Опрос

Какие рубрики вам наиболее интересны?

View Results

Loading ... Loading ...

Наши партнеры

  • .

Последние комментарии

ПЕРВЫЙ “КОСМИЧЕСКИЙ ЭЛЕКТРОВОЗ”

Опубликовал Сергей 9 января 2011 в рубрике История.

14 декабря 1964 г. в космическом пространстве первые заработали электрические ракетные двигатели (ЭРД). 6 ЭРД, служивших исполнительными органами системы стабилизации и ориентации советской автоматической межпланетной станции (АМС) «Зонд-2», в реальных условиях космического полета на расстоянии от Земли 5 370 ООО км, успешно прошли свое «боевое крещение». Приоритет СССР в данной области является бесспорным и признанным мировым "космическим" сообществом. XXI в. обещает стать веком еще более интенсивного использования ЭРД для решения многообразных задач космонавтики.

К настоящему времени человечество открыло три эры в создании и применении ракетных двигателей:

— эра ракетных двигателей на твердом топливе (РДТ7; Китай, 1232 г.),

— эра ракетных двигателей на жидком топливе (ЖРД, США, Роберт Годдард, 16 марта 1926 г.),

— эра электрических ракетных двигателей (ЭРД, СССР, 14 декабря 1964 г.), выдающийся вклад в становление которой внесли академики И. В. Курчатов, М.В. Келдыш, С.П. Королев, А.П. Александров, М.Д. Миллионщиков, Л.А. Арцимович, Б.Е. Черток, Б.В. Раушенбах, В.П. Легостаев и коллективы ряда организаций (ОКБ-1, ОПИ ИАЭ им. И.В. Курчатова и многих других).

Идея ЭРД была впервые высказана К Э. Циолковским в 1903 г. в работе «Исследование мировых пространств реактивными приборами», однако — в той ее части, что тогда не увидела света из-за трагической гибели издателя журнала «Научное обозрение» М.М. Филиппова. И только 9 лет спустя, при публикации той же работы в журнале «Вестник воздухоплавания» в 1911 — 1912 гг., в разделе этой работы под названием «Мечта», Константин Эдуардович написал следующее: «Может быть с помощью электричества можно будет со временем придавать громадную скорость выбрасываемым из реактивного прибора частицам...».

В нашей стране не только впервые была сформулирована идея ЭРД, но были проведены и первые в мире экспериментальные работы. В ленинградской Газодинамической лаборатории в 1929 — 1933 гг. молодой ракетчик, будущий академик, В.П. Глушко сконструировал и провел эксперименты с лабораторным макетом ЭРД, основанном на «электрическом взрыве» твердых или жидких проводников.


ЗАКАЗ С.П. КОРОЛЕВА

4 октября 1957 г. был успешно запущен первый в мире космический летательный аппарат — искусственный спутник Земли (ИСЗ).Как воспоминал профессор Михаил Кириллович Романовский (зам по науке академика Льва Андреевича Арцимовича), вскоре после этого С.П. Королев обратился к И В. Курчатову с просьбой и предложением начать в Институте атомной энергии (ИАЭ) исследования с целью разработки и создания ЭРД различных типов, мощности и назначения.

В 1960 г. вышли два правительственных постановления. Первое из них — по предложению академика С.П. Королева, второе (идентичное) — по предложению академика В.Н. Челомея. Это была могучая организационно-финансовая поддержка развитию нового направления в космическом двигателестроении Постановления обязывали ИАЭ приступить к широкомасштабной разработке ЭРД. А П Александров поручил эти работы отделу плазменных исследований (ОПИ) Л.А. Арцимовича.

Всестороннюю поддержку развитию этих работ оказывали «главный теоретик космонавтики» (как его именовали в газетах), президент АН СССР М.В. Келдыш и вице-президент АН СССР М.Д. Миллионщиков (который был и председателем комиссии Академии наук по ЭРД). Романовский вспоминает, что уже в 1950-е гг. этой комиссии приходилось рассматривать и фантастические проекты новых типов реактив ных двигателей, например — фотонных ракет.

