В рунете очень популярны рассуждения о том, что якобы не только «Аполлоны» не летали на Луну, но и их предшественники — «Джемини» и «Меркурий» никогда не поднимались на околоземную орбиту. В этой статье данные домыслы подвергнуты научной критике.
Стыковка «Джемини» 6 и 7
Вот что пишет д.ф.-м.н. А.И. Попов в статье .
С.М. Ерёменко в обширной работе [6] опирался на данные по мощности тогдашних американских ракет и пришёл к выводу об их полной неспособности вывести корабли с массой «Джемини» на орбиту.
А.К. Кудрявец в статье [7] разбирал вопрос о решении задачи утилизации естественных отходов в кораблях «Меркурий» (предшественник «Джемини»), «Джемини» и «Аполлон» и пришёл к выводу о полной непригодности описанных НАСА систем к выполнению поставленных задач в орбитальном полёте.
А.И. Попов в работе [8] изучал фотографии НАСА, отражающие подозрительно бодрое самочувствие членов экипажей «Джемини – 5 и 7» непосредственно по «возвращении на Землю» после якобы очень длительных по тем временам полётов (8 и 14 суток соответственно).
Он же в статье [9] разбирал вопрос о том, как 20 «астронавтов» из всех десяти «Джемини» (вкупе с ещё десятком таких же «астронавтов» из «Меркуриев» и «Аполлонов») умудрились после сотен часов пребывания якобы на околоземных орбитах не увидеть звёзды над дневной половиной Земли?
Начнем с утилизации естественных отходов. Потребление у астронавтов «Джемини» было весьма ограниченным. При малой подвижности еды много не требуется, а воду выдавал специальный пистолет порциями по 14 грамм . При запасе питьевого бачка 7,2 литра он пополнялся за счет конденсации выдыхаемых паров из расчета до 227 г/час. Это означает, что за 14 суток (самый длительный полет на «Джемини», который обычно летал от 1-го до 4-х) астронавты могли выделить не больше 7,2 литра мочи. По стакану в сутки, почти все остальное выходило с паром изо рта. В противном случае, как легко понять, они бы страдали от обезвоживания. Чтобы собрать выделения в пределах 10 литров особых ухищрений не нужно. Вопреки шуточкам насчет «супер-пупер-памперсов» , не обязательно держать это внутри скафандров. Ничто не мешало откачивать отходы из промежуточной емкости в отдельный резервуар. Естественно, все это было не слишком приятно. В космос летать физически трудно даже сейчас, а первые космо/астронавты были настоящими героями!
Теперь о том, что касается «подозрительно бодрого самочувствия» астронавтов «Джемини» после приводнения. Эти корабли подолгу не летали (максимум 14 дней), поэтому действие невесомости на мышцы и кости было незначительным. Тот факт, что первые советские космонавты после непродолжительных полетов чувствовали себя иногда плохо, можно объяснить тяжелыми условиями посадки. «Джемини» садились на ручном управлении, а «Восток» на автоматике. Это означает, что наши режимы входа в атмосферу были более жесткими по перегрузкам (из соображений надежности). Торможение спускаемого аппарата «Восток» происходило с перегрузкой до 9g, а «Джемини» испытывал только 3g. Одного этого достаточно, чтобы американцы чувствовали себя гораздо лучше. Кроме того, из «Востоков» космонавты катапультировались, что добавляло «приятных» ощущений, а в случае посадки в «шарике» получали очень чувствительный удар. В «Джемини» ничего такого не было.
