Большой космический обман США. Часть 20. Аэродинамический нагрев и «космические» капсулы НАСА

А. В. Панов

В русскоязычном секторе Интернета длительное время длится яростная полемика между сторонниками НАСА и скептиками России. Одними из любимых тем, которые вызывают яростные споры между фанатиками американского «лунного достижения» и скептиками, являются темы «Аэродинамический нагрев» и «Абляционная защита». Американские фальсификаторы сочинили нелепые сказки о том, что «космической» капсуле не нужна защита от нагрева плазмой. Книга разоблачает подобные выдумки и мифы НАСА о полетах в «космос».

ГЛАВА 2. ПОПОВ Е. А. — ТОРМОЖЕНИЕ В АТМОСФЕРЕ

Теоретические разработки Оберта американские фальсификаторы учитывали и когда создавали свою мифологию, пытались предать вид реалистичности свое описание спускаемым аппаратам НАСА. Американские пропагандисты не отрицают наличие аэродинамического нагрева, не отрицают проблемы защиты от этого явления. Автор известной книги «Спускаемые аппараты» Евгений Попов [1], который является сторонником американской мифологии о «лунных полетах», в доступной форме пояснил, как эти проблемы решались в программах пилотируемых полетов в СССР. В книге много интересных сведений.

Здесь же изложен перевод американских сказок о мифологических «космических» аппаратах НАСА. Автора сложно заподозрить в том, что при написании своей публикации он имел какой-то злой умысел, направленный против американской мифологии о полетах на Луну, против версии о реальном выполнении программ НАСА «Меркурий» и «Джемини». Его методика изложения не является трудной для понимания, не требует специального математического образования и каких-то специфических знаний по физике. Главное, что интересно рассказал автор это торможение в атмосфере: «Огромная скорость входа спускаемого аппарата в атмосферу вызывает большие в ней возмущения. Впереди по направлению полета газ атмосферы начинает сжиматься, но не постепенно, а ударом, и возникает уплотнение — так называемая ударная волна. Последняя движется несколько впереди спускаемого аппарата при той же скорости движения. Температура во фронте ударной волны достигает нескольких тысяч Кельвинов. Потоки тепла идут во все стороны, в том числе и на спускаемый аппарат.

При этом поток тепла, приходящийся на спускаемый аппарат, зависит от состава атмосферы и ее термодинамических характеристик. При больших углах входа нарастание потока и спад его и результате резкого торможения происходит пикообразно. Получается мощный тепловой и динамический удар и быстрый унос солидного количества теплозащиты. При малых углах входа кривая нарастания теплового потока положе, а время его воздействия продолжительнее и унос покрытия меньше, но, безусловно, при этом имеется большой прогрев всей системы теплозащиты». [2] Подтверждается формула Оберта, в которой устанавливалась зависимость между температурой торможения и углом входа. При больших углах входа вероятность сильного обгорания космического аппарата возрастает, если скорость тела меньше, чем скорость другого объекта, который входит в атмосферу под малым углом и с большей скоростью.

Попов Е. А. про аэродинамический нагрев космического аппарата, который входит в атмосферу со скоростью более 6 км/сек: «Тепловая энергия при торможении космического аппарата поступает в атмосферу с его поверхности двумя основными путями — за счет конвективной теплопередачи в пограничном слое и за счет излучения фронта ударной волны. При больших скоростях полета процесс конвективного переноса тепла усложняется ионизацией газа, неравновесностью пограничного слоя, а при уносе массы с поверхности обшивки (обгорание обмазки, испарение теплозащиты и т. п.) — массообменом и химическими реакциями в пограничном слое. Излучение ударной волны — лучистая теплопередача — становится существенным при скоростях полета 6—8 км/с, а при больших скоростях приобретает решающее значение». [2] Согласно второму закону термодинамики тепловая энергия, в виде излучения, передается от более нагретого тела, с высокой температурой, к менее нагретому телу, с меньшей температурой. Часто защитники НАСА этого момента не понимают и полагают, что излучение нагретого теплового экрана космической капсулы в плазму решает проблему передачи излишков тепла от ТЭ.

