Сообщество - Исследователи космоса

Исследователи космоса

19 441 пост 49 209 подписчиков

Популярные теги в сообществе:

49

Изобретение материала для обшивки спускаемого аппарата Гагарина – Александр Вислый | Научпоп

Как изобрели материал, покрывающий корпус спускаемого аппарата, на котором Юрий Алексеевич Гагарин совершил посадку после первого полёта в космос 12 апреля 1961 года? Кто был изобретателем этого материала и что натолкнуло советских инженеров на верное решение задачи? Об этом рассказывает Александр Вислый, кандидат физико-математических наук, начальник Проектного центра цифровой трансформации ФИПС.


Ютуб: https://youtu.be/NodcN6ii540

Показать полностью
60

Как сфотографировать Луну?

Рейтинг публикации в социальных сетях можно соотнести с количеством лайков, который поставили читатели. Это очень условно, но все же имеет своё значение. И вне сравнения глубины и ценности для Мира вообще, можно сделать вывод, что очень большое количество лайков (а среди моих публикаций — наибольшее) набирают фотографии Луны. Особенно, если они попадаются на глаза девушкам, женщинам — прекрасной половине человечества.


Как бы не отрицали ученые мужи влияние небесных тел на нашу бренную жизнь, а Луна явно имеет свое влияние на женское начало. Девушки и женщины Луну обожают.


Мужчины тоже Луну лайкают, но несколько сдержаннее. Зато, мужчины чаще интересуются технической стороной — “Как это снято?” Наверное для того, чтобы тоже иногда постить в своих аккаунтах Луну, и тем самым привлекать женское внимание…


А как сфотографировать Луну?


Этим вопросом задавались очень многие фотографы, пытаясь запечатлеть городской пейзаж и восходящий над домами лунный лик — казалось бы, такой большой, да только потом на снимках оказывалось, что он почти точка, или просто невнятное светлое пятно. Кто-то пытался снимать Луну отдельно — без пейзажа, выкручивая увеличение на максимум, но получалось в итоге примерно то же самое.


Все эти вопросы мне задавали и задают регулярно.


Сегодня я всем отвечаю, и делюсь секретами. Хотя, никакого секрета здесь нет. Но кое-что узнать все-таки будет полезно.


Итак


Луна — визуально очень небольшой объект. Кто бы что о ней не говорил, сколько бы не разводил руками — показывая, какую большую Луну он вчера вечером видел, угловой размер этого небесного тела всего половина градуса.


Что это означает?


Поле зрения фотоаппарата или камеры смартфона в штатной ситуации составляет порядка 60 градусов. Да — такое большое — для того, чтобы захватить побольше пространства — сфотографировать группу людей, красивую панораму, да и себя самого в режиме “селфи”, — чтобы лицо в кадре поместилось — с вытянутой руки.


При этом оказывается, что Луна в таком кадре будет занимать 1/120 часть по его ширине, или 1/10000 часть по площади — капля в море.

Что делать?


Применять увеличение, или — как сейчас это называют — зум.


В большинстве смартфонов увеличение цифровое — оно увеличивает масштаб, но детальности не прибавляет. Это нам не подходит. Нужен фотоаппарат. И не простой карманный фотик, а фотоаппарат класса “Ультразум” — с очень большим увеличением.


О каком увеличении речь?


Требуется зум от 30 и более крат. И хотя уже 10-кратный зум позволяет получить изображение лунных кратеров, но смотрибельность таких снимков будет — так-себе. Рассчитывать на симпатичный результат можно с зумом от 30 крат, но лучше — от 50-ти.

За последние годы несколько фото-брендов разработали и выпустили множество таких камер, и все их многообразие сейчас не перечислить. Я могу лишь назвать те модели, которыми пользовался я сам. И которые могу рекомендовать по отзывам коллег.


Во-первых, это SONY DSC H400 или SONY DSC HX400. У первой модели зум больше — 63 крата, а у второй всего 50. Но она совершеннее — больше и качественнее матрица, есть ручная фокусировка.

Замечательные камеры в этом сегменте предлагает CANON — PowerShot SX60 HS и PowerShot SX50 HS. Максимальный зум 65 и 50 крат соответственно.

Несколько лет назад была актуальна целая линейка ультразумов от Fujifilm, но, увы, компания прекратила их производство. Хотя, на вторичном рынке их встречается множество. И они очень неплохи. У меня сохранилась модель FinePix HS20EXR — зум, правда, всего 30 крат, но оптика лучше, есть ручная фокусировка.

Ну, а самыми лучшими для лунных фотоснимков являются пара камер от NIKON — P950 и P1000 — с зумом 83 и 125 крат. Они разрабатывались специально для астрофотосъемки и имеют соответствующие для таких задач режимы. Но этими камерами я пока не обзавелся.

Вне зависимости от того, какая у вас модель камеры, процесс съемки подразумевает одни и те же базовые настройки.


Начнем с настройки чувствительности матрицы — ISO. необходимо установить минимальное значение. Обычно это 100 единиц. Луна — довольно яркий объект. минимального значения обычно хватает. А более высокие значения ISO вносят в изображение шумы.


Чтобы минимизировать шумы, желательно включить активное шумоподавление — это когда сразу после экспозиции камера автоматически делает еще один снимок, но с закрытым затвором, и потом вычитает из основного снимка так называемый “темновой” кадр.


В камере необходимо активировать ручной режим, установить максимально возможную диафрагму. У разных моделей камер на максимальном зуме это может быть 1/6, 1/8 или 1/11 — что-то вроде этого, но важно понимать, что объектив должен быть максимально открытым. Сужение зрачка объектива негативно отразится на детализации.


С выдержкой сложнее. Оптимальная выдержка зависит от фазы Луны, от её высоты над горизонтом, от прозрачности атмосферы, и от времени суток. Одна и та же Луна в разное время суток потребует разной выдержки. И её придется подбирать опытным путем.