Благоприятные условия, созданные в Советском Союзе для работ по ЭРД, быстро принесли свои плоды. Исследования по ЭРД были развернуты под руководством Л.А. Арцимовича очень широким фронтом по всем возможным направлениям, продуманно, интенсивно. Первыми в мире в космос вышли советские импульсные плазменные ЭРД (1964). Затем в СССР были проведены космические испытания ионных (1966) и стационарных плазменных (1972) двигателей. Все они были созданы и разработаны в ИАЭ им. И.В. Курчатова.

В истории создания первых в мире плазменных ЭРД особое место принадлежит Борису Викторовичу Раушенбаху. Академик Б.В. Раушенбах — автор фундаментальных работ по вибрационному горению, управлению космическими аппаратами и их навигации, стабилизации и ориентации, а также — по философии, живописи, иконописи и богословию, истории ракетной техники.

Еще в НИИ-1 в 1959 г. в отделе Б.В. Раушенбаха началась теоретическая проработка проблемы использования ЭРД в системах ориентации и стабилизации космических аппаратов, и была доказана перспективность такого использования в определенных условиях.

В теоретических работах сотрудников отдела были обоснованы и сформулированы требования к первой плазменной системе ориентации, которую можно было испытать в реальных условиях «открытого космического пространства» на космических аппаратах типа «Зонд» и «Марс — Венера», которые планировалось запускать в 1962-1966 гг.

В 1960 г. по инициативе Арцимовича, поддержанной Раушенбахом, была образована межведомственная исследовательская группа из сотрудников его отдела, а также отдела Раушенбаха. В задачу группы входило создание на основе импульсных плазменных ускорителей исполнительных органов системы ориентации долгоживущих космических аппаратов. Выбор ОПИ не был случайным, так как именно Лев Андреевич с сотрудниками С.Ю. Лукьяновым, И.М. Подгорным, С.А. Чуватиным еще в 1956 г. предложил и экспериментально обосновал электродинамический метод ускорения сгустков плазмы.

ПЛАЗМЕННАЯ СИСТЕМА ОРИЕНТАЦИИ (ПСО)

Объединенная исследовательская группа напряженно работала с целью создать плазменные ЭРД, которые могли бы функционировать в космосе в качестве исполнительных органов системы ориентации и стабилизации космических аппаратов (КА).

Электрореактивные двигатели должны быть высоконадежными, простыми по конструкции, легкими, выдавать требуемый импульс реактивной силы при достаточно малом потреблении электрической энергии, стойкими к воздействию факторов космического пространства (низкие температуры, высокий вакуум, ультрафиолетовое излучение Солнца и др ), не создавать радиопомех и не воздействовать плазменной струей на элементы конструкции КА... И так далее.

В течение первых двух лет поисковые исследования шли по четкой схеме: «очередная конструкция модели ЭРД — исследование — анализ результатов — разочарование и крушение надежд». Однако очередное разочарование только увеличивало наше упорство в достижении требуемых параметров ЭРД. Вспоминая события более, чем сорокалетней давности, отчетливо понимаешь, что работа эта, как и все поисковые исследования в науке и технике, развивалась в соответствии со знаменитым афоризмом, рожденным в Древнем Риме: Per aspera ad astra! — Через тернии — к звездам!

В результате интенсивнейших поисков к середине 1962 г. было экспериментально доказано, что наиболее эффективным средством решения поставленной задачи является изобретенный в процессе исследований импульсный плазменный двигатель (ИПД) «эрозионного» типа. В таких ИПД плазма образуется в результате «эрозии» (точнее — абляции) диэдиэлектрика в импульсном разряде большой мощности (импульсная мощность — 10 —200 МВт) длительностью несколько микросекунд. Наиболее подходящим диэлектриком оказался фторопласт-4 (тефлон).

Первые успешные ресурсные испытания эрозионного электромагнитного ИПД (ЭМПД) с тефлоном были проведены в непрерывном режиме с 27 марта по 16 апреля 1962 г. (20 сут.), когда, при средней потребляемой электрической мощности 1 кВт, (импульсно — 200 МВт), была получена электрическая тяга в 1 г! Т. е., при электромагнитном способе ускорения плазмы энергетическая цена тяги составила 1000 Вт/г. Задача создания надежных и простых эрозионных ЭРД в принципе была успешно решена.