Второй закон термодинамики для американских пропагандистов не писан! Американский пропагандист Попов Е. А. не отрицал, что космическим аппаратам, входящим в атмосферу требуется теплозащита: «Тепловая энергия, подведенная извне к обшивке спускаемого аппарата, частично рассеивается за счет излучений поверхности, частично поглощается или уносится (при охлаждении с уносом массы) системами теплозащиты, частично аккумулируется за счет теплоемкости конструкции спускаемого аппарата, вызывая повышение температуры силовых элементов. Полное исследование тепловых режимов в различных точках обшивки спускаемого аппарата реальной конфигурации, требующее достаточно подробного рассмотрения тепло — и массообмена вблизи охлаждаемой поверхности и изучения температурных полей в конструкции, представляет собой весьма сложную задачу. Обычно используются приближенные соотношения, позволяющие оценить интенсивность нагрева для некоторых типичных участков поверхности спускаемого аппарата. Затем эти оценки уточняются на основе экспериментальных исследований. Таким образом, создание спускаемых аппаратов для конкретных планет, имеющих атмосферу, задача трудоемкая и очень сложная, даже только в части теплозащиты, но она успешно решается в конструкторских бюро». [2]

Но Попов Е. А. не был бы американским пропагандистом, если бы он не прилагал усилия для оправдания американского обмана. Этот автор, стоящий на страже американских интересов, видимо, часто смотрел в потолок и там видел конкретные величины и параметры: «Посмотрим на существующие и уже применявшиеся спускаемые аппараты с точки зрения распределения тепловых потоков. Кинетическая энергия спускаемого аппарата хотя и очень большая, но легко подсчитывается. Высвобождающаяся при торможении спускаемого аппарата в атмосфере энергия только в небольшой части (1—2%) идет на его нагрев, большая же часть этой энергии нагревает окружающую воздушную среду и рассеивается в атмосфере. Практически вот на эти 1—2% от располагаемой спускаемым аппаратом энергии и надо рассчитывать создаваемую теплозащиту». [2] тор не объясняет своим читателям, почему 1—2% энергии идут на нагревание самой капсулы. Какую воздушную среду, интересно, обнаружил автор на высоте порядка 60 километров и более, где начинает проявляться аэродинамический нагрев теплового экрана? Об этом этот гений термодинамики скромно умалчивает. Читатель безоговорочно должен ему верить про проценты (1—2%), которые нагревают окружающую, очень разряженную воздушную среду! Но почему 2% а не 5 или 10 процентов? Об этом пропагандист НАСА Евгений Попов скромно умалчивает.

Но в отличие от гениальных мыслителей, вроде доктора всяческих наук Дмитрия Зотьева, Попов Е. А. подтвердил, что при входе в атмосферу вокруг космического аппарата ионизируется газ и образуется плазма: «Лобовые наружные слои теплозащиты сублимируют, т.е. испаряются, и потоком воздуха уносятся, создавая светящийся след в атмосфере. Высокая температура в ударной волне ионизирует молекулы воздуха в атмосфере — возникает плазма. Плазменное покрывало охватывает большую часть спускаемого аппарата и как экраном закрывает несущийся в атмосфере спускаемый аппарат и тем самым лишает связи с космонавтами или с радиокомплексом автоматического аппарата при посадке. Причем в земных условиях ионизация образуется, как правило, на высотах 120—15 км при максимуме в интервале 80—40 км». [2] Отрицать подобные утверждения бессмысленно. Процесс входа в атмосферу космических аппаратов неоднократно наблюдался с Земли, многими независимыми от США свидетелями.

