книги из ГПНТБ / Балахонцев Б.Г. Сближение в космосе

не могла повредить скафандр, случайно попав на него. Рабочая смесь хранится в бачке, который крепится к ру­ коятке, или в ранце на спине космонавта. Опорожнен­ ный бачок может быть заменен новым. Космонавт дер­ жит устройство в руке и с помощью специальной ру­ коятки включает любое из трех сопел. Аналогичные устройства HHMU были разработаны фирмой «Rocket Research» по программе «Gemini», однако в качестве ра­

на корпусе КК, а его подача к устройству осуществля­ лась по шлангу длиной 15 м.

Примером устройства ножного типа являются реак­ тивные сопла, смонтированные в подошвах ботинок кос­ монавта. На каждый ботинок под углом 30° к плоскости подошвы устанавливается сопло тягой 1 кгс и переклю­ чатель, который срабатывает при сгибании пальцев ноги.

Для стабилизации и управления положением космо­ навта при работе в открытом космосе может использо­ ваться система, разработанная фирмой «General Dyna­ mics». Масса ее 6,3 кг, она состоит из четырех двух­ степенных гироскопов, установленных на подошвах баш­ маков космонавта.

Устройства ранцевого и контейнерного типа предна­ значаются для перемещения космонавта на значительно большие расстояния от КА. К ним относится автоном­ ная ранцевая установка AMU массой 76 кг (рис. 6.2), состоящая из нагрудного и заплечного ранцев, в кото­ рых наряду с элементами системы жизнеобеспечения размещаются баллоны с перекисью водорода, гироско­ пическая система управления, телеметрическая и радио­ техническая аппаратура. В ней используются 12 реак­ тивных управляющих сопел, работающих на продуктах разложения перекиси водорода. Бак с перекисью во­ дорода, а также баллон с кислородом для дыхания снаб­ жены датчиками расхода, связанными со световыми и

210

звуковыми сигнальными устройствами, которые преду­

осей тангажа, рыскания и крена. Управление AMU мо­ жет осуществляться как самим космонавтом, так и по командной линии с КА.

Более совершенным устройством ранцевого типа яв­ ляется маневрирующий аппарат DMU (рис. 6.3), разра­ батываемый фирмой «Bell Aerosystems». Масса аппара­ та 86 кг, он снабжен 16 двигателями, работающими на продуктах разложения гидразина. Запас топлива обес­ печивает суммарный импульс 1800 кгс-с, а ускорения, сообщаемые космонавту, составляют 0,3—0,6 м/с2 .

Предполагается, что аппарат может быть использо­ ван для выполнения 50 различных задач, в том числе

211

таких, как сборка на орбите крупногабаритных кон­ струкций, развертывание антенн в космосе, обслужива­ ние КА, опознавание неизвестных космических объек­ тов, перемещение космонавта и грузов, спасение космо­ навтов и др. Электропитание установки обеспечивается серебряно-цинковыми батареями.

управления аппарат дистанционно управляется космонав­ том, находящимся на КА, через телевизионную или ра­ диолокационную систему. Система управления аппарата будет осуществлять стабилизацию скорости и стабили­ зацию пространственного положения для обеспечения

вым КА и устройством перемещения наведение для обес­

Для получения данных о дальности между аппаратами и скорости ее изменения применяются радиолокаторы с дальностью действия от 3 до 27 км.

Система передачи команд и данных содержит приемо­ передатчик с частотной или кодово-импульсной модуля­ цией. Эта система в пилотируемом режиме может рабо­ тать совместно с двусторонней радиотелефонной и био­

Поскольку одной из наиболее важных операций в от­ крытом космосе является проведение спасательных ра­ бот, рассматриваются три различных способа использо­ вания установки для спасения космонавтов.

Если один из космонавтов во время выхода в кос­ мос оказался слишком далеко от КА, второй, оставаясь на КА, может выслать ему дистанционно управляемую

212

дистанционное управление и возвратить установку на КА.

При возникновении каких-либо технических неис­ правностей во время работы в открытом космосе кос­ монавт, оставшийся на базовом КА, может выслать пер­ вому космонавту установку с оборудованием для ремон­ та или запасными частями.

Устройство M M U фирмы «LTV Aerospace» обеспечи­ вает выход космонавта из КК «Apollo» и свободное ма­ неврирование в открытом космосе. M M U состоит из двух отдельных блоков, закрепленных на спине и на груди космонавта. В нагрудном блоке располагается система жизнеобеспечения. Во втором блоке находятся силовая установка, автомат стабилизации, кислородный баллон, система связи и телеметрическая система, система упра­ вления и источники питания. Силовая установка полно­ стью дублирована, состоит из двух одинаковых систем и включает 12 сопел, обеспечивающих движение космо­ навта в любом направлении. В качестве топлива ис­

управления соплами и обеспечивает устойчивое положе­ ние космонавта в пределах ±2°. На стабилизацию рас­ ходуется не более 5% суммарного импульса. При пере­ движении обеспечивается ускорение 1 м/с2 . Допустимая

Более сложными пилотируемыми аппаратами, пред­ назначенными для проведения различных операций на орбите, являются платформно-рамные устройства. Фир­ мой «LTV Aerospace» разработано два проекта таких устройств: MWP и ST.

