Załogowe statki kosmiczne – Wostok

5

Obecnie środowiska zainteresowane astronautyką i technologiami kosmicznymi czekają na szereg debiutów załogowych statków kosmicznych nowej generacji: MPVC Orion, Dragon 2, CST-100 czy rosyjskiej Federacji, mającej zastąpić statki Sojuz. Jest to doskonały pretekst do przeglądu tego typu konstrukcji, zaczynając od najwcześniejszych i kończąc na wymienionych powyżej statkach nowej generacji.

Kluczowe funkcje i parametry statków załogowych

Podstawowe funkcje załogowego statku kosmicznego to:

  1. Zapewnienie załodze transportu w przestrzeni kosmicznej i umożliwienie wypełnienia jej misji.
  2. Utrzymanie załogi przy życiu przez czas trwania misji.
  3. Sprowadzenie załogi bezpiecznie na Ziemię po zakończeniu misji.

Druga i trzecia funkcja powodują że załogowe statki kosmiczne pod pewnymi względami diametralnie różnią się od większości bezzałogowych sond i satelitów. Utrzymanie istot ludzkich przy życiu w środowisku wysokiej próżni, skrajnych temperatur i silnego promieniowania jest bardzo trudnym zadaniem, wymagającym specyficznych rozwiązań konstrukcyjnych, dodatkowego wyposażenia oraz zapasów. Sprowadzenie załogi bezpiecznie na Ziemię wymaga osłony przed wyzwalanym podczas hamowania w atmosferze ciepłem i niezawodnych mechanizmów lądowania (zwykle spadochronów i niekiedy silników lądowniczych).

Powyższe warunki powodują że duży ułamek masy załogowego statku kosmicznego stanowią podzespoły służące wyłącznie drugiej i trzeciej funkcji, zawsze kosztem funkcji pierwszej. Innymi słowy załogowe statki kosmiczne można powierzchownie uznać za konstrukcje o wysokim stopniu komplikacji (czyli wysokim stopniu ryzyka) i niewielkiej sprawności jako środku transportu.

Dlaczego więc nie rezygnujemy z wysyłania ludzi na niską orbitę okołoziemską w niebezpiecznych i mało ekonomicznych pojazdach zamiast poprzestać na automatycznych sondach badawczych, których dotychczasowe osiągnięcia są bezsprzeczne?

Można by zacytować którykolwiek z podniosłych banałów o niespożytej ludzkiej ciekawości, duchu przygody i przeznaczeniu człowieka leżącym w gwiazdach. Można też sprowadzić odpowiedź do trzech atutów które na tym etapie rozwoju technologicznego człowiek posiada na wyłączność: rąk, oczu i mózgu. Bez nieustannych prac konserwacyjnych stacje kosmiczne takie jak Mir czy ISS dawno już uległyby awariom i zniszczeniu, nie wspominając o tym że ich budowa byłaby niemożliwa bez udziału człowieka. Gdyby lądownik marsjański Schiaparelli nie polegał na sztywnym oprogramowaniu w sytuacji gdy opóźnienie transmisji uniemożliwiło jakąkolwiek interwencję, być może nie uległby katastrofie. Przykłady można mnożyć. Nasze maszyny są sprytne ale nie zawsze wystarczająco sprytne by przetrwać w tak wrogim środowisku jakim jest kosmos.

Ten i następne artykuły w serii spojrzą na szereg załogowych statków kosmicznych z różnych okresów historii porównując przy tym kilka wybranych parametrów decydujących o tym jak dobrze dany statek spełnia swoje trzy podstawowe funkcje. Wybrane parametry to:

