Спускаемые аппараты

В этой информационной статье пойдет речь о космических аппаратах или их составных частях, предназначенных для спуска полезной нагрузки с орбиты, а также с межпланетной траектории, и мягкой посадки на поверхность Земли (или другого небесного тела).

Спускаемые аппараты могут являться частью космического аппарата, совершающего полёт на орбите (например, орбитального аппарата или орбитальной станции, от которого он отделяется перед спуском) либо космического аппарата, совершающего межпланетный полёт (например, автоматической межпланетной станции, от перелётного модуля которой он отделяется перед спуском).

Полезной нагрузкой спускаемых аппаратов могут являться люди, подопытные животные, стационарные исследовательские станции, планетоходы и т. д.

Спускаемые аппараты как в полете, так и при приземлении могут быть приняты за НЛО (это относится как к "боевым" вылетам, так и к тренировочным и испытательным полетам). По этой причине в рамках тематики сайта представляет интерес не только приведенное в галерее разнообразие их форм, но и применяемые в их конструкции технологии, в частности – способы уменьшения скорости.

Главная техническая задача мягкой посадки состоит в том, чтобы уменьшить скорость движения аппарата от космической практически до нуля. Эта задача может решаться разными способами, и часто различные подходы применяются для одного и того же аппарата на разных участках спуска.

Первый способ спуска называется "моторная посадка" и осуществляется с помощью ракетного двигателя. Он требует наличия на борту аппарата примерно такого же запаса топлива, как для вывода этого аппарата с поверхности планеты на орбиту. Из-за этого на небесных телах с атмосферой ракетные двигатели используются только на начальной стадии спуска – для перехода с космической орбиты (траектории) на траекторию спуска, до входа в атмосферу, – а также на заключительном этапе, перед самым касанием поверхности, – для гашения остаточной скорости падения. При посадке на поверхность небесного тела, лишённого атмосферы (например, Луны), этот способ используется на всей траектории спуска как единственно возможный.

При быстром движении аппарата в атмосфере возникает сила сопротивления среды, которая также используется для его торможения. Этот способ называется аэродинамическим и особенно эффективен на сверхзвуковых скоростях, поэтому используется для торможения от космических до скоростей порядка сотен метров в секунду. На более низких скоростях используются парашюты, которые в плотной атмосфере гасят скорость аппарата почти до нуля и обеспечивают его мягкую посадку на поверхность планеты.

Возможны разные траектории снижения аппарата при аэродинамическом торможении. Обычно рассматривают два случая: баллистический спуск и планирование.

При баллистическом спуске вектор равнодействующей аэродинамических сил направлен прямо противоположно вектору скорости движения аппарата. Спуск по баллистической траектории не требует управления и потому применялся на первых космических кораблях Восток, Восход и Меркурий.

Альтернативой баллистическому спуску является планирование. Внешний корпус аппарата в этом случае имеет, как правило, коническую форму и закруглённое днище, причём ось конуса составляет некоторый угол (угол атаки) с вектором скорости аппарата, за счёт чего равнодействующая аэродинамических сил имеет составляющую, перпендикулярную к вектору скорости аппарата – подъёмную силу. За счёт работы газовых рулей аппарат поворачивается нужной стороной и начинает взлетать по отношению к набегающему потоку. Благодаря этому аппарат снижается медленнее, траектория его спуска становится более пологой и длинной. Участок торможения растягивается и по длине и во времени, а максимальные перегрузки и интенсивность аэродинамического нагрева могут быть снижены в несколько раз по сравнению с баллистическим торможением, что делает планирующий спуск более безопасным и комфортным для людей. Исторические примеры пилотируемых планирующих капсул включают Восток, Меркурий, Восход, Близнецы и Аполлон. Современные примеры таких капсул – Союз, Шэньчжоу, Орион, Старлайнер и Дракон 2. Примеры новых капсул, которые в настоящее время только разрабатываются, включают Орел и Гаганян.