|
|
Первые искуственные спутники Земли.
Первые советские ИСЗ
К 1953г. ракетная техника в СССР достигла такого уровня развития, когда стало
возможным говорить о создании искусственного спутника Земли (ИСЗ). В декабре 1953г.
при подготовке проекта постановления Совмина по ракете Р-7 предлагалось: «Органи-
зовать в НИИ-88 научно-исследовательский отдел с задачей разработки проблемных
заданий совместно с АН в области полета на высотах порядка 500 и более км, а также
разработки вопросов, связанных с созданием искусственного спутника Земли и изуче-
нием межпланетного пространства». Работы по исследованию возможности создания
таких спутников начались сначала в КБ Тихонравова по заданию Королевского ОКБ-1.
В КБ была создана группа результатом деятельности которо й стал отчет посланный
С.П. Королеву. 26 мая 1954г. Королев обратился к Д.Ф Устинову с докладной запиской
о разработке ИСЗ к которой приложил отчет Тихонравова. Вопросы приоритета были
главным аргументом в течение всего периода развития космонавтики. поэтому и в май-
ской докладной давался подробный обзор состояния работ за рубежом. Позаботились
инициаторы работ по ИСЗ и о том, чтобы сообщить нужную информацию и другим ответ-
ственным лицам, принимавшим решения. В июне 1955г. была написана еще одна доклад-
ная записка в которой обосновывалась необходимость создания ИСЗ и отдела для его
разработки со штатом 30-35 человек. В августе 1955г. Тихонравов подготовил еще
одну докладную записку в правительство. Тема записки: «Основные данные о научном
значении простейшего спутника и предполагаемых затратах». Противники начала работ
по ИСЗ обосновывали свою позицию заботой о сроках разработки ракеты Р-7. Они счи-
тали, что разработка спутника отвлечет внимание от основных работ и предлагали
отложить создание спутника до завершения испытаний ракеты Р-7. И все же 30
января 1956г. Постановление Совмина о работах по ИСЗ было подписано. Предусматри-
валось создание в 1957-1958гг. на базе ракеты Р-7 неориентированного ИСЗ (объект Д)
весом 1000-1400к.г с аппаратурой для научных исследований весом 200-300кг. Уста-
навливался срок первого пробного пуска - 1957г.
Проектные разработки начались в ОКБ Королева раньше выхода этого решения но
работа шла сравнительно медленно. Теперь работа развернулась полным ходом. С 25
февраля 1956г. начали выдаваться технические требования на проектирование спутника.
5 марта принимаются мероприятия по реализации проекта спутника. 14 июня 1956г.
Королевым принято решение о компановке ракеты-носителя для спутника. В то время
уровень знаний о физических условиях в околоземном космическом пространстве был
совершенно недостаточен. Отсутствовали точные данные о плотности атмосферы, струк-
туре ионосферы, условиях прохождения радиосигналов, степени метеоритной опасности.
Отсутствовал опыт по обеспечению теплового режима ИСЗ его ориентации и стабилиза-
ции и т.д. Практическое решение указанных проблем стало содержанием проектирования
первых космических аппаратов (КА). К этому следует добавить вопросы обеспечения
точного выведения КА на заданную орбиту, организации работы командно-измеритель-
ного комплекса. Для получения данных при эксплуатации спутника необходимы 12-15
наземных измерительных станций, размещенных в различных пунктах территории СССР.
Однако стремление осуществить первый пуск спутника как можно быстрее, накладывало
жесткие ограничения на техническую оснащенность эксперимента. Не приходилось рас-
считывать на специально создаваемые пункты наблюдения ограничились средствами,
предназначенными для ракеты Р-7. Приходилось использовать и имеющуюся тяжелую,
энергоемкую систему телеизмерений. Требовалось также обеспечить минимальные дора-
ботки конструкции ракеты Р-7 необходимые для запкска спутника на орбиту высотой
200 км.(обеспечивающей достаточное время существования спутника). На этом этапе
третья дополнительная ступень исключалась полностью.
