Войти
Аполлон 17 командный модуль разбрызгивается в Тихий океан.
возвращаемая капсула "Союз ТМА" после приземления, 2005 год A возвращаемая капсула - часть космической капсулы , которая возвращается на Землю после космического полета. Форма частично определяется аэродинамикой ; Капсула является аэродинамически устойчивой, сначала падающий тупой конец, что позволяет только тупому концу требовать теплозащитного экрана для входа в атмосферу. Его форму также сравнивают с формой фары старого автомобиля. Пилотируемая капсула содержит приборную панель космического корабля, ограниченное пространство для хранения и сиденья для членов экипажа. Поскольку форма капсулы имеет небольшую аэродинамическую подъемную силу, окончательный спуск осуществляется с помощью парашюта с остановкой на суше, в море или путем активного захвата самолетом. Напротив, разработка возвращаемых аппаратов космопланов пытается обеспечить более гибкий профиль входа.
Изображение командного модуля Apollo, летящего с тупым концом теплозащитного экрана на ненулевом уровне угол атаки для создания подъемного входа и контроля места приземления Возвращаемые капсулы обычно были меньше 5 метров (16 футов) в диаметре из-за аэродинамических требований ракеты-носителя. Конструкция капсулы является как объемно эффективной, так и конструктивно прочной, поэтому обычно можно сконструировать небольшие капсулы с характеристиками, сопоставимыми с конструкциями подъемного корпуса или космического самолета, во всех случаях, кроме отношения подъемной силы к лобовому сопротивлению. за меньшую стоимость. Примером может служить космический корабль Союз. В большинстве капсул для повторного входа использовался абляционный теплозащитный экран , и они не подлежали повторному использованию. Многоцелевой корабль экипажа «Орион», по-видимому, по состоянию на декабрь 2005 года, вероятно, будет использовать десятикратную многоразовую капсулу со сменным теплозащитным экраном. Нет никаких ограничений, за исключением отсутствия инженерного опыта, для использования высокотемпературной керамической плитки или сверхвысокотемпературных керамических листов на возвратных капсулах.
Материалы для капсулы разработаны по-разному, например, командный модуль Apollo алюминий сотовая структура. Алюминий очень легкий, а структура придает капсуле дополнительную прочность. Ранний космический аппарат имел покрытие из стекла, залитого синтетической смолой, и подвергался воздействию очень высоких температур. Углеродное волокно, армированный пластик и керамика - новые материалы, которые постоянно совершенствуются для использования в космических исследованиях.
В большинстве капсул для повторного входа использовался абляционный тепловой экран для повторного входа, и они не подлежали повторному использованию. Ранний космический аппарат имел покрытие из стекла, залитого синтетической смолой, и подвергался воздействию очень высоких температур.
Возвращаемые капсулы хорошо подходят для повторных входов с высокой энергией. Капсулы повторно входят в кормовой конец первыми, когда пассажиры лежат, так как это оптимальное положение для человеческого тела, чтобы противостоять перегрузкам, возникающим при столкновении капсулы с атмосферой. Округлая форма (тупой корпус) капсулы образует ударную волну, которая удерживает большую часть тепла от теплозащитного экрана, но все же необходима система тепловой защиты . Космическая капсула должна быть достаточно прочной, чтобы противостоять силам входа в атмосферу, таким как сопротивление, и должна повторно входить под точным углом атаки, чтобы предотвратить отскок от поверхности атмосферы или разрушительно высокие ускорения.
Когда возвращаемая капсула проходит через атмосферу, капсула сжимает воздух перед собой, который нагревается до очень высоких температур. Температура поверхности капсулы может достигать 1480 ° C (2700 ° F), когда она спускается через атмосферу Земли. Чтобы это тепло не достигло внутренних структур, капсулы обычно снабжены абляционным теплозащитным экраном, который плавится, а затем испаряется, удаляя тепло.
Командный модуль Apollo повторно вошел со смещением центра масс относительно центральной линии; это заставляло капсулу принимать угловое положение в воздухе, обеспечивая подъемную силу, которую можно было использовать для управления направлением. Система управления реакцией. Двигатели были использованы для управления капсулой посредством вращения вектора подъемной силы.