Устройство MWP (рис. 6.4) представляет собой плат­ форму, оборудованную двигательной установкой, балло­ ном с кислородом, никель-кадмиевыми батареями, пуль­ том управления, тремя дистанционно управляемыми за­ хватами в средней части и одним захватом в задней части. Захваты позволяют закреплять устройство в нуж­ ном положении относительно обслуживаемого объекта.

213

Кислород в скафандрах космонавта поступает но трубо­ проводу, размещенному в фале, из баллона, располо­ женного на устройстве. Фал достаточно длинный и поз-

Рис. G.4. Макет M W P

воляет космонавту удаляться от платформы, используя,

оси. В кабине создается искусственная атмосфера, состоящая из 70% кисло­ рода и 30% азота. Космонавт имеет автономную систему

214

жизнеобеспечения, что позволяет ему выходить в откры­ тый космос. Аппарат ST, как и MWP, снабжен радио­ локатором, обеспечивающим сближение с обслуживае­

«Saturn» с КК «Apollo». Аппарат ST может доставлять­ ся на орбиту внутри пе­ реходника.

пультом управления, системами наведения, жизнеобес­

Космонавт, использующий описанные выше устрой­ ства перемещения, может рассматриваться как механи­ ческая система, состоящая из одного жесткого тела. По­ добная система будет испытывать возмущающие момен­ ты, так как вектор тяги в общем случае не проходит через центр масс системы. Поэтому для стабилизации углового положения космонавта в пространстве аппа-

215

Рис. 6.7. Схема устройства для перемещения в откры­ том космосе с шарнирным соединением сиденья кос­ монавта и двигательной установки:

216

раты имеют двигательную установку, обеспечивающую управление по тангажу, рысканию и вращению, и доста­ точно сложную систему управления. В связи с этим специалистами фирмы «Marguart» предложено устрой­ ство, которое, как полагают, не будет иметь указанного недостатка.

Принципиальное отличие этого устройства (рис. 6.7) от других состоит в том, что космонавт и двигательная

Рис. 6.8. Этапы управления движением устройства для передвижения космонавта в открытом космосе:

а — по тангажу; б — по крену; в — по рысканию

установка связываются между собой шарнирно. Такое соединение обеспечивает перемещение космонавта отно­ сительно двигательной установки по тангажу, рысканию и крену (рис. 6.8). Эти перемещения космонавт осуще­ ствляет вручную с помощью рукояток. Для управления двигательной установкой служит рычаг.

217

При номинальном положении центр масс системы совпадает с центром шарнира, с помощью которого кос­ монавт и двигательная установка соединяются в единую систему. При возникновении момента тяги, создаваемой соплами относительно центра масс системы, происходит угловое перемещение тел, которое приводит к умень­ шению вращательного момента для полной стабилиза­ ции системы. В таком устройстве отпадает необходи­ мость управления ориентацией вектора тяги относитель­ но центра масс устройства, а следовательно, необходи­ мость достаточно сложной системы стабилизации угло­ вого положения космонавта.

Выход космонавта в открытый космос ставит перед исследователями ряд важных вопросов. К таким вопро­ сам относятся закономерности движения космонавта от­ носительно КА после его отделения и условия его воз­ вращения на борт КА. Основным требованием при вы­

ванием. Такое исследование позволит оценить также возможные аварийные ситуации, которые могут возник­

Земли. Сопротивлением атмосферы и влиянием других возмущающих сил будем пренебрегать ввиду их мало­ сти по сравнению с силой притяжения Земли.

Проведем анализ движения космонавта относительно КА, полагая, что связь между ними отсутствует, а ско­ рость отделения мала по сравнению со скоростью дви­ жения КА [44].

218

Уравнения движения в орбитальной системе коорди­ нат Oxyz приведены в § 2.4, а их решения имеют сле­ дующий вид:

* = (*O + 2 - ^ ) - 2 - £ C O S C Ü * + I

+ 2 ( ^ - - 3j-o) s i n œ f -

- ( 3 y 0 - ^ - ) c o s <

рость космонавта относительно КА в любой момент вре­ мени как функцию начальных значений его координат х0,

до приложения импульса) его координаты и скорость относительно КА равнялись нулю.

В общем случае космонавт может оттолкнуться в лю­ бом направлении. Вектор скорости отталкивания можно представить как векторную сумму составляющих векто­ ра скорости в проекциях на оси орбитальной системы координат Oxyz. Зная траектории движения, возникаю­ щие в результате воздействия каждой составляющей скорости, можно получить представление о характере результирующей траектории космонавта. Проанализи-

219