Проамериканский автор Евгений Попов предоставил в доступной для понимания информацию о форме космического аппарата, который использовался для спуска с орбиты: «Что же требуется, чтобы при спуске космонавтов с орбиты имелись комфортабельные условия, т.е. чтобы торможение происходило с ускоренном земной тяжести (т.е. почти 10 м/с²)? Во-первых, тормозной путь при этом должен быть длиной 3200 км. Во-вторых, если бы ничего не мешало, т.е. не считать атмосферу, то пришлось бы 800 сек. спускаться при включенном двигателе. А в земных условиях воздушная оболочка так плавно затормозить при баллистическом спуске не может, и торможение происходит более резким, с большими перегрузками. Иначе говоря, для уменьшения величины перегрузки необходимо осуществлять спуск не по баллистической траектории, а с использованием подъемной силы. В этом случае необходимо применять спускаемый аппарат, обладающий аэродинамическим качеством.

Шар, как уже говорилось, аэродинамическим качеством не обладает, но уже пластинка, если ее поместить в потоке воздуха ' наклонно, показывает наличие подъемной силы. В космонавтике использовали такую пластинку (правда, круглую в поперечном сечении и выпуклую в сторону потока), а сзади расположили отсек экипажа — получился спускаемый аппарат в форме фары. Такая конструкция обладает аэродинамическим качеством до 0,35 или, иначе говоря, в движении при определенном наклоне передней стенки фары возникает подъемная сила, достигающая величины 35% от силы лобового сопротивления. Подъемная сила дает возможность проводить спуск по более пологой траектории, с меньшими перегрузками.

Такая форма характерна для спускаемых аппаратов космических кораблей «Союз», «Меркурий», «Джемини» и «Аполлон». Правда, корабль «Меркурий» не мог воспользоваться своей формой для создания подъемной силы. Конструктивное решение корабля не позволяло этого сделать, а спуск аппарата всегда происходил по баллистической траектории». [2] Нет никаких оснований не верить автору, по поводу его утверждения о том, что корабль «Меркурий» «не мог воспользоваться своей формой для создания подъемной силы». Но если Евгений Попов прав, относительно конструктивного решения «космической» кастрюли «Меркурий», которая не позволяла этой конструкции пользоваться подъемной силой аппарата, то автоматически это утверждение должно относиться к капсуле «Джемини».

Между «космическими» аппаратами программ НАСА «Меркурий» и «Джемини» принципиальной разнице по форме не было. Это означает, что и капсула «Джемини» в американской мифологии должны была происходить по баллистической траектории. Отсюда следует, что аэродинамический нагрев для капсул программы «Меркурий» и «Джемини» должен проявляться в большей, аномальной форме. Спуск «двойной нырок» НАСА не упоминается. Автор полагает, что форма космического аппарата в виде конуса или «фары» со смещенным центром тяжести и небольшой асимметрией, является оптимальной для того, чтобы у такого аппарата возникла подъемная сила, что уменьшило бы перегрузки при спуске с орбиты: «Что же необходимо создать для осуществления наклона передней стенки фары при обтекании ее потоком воздуха? В принципе это можно было сделать с помощью системы ориентации аппарата.

Правда, расход топлива при этом достигал бы очень больших значений: ведь надо было создать значительные управляющие моменты для компенсации моментов, возникающих под действием аэродинамических сил. И с точки зрения затрат огромных масс топлива этот путь неприемлем. Более простое решение — смещение центра масс относительно оси симметрии. У фары в качестве основной несущей поверхности используется передняя сгонка — днище, имеющее форму сегмента сферы относительно небольшой кривизны. Боковая поверхность спускаемого аппарата выполняется либо в форме конуса, либо при сочетании конуса и части сферы. Спуск космического аппарата осуществляется днищем, тепловым экраном вперед. Поскольку по внешнему виду спускаемый аппарат является телом вращения, то его центр давления (результирующей силы аэродинамического воздействия) находится на оси симметрии.

Рис.1. Смещение центра масс спускаемого аппарата: 1 — подъемная сила; 2 — направление полета; ЦМ — центр масс; ЦД — центр давлений; заштриховано место наиболее массивного оборудования. Так что смещенный центр масс располагают между днищем и центром давления. Такая центровка обеспечивает устойчивое положение спускаемого аппарата в воздушном потоке (днищем вперед), а также несимметричное обтекание спускаемого аппарата. Благодаря последнему, появляется подъемная сила, перпендикулярная набегающему потоку“. [2] Автор в своей публикации сообщает о „двойном погружении в атмосферу“. Благодаря этому методу гасится высокая скорость аппарата. Возникновение подъемной силы было использовано в полетах советских космических аппаратов. Они снижали скорость своего входа в атмосферу с помощью двойного погружения в атмосферу: „Для спускаемого аппарата с системой управления движением возвращение с Луны может решаться и иным путем.