Американцы дышали чистым кислородом, а наши воздухом, как на Земле. Предположительно, это также могло влиять на самочувствие. Тот факт, что «Джемини» тесноват сравнительно с «Востоком», в условиях короткого полета не имел серьезного значения. Невесомость избавляла астронавта от таких неприятных ощущений, как сдавливание копчика и затекающие ноги, а возможность повозиться в кабине, чтобы разогнать кровь и даже снять скафандр, у них была. Условия в «Союзе» более комфортные, но на этих кораблях после доводки происходили длительные полеты, поэтому сравнивать их с «Джемини» по самочувствию экипажей некорректно. И наконец, нужно учитывать американскую ментальность — у них не принято фотографироваться с кислым фэйсом. Возможно, что астронавтам давали пару часов прийти в себя, прежде чем делать снимки с дежурными улыбками.
Совсем странно читать о том, что они «умудрились… не увидеть звёзды над дневной половиной Земли». При Солнечном свете звезды увидеть невозможно из-за их ничтожной яркости, т.к. сужаются зрачки и диафрагмы! По этой причине астронавты на Луне не видели звезд, а фотокамеры их не засняли, что также возбуждает разоблачителей «лунного заговора».
Нил Армстронг (тот самый!) и Дэвид Скотт в капсуле «Джемини-8» после приводнения 16 марта 1966
Теперь к трудам С.М. Ерёменко, который в «обширной работе [6]» заявляет о неспособности американских ракет того времени вывести корабли с массой «Джемини» на орбиту.
Автор пытается убедить читателя в том, что «Меркурий» и «Джемини» не могли летать на околоземную орбиту, т.к. были слишком легкими сравнительно с «Востоком». Странный аргумент, учитывая, что наши и американские корабли имели совершенно разную идеологию. СССР создал мощную ракету Р-7, поэтому мог себе позволить не минимизировать полезный вес. США на момент первых, действительно суборбитальных полетов имели убогий «Редстоун», поэтому были вынуждены биться за каждый килограмм. Например, в «Меркурии» активно использовался дорогой и жаростойкий бериллий, который в полтора раза легче аллюминия. Из него был изготовлен теплозащитный экран и облицовка верхней, цилиндрической части капсулы. Корпус из титанового сплава также снижал вес, но повышал стоимость аппарата. Советские корабли были дешевлей, проще и прочней, но это не значит, что никакой другой дизайн был непригоден для полетов на орбиту.
Автор противоречит сам себе: «к апрелю 1958 года в СССР были проведены исследования, которые позволили установить: для того чтобы на борту космического аппарата разместить человека, необходимое служебное и научное оборудование, его масса должна быть около 5500 кг». Как же тогда полетел «Восток» с массой 4 730 кг? Следует понимать, что в системных, технических проблемах предварительные оценки служат лишь для ориентировки. Источником истины является опыт, а не теоретические изыскания. К тому же если одноместная капсула «Меркурий», совершившая всего 4 орбитальных полета с максимальной длительностью 34 часа, была в 3,5 раза легче двухместного «Востока», то «Джемини» с массой ~3 700 кг не так уж сильно отличался.
В орбитальные полеты «Меркурий» забрасывал «Атлас-Д». Это был далеко не «Редстоун», а межконтинентальная, баллистическая ракета, способная пролететь около 14 000 км. Автор глубоко заблуждается, когда проводит черту между МБР и носителем орбительного аппарата, ссылаясь на длину экватора в 40 000 км. Зависимость дальности полета от скорости последней ступени отнюдь не линейная. В статье приведены расчеты, которые показывают, что при скорости 7,65 км/сек и близком к нулю угле тангажа на высоте выключения двигателей 200 км боеголовка МБР пролетит 10 000 км вдоль поверхности Земли и упадет (даже без учета аэродинамического сопротивления). Если же увеличить ее скорость всего на ~250 м/сек, то выйдет на околоземную орбиту. Вот такая нелинейность!
В боевом варианте «Атлас-Д» имел БЧ весом до 1 680 кг и нес термоядерную боеголовку. Экономия массы на «Меркурии» (1 350 кг) была достаточной для того, чтобы добавить несколько сотен м/сек скорости. Режимы работы и нагрузки ракеты могут варьироваться вблизи номинальных, поэтому возня вокруг нескольких сотен кг веса и м/cек скорости выглядит несерьезной. Мы еще вернемся к этому вопросу при обсуждении «Титана-II» который, по мнению С.М. Еременко, не мог отправить «Джемини» на орбиту.