Однако для первых применений в космосе С.П. Королеву, Б.Е. Чертоку и Б.В. Раушенбаху требовалось получить большую силу электрической тяги при меньших затратах электрической мощности, а именно, требовалось снизить энергетическую цену тяги в 4 (!) раза, то есть до 250 Вт на 1 грамм тяги.

С новой силой начались поисковые исследования и горячие обсуждения их результатов. В итоге был «придуман» и изготовлен электротермический эрозионный ИПД (ЭТПД), наконец-то удовлетворивший требованиям ОКБ-1. Заметим, что в дальнейшем были изобретены ЭТПД с еще существенно уменьшенной «ценой тяги» — 85 Вт на 1 г тяги по заказу главного конструктора, академика М.О. Решетнева.

Принцип эрозионных ИПД был защищен секретным авторским свидетельством с приоритетом от 4 декабря 1962 г Авторы изобретения — A.M. Андрианов, Л.А. Пец, А.И. Симонов, В.А. Храбров.

ГОНКА СО ВРЕМЕНЕМ

Пожалуй, именно так можно назвать следующий этап работы. Итогом этой «гонки» должна была стать установка на борт космического аппарата реальной, «летной» конструкции плазменной системы ориентации (ПСО).

Невозможно в короткой публикации даже перечислить этапы опытно- конструкторских работ на пути создания бортового штатного образца ПСО. Все было трудно, все делалось впервые, да еще в очень сжатые сроки.

...Сначала все шло гладко. После успешных ресурсных испытаний моделей «летных» вариантов ЭТПД (1 млн. импульсов, тяга — 0,2 г, частота — 1 Гц, среднее энергопотребление от сети - 50 Вт, импульсная мощность — 10 МВт, ток в плазме — 20000 А, расход тефлона на 1 импульс ~ 0,5 мг) Арцимович письменно обратился к Королеву с предложением перейти к совместным опытно-конструкторским работам по созданию летного образца системы ориентации и стабилизации.

Королев дал положительный ответ. В результате была образована межведомственная комиссия из представителей различных министерств, комитетов и ведомств с целью детального ознакомления с состоянием и уровнем проведенных исследований. В марте 1963 г. комиссии были продемонстрированы части системы ориентации: две пары ИПД накрутильном маятнике в барокамере. Комиссия полностью одобрила результаты исследований и рекомендовала форсировать ОКР для использования плазменной системы ориентации космических аппаратов типа «Марс-Венера» и «Зонд».

В проведении дальнейших опытно- конструкторских работ, помимо ИАЭ и ОКБ-1, участвовал воронежский ГОСНИЭТИ (директор — Эвальд Акимович Лодочников), где разработали и изготовили высоковольтные преобразователи и программно-коммутирующие устройства.

Первый запуск космического аппарата с ПСО на борту Королев наметил уже на ноябрь 1963 г. Начались сверхурочные работы во всех трех организациях.

При неимоверной занятости С.П. Королев взял эти работы под личный контроль. В сборочный цех, где монтировались элементы ПСС, несколько раз приходил Сергей Павлович. Однажды он привел с собой министра оборонной промышленности С.А. Зверева, в другой раз — М.В. Келдыша. Он лично показывал и с гордостью рассказывал гостям о том, что «скоро плазма начнет работать в космосе».

Сотрудники Л.А. Арцимовича, ездившие в Подлипки к Б.В. Раушенбаху, видели, какое внимание уделял Борис Викторович работам по созданию ПСС, сколько сил и забот отдал плазме, чтобы «приучить» ее к работе в космосе.

Огромную, неоценимую помощь оказывал и Б.Е. Черток, заместитель

С.П. Королева. Любовь к электричеству и плазме у Бориса Евсеевича давняя, С П. Королев в шутку называл его «электриком».

Установкой на борт космического аппарата плазменных ЭРД руководил В.П. Легостаев, ныне академик РАН, заместитель генерального конструктора РКК «Энергия». В проектном отделе М.К. Тихонравова начальник сектора Б.А Адамович лично сообщил Л А Пецу, что появилась возможность увеличить массу «Зонда-2» на 30 кг, а его коллега, Г.Ю. Максимов (увы, безвременно покинувший нас...), ведущий конструктор ОКБ-1 по АМС, «изыскал» место для установки системы - внизу, на поверхности

марсианского «посадочного отсека».