Рис.2. Двойное погружение в атмосферу: 1 — первый вход в атмосферу; 2 — выход из атмосферы; 3 — второй вход в атмосферу; 4 — посадка; 5 — условная граница атмосферы; 6 — коридор входа. При достаточно крутом входе в атмосферу, когда угол входа больше 2°, траектория спускаемого аппарата даже при малых постоянных значениях угла атаки и небольшом коэффициенте качества (в пределах 0,2—0,3) содержит восходящие участки, т.е. возможно рикошетирование аппарата. В этом случае допустимо двойное погружение спускаемого аппарата в атмосферу (рис. 2). При подлете к Земле со второй космической скоростью при угле входа 3° спускаемый аппарат после первого погружения выходит из атмосферы на эллиптическую орбиту и затем вновь входит в атмосферу, но уже на расстоянии 10000 км от точки выхода. Однако обеспечение точного места посадки при этом затруднительно, поскольку при отклонении скорости на 0,001 (около 8 м/с) от расчетной приводит к отклонению дальности точки вторичного входа в атмосферу на 300 км, а отклонение угла наклона траектории на 0,1° — к отклонению дальности на 180 км. Чтобы эта неопределенность уменьшилась, траектория должна иметь как можно больший угол наклона в точке вылета из атмосферы. Правда, величина этого угла ограничивается запасом аэродинамического качества спускаемого аппарата, а также допустимым пределом максимальных перегрузок (в ином случае будут более глубокие погружения в атмосферу на первом участке). На промежуточном участке полета управление аппаратом невозможно, и поэтому накопленное отклонение по дальности сможет быть скомпенсировано только на участке второго погружения в атмосферу». [2]

Ничего подобного при спуске «космических» аппаратов «Меркурий» и «Джемини» никогда не было. Это признает американский пропагандист Евгений Попов и сами американские фальсификаторы. Указанные капсулы в американской мифологии осуществляли «спуск с орбиты» по баллистической траектории, что означало большую скорость вхождения в атмосферу и большую температуру аэродинамического нагрева. Не было такого входа в атмосферу и у американских капсул программы «Аполлон», согласно американской мифологии. Американский пропагандист Евгений Попов скромно не замечает этот интересный факт! В тексте нет никаких упоминаний о том, кто конкретно использовал такой спуск с орбиты в атмосферу Земли с двойным погружением, с двумя «нырками». В отличие от американских фальсификаторов автор понимал, что пари спуске с орбиты очень вероятно появление аномальных ситуаций, когда внизу, в зоне максимального аэродинамического нагрева, оказываются не тепловой экран, а верхняя часть капсулы:

«Однако при возвращении с орбиты могут возникать и такие ситуации, когда управлять траекторией спуска с помощью аэродинамических сил станет невозможно. Например, если вдруг спускаемый аппарат не удалось сориентировать перед входом в атмосферу или, скажем, подготовить систему управления. В этих ситуациях необходимо осуществлять баллистический спуск по траектории, которая формируется без использования подъемной и боковой аэродинамических сил аппарата.

При этом выбирается траектория, которая обеспечивает значительно меньший разброс мест приземления и позволяет избежать недопустимо больших перегрузок. А большие перегрузки весьма возможны, если спускаемый аппарат, скажем, входит в атмосферу перевернутым на 180°, т.е. когда подъемная сила не выталкивает аппарат вверх, а заставляет погружаться в еще более плотные слои атмосферы и делает спуск более крутым. Однако организовать необходимый баллистический спуск довольно просто — достаточно сообщить аппарату вращение относительно оси, совпадающей с направлением полета. При таком вращении воздействие поперечных аэродинамических сил сводится к минимуму“. [2] В американской мифологии подобная методика в описании „пилотируемых полетов НАСА не упоминается. В лучшем случае, она не рекламируется в СМИ и на сайте.