«Атлас-Д» с «Меркурием», который он «не мог» поднять на орбиту
Другой «аргумент» вызывает бурный восторг у верующих в лунный заговор. Он состоит в том, что «Меркурий» и «Джемини» не могли возвращаться с орбиты без абляционной теплозащиты (которая была на «Востоке»). Это — еще одна фантазия, основанная на школьной физике. Действительно, при ламинарном обтекании воздушным потоком обшивка может разогреться до нескольких тысяч градусов. Именно поэтому боеголовки МБР при входе в атмосферу тормозят, чтобы не сгореть и не разрушиться, как метеориты. В зависимости от конструкции, они разворачиваются основанием конуса в направленнии полета или имеют тупой носовой обтекатель. Так создается зона сжатия перед боеголовкой, которая тормозит ее до относительно безопасных ~3 км/сек при входе в тропосферу (там она сгореть уже не успевает). В этой связи стоит заметить, что мощность аэродинамического нагрева в стратосфере пропорциональна не квадрату скорости, а ее кубу (см. формулу (1) в статье ).
Ударная волна, которая формируется перед боеголовкой, качественно меняет режим обтекания, что значительно снижает аэронагрев. Все просто — кинетическая энергия боеголовки трансформируется не в тепловую (ее же), а во внутреннюю энергию сжатого воздуха с последующей передачей ударной волне. Нагрев конечно остается, но становится гораздо меньше. Дело в том, что турбулентность потока при обтекании снижает касательную составляющую его скорости относительно поверхности, а также способствует конвекционной передаче тепла обратно в атмосферу.
То же самое происходило с капсулами «Меркурия» и «Джемини» при возвращении с орбиты! С одной поправкой — они входили по значительно более пологим траекториям, чем боеголовки МБР. Что это меняет? Мощность аэродинамического нагрева пропорциональна плотности воздуха. Поскольку капсула существенно теряет скорость в верхних слоях атмосферы, при входе в более плотные слои нагрев и механические нагрузки незначительны. Как отмечено выше, эта потеря механической энергии происходит не столько за счет роста тепловой, сколько за счет формирования ударной волны вокруг аппарата. Вот что значит теплозащитный экран!
Итак, полого спускающиеся с орбиты «Меркурий» и «Джемини» разогревались далеко не столь драматично, как живописуют разоблачители. Но как именно? Обратимся к материалам конференции по бериллию, которое проводило Минобороны США в 1970 . В докладе от компании Мак-Донелл-Дуглас даны пояснения по поводу использования бериллия в разработанных ею космических аппаратах. На стр. 610 сказано, что температура на поверхности капсулы «Меркурий» не превышала 1 300 градусов по Фаренгейту, т.е., около 700 град. C. Хватило бы, чтобы расплавить алюминий, но для бериллия с температурой плавления 1 500 град. C и титана с его 1 700 это — компресс от простуды. Теперь понятно, почему абляционная защита не понадобилась, а капсулы «Джемини» не выглядят сильно обгоревшими?
Хотя и 700 град. С — не так уж мало. Теплозащитному экрану более тяжелого «Джемини», возможно, доставалось несколько больше. В отличие от чисто бериллиевого щита «Меркурия», он был покрыт саморазрушающимся покрытием из пластиков, пропитанных фенольными смолами и еще какой-то дрянью. Это — промежуточное решение между теплопоглощающей и абляционной термозащитами. Поэтому и здесь С.М. Еременко поторопился с заключением.