Парашюты используются для окончательного спуска, иногда их дополняют тормозящие ракеты, если капсула предназначена для приземления на поверхность Земли. Примеры капсул для наземной посадки: Восток, Восход, Союз, Шэньчжоу и Boeing CST-100 Starliner. Другие капсулы, такие как Меркурий, Близнецы, Аполлон, Орион и Дракон, плещутся в океане.
Капсулы хорошо подходят для повторных входов при высокой температуре и динамической нагрузке. Принимая во внимание, что дельтапланы, такие как космический шаттл, могут возвращаться с низкой околоземной орбиты, а подъемные тела могут входить даже с Луны, редко можно найти конструкции возвращаемых кораблей с Марса, которые не являются капсулами. Нынешняя конструкция РКК Энергия для Клипер, способного летать на Марс, является исключением.
Инженеры, строящие возвращаемую капсулу, должны учитывать такие силы, как гравитация и сопротивление. Капсула должна быть достаточно прочной, чтобы быстро замедляться, выдерживать очень высокие или низкие температуры и выдерживать посадку. Когда капсула приближается к поверхности планеты или луны, она должна замедляться с очень высокой скоростью. Если он замедлится слишком быстро, все в капсуле будет раздавлено. Если он не замедлится достаточно быстро, он рухнет на поверхность и будет уничтожен. Существуют дополнительные требования для входа в атмосферу. Если угол атаки слишком мал, капсула может ускользнуть от поверхности атмосферы. Если угол атаки слишком крутой, силы замедления могут быть слишком высокими или теплота втекания может превышать допуски теплового экрана.
Капсулы возвращаются сначала в кормовой части, когда пассажиры лежат, поскольку это оптимальное положение для человеческого тела, чтобы выдержать замедляющую перегрузку. Задний конец имеет закругленную форму (тупое тело), так как это формирует ударную волну, которая не касается капсулы, и тепло отводится, а не плавит автомобиль.
Командный модуль Apollo снова вошел со смещением центра масс от центральной линии; это заставляло капсулу принимать угловое положение в воздухе, обеспечивая подъем вбок, который использовался для управления направлением. Вращательные двигатели использовались для управления капсулой в автоматическом или ручном режиме путем изменения вектора подъемной силы.
На более низких высотах и скоростях парашюты используются для замедления капсулы за счет увеличения сопротивления.
Капсулы также должны выдерживать удар, когда они достигают поверхности Земли. Все капсулы с экипажем из США (Mercury, Gemini, Apollo) приземлятся на воду; Советские / российские «Союз» и китайский Шэньчжоу (а также планируемые США, Россия, Индия) с подвесными капсулами используют небольшие ракеты для приземления на землю. В условиях более легкой гравитации Марса подушек безопасности было достаточно для безопасной посадки некоторых роботизированных миссий.
Две самые большие внешние силы, которые испытывает возвращаемая капсула, - это гравитация и сопротивление.
Перетаскивание - это сопротивление капсулы. к нему движется через воздух. Воздух представляет собой смесь различных молекул, включая азот, кислород и диоксид углерода. Все, что падает через воздух, ударяется об эти молекулы и поэтому замедляется. Величина сопротивления капсуле зависит от многих факторов, включая плотность воздуха, а также форму, массу, диаметр и шероховатость капсулы. Скорость космического корабля сильно зависит от совместного действия двух сил - силы тяжести, которая может ускорить ракету, и сопротивления, которое замедляет ее. Капсулы, попадающие в атмосферу Земли, будут значительно замедлены из-за большой толщины нашей атмосферы.
Когда капсула проходит через атмосферу, она сжимает воздух перед собой, который нагревается до очень высоких температур (вопреки распространенному мнению, трение несущественно).
Хороший пример - падающая звезда. Падающая звезда, которая обычно крошечная, выделяет столько тепла, проходящего через атмосферу, что воздух вокруг метеорита становится раскаленным добела. Поэтому, когда проходит огромный объект, такой как капсула, выделяется еще больше тепла.
