Лунтик. Начало.
Ответ на пост «Вот тут возникли вопросы»
Те, кто видел фильм “Гравитация” наверняка обратили внимание на реактивный ранец, который по сюжету использовал персонаж Джорджа Клуни. Стоит отметить, что установки, специально сконструированные для перемещения космонавтов в открытом космосе существовали и в реальной жизни - хотя конечно их летные характеристики были совсем не такими фантастическими, как в кино.
Первые модели
Самым первым и примитивным устройством созданным для перемещения в космосе являлся “реактивный пистолет” HHMU (Hand-Helded Maneuvering Unit), стрелявший сжатым кислородом, что позволяло в случае необходимости корректировать траекторию астронавта. Этот пистолет испытывался во время полета корабля “Джемини-4” Эдвардом Уайтом.
Следующей моделью был AMU (Astronaut Maneuvering Unit), который уже представлял собой настоящий реактивный ранец. Топливом для него служила жидкая 90-процентная перекись водорода, масса устройства составляла 75 килограммов - из них 20 приходилось на системы жизнеобеспечения, а 11 на топливо. При этом, планируемая скорость AMU составляла рекордные для таких устройств 76 м/с. При выведении на орбиту AMU крепилось снаружи на приборно-агрегатном отсеке корабля. Работа астронавта в открытом космосе выглядела так: одетый в скафандр, он выходил из гермокабины, с помощью поручней переходил к устройству и надевал его как ранец. После этого можно было отделяться от корабля и маневрировать. Движение обеспечивали 16 небольших ракетных двигателей.
Испытания системы состоялись в июне 1966 года во время полета корабля «Джемини-9А» и окончились провалом. Астронавт Юджин Сернан с большим трудом добрался до установки, оседлал ее и вдруг обнаружил, что. ничего не видит. Переход через открытый космос не прошел даром — астронавт очень устал, пот застилал ему глаза и конденсировался на стекле гермошлема. Понятное дело, что возможности снять шлем и протереть стекло не было. Вдобавок оказалось, что Сернан не может манипулировать джойстиком управления AMU — рука не дотягивалась, а когда все же дотянулась, то астронавт сломал рукоятку. Одновременно ухудшилась связь с напарником Томасом Стаффордом, оставшимся в кабине "Джемини". Сернану ничего не оставалось делать, как отсоединиться от AMU и возвратиться в корабль. Больше система не испытывалась.
В то же время в Советском союзе было создано УПМК (“устройство перемещения и маневрирования космонавта”), которое разрабатывалось вначале для кораблей "Восход", а затем, в 1965-1966 годах, по программе военных орбитальных станций "Алмаз".
Установка в форме подковы как бы обнимала космонавта в скафандре. Перемещение обеспечивалось двумя блоками — разгонным и тормозным, каждый из 42 пороховых двигателей. Срабатывание одного двигателя разгоняло космонавта на 20 сантиметров в секунду. Максимальное ускорение при запуске всех двигателей одновременно составляло 32 метра в секунду. Испытаний в космосе УПМК тоже не проводилось.
Существовала также ASMU (Automatically Stabilized Maneuvering Unit), которая испытывалась в космосе внутри космической станции. Дело в том, что орбитальная станция “Скайлэб”, созданная на базе третьей ступени ракеты "Сатурн-5" имела такой большой внутренний объем, что это позволила астронавтам испытывать реактивный ранец внутри огромного цилиндра. Испытаний в открытом космосе ASMU не проводилось из соображений безопасности.
Первым (и пока что последним) устройством, действительно позволившим астронавтам перемещаться по космосу без страховки стал MMU (Manned Maneuvering Unit). Он представлял собой 150 килограммовую установку с 24 микродвигателями. В качестве топлива использовалось два шестикилограммовых баллона со сжатым азотом, а мощность двигателей позволяла разгонять “пилота” до 24 метров в секунду.
