Luny Korabl: razvoj i pokusi - četvrti dio

Ponedjeljak, 31. srpnja 2006. u 07:47 sati

Razvoj LPU

LPU, lunniy posadocnie ustroistiviy, bio je namijenjen slijetanju Luny Korabla na površinu, predstavljao je njegove "noge". Trebao je ostati na Mjesecu, predstavljajući platformu za polijetanje sa Mjeseca bloka E. Nije, dakle, samo bio namijenjen da apsorbira dodir letjelice s površinom, već i uzlijetanju s Mjeseca. Tako svi sustavi za polijetanje, nisu bili smješteni samo na njemu. Glavni čovjek za LPU, lunniy posadocnie ustroistiviy bio je A. A. Sarkisyan. Problem s prekomjernom masom ukazivao je na to da dovoljno potisnog goriva imaju jedino za 100 metara lebdjenja i spuštanja od izvornog mjesta slijetanja. Snimanje površine je pokazalo da bi se LPU najvjerojatnije trebao prizemljiti u krater širok 7 metara. To je ukazivalo da bi LPU trebao podnijeti nagib slijetanja do 30 stupnjeva, dok je centar mase Luny Korabla udaljen od površine 2,5 metra. Minimum dizajna predviđao je samo tri noge za slijetanje (kao što je korišteno na US Surveyoru). Međutim, 3 noge bi uvjetovale dvostruke premosnice nego recimo četiri noge, i pitanje je da li bi se postigao nagib od 30 stupnjeva. Dakle, dizajn LPU-a je predstavljao slijedeći veliki problem, a inženjeri su ponudili preko 20 varijanti rješavanja problema smještaja opreme za slijetanje, uključujući i toroidalni prsten, u koji bi se smjestila oprema.


Dio LPU-a gdje se vidi dio noge stajnog trapa i "gnijezdo" - © Photo by: Gary Kitmacher

Mnoge ideje su bile genijalne ali su bile suviše komplicirane i mehanički riskantne. Konačno je V. H. Shaurov predstavio ideju motora u "gnijezdu", koji bi se upalio pri slijetanju u trenutku dodira sa tlom i tada bi se uklonili svi dijelovi opreme koji su sprječavali nagib od 30 stupnjeva. Rješavajući navedeni problem s opremom, pojavile su se dvije opcije za njegovo rješavanje; pasivna i aktivna koja je obuhvatila korištenje simulacija s vulkanskim tlom dovezenim iz Armenije kako bi bilo što vjerodostojnije s mjesečevim tlom. S tom vulkanskom sedrom oblikovano je tlo, uključujući kratere. Model LPU-a konačno je bio dizajniran i testiran. Tehnike sprječavanja šoka udara u tlo za opremu LK, bile su korištene u APAS sustavu, kasnije razvijenom za program Apollo-Soyuz i Mir. Kiselev je predložio razvoj posebnog visinomjera koji bi omogućio meko spuštanje rakete na način da se zaustavi brzina slijetanja, kao što je korišteno u slijetanju na Zemlju u Soyuz sustavu. Međutim, više nije bilo vremena za razvoj sustava. Ideja je nadalje bila, da se visinomjer za spuštanje, parabolična antena, kemijske baterije, i tri spremnika za vodu (kasnije je dodan i četvrti radi centriranja gravitacije) smjeste na LPU te da se nakon slijetanja ostave na Mjesecu, obzirom da bi LPU služio kao platforma za uzlijetanje.

Kabina

Razmatrana atmosfera od 0,4 čistog kisika zahtijevala je posebnu armaturu, otpornu na požar i sigurnu za kozmonaute, tako da je na kraju plan za takvu kabinu bio odbačen. Izabrana atmosfera na kraju je iznosila 0,74, a kabina je trebala biti u tim uvjetima dvostruko teža. Nadalje, iskustvo sovjeta u ručnoj kontroli letjelice bilo je malo u vrijeme razvoja Luny Korabla. Razvojni tim morao je početi od nekih primarnih principa u određivanju pozicije kozmonauta u letjelici. Zadatak je bio da se osposobe ručne kontrole u stlačenom svemirskom odijelu, u trenutku kada kabina nije bila pod tlakom. Nožne pedale stoga nisu mogle biti korištene kao što je to na primjer u helikopteru. Razvoj upravljačkih komandi i prozora bio je dugotrajan proces, pun pogrešaka. Određeno je da optimalni kut pogleda prema površini radi slijetanja bude 7 stupnjeva. Tako mali otvor za vizualni pogled zahtijevao je i postojanje malog dalekozora radi pronalazaka točke slijetanja. Nadalje, razvijeno je Krechet svemirsko odijelo, preteča onog koji se sve do nedavno koristio na Miru, a uz pomoć kojeg se moglo izaći kroz vrata u pozadini letjelice.


