|
Нагрузка
Чтобы уменьшить вес капсулы Аполлона-11, NASA сняло часть слоя майларовой защиты (майлар - пленка на основе синтетического полиэфирного волокна). Видимо, это оправдало себя, позволив отважному Нилу Армстронгу совершить безопасную посадку буквально на последних каплях горючего.
"- Тридцать секунд! - доложил Хьюстон. - Ровно столько горючего у вас осталось. Скорее снижайтесь, Нил!" (17, с. 406)
Мне кажется, NASA проще было увеличить размеры топливного бака, чтобы ЛЭМ мог взять на борт больше горючего, вместо того чтобы соскребать майлар.
Как следует из приведенной ниже таблицы, с каждой новой миссией количество научного оборудования на борту возрастало. Эти данные взяты со страницы 2-2 публикации NASA от 1973 года под названием "Аполлон-17 - предварительный научный отчет".
Если мы возьмем суммарный вес всего, что было на борту Аполлона-11, и сравним с тем же показателем Аполлона-16, мы обнаружим прибавку на 461 кг. Из таблицы видно, что разница в весе обусловлена в основном количеством экспериментального научного оборудования. Не следует забывать и про луномобиль, который весил никак не меньше 200 кг (35, с. 95). Это увеличивает разницу в весе до 661 кг.
Если, по утверждению NASA, 36-килограммового рюкзака с системой жизнеобеспечения астронавту хватало на четыре часа, то Аполлон-16 должен был взять либо 8 комплектов, либо сменные системы, то есть еще 288 кг дополнительного груза. Таким образом, на совершающем посадку ЛЭМе было 949 кг лишнего веса. Я не берусь даже предположить, сколько в этом случае потребовалось дополнительного горючего для посадки, даже если допустить, что ничего больше на борт не бралось.
Суммарная разница в весе в итоге переваливала за тонну. Что здесь можно сказать? Видимо, очень много майлара пришлось соскрести!
Прочность
Как мы уже знаем, ЛЭМ состоял из двух отсеков. Герметичный верхний отсек осуществлял посадку всего агрегата на Луну с помощью большого реактивного двигателя, расположенного в нижнем негерметичном отсеке. Чтобы взлететь с Луны, верхний отсек отрывался от нижнего и возвращал астронавтов на орбиту, где их ожидал командный модуль.
ЛЭМ, похожий на большое уродливое насекомое, весь состоял из выступающих углов и плоских поверхностей. Любой первокурсник инженерной специальности знает, что герметичный летательный аппарат должен иметь сферическую форму, но "гению", который проектировал ЛЭМ, видимо, это было неведомо.
А ЛЭМ действительно был герметичным, и тому есть документальное свидетельство с Аполлона-11:
"Они поднялись по лестнице и протиснулись в "кабину", после чего загерметизировали салон" (20, с. 247).
На странице 160 "Иллюстрированной энциклопедии космических технологий" есть схема ЛЭМа в разрезе. Там хорошо видно, что он содержит как минимум одну большую плоскую панель размером приблизительно 90 см в ширину и 120 см в высоту. На другом фрагменте чертежа изображены ребра каркаса через каждые 15 см поверхности. Поскольку этот фрагмент достаточно типичен, я предполагаю, что и остальная часть конструкции ЛЭМа выполнена аналогичным образом. Олдрин писал про ребра ЛЭМа следующее:
"...очень неприятные коррозийные трещины покрывали алюминиевые, толщиной в бумагу, ребра каркаса ЛЭМа" (18, с. 178).
Поскольку несущий каркас, "ребра" автомобилей, кораблей и прочих структур всегда гораздо толще, чем их покрытие, можете себе представить толщину фюзеляжа.
Внутреннее давление ЛЭМа составляло 0,35 атм (0,37 кгс/ см2). Это минимальное давление, достаточное для долговременного поддержания жизнеспособности астронавтов. С этим расчетом, а также учитывая, что в 1 кв.м 10 000 кв.см, мы находим, что на фюзеляж действовало внутреннее давление, равное 3700 кгс/кв.м. Сравните это с давлением 150 кгс/кв.м, допустимым при проектировании пола в жилом доме, или 1000 кгс/кв.м, допустимым в коммерческих складах.