Всего было построено два работающих экземпляра MMU. Они использовались в трех полетах шаттлов (STS-41-B, STS-41-С и STS-51-A) в 1984 году. Во время миссии STS-41-B, астронавт Брюс Маккэндлесс протестировал MMU, удалившись от шаттла на максимальное расстояние 97.5 метра, таким образом став первым в истории человеком-спутником.
В миссии STS-41-С, MMU использовалась астронавтами в попытке подцепить спутник "SMM", который затем предстояло отремонтировать прямо на орбите. Спутник действительно отремонтировали - правда из-за его начавшегося вращения, астронавту с MMU не удалось зацепить его - и в конечном счете спутник каким-то чудом удалось схватить с помощью руки-манипулятора шаттла.
И наконец, в миссии STS-51-A с помощью MMU астронавтам удалось “схватить” спутники "Palapa B2" м "Westar 6", которые затем были загружены в отсек шаттла и доставлены на Землю, что стало первым в истории случаем подобного забора груза с орбиты.
После этого MMU ни разу не использовался – во-первых, ручной ремонт спутников оказался слишком дорогостоящей забавой, во-вторых после катастрофы "Челленджера", NASA изменило стандарты безопасности – использование установок было сочтено слишком рискованным и в 1994 году их навсегда отправили на склад. Сейчас оба аппарата выставлены в музеях. Таким образом, те четверо астронавтов, что использовали MMU в 1984 году, пока что являются единственными в истории людьми, находившимися в открытом космосе без страховочного фала.
В СССР тоже был создан аналог MMU, известный как 21КС (СПК). Он был создан для работы совместно со скафандром “Орлан ДМА” на станциях типа “Мир” и кораблях “Буран”. Основу конструкции составлял массивный ранец, на котором размещались все системы. Сжатый воздух хранился в двух 20-литровых баллонах под давлением 350 атмосфер и выпускался через 32 сопла, обеспечивая ускорение до 30 м/с. При штатной эксплуатации СПК должно было работать без привязи, удаляясь на расстояние до 60 метров от орбитальной станции и до 100 метров от корабля “Буран”.
Пульты управления с тумблерами и рукоятками располагались на двух консолях — под обеими руками космонавта. По словами космонавта Александра Сереброва, из-за того, что “руки у космонавта жестко прикреплены к рукояткам, то он толком не мог ничего поделать с грузом, а значит, для транспортировки СПК использовать невозможно. ” - так что в этом плане советский аппарат уступал MMU, который позволял астронавту использовать руки во время внекорабельной деятельности.
Первые летные испытания 21КС провели в феврале 1990 года космонавты Александр Серебров и Александр Викторенко на станции “Мир”. Они выходили в открытый космос из модуля “Квант-2” и удалялись от станции на 35-45 метров, но при этом использовали страховочную лебедку. Больше испытаний 21КС не проводилась, сама установка все последующие годы находилась на станции "Мир" и после ее сведения с орбиты сгорела вместе с ней в атмосфере.
Современные системы
Несмотря на отказ от громоздких ранцевых систем, у нынешних астронавтов и космонавтов все же есть своего рода системы экстренного спасения на случай обрыва троса. Американская называется SAFER (Simplified Aid for EVA Rescue): она весит 38 килограмм и позволяет ускорять астронавта до скорости 3 м/с. Российский аналог называется УСК (устройство спасения космонавтов) и позволяет обеспечивать стабилизацию космонавта по трем осям с точностью 5 градусов, и разумеется использовать его двигатели для перемещения в космосе в случае какого-то ЧП.
Впрочем, за всю историю освоения космоса экстренной ситуации, которая бы потребовали использования данной спасательной системы, еще ни разу не возникало. И будем надеяться, что не возникнет.
Луна, первая четверть
Снято 10.03.2022 г. в прямом фокусе телескопа Sky Watcher BK P150/750 EQ-3-2. Камера: Canon 550d.
Европа отменяет совместные полеты на Луну с Россией
Россия продолжит исследование Луны без своих европейских партнеров.