Когда капсула замедляется, сжатие молекул воздуха, ударяющихся о поверхность капсулы, создает много тепла. Температура поверхности капсулы может достигать 1480 ° C (2700 F) при спуске через атмосферу Земли. Все это тепло нужно отвести. Возвратные капсулы обычно покрыты материалом, который плавится, а затем испаряется («абляция»). Это может показаться контрпродуктивным, но испарение отнимает тепло от капсулы. Это предотвращает попадание возвращаемого тепла внутрь капсулы. Капсулы подвергаются более интенсивному нагреву, чем космические самолеты, и керамика, используемая на космических кораблях, обычно менее пригодна, и все капсулы использовали абляцию.
На практике капсулы действительно создают значительную и полезную подъемную силу. Этот подъемник используется для управления траекторией капсулы, позволяя снизить перегрузку экипажа, а также уменьшить пиковую передачу тепла в капсулу. Чем дольше автомобиль находится на большой высоте, тем тоньше воздух и тем меньше отводится тепла. Например, Apollo CM имел отношение подъемной силы к лобовому сопротивлению около 0,35. В отсутствие подъемной силы капсула Аполлона подверглась бы торможению около 20g (8g для космических аппаратов на низкой околоземной орбите), но с использованием подъемной силы траектория сохранялась на уровне около 4g.
Возвращаемая капсула является «средним» модулем трехкомпонентного космического корабля Союз или Шэньчжоу - орбитальный модуль расположен спереди. космического корабля, с прикрепленным к задней части служебным или аппаратным модулем. Функция в системе посадки позволяет использовать один парашют и «тормозную ракету », таким образом, теплозащитный экран сбрасывается с космического корабля аналогично развертыванию посадочной сумки на космическом корабле US Mercury.. Как и командный модуль космического корабля Аполлон, возвращаемая капсула Шэньчжоу не имеет многоразовых возможностей; каждый космический корабль запускается один раз, а затем «выбрасывается» (обычно отправляется в музеи).
Немногое известно о возвращаемой капсуле в Шэньчжоу, за исключением того, что в ней используются некоторые технологии проекта "Союз ТМ". На новом космическом корабле Союз ТМА, который теперь используется исключительно для полетов Международной космической станции, были модифицированы кушетки, чтобы позволить летать более высоким членам экипажа, а также применена технология «стеклянной кабины », аналогичная той, что была найдена. на Space Shuttle и более новых коммерческих и военных самолетах.
В бывшем Советском Союзе произошло две катастрофы и одна близкая к катастрофе, все три были связаны с капсулой во время спуска с орбиты и входа в атмосферу. Союз 1 закончился катастрофой, когда парашюты не раскрылись, и капсула врезалась в землю на скорости более 300 миль в час (483 км / ч), убив космонавта Владимира Комарова. "Союз 5 " чуть не закончился катастрофой, когда спускаемый аппарат первым вошел в носовую часть атмосферы, что связано с отказом служебного модуля, аналогичным тому, что было в полете Восток 1. К счастью, служебный модуль сгорел, и капсула восстановилась.
«Союз-11» потерпел катастрофу в 1971 году, когда уравнительный клапан, использовавшийся для выравнивания давления воздуха во время финального спуска «Союза», преждевременно открылся в космическом вакууме, в результате чего погибли три члена экипажа, на которых не было одежды скафандры. Последующие полеты с Союза 12 на Союз 40 выполнялись с экипажем из двух человек, так как третье сиденье пришлось снимать для органов управления скафандром. В варианте "Союз-Т " восстановлено третье кресло.
Модуль возврата «Восток» 
Капсула McDonnell Mercury Капсула McDonnell Gemini Восход модули входа Командный модуль Apollo 
Модуль повторного входа «Союз» Входная капсула VA TKS Возвращаемая капсула с образцом звездной пыли 
Атмосферный демонстратор входа 
Модуль повторного входа в Шэньчжоу 
Эксперимент по восстановлению космической капсулы SpaceX Dragon 
Возвращаемая капсула Хаябуса Orion MPCV Boeing CST-100 Орбитальный аппарат ISRO IXV (подъемное тело)