苏联的登月之路②——为绕月而生的联盟飞船

军心安营扎寨 2024-05-30 06:18:04

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联盟组合体飞船,准备飞往月球

东方号绕月方案

东方 3KA飞船想象图

在月球1号、2号和3号成功的完成了首先触及月球的任务之后,科罗廖夫领导的OKB-1的全部注意力转向了载人航天飞行。 1959 年,第一艘载人飞船的设计加快了步伐,他们的最终成果是“东方号”(Восток),人类第一个载人飞船。@nordland 今日头条 原创首发

东方 3KA飞船模型

但这并不意味着这月球计划被搁置,月球探索计划仍然在科罗廖夫的任务中排名第二。1958 年 7 月 5 日发布的计划《外层空间发展中最有前途的项目》中设计师们已经在探索实现载人登月任务的方式。

东方1号想象图

1959年,科罗廖夫询问过吉洪拉沃夫和他的9号部门使用当时成熟的 R-7 火箭通过多次发射太空交会对接完成更多的任务,特别是在计划中的 N-1 或 称为Nositel(“航母”)1 的重型火箭完成开发之前,即可实现一些月球任务。

东方1号结构图

9号部门最初的设计是以准备进行首次载人飞行的飞船东方号为核心的轨道组合体。称为“机动载人卫星”。通过多次发射不同的模块,飞船在地球轨道组合成为一个月球任务综合体。组合完成后,将点火进入月球转移轨道,这个计划被称为“东方 Zh”( Vostok Zh) 计划,也称为东方7号。组合飞船将绕月球飞行,但并不进入月轨道或着陆,在沿着转移轨道绕到远端摆动后直接飞回地球。

东方 Zh 载人绕月飞船

东方 Zh 只停留在概念性研究阶段。因为东方号作为绕月飞船的核心存在几个问题,首先,东方号是单人飞船,而月球任务至少需要两名机组人员,一名是飞行员,另一名是导航员兼观察员。

其次,东方号的球形返回舱只能沿陡峭地弹道返回地球大气层。从月球返回的速度为11公里/秒远超过地球轨道返回的速度为7公里/秒,这将给保护机舱免受高温影响带来艰巨的挑战。不仅如此,月球-地球轨道模式还会将月球返回舱的载入点带到赤道附近,这对美国人来说不是问题,因为依托航母编队他们更喜欢海上溅落,但对苏联人来说却是问题,因为苏联广袤的国土远离赤道。

东方1号结构,由于返回舱着陆缓冲部分还没有开发好,加加林是通过弹射座椅落地的

苏联牛人和返回舱

再入

为了寻找这些问题的解决方案,吉洪拉沃夫与OKB-1的一位刚刚崭露头角的工程师康斯坦丁·彼得罗维奇·费奥克蒂斯托夫(Константин Петрович Феоктистов)合作。费奥克蒂斯托夫是一个不得了的苏联人。他于1926年出生于沃罗涅日,儿童时期就是一个神童,到战争爆发时,他已经掌握了高等数学、物理和齐奥尔科夫斯基公式。当德国人入侵时,16岁 的费奥克蒂斯托夫参加了 游击队担任侦察员,但他被德军俘虏并被立即处决,纳粹军官的子弹直接穿过他的下巴和脖子擦过他的大脑,但他没死,稍后苏醒爬回了苏军阵地。 费奥克蒂斯托夫最终从重伤中康复,于1943年进入鲍曼技术学院,获得了学位,并于1950年代进入了米哈伊尔·吉洪拉沃夫的设计系。

康斯坦丁·彼得罗维奇·费奥克蒂斯托夫 苏联英雄、航天物理学家、宇航员和火箭专家

费奥克蒂斯托夫后来获得了物理学博士学位,他还作为任务专家搭乘上升1号飞船进入太空,成为了第一名平民宇航员。再后来成为设计了礼炮和和平号空间站的空间设计局的负责人。费奥克蒂斯托夫和吉洪拉沃夫建议将东方号的球形返回舱改为底部扁平的钟型,或者叫“橡果型”。

联盟飞船的钟型返回舱,这一设计保留至今

再入弹道剖面示意图

吉洪拉沃夫计算出,以11公里/秒的速度再入大气层时,机舱可以向下倾斜隔热罩,用它来产生升力并像鹅卵石掠过水面一样跳过大气层,反弹回太空并再次返回地球,但速度大大降低。这不仅会减少机组人员的过载,而且会使太空舱从赤道飞出,掠过大气层到达更北的苏联领土。 返回地球需要相当高的精度,尽管再入剖面是一条长达7000公里的走廊,但它有望以±50公里的着陆精度安全落在苏联领土上。

联盟 MS飞船,仍然保留了联盟飞船的传统结构

为月球而生的联盟

联盟号月球综合体(7K-9K-11K)

