Выпуск Космоновостей № 14 / Радиационный пояс Земли - наша защита и преграда для космических путешествий

В сегодняшнем выпуске – рассказ о пусках с Байконура и Куры, о радиационных поясах Земли и немного о новом ракетном двигателе. 

Выпуск Космоновостей № 14 

ГРУЗОВОЙ КОРАБЛЬ «ПРОГРЕСС МС-08» ПРИСТЫКОВАЛСЯ К МКС 

15.02.2018

Транспортный грузовой корабль (ТГК) «Прогресс МС-08» 15 февраля 2018 года в 13:38 мск успешно пристыковался к Международной космической станции (МКС). Стыковка корабля осуществлена к стыковочному узлу российского служебного модуля «Звезда».

Сближение транспортного корабля с МКС проходило по двухсуточной схеме. Стыковка выполнялась в автоматическом режиме под контролем специалистов Главной оперативной группы управления полётом российского сегмента МКС в Центре управления полётами (ЦУП) и российских космонавтов Александра МИСУРКИНА и Антона ШКАПЛЕРОВА.

Пуск ракеты-носителя «Союз-2.1а» с транспортным грузовым кораблем (ТГК) «Прогресс МС-08» состоялся 13 февраля 2018 года в 11:13:33 мск с космодрома БАЙКОНУР. Напомню – старт был отложен из-за дважды прошедшей «ошибки». Рекомендую посмотреть старт по ссылке https://www.roscosmos.ru/203/ и сравнить его с нашумевшим стартом Falcon Heavy https://www.youtube.com/watch?...

ТГК «Прогресс МС-08» доставил на Международную космическую станцию около двух с половиной тонн различных грузов, в числе которых топливо, воздух, оборудование для поддержания станции в рабочем состоянии, посылки и средства для обеспечения жизнедеятельности членов экипажа.

ПОДГОТОВКА РАКЕТЫ-НОСИТЕЛЯ «СОЮЗ-СТ-Б» НА КОСМОДРОМЕ ВО ФРАНЦУЗСКОЙ ГВИАНЕ

16.02.2018

16 февраля 2018 года специалисты предприятий РОСКОСМОСА в Гвианском космическом центре (Куру, Французская Гвиана) приступили к автономным испытаниям системы управления ракеты-носителя «Союз-СТ-Б» в рамках пусковой кампании по выводу на орбиту Земли четырех европейских телекоммуникационных космических аппаратов O3b. Днем ранее были проведены автономные испытания систем измерений ракеты-носителя и установлена на борт аппаратура европейского комплекта обеспечения безопасности в полете. Также продолжается заправка разгонного блока «Фрегат-МТ» компонентами ракетного топлива и подготовка стартового комплекса к приему ракеты-носителя и космической головной части. Пуск ракеты-носителя «Союз-СТ-Б» с космодрома Куру по согласованию с заказчиком запланирован на 6 марта 2018 года.

Спутники O3b предназначены для создания новой европейской среднеорбитальной космической системы связи. Аппараты призваны обеспечить связью и высокоскоростным доступом в интернет жителей удаленных и развивающихся регионов, где нельзя проложить оптоволоконные кабели, — в общей сложности аудиторию около 3 миллиардов человек.

Ракеты-носители «Союз-СТ-Б» участвовали уже в трех пусковых кампаниях с Гвианского космического центра с полезной нагрузкой в виде спутников O3b – в июне 2013 года, в июле и декабре 2014 года. Российские средства выведения доставляли на расчетные орбиты по четыре космических аппаратов за каждую пусковую кампанию.

Гвианский космический центр - европейский космодром, расположенный вблизи города Куру во Французской Гвиане (департамент Франции в Южной Америке). Его расположение около экватора обеспечивает 15% преимущество по полезной нагрузке по сравнению с запусками в восточном направлении с американского космодрома на мысе Канаверал и 40% - при запусках с космодрома БАЙКОНУР. С начала 70-х годов прошлого века ГКЦ используется для запусков КА ракетами-носителями семейства «Ариан». Космодром используется в интересах совместных европейских космических программ.

P. S. Хочу отметить, что в моем альма-матер МАИ уже много лет существует кафедра, готовящая специалистов для осуществления запусков наших РН за рубежом.