  • Delta-V [m/s]. Jest to miara zdolności manewrowych statku. Jednostką jest prędkość [m/s] a sama liczba określa maksymalną prędkość jaką statek rozwinąłby zużywając całe dostępne paliwo. Delta-V określona jest następującym wzorem dv=g*Isp*ln(Mf/Me) gdzie g=9.81m/s2, Isp jest impulsem właściwym silnika wyrażonym w sekundach, ln to logarytm naturalny, Mf to masa statku z paliwem, Me to masa statku z pustymi zbiornikami.
  • Objętość użyteczna [m3]. Jest to objętość hermetycznie zamkniętego przedziału załogowego statku. Skład i temperatura atmosfery wewnątrz jest podtrzymywana i regulowana przez system podtrzymywania życia. Według wytycznych NASA i ESA objętość użyteczna na osobę rzędu 25m3 jest minimum, zaś rzędu 40-65m3 osobę jest już dość przestronna. Wytyczne te dotyczą misji długoterminowych. Większość statków załogowych ma objętość użyteczną na osobę nie przekraczającą 5m3, zwykle jest to o wiele mniej. Objętość użyteczna decyduje o swobodzie ruchów wewnątrz przedziału załogowego, zaspokojeniu takich potrzeb jak prywatność czy aktywność fizyczna w przypadku długich misji.
  • Sprawność systemu podtrzymywania życia [osobo-dni]. Jest to najważniejszy z punktu widzenia ludzkiej załogi system i składa się on z wielu współdziałających podzespołów:
    • System regulacji atmosferycznej. Odpowiada on za skład, ciśnienie i temperaturę atmosfery wewnątrz przedziału załogowego. Najważniejszym zadaniem tego podzespołu jest oczyszczanie powietrza z dwutlenku węgla wydychanego przez astronautów. W tym celu korzysta się z jednorazowych filtrów lub systemów regeneracji tlenu. W przypadku awarii to właśnie zwiększająca się zawartość dwutlenku węgla w atmosferze habitatu zagrozi życiu załogi w wiele szybciej niż brak tlenu. System ten jest również odpowiedzialny za ciągły obieg atmosfery w przedziale załogowym. Jest to niezbędne dla działania systemu filtracyjnego. W przypadku awarii wentylatorów dwutlenek węgla tworzyłby chmurę wokół głowy śpiącego astronauty powodując uduszenie lub skupiał się w określonych obszarach przedziału załogowego, czyniąc go niebezpiecznym dla życia.
    • System chłodzenia. Wbrew obiegowej opinii o zimnej próżni kosmicznej głównym problemem dla załogowych statków i stacji kosmicznych jest pozbywanie się nadmiaru ciepła. Statek kosmiczny wystawiony na światło słoneczne w odległości 1 jednostki astronomicznej od naszej gwiazdy zyskuje około 1400 W na 1m2 powierzchni. Elektronika prawie całą energię elektryczną musi oddać jako ciepło – mówimy o setkach do tysięcy watów. Organizm ludzki wytwarza od 100 W do około 400W zbędnego ciepła w zależności od poziomu aktywności. Zbędne ciepło musi być odprowadzane w sposób ciągły z przedziału załogowego – zwykle za pomocą aktywnych lub pasywnych systemów radiacyjnych – rozkładanych paneli na zewnątrz statku lub zamontowanych na jego powierzchni. Ciepło tracone jest poprzez promieniowanie podczerwone. Jest to bardzo powolny proces, którego tempo jest bardzo zależne od temperatury radiatorów. Statki stosują również zewnętrzne osłony termiczne o jasnych barwach lub wypolerowane metaliczne pokrycia mające odbijać światło słoneczne.
    • System przetwarzania i odzysku wody / utylizacji odpadów. W odizolowanym systemie jakim jest statek kosmiczny przetwarzanie produktów przemiany materii i śmieci jest bardzo ważne ze względów higieny i ekonomii masy. Ludzkie zapotrzebowanie na wodę zarówno do picia jak i do zachowania czystości jest zbyt duże by pozwolić sobie na wyrzucanie zużytej wody w próżnię, więc oczyszczanie i ponowne użycie jest preferowanym rozwiązaniem. Częścią tego systemu są również toalety i stacje sanitarne które w warunkach nieważkości są poważnym wyzwaniem.
    • Skład zapasów żywności. Jedna osoba potrzebuje około 2-2.5kg zapasów na dobę. Tego typu zapasy nie są przy obecnej technologii nawet częściowo odnawialne (tak jak opisane powyżej woda i powietrze) więc są krytycznym elementem w misjach długoterminowych. Nawet jednak w tym przypadku rozważane są koncepcje używania zużytych opakowań i liofilizowanych fekaliów do osłony załogi przed promieniowaniem kosmicznym podczas lotów międzyplanetarnych.

