ГЕОМЕТРИЯ

Спускаемые отсеки кораблей «Союз» и китайского Shénzhōu, а также межпланетные спускаемые аппараты «Зонд» и Chang'e 5-T1 спроектированы по схеме, которую советские конструкторы назвали «фара» за сходство профилей. Они представляют собой колоколообразные отсеки с наклоном стенок около 7 градусов, т. е. их форма близка к цилиндрической. Максимальный диаметр «фары» в донной части, в месте крепления лобового теплозащитного экрана, а минимальный – наверху, в области переходного люка.

Форма кораблей Apollo и Orion, а также автоматических зондов Европы ARD и японского HSRC намного ближе к усеченному конусу. Угол наклона стенок Apollo составлял 32,5 градуса. Такая форма влияет на степень воздействия газов и плазмы, которые срываются с края лобового теплозащитного экрана и уносятся потоком воздуха. Чем плотнее поток воздуха прижимается к поверхности космического аппарата, тем большее воздействие он может на нее оказать и тем больше сажевых частиц с теплового щита может попасть на боковые стенки корабля. Больший наклон стенок Apollo приводит к тому, что корпус находится как бы в тени теплового щита, который закрывает от наиболее интенсивных струй воздуха и горячей плазмы.

Разница формы ударной волны в воздухе в зависимости от формы спускаемого аппарата. Слева – моделирование спуска Apollo на скорости 4,4 Маха, справа – «Союза» на скорости 5 Махов. NASA, University of Manchester

По данным разработчиков «Союза», максимальная температура внешней стороны боковой стенки корабля при спуске не превышает 700 °С, и только в одном месте – на выступающем блоке двигателей ориентации – она достигает 1000 °С. Теплозащиту корабля Apollo испытали еще до пилотируемых запусков, в 1967 году. Тепловые датчики, размещенные в бортах спускаемого аппарата Apollo 4, показали нагрев не выше 400 °С. Разумеется, разработчики «Союза» понимали, что стенки будут сильно нагреваться, но геометрия была вынужденная – ради увеличения полезного пространства и из-за ограничений по максимальному диаметру космического корабля, которых не было у создателей Apollo.

Схематические эскизы обтекания воздушными потоками спускаемых аппаратов «Союз» и Apollo по результатам численного моделирования. Rakhab C. Mehta

Спускаемый аппарат «Зонда-7» в Демонстрационном зале кафедры «Космические аппараты и ракеты-носители» (СМ-1) Дмитровского филиала МГТУ им. Н.Э. Баумана. Экскурсию проводит заведующий лабораторией, старший преподаватель кафедры Геннадий Кулиш. Съемка со стороны аппарата, наименее подверженной атмосферному воздействию. Фото автора