Это всего лишь означает, что каждое ребро должно выдержать давление нагрузки весом 500 кг. В проектировании такая нагрузка выражается максимальным сгибающим моментом, который измеряется в кгс х м. Для бруса (или ребра), имеющего опору на обоих концах и несущего нагрузку, формула выглядит так:
где W - нагрузка в килограммах, a L - пролет в метрах.
Таким образом, максимальный сгибающий момент для каждого ребра равен:
500 х 0,91 / 8 = 56,875 кгс х м, или 0,056875 кгс х мм.
Ограничительный момент, требуемый для поддержания этой нагрузки, вычисляется с помощью сопротивления сечения. Для этого надо разделить максимальный сгибающий момент на предел прочности материала. Я не знаю, какой именно сплав алюминия применялся для изготовления ЛЭМа (а ответов на мои запросы от NASA мне не дождаться никогда!), поэтому рискну предположить, что ребра толщиной с бумагу, о которых говорил Олдрин, сделаны из обычной стали с рабочим пределом прочности 15 кгс/кв.мм (я исхожу из того, что сплав алюминия наверняка менее прочный, чем сталь).
Таким образом, момент сопротивления сечения равен 0,056875 / 15 = 0,00379 куб.мм = 3,79 куб.см. В справочнике находим, что указанную нагрузку может выдержать ребро с угловым сечением 50 мм х 50 мм х 6 мм - его момент сопротивления как раз составляет 3,8 куб.см. Вы смогли бы назвать кусок металла толщиной в 6 мм "бумагой"? Олдрин тоже не смог бы! Очевидно, что ребра, о которых он писал, никогда не смогли бы выдержать нагрузку внутреннего давления, достаточного для обеспечения жизнедеятельности людей в космосе.
И последнее. Чуть выше я привел цитату, которая описывала, как астронавты "герметизировали салон". Затем они долго сверялись с бортовой инструкцией. И вот следующий абзац:
"Они сняли сапоги, стащили тяжелые рюкзаки, которые использовались для их жизнеобеспечения на Луне, открыли люк и выбросили их наружу вместе с помятыми пищевыми пакетами и заполненными мочеприемниками" (20, с. 247).
Ни слова про два часа, чтобы провентилировать ЛЭМ, или про подсоединение воздуховодов, чтобы выжить при открытом люке. А ведь ни один ЛЭМ не был оснащен шлюзовой камерой!
Размеры
Олдрин утверждал, что астронавты входили и выходили через боковой люк ЛЭМа на четвереньках (18, с. 240). Билл Кейсинг рассказывал, что его друг, посетивший музей космоса в Вашингтоне несколько лет назад, взял с собой рулетку и измерил люк ЛЭМа, а также космические скафандры и рюкзаки.
По его словам, люк слишком мал, чтобы человек с рюкзаком мог в него пролезть.
Мне удалось добыть схему ЛЭМа и вычислить, что диаметр люка составлял 76 см. По другой информации, люк был овальным - 91 см в ширину и 64 см в высоту.
Я провел простейший эксперимент - попытался вползти под кухонный стол высотой 64 см. Мне пришлось встать на колени и опереться на локти, а не на кисти рук! Если предположить, что толщина рюкзака была 25 см, то высота отверстия должна быть никак не меньше 89 см. А ведь астронавты были еще и в дутых скафандрах! Не припоминаю, чтобы NASA говорило о том, что астронавту, чтобы миновать люк, приходилось извиваться на животе.
Дыхало в море и космосе
Дыхало - ноздря в верхней точке головы китообразных; выпускное отверстие для выброса газов.