Większość opisywanych konstrukcji jest modułowa – minimalnie statek kosmiczny składa się z dwóch modułów:

  • Modułu załogowego (MZ) będącego jednocześnie habitatem, centrum dowodzenia i kapsułą powrotną dla załogi. MZ jest zwykle wyposażony w osłonę ablacyjną umożliwiającą przetrwanie hamowania atmosferycznego.
  • Modułu serwisowego (MS) zawierającego źródła zasilania i zarządzania energią, systemy orientacji w przestrzeni (silniki manewrowe i żyroskopy), nadajniki i odbiorniki oraz silniki główne wraz z paliwem.

Wszystkie opisywane statki są analizowane po odłączeniu ostatniego członu rakiety nośnej, zwykle używanego do osiągnięcia stabilnej orbity. Jeśli statek wyposażony jest w system ewakuacji awaryjnej też uznaje się go za odłączony. W ten sposób parametr Delta-V może być oceniany z równej stopy.

WOSTOK (ZSRR, 1961)

Historia programu
Po pierwszych oszałamiających sukcesach sowieckiego programu kosmicznego: Sputnika 1 (4 października 1957 – pierwszy sztuczny satelita na niskiej orbicie okołoziemskiej) i Sputnika 2 (32 dni po Sputniku 1 – pierwsze żywe stworzenie na orbicie – pies Łajka) następnym logicznym krokiem było umieszczenie na orbicie człowieka.

Rodzina rakiet nośnych R7 / wikimedia commons

Proces selekcji i treningu astronautów rozpoczął się w 1959 roku. Proces projektowania pierwszego załogowego statku kosmicznego był obarczony dodatkowymi wymaganiami natury politycznej i militarnej. Przywództwo ZSRR spoglądało dość niechętnie na program kosmiczny w aspekcie cywilnym i naukowym jeśli nie służyło to jego machinie propagandowej. Z tego powodu Sputnik 1 został wystrzelony na lekko zmodyfikowanej rakiecie balistycznej. Powstający projekt statku załogowego miał korzystać z podobnej modyfikacji pierwszej na świecie międzykontynentalnej rakiety balistycznej R-7 zwanej potocznie Siemiorką. Dodatkowo od samego początku powstający statek był projektowany z myślą o innym zastosowaniu – jako satelity szpiegowskiego. W tamtym okresie jedynym sposobem dyskretnego uzyskania zdjęć z orbity było umieszczenie na niej hermetycznej kapsuły z automatycznym aparatem fotograficznym po czym deorbitacja i w miarę miękkie lądowanie na terenie własnego państwa w celu wywołania filmów. Dopiero późniejsze technologie elektronicznego przetwarzania i przesyłu obrazów zniosły to wymaganie.

Statek Wostok, mimo że w historii lotów załogowych miał krótką, lecz ważną rolę, okazał się bardzo udaną konstrukcją pod postacią satelitów szpiegowskich Zenit i satelitów nauk biologicznych Bion. Pochodne te pełniły z powodzeniem służbę aż do lat 90-tych XX wieku.

Zanim 12 kwietnia 1961 roku Jurij Gagarin odbył swój historyczny lot odbyło się siedem lotów próbnych od maja 1960 do marca 1961 roku. Pierwszym z nich był prototyp pod kryptonimem Korabl-Sputnik 1 (eksperymentalny wariant oznaczony 1P). W wyniku niewłaściwej orientacji statku przy deorbitacji został on wyniesiony na wyższą ale niestabilną orbitę. W wyniku hamowania atmosferycznego kapsuła wylądowała po kilku latach w stanie Wisconsin, USA (źródła rosyjskie przeczą temu, twierdząc że statek spłonął w atmosferze). Kolejne cztery loty próbne używały rozwojowego wariantu 1K. Ładunkiem były zwykle psy i inne “próbki biologiczne”. Pierwszy z tej serii lotów nie otrzymał formalnego oznaczenia gdyż rakieta nośna uległa awarii niedługo po opuszczeniu stanowiska startowego. Korabl-Sputnik 2 był udanym testem i jego pasażerowie – psy Biełka i Striełka były pierwszymi organizmami które przeżyły lot w kosmos. Ten sukces dał oficjalne zielone światło dla programu lotów załogowych ZSRR. Korabl-Sputnik 3 nie kontynuował dobrej passy – podczas deorbitacji silnik nie wykonał pełnego programu i trajektoria kapsuły nie kończyła się na terytorium ZSRR. Wydano radiowo komendę o zniszczeniu kapsuły zabijając dwa psy będące ładunkiem testowym.