Но характерные значения экспозиции располагаются в районе 1/100 доли секунды.Потом мы уточним это значение.

А еще Вам потребуется штатив, потому что снимать Луну с рук с 50-кратным зумом — занятие сомнительное. Если у фотографа железная хватка — рука не дрожит, и нажатие на кнопку спуска ничуть не влияет на положение камеры, то смаза не будет. Но обычно ситуация совсем иная, и фотограф с рук даже поймать Луну в видоискатель не может на максимальном зуме, не говоря о том, чтобы удержать без смаза целую сотую долю секунды.


Казалось бы — всего сотая доля секунды. Но при большом зуме совершенно незаметное смещение камеры дает смазанный бракованный кадр и за столь малую экспозицию.

Очень сложным делом может показаться фокусировка. У большинства камер автофокус оптимизирован для съемки днем, а ночью отказывается работать. И ручной фокус навести ночью бывает очень сложно. Но если вы уже приноровились к своей камере, вы с этим со временем справитесь.


И вот Вы все настроили, делаете снимок, следующий, еще один — пока они далеки от идеала — то резкость не навелась как надо, то экспозиция слишком большая/маленькая — подбираете методом проб и ошибок. Но вдруг оказывается, что Луна пропала из поля зрения — ушла!


Как ей это удалось?


Виновата Земля. Это она так быстро вращается.


И это дает такой эффект, что всего за пару минут Луна смещается на собственный поперечник. И вот, надо опять поправлять штатив. Это хорошо, если Луна невысоко над горизонтом — шея не болит от постоянного запрокидывания. Но это же и плохо — когда Луна низко, может потребоваться выдержка 1/50, или 1/25 секунды. И тут любая вибрация штатива, любой неаккуратный спуск приводит к браку.


Новички уже через десять минут лунной фотосъемки сильно устают — это непривычное занятие.

Рекомендую использовать автоспуск с задержкой в 2 секунды и более. Большинство камер предлагают всего две градации автоспуска — 2 и 10 секунд. 10 секунд может дать лучшие результаты — за это время все вибрации штатива полностью угаснут. Но это сильно расходует время.

Рассмотрим несколько кейсов.


Полная Луна высоко в ясном прозрачном небе.


Для этой ситуации будут актуальны выдержки от 1/160 до 1/200 доли секунды.

Полная Луна невысоко над горизонтом.


Актуальная выдержка от 1/100 до 1/160 доли секунды.

Полная Луна восходит.


Это очень сложный случай, ведь полная Луна восходит одновременно с заходом Солнца — практически днем или в очень светлых сумерках. Подбирать экспозицию здесь придется на опыте исходя из состояния атмосферы, ведь яркость неба суммируется с яркостью Луны. Именно по этой причине одна и та же лунная фаза на той же высоте над горизонтом потребует на светлом небе значительно более короткую экспозицию.

Половинка Луны высоко в темном прозрачном небе


Потребуется экспозиция от 1/80 до 1/120 доли секунды.

Тонкий лунный серп


Здесь широкий диапазон ситуаций. Актуальными выдержками могут быть и 1/50, и 1/25 доля секунды. И даже 1/10 доля секунды.

Но если намеренно “перегреть” серп — дать выдержку порядка 1 секунды, можно получить изображение пепельного света — свечения неосвещенной Солнцем стороны Луны. Эту часть Луны освещает Земля — отраженным светом Солнца. Но за 1 секунду Луна успеет сместиться — будет смаз. Тут можно прибегнуть к повышению ISO до 200 единиц, или выше. Тогда можно будет сократить экспозицию вдвое или вчетверо. Но качество снимка станет несколько хуже — проступят шумы.

Восход Луны в фазе около половинки


Тут всё сильно зависит от состояния атмосферы у самого горизонта. Может оказаться так, что в момент восхода лунный свет едва пробивается сквозь городской смог. Но даже при хорошей прозрачности Луна будет сильно ослаблена в момент восхода. Характерная выдержка будет порядка секунды, и даже больше. При этом Луна опять рискует быть смазанной, но степень размытия изображения Луны нестабильностью атмосферы настолько велика, что смаз в этой ситуации не ухудшит качество в заметной степени — оно и так будет не самым лучшим.

Лунное затмение


Пока фазы затмения небольшие — половина Луны погрузилась в тень — характерные выдержки буду те же, что и для полной Луны. Но к моменту полного погружения в тень, Луна ослабнет по яркости настолько, что потребуется выдержка в несколько секунд, чтобы Луна хоть как-то проступила на снимке. И тут уже смаза не избежать. Повышение ISO (применительно к упомянутым здесь — относительно недорогим — камерам) просто разрушит картинку.


Звезды, расположенные неподалеку от Луны — попавшие в кадр — за несколько секунд тоже сильно сместятся, растянувшись в черточки. Продвинутые любители астрономии решают этот вопрос тем, что устанавливают камеру параллельно телескопу, который автоматически следит за иллюзорным вращением неба, компенсируя вращение Земли часовым механизмом. Но скорее всего они не будут использовать бюджетные ультразум-камеры. У них другой арсенал фотографических средств — стоимостью не десятки тысяч рублей, а сотни. Плюс к этому очень серьезное использование узкоспециального софта для сложения серий из сотен и тысяч снимков Луны — с целью повышения детализации и снижения шумов. Но сейчас углубляться в эту технология я не буду.

Пейзажная съемка


Если мы хотим снять Луну не крупным планом, а в обрамлении окружающего её пейзажа, облаков, звездного неба, городских огней, подобрать идеальную экспозицию будет невозможно.

Для самой Луны потребуются доли секунды, а для пейзажа или звездного неба вокруг — секунды или даже десятки секунд. Фотографирование звезд — отдельная тема. И здесь я лишь скажу, что для звезд выдержка требуется порой в тысячу раз более продолжительная, чем для Луны.

