MadShepherd

В предыдущих сериях:

Как люди на Луну летали

Как люди на Луну летали, часть 2. Выбор трассы

Сколько было "Сатурнов", если ракета, улетевшая на Луну, называлась "Сатурн-5"? А вот и нет, их было всего три. Причём Сатурна за номером 1 было две. И понимайте это как хотите.

Сатурн-1 был чисто экспериментальной ракетой с целью отработать инженерные решения на практике (где-то мы это уже слышали, да). Затем его модернизировали, заменив вторую ступень, и получились Сатурн-1B. А потом эту вторую ступень сделали третьей, и так получился Сатурн-5. А ещё чуть позже точно такую же неиспользованную ступень превратили в "Скайлэб".

Таким образом, вместо того, чтобы разрабатывать супертяжёлую ракету с нуля, они взяли уже готовую вторую ступень (на которой уже летали макеты "Аполлонов") и просто подняли её наверх, а макет заменили настоящим кораблём. Экономия налицо - хотя, как по мне, слово "экономия" применительно к программе "Аполлон" звучит как ругательство.

Однако задача перед янки всё равно стояла нетривиальная. Нужно было поднять на низкую опорную орбиту аж 140 тонн, из которых около 50 занимал сам корабль, а остальное - это третья ступень, которая давала импульс для запуска на траекторию к Луне. Это вам не это, как говорится: по сей день "Сатурн-5" остаётся самой грузоподъёмной и тяжёлой ракет из созданных человеком, но вовсе не потому, что никто не может повторить этот шедевр, а потому, что под него тупо нет задач. Т. е. американцам пришлось спроектировать супер-БелАЗ, который после завершения программы остался не у дел.

Основная суть "Сатурна-5" мало чем отличалась от других ракет, разве что ступеней было аж три: это по-прежнему были огромные баки с топливом, к которым снизу прибили двигатели. Отличия были не в сути, а в цифрах, потому что двигателям тоже пришлось быть очень мощными, чтобы поднять весь этот хлам на орбиту. Вот простенькая схема:

Здесь стоит отметить парадигму, которая, на мой взгляд, стала одним из решающих факторов в лунной гонке. Как проходила разработка ракетно-космической техники раньше? Очень просто: инженеры что-то посчитали, построили, запустили, посмотрели, что с ней случилось. Если упала - давайте искать ошибки. Надо понимать, что никаких CAD/CAM/CAE систем тогда не существовало, всё чертили и считали ручками. Причём, к примеру, в сопромате уже существовал метод конечных элементов, но область его применения оставалась весьма ограниченной из-за ограничения мощности компьютеров. А чертили примерно вот так:

Однако в случае с двигателем F-1 всё получилось немного иначе. Изначально он не предназначался для "Сатурна", просто в один прекрасный день вояки пришли в Рокетдайн и сказали:

- Слушайте, ребята, тут через тридцать лет Вархаммер 40к выйдет, мы хотим быть готовыми к этому знаменательному событию. Нам нужен БОЛЬШОЙ ракетный двигатель.

- Насколько большой? - спрашивают в Рокетдайн. А военные такие:

Ну а этим что, ваши деньги - ваши капризы. Взяли и разработали. Правда, на полпути какая-то светлая голова в ВВС задумалась о том, где этот двигатель применять, и оказалось, что негде, поэтому разработку бросили - ну, эти американцы, вы понимаете... Но чертежи благоразумно сохранили, и не зря - вскоре с тем же вопросом к ним постучались уже из NASA. Только в отличие от вояк там уже знали, для чего им нужен БОЛЬШОЙ ракетный двигатель.

Чтоб вы поняли, насколько он большой, вот вам Вернер фон Браун на фоне ракетной жопы:

И вот инженеры посмотрели на то, что получается, и подумали: ребзя, а ведь если такая штука бабахнет, мало никому не покажется. Вон, со стабильностью горения куча проблем, то и дело прототипы жахают. И бабла такой комплекс стоит немеренно. Может, сначала получше проверим всё?