Экспериментальная плазменная система ориентации АМС «Зонд-2» в качестве исполнительных органов содержала шесть сопел ИПД: две пары — для ориентации и стабилизации по крену, и пару — по тангажу. Полная масса системы — 28,5 кг.

Огромную и разнообразную творческую работу провел на всех этапах разработки и создания ИПД мастер «золотые руки» Борис Петрович Сафронов( 1937-2001).

Нельзя не вспомнить и начальника группы в КБ отдела Л А Арцимовича, Александра Константиновича Терентьева (1913-1970) — автора многих уникальных конструкций, воплотившего в металл идеи физиков- экспериментаторов. Чертежи конструкций первых ИПД в реальном космическом варианте созданы им.

Большую работу проделал начальник электротехнической и радиотехнической лаборатории отдела Л.А. Арцимовича С.М. Нафтулин и его сотрудники.

Итак, гонка на Земле ради будущей плазмы в космосе началась! В мастерских ОПИ ИАЭ «на высшем уровне» изготовили и собрали первые три блока ИПД (по два сопла на один кон денсатор в каждом блоке). После изготовления плазменных двигателей профессор A.M. Андрианов сел за руль своего ЗИМа и лично отвез их в Подлипки.

К сожалению, 11 ноября 1963 г. космический аппарат не вышел на заданную траекторию. Об этом нигде не сообщалось, будто аппарата вообще никогда не было. Как память о том трагическом событии осталась лишь красная крышка, на которой рукой А.И. Симонова нацарапано: «11 /XI—63 г.» — дата гибели космического аппарата с первыми ЭРД.

Работу по подготовке запусков ЭРД надо было продолжать. После первой неудачи С.П. Королев отдал приказ готовить сразу три комплекта!!! Три комплекта ИПД (по шесть двигателей в каждом) были изготовлены к ноябрю 1964 г.

ЗАПУСК «ЗОНДА-2»

Ноябрь 1964 г. Напряженно ждем сообщений радио и газет. Наконец передали сообщение ТАСС: «30 ноября успешно запущен «Зонд-2». Следует подчеркнуть, что С.П. Королев лично руководил пуском. Сразу, после старта, естественно, никто и не планировал включать плазменные двигатели: надо было проверить работоспособность других систем, получить минимум научной информации. Тем более, что у «Зонда-2» в космосе раскрылась только одна «половинка» солнечных батарей, и поэтому энергоснабжение систем было вдвое меньше штатного...

Кроме того, существовало опасение: «А вдруг коварная «женщина- плазма», которая впервые должна начать работать на космическом корабле в далеком космосе, из-за своего иногда непредсказуемого поведения что-то необратимо испортит?» Конечно, возможные воздействия плазмы были детально проанализированы на Земле и было показано, что ничего страшного не произойдет, но все равно опасения оставались.

М.К. Романовский рассказывал: «Все «изделия», устанавливаемые на космических аппаратах, запускаемых с космодрома Байконур, обязаны были принять военные представители («военпреды»), офицеры — сотрудники Министерства общего машиностроения. Так вот, они категорически отказались подписывать паспорта на плазменные двигатели и высоковольтные разъемы. Я им говорил: «В лаборатории ИАЭ сделаны проверки: радиопомех и других вредных воздействий не будет!» Военпреды отвечали: «Лаборатория лабораторией, а космос — это космос! Если помехи и воздействия будут, с нас снимут погоны! Отказываемся подписывать паспорта!».

Надо было что-то придумать, так как без паспортов нельзя было ставить ЭРД на борт космического аппарата. Посоветовался с Л.А. Арцимовичем, решил взять ответственность

на себя, он одобрил. В итоге был издан секретный приказ, в соответствии с которым у меня появилась новая ответственная и, я бы сказал, оригинальная должность: «Главный контролер качества продукции п/я №...» После этого я вместо военпреда подписывал паспорта как главный контролер, а Александр Михайлович Андрианов — как начальник лаборатории-изготовителя. Это был, конечно, ответственный шаг. Но мы были уверены в успешных результатах предстоящих экспериментов в космосе».