РОСКОСМОС. ИНФОРМАЦИОННОЕ СООБЩЕНИЕ

16.02.2018 

16 февраля 2018 г. Самарским районным судом г. Самары удовлетворено ходатайство следователя о временном (на 2 месяца) отстранении от должности на период предварительного следствия генерального директора АО «РКЦ «Прогресс» Александра КИРИЛИНА.

В связи с этим вопрос об образовании временного единоличного исполнительного органа вынесен на внеочередное заочное заседание совета директоров АО РКЦ «Прогресс». Кандидатом на временное исполнение обязанностей генерального директора предполагается Равиль АХМЕТОВ, в настоящее время занимающий должность первого заместителя генерального директора - генерального конструктора.

На основании распоряжений генерального директора Госкорпорации «РОСКОСМОС» в мае – августе 2016 г. комиссия РОСКОСМОСА провела служебную проверку отдельных вопросов финансово-хозяйственной деятельности АО «РКЦ «Прогресс» по исполнению договора 2012 года на поставку и монтаж гидравлического пресса и договора на реконструкцию одного из корпусов предприятия.

Материалы проверки были направлены в УФСБ России по Самарской области, и на их основании в 2016 году было возбуждено два уголовных дела по признакам состава преступления, предусмотренного ч. 1 ст. 201 УК РФ (злоупотребление полномочиями) и ч. 1. ст. 285 УК РФ (злоупотребление должностными полномочиями) в отношении руководящих сотрудников АО «РКЦ «Прогресс» – главного инженера и руководителя управления финансов и ВЭД.

В ходе расследования этих уголовных дел были получены дополнительные данные, на основании которых 13 февраля 2018 г. в отношении Генерального директора АО «РКЦ «Прогресс» было возбуждено уголовное дело по признакам состава преступления, предусмотренного ч. 1 ст. 201 УК РФ (злоупотребление полномочиями).

РОСКОСМОС и АО «РКЦ «Прогресс» продолжают оказывать необходимое содействие следственным органам.

P.S. Как раз на "Прогрессе" делают РН "Союз".

Детонационный ЖРД – очень кратко

Поскольку новостей на сегодня не очень много, позвольте рассказать в двух словах и промелькнувшей важной новости: в СМИ заговорили об удачных испытаниях макета детонационного ракетного двигателя.

Научно-производственное объединение «Энергомаш» провело испытания модельной камеры жидкостного детонационного ракетного двигателя, тяга которого составила две тонны. Об этом в интервью «Российской газете» заявил главный конструктор «Энергомаша» Петр Левочкин. По его словам, эта модель работала на керосине и газообразном кислороде.

Из интервью П. С. Левочкина, главного конструктора НПО «Энергомаш» (интервью с генеральным директором И. Арбузовым мы читали в статье  https://cont.ws/@proctotanya/8... ): 

«Классический процесс горения - дозвуковой. Детонационный (взрывной) - сверхзвуковой. Быстрота протекания реакции в малом объеме приводит к огромному тепловыделению - оно в несколько тысяч раз выше, чем при дозвуковом горении, реализованному в классических ракетных двигателях при одной и той же массе горящего топлива. А для нас, двигателистов, это означает, что при значительно меньших габаритах детонационного двигателя и при малой массе топлива можно получить ту же тягу, что и в огромных современных жидкостных ракетных двигателях».

Вот, собственно, и весь секрет. Как просто! Тем более, что идея эта была подана еще в 1940 г. советским академиком Зельдовичем. И с тех пор над этой идеей трудились ученые многих стран. Самое сложное - сделать волну детонации управляемой. Насколько я могу судить, только сейчас технология и электроника позволили сделать это реальностью. 

В обычном реактивном двигателе применяется энергия, выделяемая при сжигании смеси при постоянном давлении и неизменном пламенном фронте. Газовая смесь из топлива и окислителя при горении резко повышает температуру и продукты горения, вырывающиеся из сопла как столб пламени, создают реактивную тягу. И чем выше давление в камере сгорания, тем выше КПД двигателя. В статье нашего коллеги, расположенной по ссылке https://cont.ws/@armagedon2020... очень подробно расписано, какие выгоды получает РН с двигателем данного типа.