Разоблачающий рисунок из статьи С.М. Еременко
Теперь присмотримся к рисункам Левый не так далек от истины, как кажется автору. Плазмы, обтекавшей «Джемини» на рисунке справа, на самом деле не было, т.к. воздух с температурой в несколько сот градусов можно с большой натяжкой назвать плазмой. То, что там нарисовано, похоже на фронт ударной волны, который скользит вдоль стенок, практически с ними не взаимодействуя. Именно поэтому обшивка «Джемини» и «Меркурия» сильно не нагревалась. От фронта ударной волны доставалось верхней, цилиндрической части капсулы. Он ее не обтекал, как на рисунке, а падал на поверхность под острым углом. Это — наиболее уязвимая часть капсул, которая была полностью облицована бериллиевыми пластинами. Его высокая теплопроводность (в 4 раза больше, чем у стали), коррозионная и термо-стойкость обеспечивали устойчивую работу при спуске в атмосфере без значительного роста температуры на поверхности. Пологая траектория также способствовала успеху этой теплопоглощающей защиты.
Строго говоря, тангенс угла между продольной осью капсулы и фронтом ударной волны, дифрагировавшей на краях теплозащитного экрана, равен отношению скорости звука к скорости капсулы. Если на глазок принять угол при вершине конуса в 45 градусов, то изображенное на рисунке справа обтекание соответствует скорости капсулы 2 — 2,5 Маха. При большей скорости фронт ударной волны даже не приближается к поверхности конуса. Между ним и стенками образуется как бы карман, предохраняющий их от перегрева. Более того, эта воздушная прослойка организует конвекционный отвод тепла от конуса, которое поступает из цилиндрической части капсулы. Роль поглотителя этого тепла, возможно, играл также защитный экран (с бериллиевой основой у «Джемини» и чисто из него у «Меркурия»).
Именно поэтому поверхность конуса покрыли не дорогим бериллием, а стале-никелевым сплавом Rene 41, работающим в диапазоне температур 650 — 1 000 град. С. Это косвенно подтверждает, что выше 700 градусов обшивки «Джемини» и «Меркурия» не нагревались. По видимому, такая температура достигалась только на поверхности теплозащитного экрана и в цилиндрической части капсулы, а в остальных местах была ниже. Стоит пояснить, что соотношение между Rene 41 и титановым сплавом в «Джемини» мне не известно. Предположительно, титан использовался только в несущих конструкциях. Возможно, что в некоторых моделях «Джемини» вся внешняя поверхность была облицована бериллием.И все-таки обшивка нагревалась, хотя и гораздо меньше, чем думают разоблачители. Это хорошо видно на снимке с капсулой в воде. Бериллий — блестящий металл, на фото имеет темно-серый, синеватый цвет. Очевидно, что в вышедшем из цеха корабле металлическая поверхность была полированной или покрытой краской. Воздействие аэродинамического нагрева, пусть и не слишком сильного, все-таки ее изменило. Кто-то возможно спросит: «а как же надпись и флаг США на другом фото?» На это можно ответить вопросом: а вы о жаростойких красках слышали? Погуглите — сразу найдете предложение эмали, которая выдерживает 1 000 градусов по Цельсию.
Теплозащитный экран «Джемини» (летавшего на орбиту!)
Возникает естественный вопрос: почему так сильно грелись «Востоки/Восходы»? Ответ прост — они были сделаны туповато, т.к. рассчитаны на полет и посадку в автоматическом режиме. Советская научная школа автоматического управления заслуживает самых восторженных оценок. Однако, за исключением этого «Восток» был примитивен. Корабль допускал лишь вращения и торможение для схода с орбиты, поэтому выбирать оптимальную траекторию снижения не приходилось. Передняя полусфера «шарика» испытывала все прелести аэродинамического нагрева до нескольких тысяч градусов. Во-первых из-за своей формы, а вот вторых из-за крутой траектории снижения сравнительно с «Джемини». В автоматическом режиме, при отсутствии активного управления, было бы слишком рискованно играть с атмосферой в «блинчики». Поэтому входили в нее так, как входится. «Джемини» же имел 16 ЖРД ориентации и 16 ЖРД для изменения скорости в двух перпендикулярных направлениях, а также 4 ТТРД для торможения . Летая в режиме ручного управления, он мог себе позволить войти в атмосферу оптимально.