Такая ситуация, когда в зоне максимального аэродинамического нагревания попал люк с резиновыми прокладками, была на практике. Об этом происшествии рассказал в своей публикации американский пропагандист Филипп Терехов из города Уфа: «Однако приборно-агрегатный отсек (ПАО) не захотел отделяться. Его вес изменил баланс связанных отсеков, и, вместо того, чтобы входить в атмосферу теплозащитным щитом вперед, «Союз-5» летел «вверх тормашками». Слой теплозащиты покрывает всю поверхность спускаемого аппарата «Союз», но он неравномерный, и тонкий слой на верхней части может обеспечить защиту только на короткое время. Кабина начала наполняться гарью — металл люка начал плавиться, стала тлеть резиновая прокладка. Что делал Волынов?

Ожидая неминуемую гибель, и не имея возможности что-либо сделать, он лихорадочно заполнял бортжурнал и диктовал происходящее на бортовой магнитофон — чтобы эта информация помогла в расследовании катастрофы и спасла тех космонавтов, которые полетят после него. К счастью, катастрофы не случилось. Предосторожность конструкторов оказалась достаточной. Слоя теплозащиты хватило до того момента, когда ПАО обгорел настолько, чтобы отвалиться самостоятельно». [3] Советские специалисты использовали абляционную защиту, в виде обмазки на боковых поверхностях аппарата и на стороне с минимальным аэродинамическим нагревом.

Если бы не было абляционной защиты на поверхности капсулы в районе люка, гибель космонавтов была бы неизбежна. Но советские конструкторы учитывали подобные аномальные случаи, что они могут случиться, и делали тепловую защиту от аэродинамического нагревания по всей поверхности капсулы. Такая защита была необходима и по причине низкой температуры горения резиновых прокладок дверцы люка. Невозможно было допускать повышение температуры более 400 градусов Цельсия, при которой резина начинает гореть. Далее следуют разгерметизация двери, люка в проеме капсулы и неминуемая гибель экипажа. Все эти моменты советские ученые и специалисты хорошо понимали и учитывали при создании тепловой защиты от аэродинамического нагрева. Они прекрасно понимали, что возможна ситуация, когда космический аппарат может с высокой скоростью войти в атмосферы той стороной, где отсутствовал тепловой экран. Он имел лучшую абляционную защиту и был рассчитан на то, чтобы сохранить капсулу от аномальных температур плазмы аэродинамического нагрева.

Филипп Терехов и Евгений Попов, являясь, по сути, рупорами американской пропаганды о фальшивых достижениях США в американском «космосе», тем не менее, не отрицали необходимость такой защиты, хотя и пытались оправдать ее отсутствие на боковых поверхностях американских аппаратов. Несмотря на заявленные 1—2% тепловой энергии, которая идет на нагревание капсулы, по мнению Евгения Попова, автор публикации о спускаемых аппаратах признавал, что и этого с избытком хватит, чтобы аппарат прекратил свое существование: «Теплозащитное покрытие. Как уже говорилось, почти вся энергия, сообщенная ракетой-носителем космическому аппарату, должна рассеяться в атмосфере при его торможении. Однако определенная часть этой энергии ведет к нагреву спускаемого аппарата при его движении в атмосфере. Без достаточной защиты металлическая его конструкция сгорает при входе в атмосферу, и аппарат прекращает свое существование.

Тепловая защита должна быть хорошим изолятором тепловой энергии, т. е. обладать малой способностью к теплопередаче и быть жаростойкой. Таким требованиям отвечают отдельные сорта искусственных материалов — пластмасс. Спускаемый аппарат покрывают теплозащитным экраном, как правило, из этих искусственных материалов, состоящим из нескольких слоев. Причем внешний слой состоит обычно из относительно прочных пластмасс с графитовым заполнением, как наиболее тугоплавким материалом, а следующий термоизоляционный слой — чаще всего из пластика со стекловолокнистым наполнением. Для уменьшения массы теплоизоляции, как правило, отдельные ее слои делают сотовыми, пористыми, но обладающими достаточно высокой прочностью». [2] Пропагандисты многого не понимали.