Детонационные двигатели сегодня делятся на два основных типа: импульсные и ротационные. Последние еще называют спиновыми.

В импульсных двигателях происходят короткие взрывы по мере сгорания небольших порций топливо-воздушной смеси.

В ротационных же горение смеси происходит постоянно без остановки.

В таких силовых установках используется кольцевая камера сгорания, в которой топливная смесь подается последовательно через радиально расположенные клапаны. В таких силовых установках детонация не затухает — детонационная волна «обегает» кольцевую камеру сгорания, топливная смесь за ней успевает обновиться. Ротационный двигатель впервые начали изучать в СССР в 1950-х годах.

Детонационные двигатели способны работать в широком пределе скоростей полета — от нуля до пяти чисел Маха (0-6,2 тысячи километров в час). Такие силовые установки могут выдавать большую мощность, потребляя топлива меньше, чем обычные реактивные двигатели. При этом конструкция детонационных двигателей относительно проста: в них отсутствует компрессор и многие движущиеся части.

П. Левочкин рассказывает в интервью о том, что совершенствование существующего ЖРД подошло к концу – все уже выжато.

«Если говорить об энергетических и термодинамических параметрах двигателей, то можно сказать, что наши, как, впрочем, и лучшие зарубежные химические ракетные двигатели на сегодняшний день достигли определенного совершенства. Например, полнота сгорания топлива достигает 98,5 процента. То есть практически вся химическая энергия топлива в двигателе преобразуется в тепловую энергию истекающей струи газа из сопла.

Увеличение давления и расхода топлива в камере сгорания, естественно, увеличит тягу двигателя. Но это потребует увеличение толщины стенок камеры и насосов. В результате сложность конструкции и ее масса возрастают, энергетический выигрыш оказывается не таким уж и большим. Овчинка выделки стоить не будет».

На испытаниях в Химках на «Энергомаше» в 2016 г. был зафиксирован установившийся режим непрерывной спиновой детонации — 8 тысяч оборотов в секунду на смеси «кислород — керосин». При этом детонационные волны уравновешивали волны вибрации, а теплозащитные покрытия выдержали высокие температуры.

Но не стоит обольщаться, ведь это лишь двигатель-демонстратор, проработавший весьма непродолжительное время и о характеристиках его ещё пока ничего не сказано. Но основное в том, что доказана возможность создания детонационного горения и создан полноразмерный спиновой двигатель именно в России, что останется в истории науки навсегда.

На вопрос корреспондента «Что будет дальше?» П. С. Левочкин ответил:

«Это сложный вопрос. Мы только приоткрыли дверь в область детонационного горения. Еще очень много неизученного осталось за скобками нашего исследования. Сегодня совместно с РКК "Энергия" мы пытаемся определить, как может в перспективе выглядеть двигатель в целом с детонационной камерой применительно к разгонным блокам».

Давайте поговорим о радиационных поясах Земли. 

Это довольно важно для оценки опасностей, подстерегающих нас в полете на иные небесные тела.

Радиационный пояс Земли (РПЗ, пояс Ван-Аллена) – это область ближайшего околоземного космического пространства в виде кольца, окружающего Землю, в которой сосредоточены огромные потоки протонов и электронов, захваченных дипольным магнитным полем Земли. РПЗ был открыт американскими и советскими учеными в 1957-1958 годах.

Что же такое РПЗ? Качественно это можно объяснить следующим образом. Дипольное магнитное поле Земли - это набор вложенных друг в друга магнитных оболочек. Его структура напоминает луковицу или кочан капусты. Магнитную оболочку можно определить как замкнутую поверхность, сотканную из магнитных силовых линий. Чем ближе оболочка к центру диполя, тем больше напряженность магнитного поля и импульс, необходимый заряженной частице, чтобы проникнуть извне к этой оболочке.

То есть, с одной стороны, магнитное поле Земли задерживает радиацию и не дает ей оказывать губительное воздействие на биосферу Земли, а с другой - удерживает заряженные частицы в поясе вокруг Земли и создает преграду для полетов в космосе.