- А давайте, - сказали в NASA, подкрепили свои слова очередной порцией вечнозелёных, и все заверте...

В общем, инженеры построили стенд и модели, битком набитые датчиками, а к камере сгорания присоединили специальные патрубки, в которых взрывали небольшие бомбы. Поток газов от этих бомб устремлялся в камеру, и можно было легко отследить, как ведёт себя конструкция, и внести необходимые коррекции. Кроме того, движки F-1 были многоразовыми. То есть летали они в итоге каждый по разу, конечно, но их можно было запускать и останавливать многократно, так что на орбиту отправились уже проверенные и испытанные двигатели, а не просто "вроде бы нормальные". В результате денег вбухали в это дофига, зато ни один из "Сатурнов" в конечном итоге не бабахнул - двигатели работали как часы. Аналогичные стенды устроили для двигателей других ступеней, а потом и для самих ступеней тоже. Вот как выглядели огневые испытания F-1:

Короче говоря, американцы вспомнили про старую поговорку "семь раз отмерь - один отрежь", и в то время как в СССР бабахала Н-1, они спокойно продолжали доводить конструкцию до совершенства (ну, ладно, Н-1 пускать начали когда американцы уже собирались на Луну высаживаться). Да, это стоило сотен нефти. Но зато двигатели не бабахали. Вообще.

Тут стоит сделать небольшое отступление и пояснить, зачем это нужно. Жидкостные ракетные двигатели работают в крайне экстремальных условиях. Хотя конструктивно первая ступень ракеты это просто огромный бак с двигателями, от него требуется охренеть какая тяга и высокий удельный импульс, да ещё и внешние условия изменяются по мере набора высоты. Более того, обычные для самолётов воздушно-реактивные двигатели не годятся для ракет, потому что в какой-то момент воздух попросту заканчивается (существует проект SABRE, который может переключаться между режимами, но это исключение). Как следствие, надёжность ЖРД снижается по мере увеличения тяговооружённости, и компенсировать это следует тотальной проверкой всего, что только можно.

Почему же всё-таки Сатурн-5 имеет номер 5? Потому что проектов действительно было пять, просто до реализации добрались только Сатурн-1 и Сатурн-5. Остальные так и остались концептами.

Ракета оказалась настолько большой, что делали её по частям: первую ступень - "Боинг" (а двигатели - "Рокетдайн"), вторую - "Норт Амэрикен", третью - "МакДоннел Дуглас". Командный модуль "Аполлона" делали "Рокуэлл", а лунный - "Грумман". А сколько было субподрядчиков, и вовсе не счесть. Потом это аукнется американцам во время полёта "Аполлона-13", к которому мы ещё вернёмся, но в целом из-за описанного выше подхода надёжность всей системы была просто беспрецедентной.

Спокойно, ребята, мы всё рассчитали!

Как люди на Луну летали

Пока будущие moon walker'ы тренировались на кошках, суровые физики думали, как бы поэффективнее слетать к Луне и вернуться. Ни о каких концептах самого корабля на тот момент и речи не шло, вопрос заключался в самых основных вещах. А именно - в выборе траектории полёта.

Поначалу над ней не особо парились. Вот как летела, например, Луна-9:

Тут следует отметить, что хотя Жюль Верн был неправ, взяв в качестве основного движителя пороховой заряд, в общем и целом он оказался гораздо более близок к истине, чем кажется. В реальности двигатели летящего в дальний космос корабля работают крохотные доли процента всего времени полёта, то есть его траектория в целом сходна с траекторией пушечного снаряда. Разница, по сути, только в том, что снаряд неуправляем, тогда как корабль может проводить коррекции траектории (как на рисунке выше).

Другой вариант траектории - это выход на орбиту вокруг Луны с последующим ожиданием удобного момента для высадки. Именно это описано, к примеру, в книге Уэллса "Первые люди на Луне". Это гораздо более удобно, так как позволяет выбрать наиболее эффективное время импульса для посадки.