Голодный кит погружается в пучину океана, чтобы добыть себе пропитание. Когда запас кислорода в его теле начинает истощаться, кит всплывает и, словно вулкан, извергает из выпускного отверстия отработанный воздух и пар. Выдыхаемые газы имеют температуру тела кита и насыщены водяным паром. В результате контакта с холодным воздухом над водной поверхностью они образуют "туман". На китобойных судах XIX века были специальные впередсмотрящие, искавшие на водной глади такие "извержения", которые видны за несколько километров. По сигналу впередсмотрящего судно ложилось на нужный курс. Таким образом, выпускное отверстие, необходимое для выживания кита, было и его ахиллесовой пятой.
Несколько десятилетий назад другой вид млекопитающих погрузился в черную пучину космоса. Поначалу три астронавта казались нам железными людьми в титановых кораблях. Они рассказали и даже показали, как чудесным образом спустились на лунную поверхность. Но, как и китам, людям тоже необходимы выпускные отверстия, чтобы прожить.
Космическая проктология
Космическая проктология - исследование выпускных отверстий астронавтов.
Давайте применим наши новые знания в области космической проктологии и произведем детальное исследование выпускных отверстий астронавтов. По сообщениям NASA, наши могучие парни с "правильными данными", посмевшие нырнуть в темноту космоса, зависят от своих выпускных отверстий в неменьшей степени, чем погрузившиеся в бездну океана китообразные. Разница состоит лишь в том, что космические млекопитающие используют свои выпускные отверстия для охлаждения, а не для дыхания.
Несмотря на то что полеты Аполлонов состоялись более 30 лет назад и не были засекречены, NASA очень долго не обнародовало никакой технической документации. Возможно, ЦРУ полагало, что эта информация может помочь Ираку захватить Луну или предоставить Каддафи пожизненное право использовать ее в качестве пастбища для верблюдов...
Вы помните, что NASA опубликовало два разных значения давления кислорода на корабле покойного Гриссома. Это не одиночная "опечатка" - я нашел два разных значения давления и внутри скафандров. Для верности я использую значение в 0,32 атм, что является средним между 0,26 и 0,37 атм, о которых Фрэнк Борман говорит в своей книге.
Мы все наблюдали звездный час астронавтов, когда они прыгали по лунной поверхности. В 1969 году мы предполагали, что универсальный рюкзачок обеспечивал все жизненно необходимое. Поскольку космос "холодный", рюкзак должен был обеспечивать достаточный обогрев. А еще нормальное давление, подачу кислорода, удаление избытка влаги и т. д.
Тогда никто не говорил об охлаждении воздуха, и я всегда считал, что скафандры должны обогреваться, а не охлаждаться. Кажется, перчатки и носки с электроподогревом появились на рынке примерно в то время. Если бы речь шла о борьбе с холодом, то проблема решалась бы простым применением мини-обогревателей в скафандре. С такой теплоизоляцией небольшого обогревателя хватило бы с избытком.
Глядя на скаканье по Луне, я не мог отделаться от мысли о космическом холоде. Но когда я осознал, что Луна днем горячее кипятка, мне стало ясно, что проблема заключается как раз в обратном - необходимо охлаждение. Солнце нагревает поверхность Луны до 120 град. С. То же самое оно делает и с астронавтом. Теплоизоляция не останавливает передачу тепла или холода, она лишь ее замедляет. Если кухонную варежку - какой бы толстой она ни была - подержать несколько секунд в нагретой до 120 град. духовке, то рука почувствует жар.
Системы жизнеобеспечения
NASA так и не рассказало конкретно, где находится выпускное отверстие у астронавтов, но если бы я был в команде дизайнеров, я бы последовал примеру матушки-природы и расположил его в центре верхней части рюкзака. Этот рюкзак называется ПСЖО - Портативная система жизнеобеспечения (PLSS - Portable Life Support System). Готовая к использованию ПСЖО весит 38 кг на Земле и чуть больше 6 кг на Луне, имеет 66 см в длину, 46 см в ширину и 25 см в толщину. Общий объем рюкзака, таким образом, составляет 0,66 х 0,46 х 0,25 = 0,076 куб.м. NASA утверждало, что ПСЖО предоставляла астронавту полное жизнеобеспечение на несколько часов. Там находились: баллон с кислородом, углекислотный нейтрализатор, аппарат для отвода влаги, емкость с водой для охлаждения, еще одна емкость с отработанной водой для выброса, теплообменник, система датчиков для контроля жизненных функций организма, мощная рация для передачи сигнала на Землю, 4 литра воды. И в довершение всего - батареи достаточной емкости для питания всего оборудования в этом рюкзачке.