Планы России по сотрудничеству на Луне — еще одна космическая причина продолжающейся атаки страны на Украину.
В заявлении от 13 апреля Европейское космическое агентство (ЕКА) объявило о прекращении совместной деятельности с Россией в отношении предстоящих миссий «Луна-25», «26» и «27». Агентство написало, что «российская агрессия против Украины и введенные в связи с этим санкции представляют собой фундаментальное изменение обстоятельств и делают невозможным осуществление ЕКА запланированного лунного сотрудничества».
на фото: сотрудник российской аэрокосмической компании НПО имени Лавочкина у спускаемого аппарата "Луна-25".
Робот-попрыгун в состоянии преодолевать полкилометра за прыжок. Его можно использовать как транспортное средство для исследования Луны
По наблюдениям, робот, который может прыгать в 100 раз больше своего собственного роста, может перепрыгнуть через сложную среду на Луне и наблюдать каменистую поверхность быстрее, чем колесный марсоход.
Хоукс говорит, что максимальная высота прыжка животных ограничена работой, которую их мышцы могут произвести за один гребок. Но в новом роботе используется крошечный двигатель для натяжения пружин за множество оборотов. Он прыгает только тогда, когда накопил большое количество энергии.
Робот весит всего 30 грамм и использует систему шестерен для медленного сжатия пружин, несмотря на то, что у него небольшой двигатель . Затем эта энергия быстро высвобождается, чтобы запустить робота в небо. Как только он приземляется на бок, он может выпрямиться, снова натянув пружину, и подготовиться к следующему прыжку.
Хоукс говорит, что тот же робот на Луне сможет достигать высоты 125 метров и преодолевать около полукилометра за прыжок, что делает его идеальной исследовательской машиной. «Луна — действительно идеальное место для прыжков», — говорит он. «Гравитация составляет одну шестую от земной, а воздуха практически нет». Он говорит, что на Земле около 25 процентов потенциальной высоты прыжка теряется из-за сопротивления воздуха.
«[Робот] мог запрыгнуть на край недоступной скалы или прыгнуть на дно кратера, взять образцы и вернуться к колесному вездеходу», — говорит Хоукс.
Исследование и использование лавовых туннелей в перспективных лунных миссиях (Часть 1)
Б.И. Крючков, И.Н. Куликов, Б.В. Бурдин
Докт. техн. наук Б.И. Крючков; канд. воен. наук, доцент И.Н. Куликов; канд. техн. наук, с.н.с. Б.В. Бурдин (ФГБУ «НИИ ЦПК имени Ю.А. Гагарина»)
В настоящей статье представлены подходы к исследованию и использованию человеком таких уникальных природных образований, которыми являются лунные лавовые туннели. Важнейшей прикладной технологией, предлагаемой к применению на этапах проектирования, строительства и эксплуатации лунных баз является лазерное сканирование. Возможности современных лидарных систем позволяют получать пространственные данные об объектах и образованиях на поверхности других планет с высокой точностью и оперативностью. Рассмотрены вопросы практического применения подвижных и стационарных сканирующих лазерных систем при
исследовании лунных лавовых туннелей.
Актуальными событиями, характеризующими современный этап развития крупных космических держав, являются непосредственная подготовка к проведению полетов по освоению Луны, Марса и других космических тел, в том числе, малых планет Солнечной системы, а также изучение их поверхности автоматическими аппаратами, включая планетоходы, с целью организации активной напланетной деятельности человека.
Подтверждением этому являются успешное функционирование марсоходов Curiosity и Perseverance (Национальное управления по аэронавтике и исследованию космического пространства – NASA), Zhurong / Tianwen-1 (Китайская аэрокосмическая научно-техническая корпорация), лунные проекты Китая – Chang’e, США – VIPER (Volatiles Investigating Polar Exploration Rover) в составе программы Artemis, Индии – Chandrayaan, а также отечественные – «Луна – 25; 26; 27; 28; 29 и 30» в составе лунной программы Российской Федерации.