Но и такая траектория совершенно не подходила для полёта пилотируемого, так как помимо кучи железа, на борту находились думающие куски мяса - и им, наверное, не очень понравилось бы умереть из-за ошибки математиков. Впечататься в Луну на второй космической или так и остаться её вечным спутником - не самый приятный конец. Поэтому единственно верным вариантом оставалась траектория возвращения:

Называется она так потому, что снаряд в свободном полёте по такой траектории облетит Луну и направится обратно, к Земле, что позволит астронавтам хотя бы умереть дома. И, забегая вперёд, математики как в воду глядели - для "Аполлона-13" такое решение сыграло решающую роль.

Ещё один нюанс заключался в "окне" для запуска. Если пускать аппарат сразу с Земли, то "окна" ждать придётся довольно долго - ну или жертвовать полезной нагрузкой в пользу топлива, компенсируя это неудобство. Поэтому очень быстро и в СССР, и в США пришли выводу, что стартовать к Луне надо с так называемой "опорной орбиты", а уже туда выводить обычными средствами - тогда можно улучить нужный момент и, запустив двигатели, отправиться к Луне. "Окно" при этом открывается дважды в месяц, когда Луна проходит через плоскость орбиты корабля, на несколько дней, а в течение этого периода - на несколько часов в сутки. Иными словами, опорная орбита выступала "буфером времени", позволяя гораздо более гибко управлять полётом: после выхода на неё у экипажа было около трёх часов, чтобы выбрать нужный момент для импульса. Это куда проще, чем лететь просто сразу.

Момент, однако, выбирать следовало по очень жёстким правилам - любая ошибка привела бы к лишним затратам топлива, а в худшем случае к срыву миссии (т. к. топлива могло не хватить на обратный путь). Выглядело это примерно так:

TLI Cutoff - это как раз тот самый Translunar Injection, момент, когда астронавты поддают газу и вылетают к Луне. Второй такой эпизод случается уже на подлёте, чтобы корабль стал спутником Луны, а не полетел обратно к Земле. Рассматривались и другие варианты, например, такой:

Однако их забраковали по разным причинам (конкретно эту выше - из-за большой сложности расчётов при низкой по современным меркам мощности компьютеров, это при том, что возможная область прилунения для неё гораздо шире).

Тут стоит отметить, что по понятным причинам все экспедиции летали к Луне по прямой, весьма энергозатратной траектории. Не так давно в NASA запатентовали новый её вариант, позволяющий добраться к Луне за 2,5 месяца, кружа вокруг Земли - правда, он годится лишь для небольших аппаратов. Ну и людям в космосе без хорошей радиационной защиты тоже будет неуютно.

К слову о ней: ещё один нюанс заключался в преодолении радиационных поясов, точнее, пояса, поскольку деление их на части весьма условно. Жарче всего он над экватором, а меньше всего радиации - у полюсов. Поэтому простой запуск с небольшим наклонением орбиты (относительно экватора) привёл бы к пролёту сквозь наиболее жаркие зоны, и астронавты получили бы серьёзные дозы. Соответственно, запускали корабли под таким углом, чтобы в эти зоны не залетать вовсе.

Однако запустить аппарат к Луне - полбеды, его надо ещё вернуть обратно. Возникает очевидный (на самом деле нет) вопрос: а зачем сажать на поверхность лишний груз? Ведь возвращаемый корабль несёт на себе кучу всякого барахла, например, теплозащиту, которая нафиг не нужна на Луне по причине отсутствия атмосферы. И вот тут американцы воспользовались разработками советского учёного Юрия Кондратюка (на самом деле он звался Алексей Шаргей, но пришлось законспирироваться, чтобы не угодить в маховик советских репрессий), который помимо ряда чисто инженерных изобретений отметился расчётами оптимальной трассой полёта к Луне. Идея заключалась в том, что на поверхность спускается не весь корабль, а специально отделяемый "челнок", все конструкции которого максимально оптимизированы для выполняемой задачи, что в результате снижает необходимое количество топлива до минимума. Более того, Кондратюк предположил, что лучше всего будет спускать двоих человек на "челноке", а одного оставить в "командном модуле" - и оказался прав. Во время визита в СССР Нил Армстронг даже специально посетил его бывший дом в Новосибирске и собрал там горсть земли, чтобы выразить своё уважение учёному (подтверждений этому, увы, я не нашёл, но в Новосибирске Армстронг побывал однозначно).