По-видимому, С.П. Королев пошел по такому пути, чтобы любой ценой обогнать американцев в космосе, не допустив провала. Оптимизация была принесена в жертву надежности. Фон-Браун же имел возможность спокойно доводить «Джемини» до ума, приняв как данность лидерство СССР. В итоге получился превосходный, глубоко продуманный аппарат. Кроме того, денег они не жалели. Не стоит также забывать, что между «Джемини» и «Востоком/Восходом» почти 5 лет. Что касается «Союзов», то они снижаются разумней, используют теплозащитный экран и греются меньше своего родителя. Жутковатый черный цвет вызван обгоревшим абляционным покрытием. Без него никак нельзя, т.к. корпус сделан из алюминиевых сплавов (ради дешевизны, т.к. бериллий и титан — слишком дорогое удовольствие).
Вернемся к статье А.И. Попова. Он утверждает, что 1,3 куб. метра на человека в кабине «Джемини» слишком мало, чтобы летать в скафандре. Пишет, что на 0,4 куб. м больше, чем в гробу. На это можно возразить, что космо/астронавты были небольшими, т.к. люди 60-х вообще ниже ростом. Само собой — без грамма лишнего веса. Значит помещались, да и не так уж это мало — 1.3 куб. метра. Ящик 2 м длиной, 1 м шириной и 0,65 м высотой имеет такой объем. Разумеется, там был не ящик, а эргономически продуманная кабина.
Фотографии с антенной на приводнившейся капсуле даже не хочется обсуждать. Ведь совершенно очевидно, что антенна радиомаяка не торчала при снижении корабля, а была выставлена после посадки. Или может быть кто-то думает, что «Джемини» заруливали прямо к бортам авианосцев?
Спускаемый аппарат корабля «Союз»
В заключение вопрос о том, мог ли Титан-II забросить «Джемини» на околоземную орбиту. Ответ С.М. Еременко известен, но какие у него основания? Цитата из его статьи.
Теперь самостоятельно решите две задачки для младшего школьного возраста.
Задача № 1: МБР «Атлас D» предназначалась для доставки термоядерной боеголовки W-38 весом 1397 килограмм на расстояние 14 000 км. Вопрос: «Если на ракету «Атлас D» установить капсулу с астронавтом весом 1930 кг, она упадёт дальше или ближе?»
Задача № 2: «МБР «Титан 2» предназначалась для доставки боеголовки Mk-6, весом 3690 кг. на расстояние 15000 км. Вопрос: «Если на ракету «Титан 2» установить капсулу «Джемени» с двумя астронавтами весом 3800 кг, она упадёт дальше или ближе?». Для справки: длина окружности Земного шара — 40000 км.
Попробуем решить. Ответ к задаче 1. Кроме боеголовки в полезную нагрузку «Атласа» входила головная часть с обтекателем, куда боеголовка установлена. Там также находились система наведения, включая гироскоп, его подвес, электропривод, батареи питания и электроника системы управления ракетой на активном участке. Поэтому полная масса нагрузки неизвестна. Откуда взялись 1 930 кг при массе «Меркурия» 1 350 кг? Согласно данным из , максимальный вес капсулы достигал 1 400 кг. Система аварийного спасения, которую С.М. Еременко считает фрагментом ракеты, является частью «Меркурия». Даже если это не так, оценка ее масссы свыше 500 кг взята с потолка. Чтобы аварийно отделить от ракеты капсулу массой в 1350 кг потребуется ~10 кг твердого топлива. Предположительно, вся система аварийного спасения весила ~100 кг.