Давайте еще раз проанализируем: ЛЭМ отправили на Луну и оснастили его кондиционером, достаточным для охлаждения лишь электронного оборудования, но при этом каждый скафандр имел свое собственное охлаждение. Неужели скафандры летали на какую-то другую Луну? NASA утверждает, что астронавты носили комбинезоны, в которые были вшиты тонкие пластиковые трубки с водой, соединенные с водяным бачком:
"Применялась более эффективная система охлаждения, использующая охлаждаемое водой белье, в которое были вшиты тонкие пластиковые трубки" (7, с. 117).
Горячий воздух в скафандрах, создаваемый метаболическими процессами организма астронавта, по-видимому, отводился с помощью этой системы в теплообменник ПСЖО. Когда скафандр начинал накапливать излишнее тепло, астронавт нажимал кнопочку, приводя в действие механизм выброса отработанной воды из выпускного отверстия теплообменника:
"Вода извергалась из скафандра, превращалась в лед и распылялась в пространстве" (37, с. 221).
Единственное достоинство пластика - его гибкость. Во всем остальном пластик - это худший выбор для системы охлаждения, поскольку он является хорошим теплоизолятором. Система могла бы работать только при достаточном количестве воды в ПСЖО. Видимо, она функционировала идеально, поскольку по окончании каждой миссии Аполлона наши киногерои возвращались на Землю целыми и невредимыми.
Чтобы проверить честность NASA, давайте посчитаем, какое количество воды требуется, чтобы выполнить поставленную задачу. Площадь поверхности астронавта составляет приблизительно 0,75 кв.м. Используя коэффициент излучения 0,2, мы находим поглощаемое солнечное излучение:
Авторы публикации "Первые на Луне" утверждают:
"ПСЖО был сконструирован так, чтобы отводить метаболическое тепло, выделяемое астронавтом, в ритме 1600 британских тепловых единиц (БТЕ) в час" (11, с. 261).
Поскольку 1 БТЕ в час округленно равняется 0,293 Вт, мы получаем 469 Вт. Это надо приплюсовать к тепловому излучению Солнца: 203 + 469 = 672 Вт.
Теперь необходимо вычислить тепло, излучаемое теневой стороной скафандра. Но сначала нам придется сделать определенные допущения относительно температуры воздуха и скафандра. Чем выше температура, тем легче охладителю работать.
Предположим, что температура скафандров была +38 град. С, то есть +311 град. К. Теперь мы можем применить формулу Стефана-Больцмана. Для этого перевернем исходное уравнение:
Таким образом, округлив результат, мы получаем излучение в 80 Вт. Вычитаем его из 672 и получаем 592 Вт. Чтобы округлить, прибавим 8 Вт на различные тепловые излучения от раций, водяного насоса и т. д. Итого 600 Вт. В одном ватте 860 калорий. Взяв в расчет крайний случай (работу с 100 % эффективностью), необходимо производить достаточное количество льда, способное выдержать 516 000 кал в час. За 4 часа набегает 2 064 000 кал.
Чтобы снизить температуру 1 г воды на 1 град. С, требуется потеря 1 кал тепла. Для формирования льда 1 г воды должен потерять еще 80 кал. Таким образом, падение температуры с +38 град. С до точки замерзания (0 град. С) влечет за собой передачу 38 кал, плюс еще 80 кал для замерзания - итого 118 калорий на каждый грамм, выброшенный через выпускное отверстие. Если разделить 2 064 000 кал на 118, то получается 17 491 г, которые надо выпустить. Это 17,5 л, или 0,0175 куб.м. То есть почти четверть объема ПСЖО. Это количество воды весит на Земле 17,5 кг, что составляет 46 % от веса рюкзака!