Ну а в следующей серии будет про "Сатурн-5".

Я тут подумал, а ведь многие люди даже не в курсе, что кроме Армстронга с Олдрином кто-то ещё высаживался на Луну. Про команду того же "Аполлона-10" и говорить не стоит. А потом на почве незнания и растут всяческие мифы.

Так что я постараюсь рассказать о том, как это происходило, максимально легко и просто. Вдруг кому-то понравится.

Началось всё сразу же после полёта Гагарина, который вызвал у американских власть имущих острое жжение пониже спины. Мало того, что проклятые комми полетели первыми, так они ещё и нормальный орбитальный пролёт сделали, а Джон Гленн слетал только спустя почти год. Президентом тогда был небезызвестный Джон Кеннеди, который в 1960, во время предвыборной программы, обещал избирателям обогнать Советы в космической сфере - но увы, с первым астронавтом не вышло. Так что он вызвал руководителей NASA на ковёр и сказал: господа, вот вам куча бабла и полный карт-бланш. Как хотите, но чтоб на Луне мы были первыми. А не то...

Он, конечно, не знал, что полётов на Луну уже не увидит ввиду скоропостижной потери мозгов, но маховик запустил. Впрочем, сама программа "Аполлон" к тому времени уже существовала, Кеннеди просто дал хорошего пинка.

Однако масштаб поставленной задачи превышал всё, с чем до сих пор сталкивалась американская (да и вообще мировая) промышленность и наука. Во-первых, требовалось построить сверхтяжёлую ракету-носитель - по самым оптимистичным прикидкам на траекторию к Луне требовалось вывести ~40 тонн (в конечном итоге "Аполлон" с топливом на обратный путь и третьей ступенью весил почти 66). Во-вторых, нужно было разработать программу полёта - очевидно, что сложность миссии с высадкой на другом небесном теле и стартом обратно на порядок сложнее, чем просто стартануть с Земли и сделать пару витков. В-третьих, требовался ряд совершенно новых технологий, начиная от стыковки и заканчивая скафандром для Луны. Наконец, в-четвёртых, требовалось найти идиотов, согласных на такую авантюру, и отрепетировать всё-всё-всё, чтобы не случилось никаких Хьюстонов.

Так как сроки натурально горели, пришлось радикально менять подход. Первое, что сделали в NASA - это убрали нафиг секретность, что немедленно увеличило эффективность работ. Ну, в самом деле, насколько становится проще, если нет, скажем, правила "никто не остаётся один в комнате с секретными документами"? Второе - часть нужных разработок они спихнули на соседнюю программу "Джемини", о которой я расскажу ниже. Наконец, третье - значительно увеличилась роль наземных испытаний. Именно благодаря такому подходу аварийность программы снизилась до минимума (и всё равно стоила жизни троим астронавтам, а ещё трое не погибли только чудом).

Но обо всём по порядку. К сожалению, строгий порядок выдержать мне не удалось: в отличие от эпопеи про теорию относительности, здесь слишком много параллельных рассказов. Джемини, разработка Сатурна, разработка самого Аполлона, история полётов... дофига всего. Так что начнём, пожалуй, издалека.