14 декабря 1964 г., понедельник. Начался очередной сеанс связи «Зонда-2» с Землей, который был уже на расстоянии 5 370 ООО км от нее. Дается разрешение на включение плазменных двигателей. Штатная система ориентации «Зонда» отключена. В течение всего сеанса длительностью около 70 мин шесть плазменных двигателей ПСС успешно поддерживали ориентацию «Зонда» в пространстве так, чтобы плоскость его солнечных батарей была перпендикулярна направлению солнечных лучей. Плазма начала свою работу в космосе!

19 декабря 1964 г. из сообщения ТАСС мир узнал о рождении нового направления в космической технике — «электрических ракет». Имена Курчатова, Королева, Александрова, Арцимовича, Раушенбаха, Чертока и других участников этого события тогда не афишировались. Но появилась знаменитая статья М.Д. Миллионщикова, который не только по достоинству оценил это событие, но и предсказал важность и незаменимость ЭРД для дальних полетов в будущем.

А в новогоднем номере «Правды» (1 января 1965 г.) опубликована статья «Космические дали» профессора К. Сергеева (как известно, это псевдоним С.П. Королева). Сергей Павлович, с расчетом на очень далекую перспективу, дал высокую оценку первым испытаниям ЭРД в космосе: «Впервые в космической технике для целей ориентации был успешно опробован плазменный движитель, что представляет большой интерес для межпланетных полетов».

Л.А. Арцимович и весь руководимый им коллектив ОПИ с радостью и гордостью восприняли сообщение

ТАСС о начале работы в космосе «электрических ракет», колыбелью которых явились ИАЭ им. И.В. Курчатова и ОКБ-1 С.П. Королева.

В «гости» ко Льву Андреевичу, увидеть первые ЭРД в действии (демонстрационный показ проводился в большой вакуумной камере, где на штанге крутильного маятника были установлены две пары «штатных» образцов ЭРД для ориентации по крену) приходили замечательные люди — ученые, конструкторы, космонавты, — среди которых обязательно необходимо вспомнить профессора МАИ Юрия Ивановича Данилова, председателя Межведомственной комиссии, подписавшего Акт о полной готовности первых в мире ЭРД к летным испытаниям в космическом пространстве. Лев Андреевич показывал гостям также стенды других лабораторий, где разрабатывались и создавались ЭРД других типов — стационарные плазменные двигатели (СПД) и ионные двигатели (ИД), которые в дальнейшем также были испытаны в космосе.

ИПД — ВЧЕРА, СЕГОДНЯ, ЗАВТРА

Именно так назывался доклад на XXIX Академических чтениях по космонавтике (январь 2005 г.).

В Калининграде-областном, на базе ОКБ им. Б.С. Стечкина, было организовано ОКБ «Факел», где были сосредоточены дальнейшие работы по созданию ЭРД различных типов и назначения. Первенцем «Факела» стала плазменная система стабилизации и ориентации (ПССО) для КА типа «Глобус» НПО прикладной механики им. академика М.Ф. Решетнева (ЭРД типа ИПД, но с импульсом реактивной силы, втрое большим, при сохранении потребляемой электрической мощности на уровне 50 Вт).

С 1968 г. ИПД успешно используются в США (начиная с КА LES-6), разрабатываются и в других странах.

ИПД используются в качестве инжекторов мощных импульсных потоков плазмы для активного зондирования ионосферы Земли. В НИИПМЭ МАИ под руководством члена-корреспондента РАН Г.А. Попова и к.т.н. Н.Н. Антропова создана серия летных образцов ИПД, имеющих в своем классе лучшие в мире тяговые характеристики. Их планируется использовать в составе двигательной установки для стабилизации и/или коррекции орбиты универсальной космической платформы «Вулкан». В XXI в. область применения ИПД будет все более возрастать по мере миниатюризации КА.

Читайте также:

Найдена колыбель человечества?
Миф о Куликовом поле (окончание).
История суперкара Lamborghini.
История ружья. Первые магазинные ружья.

Похожие записи:

  1. 15 ЛЕТ АКАДЕМИИ КОСМОНАВТИКИ ОТ «ЛИРИКОВ» К «ФИЗИКАМ».

Написать комментарий

RSS

rss Подпишитесь на RSS для получения обновлений.