Орбиту Международной космической станции несколько раз поднимали, и сейчас ее высота составляет более 400 км. Это делалось для того, чтобы увести летающую лабораторию от плотных слоев атмосферы, где молекулы газов еще довольно заметно тормозят полет и станция теряет высоту. Чтобы не корректировать орбиту слишком часто, хорошо бы поднять станцию еще выше, но делать этого нельзя. Примерно в 500 км от Земли начинается нижний (протонный) радиационный пояс. Длительный полет внутри любого из радиационных поясов (а их два) будет гибельным для экипажей.

Тем не менее нельзя сказать, что на высоте, на которой сейчас летает МКС, проблемы радиационной безопасности нет. Во‑первых, в районе Южной Атлантики существует так называемая Бразильская магнитная аномалия. Здесь магнитное поле Земли как бы провисает, а с ним ближе к поверхности оказывается нижний радиационный пояс. И МКС его все-таки касается, пролетая в этом районе.

Во-вторых, человеку в космосе угрожает галактическое излучение — несущийся со всех направлений и с огромной скоростью поток заряженных частиц, порожденных взрывами сверхновых или деятельностью пульсаров, квазаров и других аномальных звездных тел. Часть этих частиц задерживается магнитным полем Земли (что является одним из факторов формирования радиационных поясов), другая часть теряет энергию в столкновении с молекулами газов в атмосфере. Что-то долетает и до поверхности Земли, так что небольшой радиоактивный фон присутствует на нашей планете абсолютно везде.

«Можно привести интересное сопоставление, — говорит заведующий отделом радиационной безопасности космонавтов Института медико-биологических проблем РАН, кандидат физико-математических наук Вячеслав Шуршаков. — Допустимой ежегодной дозой для сотрудника АЭС считаются 20 мЗв — в 20 раз больше, чем получает обычный человек. Для специалистов по ликвидации аварий, этих особым образом подготовленных людей, максимальная годовая доза составляет 200 мЗв. Это уже в 200 раз больше по сравнению с обычной дозой и… практически столько же, сколько получает космонавт, проработавший год на МКС».

В настоящее время медициной установлена максимальная предельная доза, которую в течение жизни человеку превышать нельзя во избежание серьезных проблем со здоровьем. Это 1000 мЗв, или 1 Зв. Таким образом, даже работник АЭС с его нормативами может спокойно трудиться лет пятьдесят, ни о чем не беспокоясь. Космонавт же исчерпает свой лимит всего за пять лет. Но, даже налетав четыре года и набрав свои законные 800 мЗв, он уже вряд ли будет допущен в новый полет годичной продолжительности, потому что появится угроза превышения лимита.

В момент солнечной активности и выброса протонов за короткое время космонавт на МКС может получить дополнительно до 30 мЗв. Предсказать момент выброса пока не удается.

Кроме того, радиационные проблемы у экипажей, отправляющихся на Марс, начнутся еще у Земли. Корабль массой 100 или более придется долго разгонять по околоземной орбите, и часть этой траектории пройдет внутри радиационных поясов. Это уже не часы, а дни и недели. Дальше — выход за пределы магнитосферы и галактическое излучение в его первозданной форме, много тяжелых заряженных частиц, воздействие которых под «зонтиком» магнитного поля Земли ощущается мало.

Я поискала статьи на тему воздействия РПЗ на астронавтов, летавших на Луну. Единственное, что нашла - это что американцы на прямые вопросы не отвечали, а на вопрос "Как вам удалось избежать сильной дозы радиации?" отвечали, что "Проскакивали в промежутки между вспышками на Солнце". 

Именно поэтому мы и не заявляем, что готовы лететь на Марс – пока не появится хорошая защита и иной двигатель, позволяющий летать в разы быстрее, на Марс могут лететь только роботы. На Луну наши роботы – «Луноходы» - уже летали. Об этом достижении нашей космонавтики – в следующей статье. 

А в конце статьи предлагаю посмотреть клип группы "Зодиак" "В свете Сатурна".

И - ставший традиционным бонус - почтовая марка, посвященная северному сиянию. 

В статье использованы материалы сайтов 

https://zen.yandex.ru/media/id...

https://sdelanounas.ru/blogs/9...

http://engine.space/press/pres... 

http://www.astronet.ru/db/msg/...

https://www.popmech.ru/technol...

https://www.roscosmos.ru/