Программа "Джемини"

"Джемини" - это серия двухместных космических кораблей, созданных с целью отработать на практике ряд инженерных решений (в первую очередь). Именно она стала частью тех самых репетиций всего-всего и вообще нужна была для того, чтобы потом проще было работать над "аполлоном". Список внушает:

- первый выход американского астронавта в открытый космос

- первое сближение космических аппаратов:

- первая в истории стыковка космических аппаратов (а проводил её - ктобывыдумали? - Нил Армстронг! - но об этом знает куда меньше людей, чем о его высадке на Луну)

- медицинские эксперименты по изучению влияния невесомости на человеческий организм (в частности, на Джемини установили несколько рекордов длительности пребывания в космосе - аж до 13 дней, убедившись, что человек таки могёт. Это потом уже, когда полетел Союз-17, оказалось, что после более чем трёх недель пребывания в невесомости человек превращается в зомби)

- эксперимент по созданию искусственной силы тяжести посредством вращения (вышло не очень эффективно)

- рекорды апогея орбит (1372 км для "Джемини-11"), с целью изучить радиационную опасность для будущих экспедиций

- отработка устройства для полётов в открытом космосе Hand-held maneuvering unit, правда, пока что на тросике. Представляло оно из себя пневматический пистолет, которым можно было пшикать и генерировать импульс, толкающий стрелка в нужную сторону. В правой руке у этого парня именно оно:

И так далее, вплоть до космического туалета (ну, если те процедуры можно было назвать этим гордым словом). Фактически 90% опыта, полученного на "Джемини", затем использовали в "Аполлонах" - в особенности это касается стыковки и тренировок астронавтов. Тринадцать из шестнадцати астронавтов, летавших на Джемини, затем летали к Луне, а ещё двое, Гриссом и Уайт, погибли в "Аполлоне-1". Последний, Купер, тоже должен был лететь, но уступил место на "Аполлоне-13" Ловеллу. Явно неспроста.

Иными словами, к Луне летели отнюдь не новички, а матёрые космические волки (что и логично). А если брать "Аполлон-11", то там и вовсе супермены: Армстронг едва не погиб во время миссии "Джемини-8", когда автоматическая система управления вдруг включила один из двигателей системы ориентации, из-за чего корабль принялся вращаться - всё быстрее и быстрее. Едва не теряя сознание от чудовищных перегрузок, Армстронг всё же сумел отключить проблемный двигатель и погасить вращение - этот момент люто прекрасно показан в фильме "First man", который я очень рекомендую к просмотру. Олдрин же должен был проводить стыковку на "Джемини-12", однако из-за отказа радара ему пришлось делать это в самом что ни на есть прямом смысле вручную - по секстанту. Высокие технологии, ну, вы понимаете.

Всё это время инженеры по соседству пилили ракеты "Сатурн" и запускали зонды к Луне, чтобы выяснить, с какими опасностями там может столкнуться человек. Но об этом в следующей серии.

#comment_202260675

Так получилось, что этот забор расположен в моём городе, и там ещё много интересных картинок. Я хотел сделать этот пост сразу же, но для этого требовалось встать с дивана - надеюсь, вы понимаете, насколько тяжёлая задача мне предстояла. Но я всё-таки смог!

В общем и целом все картинки топят за ЗОЖ и духовность, так как рисовало какое-то прицерковное сообщество. Ощущение двоякое: с одной стороны, пропаганда ЗОЖ - это хорошо, с другой - ребята слишком уж его радикализуют, скатываясь в излишний пуризм. Впрочем, судите сами.

К сожалению, с тех пор как я в последний раз видел этот забор, его состояние ухудшилось, а некоторые картинки отвандалили. Ну да Анубис им судья.

Собственно, Стэтхем из оригинального поста как пруф:

Отличный мотиватор:

Церковь:

Мотиваторы:

Здесь неясно, что не понравилось художнику - Футурама прекрасный мультфильм и отнюдь не детский. Но, надо отдать должное, Бендер нарисован очень узнаваемо:

Интересно, что они говорят, когда попадают молотком по пальцу?

И ещё мотиваторы

Надоело быть писателем, купил графический планшет. Но от себя не уйти...