Następny start ponownie nie otrzymał formalnego oznaczenia, gdyż trzeci stopień rakiety uległ awarii i statek nie osiągnął orbity. Kapsuła wylądowała awaryjnie 3500km od stanowiska startowego. Obydwa przewożone psy przeżyły lądowanie a sama kapsuła została odzyskana, choć nie bez trudności.

Ostatnie dwa loty testowe Korabl-Sputnik 4 i 5 używały końcowego wariantu 3KA i były udane. Pierwszy z tych lotów był również pierwszym testem skafandra kosmicznego SK-1, którego miał później używać Jurij Gagarin i kolejni kosmonauci.

Misje załogowe
Analiza lotów testowych i ich statystyka (tylko trzy w pełni udane misje na siedem) sugerowały, że szanse powodzenia pierwszej misji załogowej były w okolicy 50%. Mimo to zdecydowano się na start Wostoka 3KA z Jurijem Gagarinem na pokładzie 12 kwietnia 1961 roku. Jednym z czynników decydujących były przewidywania wywiadu że Amerykanie mogą przeprowadzić pierwszy lot suborbitalny już w styczniu 1961 roku. Z punktu widzenia ZSRR każdy dzień opóźnienia mógł dać USA prowadzenie w wyścigu w kosmos.

Wostok podczas transportu / Zarya.info

Lot Gagarina w założeniach nie wymagał od pilota niczego innego jak przeżycia podróży. Osiągnięcie orbity było kontrolowane automatycznie, również manewr zejścia z orbity był zaprogramowany w komputerze pokładowym statku. Kontrola naziemna miała również możliwość zdalnego sterowania zachowaniem kapsuły. Sam Gagarin mógł przejąć kontrolę nad orientacją statku i głównym silnikiem tylko w wyjątkowych okolicznościach. Dostęp do sterowania ręcznego był chroniony hasłem które pilot przechowywał w kopercie. W danym czasie nie można było przewidzieć dokładnie reakcji człowieka na stan nieważkości i obawiano się ataku paniki, który w połączeniu z nieograniczonym dostępem do systemów sterowania mógł zagrozić misji. Hasło dostępu zostało mimo zaleceń przekazane Gagarinowi słownie przez Nikołaja Kamanina, szefa szkolenia korpusu kosmonautów.

Start rakiety nośnej i osiągnięcie orbity przebiegło pozornie bez zakłóceń. Odłączenie górnego stopnia również przebiegło normalnie. Sam statek posiadał w tym momencie wystarczającą ilość paliwa żeby zejść z orbity. Projekt Wostoka przewidywał że nawet w wypadku awarii silnika niska orbita docelowa obniżałaby się w wyniku interakcji z wyższymi partiami atmosfery i do lądowania doszłoby nie dalej jak za 10 dni od startu. Taka była też sprawność systemu podtrzymywania życia i zasilających go baterii. O czym Gagarina nie poinformowano był fakt, że orbita na której się znalazł była nieco wyższa i do lądowania doszłoby po około 20 dniach.

Plan lotu przewidywał jedno okrążenie wokół Ziemi, manewr deorbitacji i lądowanie na terenie ZSRR. Podczas całego lotu Jurij Gagarin zachowywał spokój i dobry humor a więc wcześniejsze obawy że ulegnie atakowi paniki nie okazały się słuszne. Łączność radiowa statku ze stacjami naziemnymi była nienajlepszej jakości i niekiedy zawodziła.

O ustalonym czasie silniki orientacyjne Wostoka ustawiły go we właściwym kierunku (wylotem silnika w kierunku lotu). Główny silnik modułu serwisowego zadziałał bez zarzutu i moduł załogowy i serwisowy znalazły się na obniżonej orbicie przecinającej atmosferę. Następnym krokiem było rozłączenie modułu serwisowego od załogowego, aby umożliwić temu ostatniemu kontrolowane hamowanie atmosferyczne. Cztery pasy przytrzymujące moduł załogowy zostały odrzucone bez problemu. Jedynym innym elementem fizycznie łączącym dwie części statku był gruby przewód zasilający. Dostarczał on prąd i odpowiedzialny był za wentylację i klimatyzację kapsuły (system podtrzymywania życia i baterie mieściły się w module serwisowym).