Об отсутствии такой защиты на боковых сторонах американских капсул «Меркурий» и «Джемини» пропагандист американских «достижений» Евгений Попов умолчал. Но указал, что масса подобной защиты на капсуле восток была значительной: «Теплозащитное покрытие должно иметь достаточно значительную толщину, чтобы сохранить металлическую конструкцию спускаемого аппарата. А это уже составляет значительный процент массы от допустимой величины для спускаемого аппарата.

Так, для спускаемого аппарата корабля «Восток», имевшего массу 2460 кг, масса сферической теплозащиты составляла 800 кг. Итак, при воздействии большой температуры теплозащитное покрытие, начиная с поверхности, сильно нагревается и затем испаряется, унося тем самым с собой избыточную тепловую энергию от спускаемого аппарата. Для снижения же массы теплозащитного покрытия его максимальная толщина приходится только на места, подверженные наибольшему воздействию теплового потока. У спускаемых аппаратов типа фары это днище, а боковые поверхности, подверженные меньшему нагреву, имеют теплозащиту незначительной толщины. Причем у отдельных спускаемых аппаратов после прохождения наибольшего участка торможения и после прекращения действия тепловых нагрузок массивный теплозащитный экран с лобовой части (с днища) сбрасывается». [2] У капсул НАСА он не сбрасывался.

Подобная защита называется абляционной. И опять Евгений Попов не указал, что сброс теплового экрана осуществлялся в советских аппаратах, чтобы уменьшить массу объекта, которые потом спускается на парашютах. Американские конструкции мифических аппаратов НАСА, в соответствии со своей мифологией, для «пилотируемых полетов» в космосе подобного отстрела теплового экрана не имели. По мнению американских конструкторов, подобная защита была очень ненадежной и зависела от многих случайностей. Поэтому они решили создать теплозащиту на капсулах «Меркурий» и «Джемини» из тонких пластин бериллия, которые прикручивались к каркасу на винтики М6. Об этом подробно будет сказано в следующих главах.

Евгений Попов, как и другие проамериканские авторы, не затрагивают очень важную тему: Образование липкой копоти при входе в атмосферу, при возникновении аэродинамического нагрева. Копоть возникает в этом явлении и неизбежно покрывает боковые поверхности настоящего космического аппарата. Если космический корабль был в реальном космосе, то его боковые поверхности будут иметь характерные полосы копоти. Они проявятся и на той стороне аппарата, где аэродинамический нагрев был минимальным. В этом месте могут отсутствовать следы большого нагара, но следы копоти проявятся обязательно.

Попытки нанести следы аэродинамического нагрева с помощью огнемета или небольшого ЖРД, или с помощью авиационного двигателя на специальном стенде не приведут к появлению полос копоти на боковых поверхностях капсулы. Огненная обработка аппарата нанесет следы нагара только со стороны огненной струи, факела плазмы. Копоть при этом на обратной поверхности будет отсутствовать. Следы нагара на капсуле после односторонней огненной обработки в этом месте тоже не проявятся. На реальном космическом корабле такие следы в виде полос часто наблюдаются в районе минимального аэродинамического нагрева, в области «аэродинамической тени». Именно так можно отличить фальшивый «полет» от реального космического полета. Настоящая капсула, прилетевшая с орбиты Земли, или со стороны Луны, будет иметь на боковых поверхностях со всех сторон полосы копоти и нагара.

Ссылки:

Интернет — ссылки проверены по состоянию на 07.07.20.

1.Е. И. Попов. Спускаемые аппараты.

https://epizodsspace.airbase.ru/bibl/znan/1985/4/1985-4.html

2.http://www.astronaut.ru/bookcase/books/popov02/popov02.htm

3. https://lozga.livejournal.com/83025.html