Но выход есть. Можно сделать пару снимков — на одном получится только Луна. На другом — всё остальное. Потом в фоторедакторе (Adobe Photoshop, Corel Photo-Paint) нужно соединить два этих изображения — проще говоря — вклеить Луну в пейзаж. Конечно, это — фотомонтаж. Но это вполне реалистичный фотомонтаж. Он лишь воссоздает на фотоснимке особенность одновременного восприятия нашим зрением объектов высокой и низкой яркости. По сути, наше зрение все время занимается тем же. Просто не признается в том, что все наше зрительное восприятие Мира — один бесконечный монтаж и интерпретация.

Показать полностью 20
46

Starliner пристыковался к МКС: решены ли проблемы Boeing и NASA?

21 мая в 03:38 мск космический корабль Boeing CST-100 Starliner успешно состыковался с МКС в автоматическом режиме. Starliner доставил на МКС 230 кг различных грузов (в основном продовольствие), а также Rosie the Rocketeer в командирском кресле — антропоморфный испытательный манекен, одетый в голубой полётный костюм Boeing. Он несёт на себе россыпь датчиков для записи параметров условий полёта экипажа. Отстыковка планируется через четверо суток (26 мая). Если при посадке всё пройдёт штатно, — его следующей миссией станет уже CFT, пилотируемый тестовый полёт с двумя астронавтами.

Капсула корабля многоразовая (до 10 полётов), служебный модуль сгорает в атмосфере. Starliner, кстати, использует систему стыковки NASA на основе адаптера IDA и андрогинно-периферийного агрегата АПАС-95, разработки нашего выдающегося «стыковика» Владимира Сыромятникова (о его космическом эксперименте «Знамя-2» мы уже писали). Starliner — первый пилотируемый корабль США, рассчитанный на посадку на сушу (посадки Crew Dragon неоднократно переносилась из-за плохой погоды в районе приводнения). NASA ожидает, что SpaceX и Boeing будут доставлять по четыре астронавта на МКС раз в год. Стоимость доставки на Boeing Starliner одного астронавта NASA в 2019 г. оценивалась в $90 млн ($55 млн для SpaceX Crew Dragon).

Два из 12 маневровых двигателей корабля отказали в полёте, но нагрузка была автоматически перераспределена на остальные, в итоге это не повлияло на продолжение миссии. Температура хладагента тоже оказалась ниже расчётной, давление в насосах выросло, что могло быть вызвано образованием льда в охлаждающей жидкости и частичным засорением фильтров. Но инженеры Boeing смогли оперативно это исправить. Для того, чтобы NASA допустило корабль к пилотируемым полётам Boeing ещё должен сертифицировать парашютную систему корабля после посадки. При этом независимый наблюдательный совет NASA выражал озабоченность, что работающих специалистов в Boeing по программе Starliner недостаточно.


Миссия OFT-2 — второй обязательный беспилотный тестовый полёт Boeing, необходимый для сертификации корабля для астронавтов. Первая миссия OFT в декабре 2019 г. окончилась провалом (ряд технических проблем, корабль не долетел до МКС), поэтому NASA обязало Boeing провести дополнительный тестовый полёт (OFT-2). Однако и он в августе 2021 г. не состоялся (закупорились клапаны ряда двигателей на служебном модуле). Задержка по программе Boeing в итоге составляет уже более 2,5 лет, и NASA в прошлом году начала пересаживать астронавтов, изначально планируемых к полётам на Starliner, на SpaceX Crew Dragon.

Проблема ещё в том, что пока Starliner сертифицирован под старт на ракете-носителе ULA Atlas V, которые используют российские двигатели РД-180 и уходят с рынка (пуски до середины 2020-х гг. можно пересчитать по пальцам). Для того, чтобы выполнить обязательства перед NASA у Boeing хватит зарезервированных ракет: предстоит ещё один тестовый полёт с двумя астронавтами и шесть полноценных полётов раз в год уже с доставкой на МКС по четыре человека. Что будет дальше — большой вопрос, новый РН от ULA Vulcan еще нужно обкатать. А у Boeing были большие планы на участие в частной станции Orbital Reef от Sierra Space и Blue Origin.

Показать полностью 4
32

Международный День Космоса: последний полёт по программе «Мир—Шаттл» послужил началу нового памятного дня

Международный День Космоса: последний полёт по программе «Мир—Шаттл» послужил началу нового памятного дня

21 мая — не простой день, а Международный День Космоса (не путать с Днем космонавтики 12 апреля).


Идея создания этого дня пришла в голову американскому астронавту Энди Томасу 21 мая 1998 года. Он в тот момент находился на орбитальной станции «Мир» в последней программе «Мир-Шаттл», и тут же объявил о своей идее экипажу.

Показать полностью 1
86

Каким был Королёв на самом деле? Музей космонавтики проведёт видеоспектакль и расскажет о Главном конструкторе как о человеке

Каким был Королёв на самом деле? Музей космонавтики проведёт видеоспектакль и расскажет о Главном конструкторе как о человеке

21 мая в 20:30 начнётся видеоспектакль, посвящённый Генеральному конструктору Сергею Павловичу Королёву. Спектакль экранизирует книгу «Нежные письма сурового человека», которая охватывает почти 20-летнию переписку Главного со второй женой — Ниной Ивановной.


Сергей Павлович был очень привязан к своему дому, тосковал по домашнему укладу и уюту. Но «письма» Королёва — это не только лирика и быт, это еще и своеобразная летопись истории ракетно-космической отрасли. В них остро чувствуется напряжение тех лет послевоенного развития космонавтики.


Хрупкая, умная, наделенная природным тактом и чувством достоинства, Нина Ивановна в течение девятнадцати лет делила с Сергеем Павловичем его нечеловеческий темп жизни. Иногда (в сумме всех командировок) Главный конструктор отсутствовал дома до полугода. Часто бывая на ракетных полигонах, он тосковал по дому, где ждали его тепло, уют и любовь Нины Ивановны.