К июлю 1956г. эскизный проект был готов и определился состав научных задач,
решаемых спутником. Предусматривалось измерение плотности, ионного состава атмос-
феры, корпускулярного излучения Солнца, магнитных полей, изучение космических лу-
чей и т.д. планировалось получение данных, по тепловому режиму спутника, торможе-
нию его в верхних слоях атмосферы и продолжительности обращения на орбите, особен-
ностям движения относительно центра масс, точности определения координат и пара-
метров орбиты, вопросам энергопитания бортового оборудования с использованием сол-
нечных батарей. Поставленные задачи определили конструкцию космического объекта
"Д". На поверхности спутника располагались жалюзи открывающие и закрывающие змее-
вики-радиаторы системы терморегулирования. Кроме того, на поверхности спутника
были установлены солнечные батареи (четыре секции на боковой поверхности, четыре -
на верхнем и одна- на нижнем днище). На спутнике впервые была установлена система
управления бортовым комплексом в релейно-проводном исполнении с автоматическим
электронным программно-временным устройством (АПВУ) и радиорелейной передачей дан-
ных о состоянии систем спутника.
В сентябре 1956г. происходит выделение ОКБ Королева из НИИ-88. В разделе «Цели
и задачи» Положения о деятельности КБ в первых строках указывается направление
создания ИСЗ. 28 сентября 1956г. на научно-техническом совете был одобрен эскизный
проект объекта Д. К концу 1956г. выяснилось, что есть реальная угроза срыва наме-
ченных планов по запуску ИСЗ типа "Д". Кроме трудностей с отработкой научной аппа-
ратуры ниже проектной оказалась мощность двигателей ракеты. Добиться нужных харак-
теристик 309-310 единиц удельной тяги в пустоте можно было не раньше начала 1958г.
Но имеющейся мощности - 304 единицы было достаточно, чтобы вывести на орбиту
спутник весом 80-100кг. Все это Королев изложил в письме Устинову от 7 января
1957г. При этом Королев обращал внимание на то, что первый запуск объекта "Д"
может быть произведен в конце 1957г. Королев предложил разработать простейший
спутник (ПС) весом всего 40-50кг. оборудованный лишь рабиопередатчиком с батареей
и системой терморегулирования. Это позволило бы подготовить и запустить такой
аппарат в кратчайшие сроки. запуск апреле-мае 1957г. Мотивы при этом приводились
самые убедительные: "... В США ведется весьма интенсивная подготовка к запуску
искусственного спутника Земли. Наиболее известен проект под названием "Авангард"
на базе трехступенчатой ракеты... Спутники представляют собой шаровидный контейнер
диаметром 50см. и весом около 10кг." В сентябре 1956г. США сделали попытку запус-
тить трехступенчатую ракету со спутником и несмотря на неудачу готовятся в ближай-
шие месяцы к новым попыткам запуска искусственного спутника Земли.
В связи с новым предложением ОКБ-1 15 февраля 1957г. было принято Постановле-
ние, предусматривающее выведение простейшего неориентированного спутника Земли
(объект "ПС") на орбиту с целью проверки возможности наблюдения за "ПС" на орбите
и приема сигналов, передаваемых с объекта "ПС". Разрешалось выведение двух спутн-
иков с использованием двух ракет Р-7 (8К71) с минимальными доработками. Запуск
спутников разрешался только после одного-двух пусков ракеты Р-7 с положительными
результатами.
Простейший спутник ПС-1 представлял собой герметичный контейнер сферической
формы диаметром 580мм. Его корпус состоял из двух полуоболочек со стыковочными
шпангоутами, соединенных между собой 36 болтами. Герметичность стыка обеспечива-
лась резиновой прокладкой. После сборки контейнер заполнялся осушенным азотом до
давления 1,3 кг/см2. В верхней полуоболочке располагались две антенны, состоящие
из двух штырей каждая (одна имела штыри длиной по 2,4м. другая - по 3,9м.) а также
пружинный механизм, разводящий штыри на угол 35град. от продольной оси контейнера.
Снаружи верхняя полуоболочка была покрыта защитным экраном. Внутри сферы распо-
лагался радиопередатчик. блок электропитания, состоящий из трёх батарей серебряно-
цинковых элементов, дистанционный переключатель, вентилятор системы терморегули-
рования, сдвоенное термореле и контрольные термо- и барореле.
