Как устроены системы спасения в космических кораблях и история их появления.
С самого начала космической эры конструкторам стало ясно что ракета - далеко не самый надежный вид транспорта. На первых порах ракеты взрывались чуть менее чем регулярно. Поэтому, для обеспечения безопасных полетов человека, при разработке первых пилотируемых космических кораблей их оснащали различными системами спасения экипажа (САС).
Какие же варианты были придуманы за всю «космическую» историю человечества?
Самое простое средство которое появилось как раз незадолго до первых полетов в космос - было самолетное катапультное кресло. Впервые оно полетело в космос на кораблях серии Восток Затем, американцы использовали ее в кораблях серии Джемини, что неудивительно, ведь этот корабль проектировали авиационные инженеры которые применили там кучу авиационных узлов, например радар для обеспечения сближения с другими объектами.
Схема спасения астронавтов КК Джемини
Катапультные кресла использовались в первых полетах Шаттлов, когда они летали с двумя членами экипажа. Когда Шаттлы стали летать с полным экипажем от катапультных кресел отказались - для всех членов экипажа установить их было невозможно. Планировали ставить катапультные кресла и для первых полетов Бурана.
Кресла имели следующие недостатки:
Во первых они занимали много места, поэтому на двух- и трехместных кораблях серии Восход от них отказались, понадеявшись на надежность первых ступеней носителя. А после набора скорости предполагалось отделять спускаемый аппарат целиком. К счастью конструкторам повезло и оба пилотируемых полета Восходов прошли успешно. Про Шаттл я уже написал выше, и американцам тут как раз не повезло, полет Челленджера закончился гибелью экипажа (Колумбия это все таки несколько другой случай).
Во вторых катапультирование было возможно только на дозвуковых скоростях, или небольшом сверхзвуке, иначе катапультируемый рисковал стать «летчиком кипяченным» из за огромного скоростного напора. Именно поэтому в случае с Колумбией кресла, даже будь они в наличии, не спасли бы экипаж.
В третьих катапультирование создавало чудовищные нагрузки в направлении «голова-ноги» и военных летчиков часто списывали после использования катапульт. При этом на Востоках катапультные кресла использовались штатно, для отстрела космонавта перед посадкой, однако выбрасывание космонавта производилось сильно ослабленным зарядом и не приводило к большим перегрузкам.
Так приземлялся космонавт КК Восток. Кадр из фильма "Первый в космосе". Кресло потом сбрасывалось.
Исходя из всего этого на большинстве кораблей «капсульной» схемы использовались, используются и планируют использоваться средства, спасающие весь спускаемый аппарат целиком.
На Меркуриях, Аполлнонах, и возвращаемом аппарате ТКС (он так и не летал с экипажем, но систему спасения как раз использовал один раз) в качестве системы спасения использовалась так называемая «спасательная мачта», т.е. твердотопливные двигатели установленные на специальной штанге носу спускаемого аппарата. Такая же схема планируется в американских кораблях Орион и в создаваемом российском ПТК НП Федерация.
Система спасения КК Меркурий
На Союзе (и на китайском Шеньджоу) из за наличия бытового отсека над спускаемым аппаратом система аварийного спасения устроена сложнее.
Система спасения ТПК "Союз"
Она уводит сразу два отсека с половиной головного обтекателя. В недавней аварии с Союзом МС-10 спасательная мачта к моменту аварии была уже сброшена и увод осуществлялся небольшими двигателями головного обтекателя.
Что касается новых американских космических кораблей, то там используются и вовсе необычные схемы. Например на Драконе для спасения спускаемого аппарата используются штатные двигатели орбитального маневрирования и реактивной посадки. При этом собственно для реактивной посадки они использоваться не будут - НАСА не разрешает.
Тест САС КК Дракон
На корабле Боинг CST-100 для аварийного спасения используются штатные жидкостные маршевые двигатели, которые расположены не в спускаемом аппарате, как в Драконе а в агрегатном отсеке. В штатном полете они будут довыводить корабль на целевую орбиту, включаясь в режиме пониженной тяги.
Работа САС КК Боинг SCT-100 (3D модель)
Такой подход (использование существующих реактивных систем) имеет и недостатки. жидкостной двигатель орбитального маневрирования для САС придется делать более мощными чем нужно для целей коррекции орбиты. Да и надежность у них ниже чем у твердотопливных двигателей.
После набора ракетой - носителем достаточной скорости и высоты полета активная система САС становится уже не нужна. Ракета уже имеет гораздо меньшие запасы топлива чем на старте и её взрыв уже не может существенно повредить космический корабль.
Поэтому на этапах работы 2 и 3 ступеней (для Союза) используется штатное отделение корабля от носителя и дальнейшее штатное разделение отсеков с входом спускаемого аппарата в атмосферу по баллистической траектории. Если авария произошла на последних секундах работы носителя, есть возможность аварийного довыведения на низкую орбиту, с целью посадки спускаемого аппарата в удобные районы, а не в Тихий Океан (для Союза).