Krechet odijelo trebalo je služiti kozmonautu za izlazak na
površinu Mjeseca - © Photo by: Gary Kitmacher

Predviđen je i sustav spona i vežućih traka za pričvršćivanje kozmonauta u stajaćem položaju za vrijeme manevara letjelice. Ovo je bilo potrebno radi očuvanja centra mase kozmonauta, na stupu potiska motora. Razvoj ulaženja i izlaženja iz LK tekao je također uz poteškoće, uz LK u prirodnoj veličini i modelima. Ustanovljeno je da je standardni ulaz kao na Soyuzu preuzak za kozmonauta u mjesečevom odijelu, te su morala biti dizajnirana posebna vrata, što je bilo kontroverzno, međutim, kasnije ipak odobreno.


U odijelo se ulazilo kroz otvor na zadnjoj strani odijela. Na slici se vide
sustavi potrebni za život kozmonauta dok se nalazi u hermetički
zatvorenom odijelu - © Photo by: Gary Kitmacher

Asimetrična masa ljestava ispravljala se njihovim smještanjem na suprotnu stranu. Obzirom na problem s masom, automatski sustav za pristajanje nije dolazio u obzir. Upute su bile; minimalna težina, ručno upravljanje i otpornost na ne preveliku točnost. Budući da je kozmonaut morao izaći iz LOK – mjesečevog orbitera, u Luny Korabl i nazad, nije došao u obzir prečvrst sustav spajanja. Kontaktni sustav koji je razvijen koristio je princip omče smještene na LOK – mjesečev orbiter koji je u tom slučaju imao pozitivnu funkciju. Luny Korabl je bio pasivni dio, opremljen sa 1,8 metara širokom heksagonalnom ovojnicom. Svaki od 108 heksagona u mreži, bio je potencijalni prihvatni dio za LOK-ov pristajući dio. Kontaktni sustav trebao je biti isproban na brojnim testnim letovima Soyuza, koji su neprestano odgađani zbog uzastopnih neuspješnih letova N1 rakete. U travnju 1969. godine, dva odvojena pokušaja odvajanja su planirana za kasnu 1969. godinu i početak 1970. godine, međutim, nakon što je Apollo uspješno sletio, prioritet je imao razvoj orbitalne stanice Salyut (kako bi se porazili amerikanci sa svojom stanicom Skylab). U prosincu 1970. godine, misije Kontakta su bile pomaknute nakon što je Salyut trebao uspješno izvesti svoj let, da bi na kraju razvoj Kontakta bio konačno ukinut u listopadu 1971. godine.

Razvoj bloka E

Blok E, kao što je rečeno, trebao je biti dio letjelice koji bi omogućio spuštanje na površinu Mjeseca i polijetanje s Mjeseca. Nacrti za blok E sačinjeni su usporedno s razvojem cijelog sustava. Izvorna masa praznog bloka E od 510 kilograma nije mogla biti postignuta. Tijekom cijelog razvoja misije neprestano je trajao sukob između tima za dizajn bloka E i tima za dizajn kabine. Razvoj varijabilnih potisnika koji se mogu paliti i gasiti bio je veliki razvojni zadatak. Yangel je želio sam projektirati sustav u svom OKB-u, i nije ga htio prepustiti razvojnom timu koji se bavio ostalim letjelicama. Za razvoj su bili potrebni novi materijali i nova mehanička rješenja kako bi se dobio pouzdan, siguran i izdržljiv motor koji bi se koristio u misiji. Glavni inženjer na razvoju motora bio je Ivan Ivanovič. Glavni problem pri razvoju bloka E i LPU-a bili su popratni plinovi iz motora prilikom slijetanja na Mjesec. Kod Apolla, stajni trap je ostao sa svojim motorom na površini i nije bilo bitno da li je oštećen pri slijetanju (što se doista i dogodilo nekoliko puta). Međutim, Luny Korabl je koristio isti motor u obje faze te se pojavila potreba za razvojem hidrodinamičkog dizajna.