这些想法随后Y.P.科利亚科的3号部门(OKB-1)继续开发,科罗廖夫本人在1962年晚些时候直接领导了项目。科罗廖夫对东方号宇宙飞船的继任者已经有了概念,是一艘比东方号更大的宇宙飞船,有两个舱室,能够在轨道上机动并搭载三名机组人员。他将自己的想法与吉洪拉沃夫早期的轨道组装概念联系起来,并于 1962 年 3 月 10 日批准了题为“人造卫星轨道(联盟号)空间飞行器组装复合体”的蓝图,简称联盟号复合体。这描述了一种名为7K的多载人航天器,它将在轨道上与三个称为9K和11K的推进模块堆叠连接,这些推进模块可以将载人航天器绕月飞行。1962 年 4 月 16 日,政府批准了进一步发展。1962 年 12 月 24 日,第二套蓝图获得批准,称为 7K9K11K 联盟号复合体。该复合体是东方 Zh 设计的直系后代。

联盟号月球综合体(7K-9K-11K)

在新的一年里,联盟号综合体的设计工作仍在继续。 1963 年 5 月 10 日,科罗廖夫批准了一个最终版本,称为地球卫星轨道上的飞行器组装。这个复合体包括一个火箭模块,该火箭块是“干式”发射的(没有燃料),是最大的单个单元。它包含自动交会和对接设备,并被标记为联盟B,

7k模块即联盟A

一艘装有液体燃料的太空加油模块,称为联盟V,以及一种新的载人航天器,称为联盟,A。这是科罗廖夫、吉洪拉沃夫和费奥克蒂斯托夫开发的系统。 联盟A号是新一代宇宙飞船,长7.7米,直径2.3米,质量5800公斤。至少在当时可以说是激进的。

9K模块,即联盟B

联盟A底部是一个带有燃料、雷达和火箭发动机的设备部分。最重要的是一个钟形的返回舱,可容纳三名船员,最重要的是一个大而长的圆柱形轨道模块。这提供了额外的机舱空间以及实验和研究的空间。联盟号综合体的工作一直持续到1964年,并在诺金斯克建造了一个模拟器,用于在地球轨道交会中训练宇航员。

11K模块,即联盟V

与东方 Zh一样,联盟复合体可以让宇航员在不着陆或入轨道的情况下绕月飞行。然而,联盟号足够大,可以搭载两个甚至三个人;有一个用于观察和实验的独立舱,还有钟型返回舱可以倾斜其隔热罩,从而使跳跃返回地球。预期的首次飞行定于1964年进行,环月任务为1965-6年。如果苏联能够坚定地坚持这种设计,那么很可能在1967年10月革命50周年之前使用这种技术完成绕月飞行

联盟号月球综合体(7K-9K-11K)

联盟 7K-9K-11K组合体

联盟飞船的月球飞行的流程是:

7K-9K-11K单元

在第1天,重达5,700公斤的联盟B火箭模块将被发射到226公里,65°的轨道上。将对它进行测试,看看它的制导和机动装置是否正常工作。

第2天,三艘6,100公斤的联盟5号加油机中的第一艘将发射升空。由于燃料具有挥发性,因此必须非常迅速地进行轨道转移。火箭块将是“主动”航天器,通常在第一轨道上进行交会和对接机动。然后,燃料将在管道中转移。

经过三次加油机连接后,将发射一艘联盟A载人飞船。它将与火箭模块对接,火箭模块使用其新转移的燃料点火,进入月球转移轨道。

变轨中的9K-7K组合体

联盟AB(7K-9K)组合体,这是绕月飞行的部分

联盟A将配备电影摄像机和科学传感器,以记录飞越月球表面,飞越月球表面距离月球表面1,000至20,000公里。总飞行时间为 7 至 8 天。

联盟号月球综合体(7K-9K-11K)

在再入阶段,返回舱SA将在120至150公里的高度与联盟A分离,并以11公里/秒的速度重新进入地球大气层。在减速到亚音速后,SA的降落伞将在10-18公里的高度打开。

7K飞船 联盟A

7K飞船 联盟A

科罗廖夫非常清楚,这种规模的项目的资金只能来自国防部。因此,他的项目草案提出了对7K的两项额外修改:联盟-P太空拦截器和联盟-R指挥侦察航天器。联盟号项目草案于1963年3月20日提交给专家委员会。然而,只有联盟号的侦察和拦截器应用得到军方的支持。由于其他工作的压力,决定OKB-1将只专注于7K航天器的开发,而9K和11K航天器的开发将移交给其他设计局。军事项目Soyuz-P和Soyuz-R被“分包”给位于萨马拉的OKB-1 Filial number 3。

联盟组合体,这个图有个误区,11K在完成加油后就丢弃了,不会出现三舱对接

1963 年 12 月 3 日,政府决议批准了正在进行的工作,该决议要求 7K 于 1964 年首次飞行,并于次年在轨道上组装联盟号综合体。第一块金属于1963年底在古比雪夫的Progress机械制造厂切割。 对于联盟号综合体,定义了R-7的改进版本。Glushko 的 OKB-456 被要求升级 A模块的 RD-108 发动机和 B、V、G 和 D 模块的 RD-107发动机,要求性能至少提高了 5%。在OKB-154中,谢苗·科斯伯格升级了R7火箭第三级,还开发了逃逸塔。接下来的任务就是完成另一项前无古人的技术——轨道交会对接。@nordland 今日头条 原创首发

7K飞船 联盟A

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