Когда: 21 мая | 20:30 | онлайн


Письма читают Народный артист России, Депутат Государственной Думы Дмитрий Певцов и актриса Алёна Дроздова.

Показать полностью 1 1
89

Первый словацкий космонавт: как подполковник Иван Белла выращивал цыплят на орбите

21 мая 1964 года родился Иван Белла — первый космонавт независимой Словакии. Военный лётчик прошёл отбор в ЦПК в 1998 году и стал готовиться к космическому полёту. А 20 февраля 1999 года на космическом корабле «Союз ТМ-29» Белла отправился в полёт на станцию «Мир».


В космосе Белла пробыл 7 суток 21 час и 56 минут. На станции «Мир» провёл различные эксперименты, которые в основном касались медицинских исследований и биологии. Наибольшую известность получил эксперимент по выращиванию птенцов японского перепела на борту станции в невесомости. Данная птица уже вылуплялась на «Мире», но в этот раз для неё решили создать искусственную гравитацию.


Для эксперимента «Перепел СК-6» (аббревиатура СК обозначает «словацкий космонавт») учёные запланировали новые задачи:

— исследование влияния искусственной силы тяжести на постэмбриональное развитие японского перепела;

— изучение поведения птенцов в первые сутки жизни в условиях искусственной гравитации;

— изучение состояния птенцов в условиях земной гравитации после полета (адаптация).

Специально для эксперимента создали 12-кг центрифугу, создававшую 0,3—0,8g (сила тяжести 30—80% от земной). На станцию отправили 60 перепелиных яиц в транспортном инкубаторе, в которых на Земле были выращены эмбрионы в течение 13—14 суток.


22 февраля экипаж с Виктором Афанасьевым (командир), Жан-Пьером Эньере (бортинженер из Франции) и Иваном Беллой прибыл на станцию «Мир». В 16:45 того же дня 56 неповрежденных яиц были помещены в стационарный инкубатор. А уже на следующий день, 23 февраля в 16:00 на «Мире» услышали писк, раздававшийся из нераскрывшихся яиц. Птицы плохо переносили невесомость даже при использовании центрифуги.


Эксперимент был полностью проведён, а наработки тех лет используют в современном эксперименте с центрифугой короткого радиуса, о котором в следующий раз.


А земляне, следившие за новостями с орбиты, очень переживали за цыплят-перепелят. Благодаря бдительности словака на Землю удалось вернуть троих перепёлок — впервые в мире с орбиты на Землю были возвращены живые птенцы, выведенные в невесомости.


По материалам журнала «Новости космонавтики» от апреля 1999 года.

Показать полностью 2
76

Жёсткий софт «Старлайнера»

Недоумение как экспертов, так и публики, интересующейся космосом, вызывает тот факт, что маститая аэрокосмическая корпорация Boeing не смогла с первой попытки осилить демонстрационную миссию и на два года застряла при подготовке ко второй попытке, тогда как её конкурент SpaceX за это время отправил в космос уже семь кораблей с экипажами! Нет точного ответа на вопрос «Почему так произошло?», но причины можно поискать в проекте «Звёздного лайнера».

Команда Boeing – Northrop Grumman предлагала корабль CEV, который должен был прийти на смену шаттлам. Графика Northrop Grumman


История

Непосредственный предшественник CST-100 – пилотируемый корабль CEV (Crew Exploration Vehicle), изначально предложенный в рамках «Инициативы по исследованию космоса» (Space Exploration Initiative) в 1990-х годах. Два консорциума – первый под руководством Boeing и Northrop Grumman и второй под руководством Lockheed Martin и EADS Space Transportation – конкурируя за участие в программе «Созвездие» (Constellation), представили в 2005 году варианты CEV для отправки астронавтов-исследователей к Луне, Марсу и в другие места Солнечной системы. Через год NASA объявило, что конкурс на CEV выиграла команда Lockheed Martin, получившая контракт на корабль Orion, которым она и занимается по сей день. Boeing внакладе тоже не остался, получив от NASA контракт на ракеты Ares I и Ares V, а после отмены Constellation – на космическую пусковую систему SLS (Space Launch System).

Корпорация Boeing, созданная путем слияния и поглощения нескольких известных американских аэрокосмических компаний, потерпев неудачу с CEV на поле «государственного космоса», решила реализовать наработки по пилотируемым кораблям в коммерческих программах. С «Услугами по коммерческой доставке на орбиту» (Commercial Orbital Transportation Services – COTS) не получилось, но в 2010 году удалось получить заказ от Bigelow Aerospace. Эта компания на протяжении многих лет исследовала надувные обитаемые модули, предполагая в конце концов сдать в коммерческую эксплуатацию сеть орбитальных отелей для космических туристов. Для доставки постояльцев в номера требовался корабль, желательно не слишком сложный и недорогой. В июле 2010 года на международном аэрокосмическом салоне Farnborough-2010 Boeing анонсировал проект пилотируемого космического транспорта CST-100 (Crew Space Transportation — 100). «Сотка» в обозначении намекает на полёты за «линию Кармана» – условную границу космоса, численно выраженную в километрах над Землей.


Одновременно представители корпорации сообщили, что число символизирует 100-летний вклад Boeing в прогресс аэрокосмической отрасли и в то же время отражает взгляд компании на 100 лет вперёд! В том же году Boeing представил этот проект в Программу разработки коммерческих пилотируемых кораблей CCDev (Commercial Crew Development) для доставки экипажа на Международную космическую станцию (МКС), получив от NASA $18 млн на первый этап (изучение). Первый полёт аппарата ожидался через пять лет.


В апреле 2011 года проект CST-100 вышел во второй этап CCDev. На этот раз NASA выдало уже свыше $92 млн. В августе 2012 года Boeing, SpaceX и Sierra Nevada Corp. прошли в следующий этап программы – «Интегральные возможности пилотируемых полетов» (Commercial Crew Integrated Capability – CciCap). На этом этапе требовалось полномасштабное проектирование корабля, скафандра, ракеты и наземной инфраструктуры. На эти работы ушёл очередной транш NASA — внушительные $460 млн.