Pogled na blok E. Rešetkasto "gnijezdo", konstrukcija s nogama trebala je ostati na površini Mjeseca nakon
što je LK uzletio. Spremnici kisika i vode su smješteni oko LPU kako bi se zadržao centar gravitacije
na potisnoj osi - © Photo by: Gary Kitmacher

Konačni pristup obuhvatio je rezervoare u smjeru zračnih strujanja kod bloka E, koji su omogućili plinovima da odlaze u prostor i nazad. Blok E također je bio opremljen  vratima koja su funkcionirala na principu štipaljke, i koja bi se zatvorila kada bi se motor ugasio kako bi se izbjegla oštećenja Luny Korabla za vrijeme boravka na Mjesečevoj površini. Spremnici za gorivo bili su neobičnog izgleda. Njihova geometrija je bila dizajnirana na način da održava središte mase u okviru određenih granica tijekom slijetanja i uzlijetanja. Obzirom da se oksidant trošio dva puta više od goriva, geometrija spremnika je morala pratiti tu činjenicu. Brojne izvedbe su pokušane kako bi se postigao kompromis između geometrije i minimalne mase. Samozapaljujući motori N2O4/UDMH bili su smješteni u obliku gnijezda na spremnicima zapremine 1,2 kubična metra.

Integralni orijentacijski sustav

Sustav je trebao biti smješten iznad mjesečeve kabine. Yangel nije imao značajnijih iskustava sa mikro potisnicima, tako da je supotpisnik u razvoju ovog sustava bio Isayev. Identična kombinacija N2O4/UDMH je korištena u ovom slučaju, kao i kod bloka E. Smještajući paket na vrh letjelice ubrzo se ustanovilo da se time uzrokuju kretnje letjelice oko centra gravitacije Luny Korabla. Potisnici su bili smješteni u dva prekomjerna sustava. U svakom je sustavu 2 puta po 40 kilograma goriva trebalo osigurati podizanje, 2 puta po 40 kilograma goriva penjanje i 4 puta po 10 kilograma goriva letenje, te je predstavljalo masu od 100 kilograma goriva smještenog u dva spremnika. Pojavio se problem, kako sačuvati centar mase modula na glavnoj potisnoj liniji Luny Korabl letjelice? Rješenje je bilo da se okruži spremnik s oksidantom u dvostruku konstrukciju bačvastog izgleda.


Pogled na Integralni orijentacijski sustav na vrhu kabine. Vidljivi su zakrivljeni potisnici,
antena usmjeriva u jednom smjeru i spremnici - © Photo by: Gary Kitmacher

Potisnici su stlačeni koristeći unutarnju dijafragmu, što je predstavljalo prvi slučaj u sovjetskoj astronautici, za što je trebala nova čelična ovojnica dizajnirana od Stepanova. Spremnici su plinovitim helijem stlačeni na 10 atmosfera. Nadalje, operacije s potisnicima koje bi trajale do 10 sekundi, zahtijevale su nove materijale za sapnice, niobijum i grafit.  Minimalni potisak koji se želio postići bio je 9 milisekundi. Kada se otkrilo da se u 95 posto slučajeva, ako se sapnice postave okomito, gubi potrebno zračno strujanje nakon gašenja motora, odlučeno je da sapnice budu postavljene pod kutom od 20 stupnjeva u odnosu na horizontalu. Navedeno smještanje sapnica rezultiralo je uštedom mase za 12,5 kilograma. Kada su konačni nacrti bili gotovi, stalno je bila prisutna "borba" između Korolevog i Yangelovog biroa zbog prekomjernih 12 kilograma viška mase u odnosu na prvi prijedlog od 5 tona sveukupne mase. Korolevjev biro je cijeli projekt zbog navedene razlike u masi doveo u fazu ponovnog sagledavanja. Nakon ponovnog razmatranja, ustanovilo se da se razlika odnosi na inertni plin kojim se tlači membrana spremnika s gorivom. Nadalje, vibracije i testovi Luny Korabla u predviđenoj okolini ostavljeni su za fazu izgradnje. Cijeli projekt morao je biti dostavljen vojnim stručnjacima inženjerima kozmodroma Baikonur, kako bi se upoznali što bolje sa projektom u svrhu pripremanja polijetanja. Oni su doduše imali iskustva s projektilima, međutim nisu mogli razumjeti operacije sa opremom u vakuumu, nedostatak izoliranih kabela itd.