Как уже отмечалось, от дальности полета в 14 500 км до «вокруг шарика» с точки зрения необходимой скорости дистанция ничтожна. Ответ к задаче 2 аналогичен. Стоит добавить, что корабли «Джемини» весили по разному, иногда 3 600 кг . Попытки ловить NASA на лжи размером в 100 кг выглядят смехотворно. Про 40 000 км экватора — вот этот «аргумент» как раз для младших школьников.
«Титан-II», который «не мог» вывести на орбиту «Джемини»
В приложении Б автор пытался доказать, что «Титан-II» не мог разогнать «Джемини» до 1-й космической скорости в 7,9 км/сек. По поводу «Атлас-Д» все аналогично, поэтому обсудим лишь «Титан». Из формулы Циолковского он насчитал скорость последней ступени после выключения двигателей в 9 064,2 м/сек, затем разделил ее на коэффициент потерь на гравитацию K=1,222 и получил 7 417,5 км/сек. Откуда вытекает, что якобы «Титан-II» недодал «Джемини» около 500 м/сек для выхода на околоземную орбиту. Коэффициент K=1,222 получен из данных о фактической скорости корабля «Восток» и его расчетной скорости по формуле Циолковского делением второй на первую.
Итак, элементарный расчет в приложении Б является математическим трюком, который не имеет под собой физических оснований. Автору показалось, что он верно вычислил скорость «Джемини» после отделения от «Титана-II», но он поторопился выдать свои собственные ошибки за разоблачения еще одной «космической аферы». То же касается «Меркурия» и «Атлас-Д».
В сети гуляют еще на два «аргумента» против «Джемини» и Меркурия».
1. Ребра жесткости поперек направления движения («даже не сообразили, что это увеличивает сопротивление»).
2. Неплотные крепления листов обшивки на гайках в разболтанных отверстиях («сорвало бы потоком, такое ведро не полетит»).
По поводу первого можно найти объяснение выше. А именно, не было задачи обеспечить ламинарное обтекание потоком воздуха, т.к. это усиливает нагрев. Турбулентность же у стенок капсулы его снижает. Кроме того, завихрения воздуха усиливают конвекционное охлаждение обшивки.
Теперь насчет «ведра». Такой аргумент, что будь это подделкой, они бы сделали все красиво и аккуратно, вряд ли убедит разоблачителей. Поэтому по существу: «Меркурий» и «Джемини» имели теплопоглощающую термозащиту. А это значит, что металл при нагревании расширялся. Поэтому нельзя было делать обшивку с идеально подогнанными стыками и соединениями. Гайки в этом смысле — подходящее решение, т.к. их можно не затягивать, грубо говоря. Бериллиевые пластины (shringles), например, жестко не фиксировались, чтобы не выгибались. Можно почитать об этом здесь и посмотреть фотографии (стр. 608 — 612).
Насчет того, что сорвало бы потоком… Как было сказано выше, на большой скорости фронт ударной волны от краев теплозащитного экрана почти не касался стенок. Они находились как бы в воздушном кармане. Это — к вопросу о набегающем потоке 7 000 м/сек, который скептики любят сравнивать с ураганами в 200 км/сек. Только забывают при этом, что в верхних слоях атмосферы, где происходило основное торможение, воздух сильно разряженный. На высоте 57 км его давление и плотность почти в 1200 раз ниже, чем над уровнем моря . Поэтому здесь плотность энергии воздушного потока в 7 000 м/сек будет ровно такая же, как урагана в 200 км/сек у поверхности Земли. Но торможение космического аппарата начинается еще выше (~100 км).
И наконец многие «Джемини», вернувшиеся из космоса, могли быть частично разобраны на сувениры (гайки) и просто размонтированы. Это никому не приходило в голову вместо фантазий об «афере Джемини»?
Не стоит всерьез относиться к попыткам выставить NASA сборищем лживых недоумков, однако такого рода измышления имеют растущую популярность в нашем обществе.
Автор: SpaceOdyssey