Давайте теперь посмотрим на вещи реально. Используя эффективность 40 % (это достаточно высокий показатель для большинства механизмов), мы получим гораздо более впечатляющие цифры, говорящие о том, что ПСЖО элементарно не вместил бы даже охлаждающий агрегат! Но в рюкзаке ведь еще находится баллон с кислородом, углекислотный нейтрализатор, аппарат для отвода влаги, емкость с водой для охлаждения, емкость с отработанной водой, теплообменник, система датчиков, рация, мощные батареи. Вам не кажется, что сконструировать такие рюкзачки под силу лишь волшебнику?
Однако продолжим про охлаждение. Если мы разделим 17 491 г воды на 240 мин, получается, что в минуту из выпускного отверстия надо было извергать примерно 70 г воды, и этот "замороженный пар" вылетал бы с изрядным свистом. Это наверняка стало бы поводом для шуток. Кто-нибудь слышал в исполнении астронавтов "китовые" анекдоты про выпускные отверстия? Когда астронавт "испускал пар", кто-нибудь вообще обращал на это внимание? Или это нечто такое, что неприлично делать на людях?
Впрочем, все это не имеет значения, поскольку теоретические выкладки порой жестоко разбиваются о реальные факты. Недавно мне удалось найти схему ПСЖО в разрезе. На ней контейнер для воды имеет всего 7,6 см в диаметре и 35,5 см в длину (30, с. 161). Соответственно, объем этого контейнера равен 1600 куб.см (1,6 л). Этой воды хватило бы лишь на 25-30 минут при невозможной 100 % эффективности! Но ведь NASA рассказывало нам про 4 часа! Может быть, изобретен новый способ концентрирования воды? Из всех достижений космической эры это было бы самым потрясающим!
Если смотреть на вещи реально, то наши космические герои должны были носить с собой зонтик от солнца. Защита от прямого солнечного света избавила бы их от многих проблем с перегревом, по крайней мере, пока они скакали по Луне. Однако зонтик а-ля Мэри Поппинс не только подпортил бы их имидж настоящих "мачо", но и не дал бы астронавтам резвиться так, как они это делали. А еще это могло стать указующим перстом на "голый" ЛЭМ, стоящий под палящим солнцем без всякой защиты. Такие проблемы NASA были не нужны.
NASA утверждает, что вращение помогало кораблю избежать перегрева. Может быть, астронавтам тоже следовало прыгать по Луне, весело кружась в пируэтах? Но и такие балетные па вряд ли выглядели бы очень мужественно. В конце концов, единственное, что могло бы спасти их жизни, пока они прогуливались под палящим солнцем, это кондиционеры, которых у них не было. Работающие кондиционеры в скафандрах при выпуске воды в космический вакуум должны были производить фантастический эффект: быстро расширяющийся туман ледяных кристаллов отражался бы в ярчайшем солнечномhttp://oko-planet.su/x0fg23SDmig.php?mod=addnews&action=addnews свете, и выброс ледяной крошки стал бы незабываемым зрелищем.
Мы можем не сомневаться, что наши астронавты никогда не выпускали воду таким образом, поскольку ни одна из десятков тысяч фотографий, сделанных на Луне и во время выходов в открытый космос, не запечатлела ничего подобного. NASA вряд ли могло пропустить такую потрясающую картину.
Базз Олдрин писал, что в ЛЭМе было так холодно, что ему пришлось убавить кондиционер в скафандре. С другой стороны, Коллинз вещал:
"Отведенные им 2,5 часа пролетели очень быстро, после чего они вскарабкались обратно в лунный модуль, закрыли дверь и закачали воздух в салон" (16, с. 8).
Это очень странно, поскольку кондиционер скафандра (если он вообще существовал!) не мог работать в условиях нормального давления внутри ЛЭМа. Он был способен функционировать только в вакууме. Закрадываются сомнения - эти два астронавта летали на одну и ту же Луну?
продолжение в третей части
Источник: x-libri.ru.
Рейтинг публикации:
|