CST-100, который предлагался для программы CCDev, мог нести на низкую околоземную орбиту семь членов экипажа или комбинацию соответственного числа астронавтов и груза во время полётов. Графика Boeing


Boeing решил все задачи программы CCiCap, и 16 сентября 2014 года вместе с SpaceX стал участником программы «Коммерческие пилотируемые транспортные способности» (Commercial Crew Transportation Capability – CCtCAP), получив полновесный контракт в $4,2 млрд на изготовление и сертификацию кораблей для шести миссий на МКС. В середине 2015 года первый беспилотный полёт планировалось выполнить в апреле, первый пилотируемый – в сентябре 2017 года. Уже в 2014 году компания приступила к изготовлению тестового образца аппарата. А 4 сентября 2015 года корабль нарекли «Звёздным лайнером» (Starliner).


Техника

Делая новый корабль, Boeing не стала оригинальничать, как SpaceX. По сути, в концепцию, отработанную на кораблях Gemini, Apollo и в проекте CEV, добавили лишь некоторые новшества. Starliner состоит из двух модулей – многоразового командного и одноразового сервисного. Первый – стандартная для американской школы капсула в форме усечённого конуса с диаметром основания 4,56 м. Это больше, чем у командного модуля корабля Apollo (3,9 м), но меньше, чем у Orion (5 м). Герметичный объём модуля – 11 кубических метров, что на 10% больше, чем у Crew Dragon. Силовой гермокорпус корабля сварен из фрезерованных панелей. Снаружи к нему крепятся донный теплозащитный экран и боковая теплозащита. Между ней и корпусом размещена двигательная установка управления спуском на долгохранимых компонентах.

В отличие от «Дракона» и «Ориона», которые после возвращения приводняются, «Старлайнер» садится на сушу, используя трёхкупольную парашютную систему и надувные баллоны-амортизаторы. Такой способ посадки создаёт лучшие условия для повторного применения командного модуля (его можно использовать до десяти раз). Внутри достаточно объёма для размещения семерых астронавтов, хотя миссии NASA больше четырёх не требуют.


Информационно-управляющее поле учитывает новые веяния, хотя и не столь революционно, как на корабле Илона Маска. «Я думаю, что, особенно в пилотируемых космических полётах, где надо остерегаться ошибок... проверенная в полёте аппаратура ведёт к снижению риска для человека», – сказал по этому поводу в 2014 году вице-президент Boeing по коммерческим программам и руководитель программы CST-100 Джон Малхолланд (John Mulholland).


Концепция управления кораблём отдаёт приоритет автоматике, а не пилотам. Пульты управления по размерам меньше ранее применявшихся, хотя отличаются от «стеклянной кабины» (glass cockpit): управляющее поле имеет много механических переключателей и кнопок. «Пилотируя корабль, вы находитесь в скафандре и не можете полагаться на тактильные ощущения, когда прикасаетесь перчаткой к сенсорному экрану», – пояснял инженер-программист Джим Мэй (Jim May). Такой подход повышает безопасность управления при спуске, когда корабль трясёт, как при езде по булыжной мостовой, и есть риск неправильно ткнуть в тачскрин – поэтому старые добрые кнопки лучше. Впрочем, не стоит думать, что использовались исключительно консервативные подходы — на орбите экипаж взаимодействует с «мозгом» корабля посредством планшетов Samsung Galaxy и беспроводного интернета, а кресла пилотов изготовлены методом 3D-печати.

Пульт управления кораблём CST-100. Фото Boeing


Для стыковки с МКС Starliner будет использовать стандартный андрогинно-периферийный стыковочный агрегат NASA, такой же, как на корабле Crew Dragon, также закрывающийся при выведении и спуске откидной крышкой.


Сервисный модуль – относительно короткий цилиндр, в котором сосредоточены двигательная установка и остальные служебные системы, необходимые только для работы на орбите.

Топливные баки и трубопроводы едины для жидкостной двигательной установки аварийного спасения и системы орбитального маневрирования.

Как и Crew Dragon, Starliner оснащён толкающими двигателями аварийного спасения. Подобный концепт обладает рядом достоинств по сравнению с классическим «тянущим» твердотопливным двигателем.


Во-первых, более плотной компоновкой, во-вторых, возможностью использовать топливо для маневрирования и довыведения корабля на орбиту. В-третьих, жидкое топливо обычно даёт более высокую энергетику, чем твёрдое, и может неограниченно долго храниться в условиях орбитального полёта. Наконец, толкающая интегрированная двигательная установка не нуждается в отделении, подобно тянущей, что повышает надёжность, да к тому же ещё и обеспечивает аварийное спасение на всём активном участке траектории выведения.

Инженеры Boeing применили в системе аварийного спасения уже знакомый им двигатель RS-88, созданный компанией Aerojet Rocketdyne в 1990-х годах в не реализованной тогда программе дешёвой ракеты-носителя. Четыре двигателя легко отрывают командный модуль от аварийного носителя и уносят его на безопасное расстояние при приемлемом уровне перегрузок (не более 10g).

Пневмогидравлическая система состоит из нескольких сферических баков с компонентами топлива и шар-баллонов высокого давления с вытесняющим газом. На наружной поверхности модуля расположены радиаторы терморегулирования, а также четыре кожуха – «собачьих будки» на сленге инженеров Boeing. В них стоят двигатели орбитального маневрирования и реактивного управления, а также управляющие двигатели системы аварийного спасения. Сервисный модуль соединён с командным через кабель-мачту и отделяется непосредственно перед спуском корабля с орбиты.


