в масштабный размер и с соблюдением линий изгиба панелей, как в реальной конструкции, но есть места, которые можно улучшить. Это в первую очередь касается тыльной стороны солнечных панелей, на которой производитель нанес узор из фотоэлементов, как и на рабочей стороне панели. Поэтому аккуратно снимаем этот узор модельным ножом и шкуркой.

 

[Дед Леня]

На фотоснимках панелей видно, что каркас их выполнен из профиля, который перфорирован отверстиями облегчения. Поэтому и здесь также можно провести доработку панели из коробки, оформив ее периметр перфорированным пластиковым профилем.

 

[Дед Леня]

На тыльной стороне панелей на фотоснимках ясно проявляется каркас, который придает жесткость всей конструкции. Данный каркас на зачищенной от рисунка тыльной стороне панели выполняется при помощи пластиковой "лапши" , нарезанной из 0,3мм листового пластика. Попутно заменена пластиковая антенна на латунную трубку соответствующего диаметра.

 

[Дед Леня]

В конечном итоге получаем конверсированную солнечную панель. На фото видно, что было "ДО" и стало "ПОСЛЕ". В качестве фотоэлементов применена фотораспечатка солнечной панели корабля.