Kabel zasilający w całości lub w części nie uwolnił się ze swojego gniazda blisko szczytu modułu załogowego. Stanowił on podczas wchodzenia w górną atmosferę linę łączącą dwie części statku, nierówne sobie masą i właściwościami aerodynamicznymi. Spowodowało to gwałtowne obroty całości aż do momentu gdy kabel nie wytrzymał naprężeń i temperatur i pękł, uwalniając moduł załogowy z Gagarinem. Kulista kapsuła dość szybko odzyskała właściwe położenie – jej orientacja była z góry ustalona poprzez dodatkowy balast umieszczony w kierunku ruchu.

Należy zwrócić uwagę że podczas tych nieprzewidzianych przeciążeń i samego procesu hamowania atmosferycznego (przeciążenia rzędu 8g) Gagarin zachował przytomność.

Konstruktorzy Wostoka nie ufali do końca że lądowanie kapsuły na spadochronach będzie wystarczająco miękkie by pilot to przeżył. Sądząc z opisu świadków lądowania kapsuły Gagarina – całkiem słusznie. Wybiła ona w gruncie dość duża dziurę i dopiero po jednym odbiciu spoczęła nieruchomo.

Dlatego gdy moduł załogowy osiągnął prędkość terminalną i stabilną trajektorię na wysokości 7km luk znajdujący się za głową Gagarina został odstrzelony a chwilę później cały fotel pilota został wykatapultowany. Po wypaleniu się silników rakietowych fotela został on odrzucony i Jurij Gagarin resztę drogi na ziemię odbył na własnym spadochronie.

Należy zwrócić uwagę że system katapulty miał podwójną funkcję – w przypadku awarii rakiety nośnej umożliwiał pilotowi ucieczkę. W tym celu w osłonie aerodynamicznej chroniącej statek podczas startu zostawiono kolisty otwór pokrywający się z pozycją luku na powierzchni modułu załogowego.

Sama procedura powrotu na Ziemię pilotów statku Wostok mogła być użyta przez USA jako argument dyskwalifikujący ten statek jako pierwszy statek załogowy – nie zapewniał on bezpiecznego lądowania pilota. Tym samym dokładna procedura lądowania była utajniona ze względów propagandowych.

W ramach programu Wostok do połowy roku 1963 odbyło się jeszcze pięć lotów. Były to kolejno: pierwszy lot trwający ponad dzień (German Titow), pierwszy równoczesny lot dwóch statków (Nikołajew i Popowicz), rekordowy ponad czterodniowy lot Walerego Bykowskiego i wysłanie w kosmos pierwszej kobiety – Walentiny Tierieszkowej.

Ten ostatni lot miał dla ZSRR znaczenie czysto propagandowe – jako oznakę równości płci w systemie komunistycznym. Samo samopoczucie Tierieszkowej podczas prawie trzydniowego lotu nie było najlepsze i było pomijane w relacjach. W ostatnich latach wyszedł na jednak na jaw incydent, który mógł zakończyć się śmiercią kosmonautki. Zataiła go ona na prośbę Siergieja Korolowa, szefa sowieckiego programu kosmicznego. Okazuje się że automatyczny program deorbitacji zawierał błąd – podczas odpalenia silnika orientacja Wostoka byłaby odwrotna do zakładanej. Tym samym zostałby on wyniesiony z pustym zbiornikiem paliwa na wyższą orbitę. Tierieszkową czekałaby śmierć po wyczerpaniu się baterii zasilających układ podtrzymywania życia. Kosmonautka była jednak czujna i wykryła błąd niedługo po starcie. Właściwa wersja instrukcji została przesłana drogą radiową z centrum kontroli lotów i uniknięto tragedii. Dopiero po niezależnym od Tiereszkowej ujawnieniu błędu poczuła się ona zwolniona z przyrzeczenia i potwierdziła tą wersję wydarzeń.

Oryginalnie planowano w sumie trzynaście misji programu Wostok. Jednak po misji Walentiny Tierieszkowej uznano że ograniczone możliwości manewrowe statku i bardzo wąski margines bezpieczeństwa wymagają nowej konstrukcji. Zmodyfikowana wersja Wostoka – Woschod – miał spełnić to zadanie.

Wostok – budowa
Chciałbym zwrócić uwagę że powyższe widoki izometryczne statku Wostok są kompilacją złej jakości lub sprzecznych ze sobą rysunków technicznych i fotografii. Niektóre elementy – jak na przykład silniki systemu kontroli orientacji są pokazane domyślnie gdyż nie istnieją wystarczająco godne zaufania i szczegółowe źródła które byłyby ogólnie dostępne.