CST-100 получает электропитание от аккумуляторов, расположенных внутри сервисного модуля и подпитываемых от солнечных элементов, которые установлены на его заднем торце. Автономно корабль может летать в космосе 60 часов, в составе МКС – до 210 суток. Стартовая масса – 13 т, длина 5,03 м и диаметр 4,56 м.


Boeing неоднократно заявлял, что Starliner – универсален и может запускаться такими ракетами, как Atlas V, Delta IV, Vulcan и Falcon 9. Это не совсем так. Теоретически любой космический аппарат можно интегрировать с любым более-менее подходящим по энергетике носителем, однако всё зависит от объёма и стоимости адаптации. Амплитудные, фазовые и частотные характеристики корабля и ракеты нужно согласовать, в противном случае динамические нагрузки убьют экипаж и разрушат бортовое оборудование. То же и с аэродинамикой двух изделий.


Изначально для запуска по энергетике подходил вариант Atlas V 421 с двумя твердотопливными ускорителями, но в процессе разработки масса CST-100 выросла с 10 до 13 т, и возможности ракеты улучшили путём установки на второй ступени второго двигателя. Дальше – больше. При продувках в аэродинамической трубе выяснилось, что из-за разницы в диаметрах корабля и второй ступени в зоне сопряжения возникают срывы потока, вызывающие колебания корпуса ракеты. Пришлось за сервисным модулем ставить цилиндрическую юбку-стекатель, сглаживающую потоки. В итоге появился своеобразно выглядящий вариант Atlas V422, переименованный позднее в Atlas V N22…

Ключевые испытания


Путь «Старлайнера» к первому полёту оказался гораздо длиннее, чем планировалось. Поначалу казалось, что Boeing, выбрав более консервативный дизайн и используя проверенные компоненты, быстро наверстает отставание от конкурента и вырвется вперёд. Но не тут-то было. Первый полёт не состоялся ни в 2017-м, ни в 2018-м. Лишь к концу 2019 года первый CST-100 реально был готов к лётным испытаниям, когда Crew Dragon уже имел многомесячную фору, выполнив в марте первый демонстрационный полёт без экипажа...


Причин задержек было множество. Во-первых, NASA сформулировало жесточайшие критерии безопасности пилотируемых полётов, что, во-вторых, потребовало от участников программы на пути к первому полёту выполнить множество требований, обозначенных «вехами». Это осложняло программу наземной экспериментальной отработки, насыщая её дополнительными тестами.


Важнейшим считалось испытание на аварийное прерывание миссии при старте (Pad abort test). Системе аварийного спасения следовало доказать свою способность увести командный модуль с экипажем на достаточное расстояние от неподвижно стоящей аварийной ракеты и выполнить безопасную мягкую посадку. Тест состоялся 4 ноября 2019 года на испытательном стенде комплекса LC-32 военного полигона Уайт-Сэндз в штате Нью-Мексико. Конструкция стенда имитировала верхнюю часть ракеты-носителя. По команде «Авария» четыре двигателя системы аварийного спасения, работая вместе с движками орбитального маневрирования, подняли командный модуль с макетом сервисного модуля на высоту 1350 м, разогнав корабль до высокой дозвуковой скорости. Продолжая двигаться вверх, аппарат развернулся в положение «днищем вперёд» для лучшего наполнения куполов парашютов. Через 18 секунд после начала теста последовательно отработали вытяжные и основные купола. Только после этого отделился сервисный модуль. И тут выяснилось, что из трёх куполов нормально наполнились только два, что, впрочем, не помешало мягкой посадке через 95 секунд после старта.

Расчётный профиль проведения испытаний Pad abort test. Графика Boeing


Несмотря на явный баг (как казалось сторонним наблюдателям) исход теста признали положительными. «Мы в восторге от предварительных результатов. Нашей следующей задачей будет тщательный анализ всех полученных данных и их сопоставление с прогнозируемыми», – сказала руководитель коммерческих пилотируемых программ NASA Кэти Людерс (Kathy Lueders). Часть публики, кстати, из-за этого предположила, что NASA «подыгрывает» компании Boeing, в то время как в сторону SpaceX выдвигались всё новые требования (тут же припомнили, что Маска заставили поставить на Crew Dragon четвёртый парашют для надёжности). К слову, в отличие от конкурента, Boeing не испытывал систему аварийного спасения при максимальном скоростном напоре (max-Q) – не счёл нужным. Ещё в 2016 году господин Малхолланд сказал, что может проверить систему при продувке в аэродинамической трубе. «Это наша философия – убедиться, что испытания ради испытаний не нужны. Мы полностью понимаем требования, которые нужно выполнить, и выбираем наилучший подход», – заметил он.


В принципе, безопасную посадку способны обеспечить даже два купола из трёх. Но с другой стороны, тот факт, что третий купол просто не вышел из парашютного отсека, должен был насторожить. Тем более что непосредственной причиной инцидента оказался человеческий фактор. Через четыре дня после теста выяснилось, что механизм, соединяющий вытяжной и основной парашюты, подготовили неправильно, поскольку из-за компоновки парашютного отсека невозможно было визуально проверить правильность соединения механизма! Кстати, командный модуль, использованный в тесте, списали – никто не рискнул после такого стресса вновь отправить его в полёт.

Как бы то ни было, результаты испытаний продемонстрировали достаточную надёжность для первого беспилотного полёта, назначенного на 17 декабря 2019 года. Планировалось, что в случае успеха уже в первом квартале 2020 года в пилотируемую миссию CFT (Crew Flight Test) на «Старлайнере» мог бы отправиться экипаж в составе астронавтов NASA Майка Финке (Mike Fincke), Николь Манн (Nicole Mann) и лётчика-испытателя и бывшего астронавта Boeing Криса Фергюсона (Chris Ferguson).