Радиопередатчик мощностью 1Вт. периодически излучал сигналы длительностью 0,4 с
попеременно на волнах 7 и 15м. Длительность сигналов изменялась при повышении
(выше 50град.) или понижении (ниже 0град.) температуры и при падении давления ниже
0,35 кгс/см2 за счёт срабатывания одного из контрольных термо- или барореле. Темпе-
ратура в ПС-1 поддерживалась вентилятором, срабатывающим от сдвоенного термореле
при температуре выше 23град. Источники энергопитания были рассчитаны на беспрерыв-
ную работу в течение двух недель. Общая масса ПС-1 составила 83,6кг. Система
отделения спутника от ракеты обеспечивала сброс головного обтекателя и после разде-
ления самостоятельный полёт ПС-1.
Полностью заправленная РН получившая позднее наименование «Спутник» весившая
272830кг. стартовала 4 октября 1957г. в 22ч.28мин.34сек. по московскому времени
(это был пятый пуск ракеты Р-7). Спутник (и вторая ступень РН) был выведен на
орбиту с наклонением 65град. апогеем 947км. перигеем 228км. и периодом обращения
96мин.10,2сек. Первый спутник просуществовал 92 суток и совершил около 1440 оборо-
тов. 4 января 1958г. он вошел в плотные слои атмосферы и сгорел. РН вследствии
большего размера подвергалась большему торможению и просуществовала как спутник
Земли 58 суток до 2 декабря 1957г.
Запуск первого ИСЗ получил огромный мировой резонанс. Практически вся мировая
пресса говорила об этом событии. 10 октября 1957г. по личной просьбе Н.С.Хрущева
было принято решение о срочной подготовке и запуске нового спутника Земли к 40
-летию Октября. Для исполнение этого решения в срок было предложено использовать
уже готовые агрегаты других изделий. На специальную раму закрепили кабину, в кото-
рой находилось подопытное животное (использовалась на геофизических ракетах), гер-
метичный корпус первого спутника с радиопередатчиком и отдельно прибор для иссле-
дования ультрафиолетового и рентгеновского излучения Солнца - получился спутник
ПС-2. Чертежей для изготовления спутника не было детали зачастую делали по эски-
зам, сборку производили «по месту» с участием конструкторов. Для передачи на
Землю значительно увеличенной информации использовалась доработанная многоканаль-
ная система "Трал", которая устанавливалась на ракете. По предложению руководителя
КБ МЭИ А.Ф.Богомолова эта телеметрическая система после активного участка траекто-
рии с помощью специального программного устройства переключалась на передачу инфор-
мации с систем спутника во время его орбитального полёта. В связи с этим вторая
ступень не отделялась от спутника.
Пуск ракеты Р-7 ПС N М1-2ПС был произведён 3 ноября 1957 г. в 7 час 22 мин по
московскому времени. Спутник совершил 2570 оборотов вокруг Земли и прекратил сущес-
твование 14 апреля 1958г. По орбите ИСЗ впервые совершило полёт живое существо -
собака Лайка.
Параллельно продолжались работы по подготовке к запуску спутника типа «Д» кот-
орый стал третьим по счету ИСЗ. Масса третьего ИСЗ составляла 1327кг. Для запуска
спутника на базе ракеты Р-7 была разработана ракета 8А91 с некоторым форсированием
тяги двигательных установок, в том числе и управляющих двигателей. РН 8А91 имела
стартовую массу 268,6т. (на 5,9 т меньше, чем ракета Р-7) и измененную циклограмму
работы двигателей всех блоков.
Первый пуск РН 8А91 со спутником типа «Д» был произведён 27 апреля 1958г. но
спутник не был выведен на орбиту из-за аварии РН, по причине возникновения продоль-
ных колебаний. 15 мая 1957г. состоялся успешный пуск РН 8А91, третий ИСЗ вышел на
орбиту, близкую к расчётной, и просуществовал до 6 апреля 1960г. т.е. 692 суток
более, чем в два раза превысив расчётное время.
На рисунках изображены искусственные спутники Земли: первый (слева внизу), второй
(слева) и третий (вверху). На схеме третьего ИСЗ цифрами обозначены: 1 — магнито-
метр; 2 — фотоумножитель для регистрации корпускулярного излучения Солнца; 3 —
солнечные батареи; 4 — прибор для регистрации фотонов в космических лучах; 5 —
магнитный и ионизационный манометры; 6 — ионные ловушки; 7 — электростатические
флюксметры; 8 — масс-спектрометрическая трубка; 9 — прибор для регистрации тяже-
лых ядер в космических лучах; 10 — прибор для измерения интенсивности первичного
космического излучения; 11 — датчики для регистрации микрометеоров.