Statek Wostok – widoki izometryczne (Wojciech Kasprzak)

Statek Wostok składał się z dwóch modułów – załogowego i serwisowego. Jest to minimalna i szeroko używana do dziś konfiguracja. Jednym z nielicznych wyjątków jest współczesny mu statek Mercury składający się z tylko z modułu załogowego z odrzucanym lekkim pakietem retro i późniejsze konstrukcje – Sojuz i Shenzhou, składające się dodatkowo z modułu orbitalnego. Wahadłowiec jest przypadkiem specjalnym, leżącym poza tą klasyfikacją.

Jednym z powodów właśnie takiego podziału na moduły załogowych statków kosmicznych jest ograniczenie masy całości. System podtrzymywania życia jest zwykle umieszczony w module serwisowym razem z napędem i systemami orientacji i mniejszymi silnikami manewrowymi. Wszystkie wyżej wymienione systemy są bezużyteczne podczas trwającego kilka minut hamowania atmosferycznego. Pozostawienie ich w module serwisowym którego przeznaczeniem jest spłonąć w atmosferze zmniejsza masę modułu załogowego, a tym samym wymagania stawiane chroniącym go osłonom termicznym a w kolejnej fazie powrotu – spadochronom. To z kolei ogranicza ich masę a tym samym masę całkowitą statku.

Parametry modułu załogowego

  • masa 2460kg,
  • objętość użyteczna 4m3,
  • załoga: 1

Moduł załogowy statku Wostok był kształtu kuli o średnicy równo 2300mm. Kula ta posiadała 3 okrągłe luki – jeden po lewej stronie pilota, jeden za jego plecami i jeden bezpośrednio przed nim. Luk po lewej stronie uwalniał spadochrony kapsuły po hamowaniu atmosferycznym i katapultowaniu pilota. Luk z tyłu służył umożliwiał wykatapultowanie fotela pilota w ostatniej fazie lądowania lub w przypadku awarii rakiety nośnej. Luk z przodu umożliwiał kosmonaucie zajęcie miejsca przed startem i był zaopatrzony w iluminator Vzor, który pozwalał na skontrolowanie orientacji kapsuły przed wejściem w atmosferę. Powierzchnia modułu załogowego była wyposażona w dodatkowe iluminatory umożliwiające kosmonaucie obserwację otoczenia.

Jednym z powodów dla którego projektanci wybrali dla kapsuły właśnie taki kształt był fakt że właściwości aerodynamiczne kuli były dobrze określone. Kolejnym powodem był najkorzystniejszy ze wszystkich kształtów stosunek objętości do powierzchni – co zmniejszało masę modułu załogowego. Trzecim jest brak słabych strukturalnie miejsc, które występują w miejscach zmiany krzywizny kapsuły w przypadku innych geometrii. Z podobnych powodów sferyczne lub zaokrąglone cylindryczne formy są preferowane przez projektantów statków kosmicznych dla wszelkich zbiorników pod ciśnieniem – czy to zbiorników paliwa czy przedziałów załogowych.
Skłonność kapsuły do niekontrolowanych obrotów została powstrzymana przez balast umieszczony pod astronautą. Sprawiał on że podczas hamowania w atmosferze kapsuła zachowywała stałą orientację w stosunku do kierunku ruchu.

Blisko szczytu kapsuły znajdował się dużych rozmiarów port kabla zasilającego doprowadzający energię elektryczną oraz zapewniający wymianę atmosfery której skład i temperaturę kontrolował system podtrzymywania życia w module serwisowym. Najprawdopodobniej prowadzona była nim również łączność radiowa zapewniana przez główne anteny modułu serwisowego. Instrumentacja kapsuły była minimalna – pilot był tylko pasażerem jeśli misja przebiegała bez zakłóceń.

Ze szczytu kapsuły wystawało kilka anten o różnej długości. Na pierwszy rzut oka widać że najdłuższe z nich nie zmieściłyby się w osłonie aerodynamicznej rakiety nośnej. Te anteny były sprężyste i rozprostowywały się dopiero po odrzuceniu osłony.