Modeli i testovi na razvoju LK-u uključivali su slijedeće:
1. procedure izlaženja, što je vršeno na prvom modelu Luny Korabla
2. testovi na elektrici za logične i algoritamske operacije radi kontrole sustava
3. električni model
4. testovi modela bloka E u okruženju; testovi su vršeni u posebnom vakuumu odnosno izolacijskoj komori. Komora se također koristila u razvoju balansa.
5. testovi na modelu antene
6. tri bloka E za testove paljenja
7. dizajn sustava za slijetanje i treninzi kozmonauta testirani su na posebno dizajniranom helikopteru Mi4

Testovi letenja Luny Korabla

T1K i T2K verzije LOK – mjesečevog orbitera i Luny Korabla bili su dizajnirani kao zasebni orbitalni test letovi. T1K trebao je biti lansiran uz pomoć rakete Proton, a T2K sa Soyuzom. Posebna inačica Soyuza 11A511L sa osnaženim višim stupnjem trebala je lansirati Luny Korabl, a za testove u orbiti, osnovan je poseban tim pod vodstvom Yu M. Labutin. Oko 20 sustava je bilo razvijeno za testove u orbiti, uključujući i neke razvojne promjene na Soyuzu, a, koji bi sustav trebalo testirati u orbiti, a koji ne bi trebalo testirati, odlučivao je Labutinov tim. Tri T2K su sagrađena, pa su predviđena tri pokusna leta; prvi, koji bi pratio standardi plan s radom motora, drugi bi se odnosio na razne verzije prekida programa i odustanka od misije i treći kao pričuva za prvi i drugi model. Ti pokusi letova odvijali su se u za to predviđenom vremenu. Pokusi bi doveli do preciznog mjerenja svih relevantnih telemetričkih podataka, kao i pokusi s radiom i televizijom. Unosi podataka što bi u normalnim slučajevima trebao vršiti kozmonaut, vršili su se sa Zemlje, tako da je trebalo ugraditi dodatnu opremu za takve manevre na T2K, sa senzorima za Sunce i zvijezde, ionsko zračenje, što je bilo nužno postaviti zbog navigacije Luny Korabla u orbiti Zemlje. Posada T2K je testirala dan i noć, da bi konačno prvi T2K dopremili na Baikonur, za lansiranje. Svaki T2K je prije leta testiran u izolacijskoj komori, a na jednom je ustanovljeno 10-tak mikroskopskih rupa nastalih za vrijeme transporta, što je na kraju popravljeno. Konačno, prvi je lansiran u jedno sunčano jutro u studenome 1970. godine.

Tri testa T2K prošla su bez zastajkivanja:

- 24.11.1970. godine Kozmos 379 – T2K, let broj 1, u svrhu demonstracije slijetanja na Mjesec i manevra uzlijetanja, bio je sa 192x233 kilometara orbite do 196x1206 kilometara orbite, brzinom od 263 metara u sekundi demonstrirao je lebdjenje i manevar slijetanja nakon odvajanja s blokom D. Potom je simulirao manevar uzlijetanja sa Mjesečeve površine, na način da je otišao od 188x1198 kilometara orbite do 177x14041 kilometara, brzinom od 1518 metara u sekundi.

- 26.02.1971. godine Kozmos 398 – T2K, let broj 2, druga verzija pokusnih letova koristeći T2K verziju. Podaci o letu; od 189x252 kilometara do 186x1189 kilometara orbite, brzina 251 metara u sekundi, zatim 186x1189 kilometara orbite do 200x10905 kilometara orbite, brzina 1320 metara u sekundi.

- 12.08.1971. godine Kozmos 434 - T2K, let broj 3, konačni pokus s T2K inačicom. 188x267 kilometara orbite do 190x1261 kilometara orbite, brzina 266 metara u sekundi i 188x1262 kilometara orbite do 180x11384 kilometara orbite, brzina 1333 metara u sekundi.

U idućem, posljednjem nastavku, opisat ćemo kako je izgledao projekt na kraju, prikaz sustava koji su se koristili na Luny Korablu te pregled kronologije.