Первые зарубежные ИСЗ
1 февраля 1958г. на орбиту был выведен первый американский ИСЗ «Эксплорер-1»,
а несколько позже самостоятельные запуски ИСЗ произвели и другие страны: 26 ноября
1965г. — Франция (спутник «А-1»), 29 ноября 1967г. — Австралия («ВРЕСАТ-1»), 11
февраля 1970г. — Япония («Осуми»), 24 апреля 1970г. — КНР («Китай-1»), 28 октября
1971г. — Великобритания («Просперо»). Некоторые спутники, изготовленные в Канаде,
Франции, Италии, Великобритании и др. странах, запускались (с 1962г.) с помощью
американских РН.
«Эксплорер-1» (Исследователь) первый американский ИСЗ, запущенный РН «Юнона-1».
Спутник и РН разработаны командой под руководством Вернера фон Брауна. Фон Брауну
по политическим причинам не давали разрешения на запуск первого американского спут-
ника, и запус к «Эксплорера» был санкционирован лишь после аварии РН «Авангард».
Свою роль сыграло и соперничество за первенство в запуске ИСЗ между ведомствами
вооруженных сил США- программа «Авангард» относилась к флоту, программа «Эксплорер»
— к армии. Для запуска была использована трехступенчатая баллистическая ракета
«Юпитер-С» к которой была добавлена четвертая ступень. «Юпитер-С» использовался
для испытания уменьшенных макетов боеголовок. Первой ступенью ракеры являлась
модернизированная баллистическая ракета «Редстоун» (удлинёны бакаи и форсирован
двигатель, вместо этилового спирта использовался гидин представлявший собой смесь
40 % этилового спирта и 60 % гидразина (N2H4) по другим данным— 40 % фурфурилового
спирта и 60% НДМГ). Вторая, третья и четвертая ступени представляли из себя связки
неуправляемых твердотопливных ракет «Сержант» с примерно 20кг. топлива в каждой.
11 ракет составляли вторую ступень, 3 — третью, и четвёртая ступень состояла из
одной ракеты. Поскольку ракета «Сержант» не имела системы управления то для обес-
печения возможности сохранения заданного положения продольной оси РН во время
работы двигателей вся связка твердотопливных ракет перед стартом раскручивалась
электромотором. Для чего двигатели второй и третьей ступени были смонтированы в
двух вставленных друг в друга цилиндрах, а четвёртая устанавливалась сверху.
От 4-й ступени спутник не отделялся. Поэтому в различных источниках приводятся
массы спутника, как с учётом пустой массы последней ступени, так и без неё. Без
учёта этой ступени масса спутника была ровно в 10 раз меньше массы первого совет-
ского ИСЗ — 8,3кг, из них масса аппаратуры 4,5кг. Тем не менее, в состав её вхо-
дили счётчик Гейгера и датчик метеорных частиц. Спутник «Эксплорер-1» прекратил
радиопередачи 28 февраля 1958г. находился на орбите до марта 1970г.
Ракета, запустившая спутник, была «задним числом» названа «Юнона-1».
ИСЗ « Авангард-1» запущен в США 17 марта 1958г. одноименным РН. Спутник имел
массу 1,5 кг. Планировалось, что «Авангард» полетит ещё в 1957г. но авария РН при
попытке запуска нарушила эти планы. Зато достаточно высокая орбита обеспечила ему
гораздо более долгую жизнь. Он и сейчас находится на орбите, спустя более 50 лет
после запуска. Это самый старый искусственный объект, находящийся в околоземном
космическом пространстве.
РН «Авангард» была специально разработана для запуска ИСЗ. Она весила всего
10т. На первой ступени использовались керосин и жидкий кислород, на второй — азот-
ная кислота и НДМГ. Кроме того, ракета заправлялась жидким пропаном (использовался
для работы двигателя второй ступени и для ориентации) и концентрированной пере-
кисью водорода (для турбонасоса подачи топлива первой ступени). Такое многообразие
было следствием стремления сократить финансовые и временные затраты для чего было
максимально использовано уже имевшееся «железо» геофизических ракет «Викинг» и
«Аэроби». Ракета вышла не очень надёжной, менее половины пусков были удачными.
Наверх
|