Основные способы исследований и организации деятельности на Луне
Как показывает общий анализ обозначенных выше национальных исследовательских программ Луны, основными этапами освоения других планет являются:
1) проведение напланетных исследований с помощью низкоорбитальных космических станций и автоматических планетоходов (универсальных и специализированных);
2) выполнение беспилотных миссий транспортных космических кораблей на орбиту осваиваемой планеты;
3) проведение пилотируемых миссий для создания долговременных орбитальных космических станций;
4) посадка космонавтов на поверхность планеты с использованием лунного взлетно посадочного комплекса (ЛВПК) и проведение подготовительной деятельности по ее освоению;
5) строительство и эксплуатация стационарных лунных баз в интересах проведения регулярных научных исследований и освоения ресурсов планеты.
Вариант дорожной карты обеспечения реализации лунной программы РФ.
Наименее исследованными и более сложными объективно являются этапы деятельности, связанной с участием в ней человека и непосредственным проведением работ на поверхности других планет.
Прежде всего, эти периоды характеризуются специфическими условиями пребывания на планете (радиационная опасность, аномальные температуры, гравитация и пр.) и ограниченными возможностями человеческого организма. Другим важным фактором является необходимость организации именно долговременной деятельности человека, что определяется созданием и оборудованием мест труда и отдыха космонавтов. А это, в свою очередь, требует проведения большого комплекса работ, связанных с инженерными изысканиями, проектированием и строительством первых лунных (марсианских) баз, а также отработкой технологии их развития и эффективной эксплуатации.
В настоящее время разработаны следующие основные методы организации лунных баз:
I. Применение в качестве узловых элементов базы посадочных (орбитальных) космических модулей.
II. Строительство (монтаж) напланетной базы на основе доставляемых на поверхность Луны специальных легкосборных конструкций, предварительно разработанных и изготовленных на ее орбите или на Земле.
III. Сооружение лунной базы с использованием строительных материалов добываемых (производимых) непосредственно на поверхности планеты.
IV. Использование в части главных или вспомогательных конструктивных элементов базы естественных укрытий, образованных на поверхности исследуемой планеты в ходе вулканических, тектонических, атмосферно-гидрологических и иных видов воздействий, включая метеоритные (пещер, лавовых труб, разломов, каньонов, колодцев, каверн, ударных воронок и др.).
I. Организация лунной деятельности на базе посадочного модуля
II. Сооружения из легкосборных конструкций на основе углеволокна
III. Устройство конструкций базы из искусственных реголитовых блоков
Оценивая практическую реализуемость представленных выше методов организации напланетных баз, необходимо указать следующее:
а) развертывание системы базирования на основе посадочных космических модулей является наиболее простым и малозатратным, однако обладает низкими показателями эффективности в связи с объективно ограниченным потенциалом космических станций по объемам рабочей площади, запасу ресурсов, энергетическим возможностям и общей функциональности; показатели оперативности и мобильности при реализации метода I наиболее высокие (станция может начинать работу сразу после посадки, существует возможность изменения ее исходного местоположения);
б) реализация методов II и III потребует доставки на поверхность других планет большого количества специальных материалов, строительных машин и механизмов, а также участия значительного количества профильных специалистов. Это, в свою очередь, вызовет необходимость использования многоразовых полетов большегрузных транспортных космических кораблей, что является очень затратным и повлечет серьезное усложнение организации работ, а также необходимость применения, помимо человека, роботизированной техники различного типа; показатели оперативности и мобильности при реализации данных методов строительства стационарной базы наиболее низкие (время начала работы базы обусловлено доставкой и использованием большого объема материалов и разновидовых ресурсов), мобильность для метода II – минимальная, а для метода III – отсутствует;
в) использование в качестве основных элементов базы естественных
укрытий на поверхности Луны оценочно является наименее затратным и высокооперативным, однако потребует осуществления определенного комплекса предварительных изыскательских работ, проводимых, в том числе, с помощью автоматических роботизированных поисково-инженерных систем и (или) непосредственно космонавтами.