Первый полёт

Демонстрационная беспилотная миссия Boe-OFT (Orbital Flight Test) наконец-то началась 20 декабря 2019 года. Уйдя со стартового комплекса SLC-41 базы ВВС США «Мыс Канаверал», ракета-носитель без проблем доставила корабль с бортовым номером S3.1 (собственное имя Calypso) на опорную орбиту. Программа полёта предусматривала тестирование всех систем, стыковку с МКС в автоматическом режиме, работу на орбите, оценку динамических нагрузок и проверку теплозащиты и системы мягкой посадки при возвращении. В кресле на борту сидел манекен «Ракетчица Рози», облепленный датчиками для оценки воздействий на организм астронавта.


По плану через 31 минуту после старта корабль должен был перейти на более стабильную промежуточную орбиту, откуда ему следовало начать сближение с МКС. Но двигатели орбитального маневрирования в расчётный момент не запустились, и возник риск нештатного входа «Старлайнера» в атмосферу за счёт аэродинамического торможения. Позднее двигатели «сами собой» включились, но корабль в этот момент находился в неоптимальной ориентации и не в нужной точке орбиты.

Причину обнаружили сразу же – бортовое время, которое отсчитывал таймер корабля, отличалось от фактического. Через несколько часов после старта на пресс-конференции администратор NASA Джим Брайденстайн (Jim Bridenstine) пояснил: в системе отсчёта «истекшего времени миссии» произошла ошибка. Из-за неё система управления «поверила», что выполняет манёвр перехода на штатную орбиту, хотя на самом деле было ещё рано. Затем бортовой компьютер «предположил», что Starliner находится на расчётной орбите, выдал команду на включение двигателей для её поддержания…


Операторы заметили аномалию и попытались передать команду на борт через спутники-ретрансляторы, но, как назло, в это время CST-100 «переходил» из зоны действия одного ретранслятора в зону другого. Из-за перерыва в связи команда «не зацепилась». В результате двигатели выхлестали 75% топлива, и остатка компонентов должно было хватить только на то, чтобы всё-таки чуть исправить орбиту, выстроить посадочную ориентацию и столкнуть корабль в атмосферу. Центр управления решил отменить стыковку с МКС, провести испытания в автономном полёте и посадить Starliner 22 декабря.


Дальнейший полёт проходил рутинно. За двое суток дистанционно проверили работу двигателей, астронавигации, ориентации и коррекции — без замечаний. Связь через МКС между центром управления полётом и кораблём функционировала идеально. Сближение со станцией имитировали коррекциями и измерением параметров орбиты. В общем, всё, что не касалось сближения и стыковки, удалось верифицировать.


22 декабря в расчётное время корабль сошёл с орбиты, и вновь с завидной чёткостью включилось всё: двигательная установка, системы разделения и управления спуском, парашюты и надувные баллоны мягкой посадки. Приземление состоялось в 300 м (!) от расчётной точки на полигоне Уайт-Сэндз. Сразу после посадки астронавт Сунита Уильямс (Sunita Lyn Williams), назначенная к тому времени в экипаж первой пилотируемой миссии, нарекла корабль именем Calypso: «Отдавая дань уважения другим исследователям и судам, на которых они путешествовали, я предлагаю назвать его «Калипсо», – сказала она, намекая на название исследовательского судна Жака-Ива Кусто.

Второй полёт


Сразу же после завершения первой миссии начались дебаты по поводу проведения второго – зачётного – беспилотного полёта. Изначальная программа такого варианта не предусматривала – подразумевался переход от первого беспилотного летного испытания к первому пилотируемому. Часть специалистов (прежде всего астронавты) утверждали, что результаты первой миссии достаточны для отправки корабля в космос с пилотами на борту. «Starliner обладает мощными средствами ручного управления, – аргументировал Майк Финк. – Хотелось бы предположить, что, будь мы на борту, можно было бы дать команде управления полетом больше возможностей для действий в этой ситуации». «Будучи на борту, мы могли бы предпринять действия [для парирования аномалии]. С нетерпением ждем полета на «Старлайнере», – вторила Николь Манн. – Мы абсолютно не сомневаемся в безопасности такого полета». Оба астронавта тогда были кандидатами в экипаж первой пилотируемой миссии, которая при положительном исходе демонстрационного полёта могла бы состояться уже в начале 2020 года.


Команда Boeing изо всех сил пыталась снять выявленные проблемы – NASA «выкатило» разработчикам целых 80 организационно-технических рекомендаций, и причин для них было много. Ведь проблема с таймером оказалась вовсе не единственной! Инженеры обнаружили в бортовом софте и второй баг, более серьёзный. Он мог привести к соударению служебного и командного модулей CST-100 после разделения отсеков, что, в частности, могло повлечь за собой повреждение теплозащитного экрана или потерю ориентации.

В середине января Boeing завершил полный обзор софта «Старлайнера», включая проверку процесса его разработки и тестирования. Эти процессы в итоге пересмотрели: «Мы собираемся более тщательно подходить к проектированию систем и разработке софта», – заявил Джон Малхолланд. Boeing ввёл сквозное моделирование последующих миссий, включая полное тестирование программного обеспечения всех операций – от предпусковой подготовки до посадки корабля. Как выяснилось, ранее софт тестировался «кусочками»…

6 апреля 2020 года, после консультаций с NASA, Boeing решил за свой счёт выполнить второй демонстрационный полёт Boe-OFT 2 без экипажа «где-то в районе октября-ноября». В случае успеха первая пилотируемая миссия на новом корабле могла состояться уже в середине 2021 года. Но не сбылось.