Что такое «лавовые туннели», их характеристики и применимость для размещения обитаемых модулей лунных баз.
Последние два десятилетия применения космических исследовательских аппаратов на орбитах планет Солнечной системы ознаменованы открытием под их поверхностью большого числа уникальных геологических образований, каковыми являются лавовые туннели и пещеры. В настоящее время подповерхностные пустоты идентифицированы на Луне и Марсе, а также подтверждены на Венере, Фобосе, Эросе, Гаспре, Иде, Энцеладе и Европе.
Лaвoвaя тpубa Skуlight нa Mapce. Для cpaвнeния pядoм Boeing 747. Фoтo: NASA
В общем случае, на сегодняшний день открыто, описано и удаленно исследуются более сотни различных геологических пустот, имеющих выход на поверхности различных планет Солнечной системы и обладающих потенциальной возможностью непосредственного проведения в них предварительных геодезических, геологических, экологических и других видов специальных инженерных изысканий.
Наиболее актуальная информация о Луне доставляется с помощью космического аппарата Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) – автоматической межпланетной станции, ведущей непрерывный мониторинг поверхности данной планеты с 2009 года.
Фото характерного геологического провала на поверхности Луны (автоматическая межпланетная станция NASA Lunar Reconnaissance Orbiter).
С большой вероятностью предполагается, что это может быть входом в протяженную систему туннелей, существующих под поверхностью Луны, и речь идет о так называемых «лавовых трубках», которые в большом количестве изучаются и исследуются и на Земле. Изучением данного «провала» сейчас занимаются эксперты Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства США. Как отметили там, его диаметр составляет около 100 м.
Характеристика процесса образования лавовых труб
Как показывают исследования на Земле, лавовые трубки могут достигать 14–15 метров в ширину и находиться на глубине от 1 до 15 метров под поверхностью. При этом, общая длина участков лавовых трубок может быть очень большой и иногда достигает километра.
Лавовая труба Манджанггул – остров Чеджу, Южная Корея. (Gary Cycles)
Лавовая труба в Национальном заповеднике Мохаве в округе Сан-Бернандиньо, Калифорния, США. (Chazz Layne)
Учитывая, что протяженность лавовых трубок измеряется от десятков до сотен метров и более, а толщина покрывающего слоя может достигать 10 м, внутренние пространства этих лавовых трубок могут стать естественным укрытием от проникающей радиации, экстремальных температур и метеоритных ударов, а также значительно упростить систему поддержания климата. Так на поверхности естественного спутника Земли температура регулярно изменяется от −150 °C до +100 °C, а на Марсе перепад температур может составлять около 70 °C и более. В это время в лавовых трубках Луны уже в паре метров от ее поверхности круглосуточно и круглогодично царит температура в 30 градусов ниже нуля по Цельсию. По данным ряда ученых, среда в лавовой полости лишена пыли. Это также поможет решить одну из серьезнейших проблем освоения Луны.
Еще одним важным фактором является вероятное нахождение в лунных лавовых туннелях большого количества отложений в виде водяного и углекислого льда, либо породы, содержащей указанные вещества в большой концентрации. А это значит, что люди, пребывающие в указанных условиях, могут быть обеспечены водой и полезным минеральным сырьем, которое вероятно использовать для получения метана. Таким образом, и воду, и ракетное топливо, и окислитель можно будет получать на Луне в местах относительно безопасных для длительного нахождения человека.
Важным отрицательным фактором постоянного проживания в лавовых туннелях является недостаточное количество естественного освещения (солнечного света). Этот фактор представляет существенную проблему и при проведении инженерного обследования указанных геологических объектов в условиях планетарной ночи.
Фрагмент статьи из журнала Пилотируемые полеты в космос № 4(41)/2021 - 1(42)/2022