10 ноября 2020 года NASA сообщило, что из-за проблем с бортовым софтом второй беспилотный полет перенесён на I квартал следующего года. Но и тогда ничего не получилось – запуск отложили на 30 июля, а посадку – на 5 августа 2021 года. Незадолго до попытки летнего запуска Boeing отчитался о «выполнении и перевыполнении плана»: реализованы даже те мероприятия, которые считались необязательными. Как выяснилось позднее, не помогло и это…

В середине июня Starliner S2.1 получил «экипаж» – в командный модуль вновь усадили «Ракетчицу Рози» (на этот раз без датчиков) – и 200 кг грузов для экипажа МКС. 22 июля NASA одобрило план полёта, разрешив запуск 30 июля. Снова не судьба! За день до старта пусковая команда согласовала перенос запуска на 3 августа: на станции велись работы с модулем «Наука», и подготовка к приёму корабля несколько затянулась. Но и 3 августа улететь не удалось: за три часа до запуска инженеры обнаружили «ненорму» в двигательной установке «Старлайнера» – клапаны застыли в «каком-то не таком» положении

Пуск снова отложили до выяснения причин. Оказалось, что неполадки затронули сразу 13 клапанов! 5 августа ракету увезли в корпус сборки носителя, а спустя восемь дней Boeing сообщил причину аномалии. Попавшая в клапаны вода среагировала с парами окислителя – азотного тетраоксида, в результате образовалась азотная кислота. Она привела к коррозии и неправильной работе клапанов. Клапаны «делались не из нержавеющей стали, а из алюминиевого сплава для экономии веса». Пуск отменили до лучших времён, Atlas V N22 изъяли из программы пилотируемых полётов, а первую ступень передали для запуска межпланетного зонда Lucy.


Во время подготовки к миссии Boe-OFT 2 выявились серьёзные разногласия между Boeing и Aerojet Rocketdyne – одним из ключевых поставщиков, отвечающих за двигательные установки корабля. Головная компания предлагает полностью переделать злополучные клапаны. И Boeing, и NASA признают, что причина заедания – химическая реакция между топливом, алюминиевым сплавом и влагой. Но инженеры и юристы Aerojet Rocketdyne смотрят на проблему иначе, обвиняя в аномалии чистящее вещество, использованное Boeing при наземных испытаниях.

«Тестирование для выявления первопричины аномалии с клапанами завершено и не выявило проблем, описанных Aerojet», – заявили представители Boeing, добавив, что Aerojet не выполнил контрактные требования и не сделал двигательную установку устойчивой к возможным химическим реакциям.

Некоторые источники утверждают, что специалисты Boeing, хоть и не официально, считают объяснения Aerojet попыткой снять с себя груз ответственности, избежав оплаты издержек и дорогостоящей переделки. «Это просто смехотворно! Заставить… поставщика… написать: «Да, я облажался!»… этого никогда не произойдет…», – высказался по этому поводу неназванный эксперт, участвующий в совместном расследовании Boeing и NASA…

В конце концов вторую демонстрационную миссию перенесли на 19 мая 2022 года, наметив следующую программу: стыковка со станцией – через сутки после старта; Starliner везёт на МКС свыше 220 кг грузов. Пять-десять дней корабль пробудет на станции, а затем вернётся на Землю. Посадка запланирована на полигоне Уайт-Сэндз. В командном модуле планируется вернуть грузы общей массой свыше 270 кг.


Если всё пойдёт по плану, то первый пилотируемый полёт может состояться в IV квартале уже нынешнего года. В экипаж назначены Бэрри «Бутч» Уилмор (Barry Wilmore) и Майк Финке. Кто будет третьим, пока неизвестно: Николь Манн, ранее состоявшую в экипаже, перевели в миссию SpaceX Crew-5 на корабле Crew Dragon.


Чудны дела твои, Господи!

Глядя на эту эпопею, не перестаёшь удивляться. Каким образом Boeing, крупнейшая аэрокосмическая компания с вековой историей, реализовавшая множество пионерских проектов мирового уровня, ухитрилась проиграть SpaceX – фирме, которой едва исполнилось двадцать лет?


Понятно, что Илон Маск приступил к работе над своим кораблём раньше, набив руку на грузовом «Драконе». Но ведь в 2014 году он радикально изменил дизайн аппарата, ставшего похожим на исходный вариант чуть меньше, чем «вилка на бутылку». А у «Старлайнера» был и есть вполне стандартный конструктив, отработанный ещё в 1960-х. И всё равно Маск успел раньше и сделал лучше (даже с учётом взрыва «Дракона» на наземных испытаниях в апреле 2019 года) и уже два года отправляет людей в космос.


В чём причина? Не варясь во внутренней «боинговской» кухне, сказать трудно. Но, учитывая недавние проблемы с лайнерами 737 MAX, приведшие к двум катастрофам и также связанные с софтом, можно предположить какие-то системные просчёты в методах проектирования сложной техники. Возможно, «кун фу» Илона Маска – корпоративная техническая культура SpaceX – лучше стимулирует качественную работу проектантов, конструкторов и рабочих? А культура Boeing, напротив, деградирует?

Но может быть, всё дело в неправильном подходе именно к созданию программного обеспечения, направленном на внедрение всё новых «фишек», ради маркетинга, «красивости», накрутки стоимости или ещё чего-то, что никак не связано с повышением надёжности. Что никак не вяжется со «здоровым консерватизмом», применяемым компанией к «железу». Как тут не вспомнить твит Дональда Трампа (тогда ему ещё не перекрыли доступ в Twitter) после двух катастроф 737 MAX: «Самолёты становятся слишком сложными, чтобы управлять ими. Им теперь нужны не пилоты, а компьютерные учёные из MIT. Я наблюдаю такую картину со многими продуктами. Всегда есть стремление сделать ещё один необязательный шаг вперёд, хотя часто старые и более простые решения намного лучше. Необходимо принимать решения за доли секунды, а сложность создаёт угрозу. Всё это требует огромной цены, но даёт очень мало. Не знаю, как вы, а я не хотел бы, чтобы моим пилотом был Альберт Эйнштейн. Мне нужны отличные профессионалы, имеющие возможность быстро и просто брать на себя управление самолётом!» Может, что-то похожее происходит и с космическим кораблём Boeing?

https://3dnews.ru/1066131/gyostkiy-soft-starlaynera

Показать полностью 14
Отличная работа, все прочитано!