Cała powierzchnia modułu załogowego była pokryta przeszywaną osłoną termiczną jasnej barwy, upodabniając jej wygląd do piłki futbolowej. Jako ciekawostkę można potraktować fakt że większość przedstawień statku prezentuje srebrzystą powierzchnię kapsuły, tyczy się to również modeli poglądowych czy hobbistycznych. Wynika to częściowo z faktu że osłona termiczna po przejściu przez atmosferę zostawała w zwęglonych strzępach (istnieje kilka nieostrych fotografii przedstawiających kapsułę bezpośrednio po lądowaniu). Eksponaty muzealne są pozbawione nawet resztek tej osłony – najprawdopodobniej ze względów estetycznych. Poza tym srebrzysta powierzchnia jest lepsza ze względów propagandowych i tego typu przedstawienia statku Wostok widniały nawet w encyklopediach wydawanych w strefie wpływów ZSRR, o czym autor może zaświadczyć.

Moduł załogowy był przymocowany do znajdującego się poniżej modułu serwisowego czwórką pasów biegnących od szczytu kapsuły aż po skraj modułu serwisowego. Kable te niosły również zasilanie radiowęzła wieńczącego kapsułę. Pasy te były przecinane (najprawdopodobniej za pomocą ładunków pirotechnicznych) podczas odłączenia modułów.

Moduł załogowy statku Wostok jest niewiele wyższy od dorosłego mężczyzny i może wydawać się bardzo mały. Jednak 4 metry sześcienne objętości to bardzo dużo jak na konstrukcje z początku ery kosmicznej. Dowodzi tego choćby fakt że wersja rozwojowa Wostoka – Woschod był w stanie pomieścić w takiej samej kapsule aż trzech kosmonautów, choć bez skafandrów kosmicznych.

Moduł serwisowy

  • masa 2270kg w tym 275kg paliwa,
  • system podtrzymywania życia na 10 osobo-dni,
  • delta-V 155m/s

Moduł serwisowy statku Wostok miał ogólny pokrój połączonych ze sobą ściętych stożków o średnicy wspólnej podstawy 2445mm i sumarycznej długości około 2600mm (bez anten). Górna krawędź modułu, na styku z gniazdem modułu załogowego była otoczona charakterystycznymi kulistymi zbiornikami zawierającymi gazy niezbędne dla funkcjonowania systemu podtrzymywania życia oraz sprężony gaz silniczków orientacyjnych. Poniżej znajdowała się tak zwana galeria elektryczna z kilkoma portami serwisowymi. Grafiki sporządzone na potrzebę tego artykułu nie pokazują dość niechlujnej plątaniny kabli otaczającej porty serwisowe – można je natomiast dobrze zobaczyć na niektórych zdjęciach historycznych.

Pomiędzy portami serwisowymi, blisko wspólnej podstawy stożków, w najszerszym przekroju statku, znajdują się silniki kontroli orientacji. Umożliwiały one obracanie osi statku w zależności od potrzeby ale nie pozwalały na kontrolowane manewry wymagane na przykład w dokowaniu na orbicie. Ponownie – silniczków tych nie sposób było pokazać na grafikach w odpowiedniej formie z powodu braku dostępnych informacji.

Dolna część modułu serwisowego zwęża się do dyszy głównego silnika. Ten obszar modułu pokryty jest parami żebrowanych radiatorów na wspólnym zawiasie, odpowiadających za odprowadzanie ciepła generowanego przez samego kosmonautę, działający system podtrzymywania życia i łączności oraz oświetlenie Słońcem. Ilość odprowadzanego ciepła była regulowana poprzez rozkładanie i składanie skrzydeł radiatorów (w zależności od tego czy statek znajdował się w świetle czy był w cieniu planety).

Źródłem niezbędnej energii elektrycznej były baterie – technologia ogniw fotowoltaicznych nie była wówczas znana. Tym samym właśnie pojemność baterii statku była czynnikiem decydującym o ramach czasowych podejmowanych misji.

System podtrzymywania życia polegał najprawdopodobniej na jednorazowych filtrach węglowych do oczyszczania powietrza z dwutlenku węgla. Sugeruje to fakt że nawet o wiele późniejsze statki Apollo i Sojuz korzystały z tak podstawowego systemu. Kolejnymi niezbędnymi elementami musiały być wentylator odpowiedzialny za obieg powietrza i jego temperaturę oraz system wykrywający opadające poziomy tlenu i pozwalający uzupełnić go ze sprężonych zbiorników na szczycie modułu serwisowego.

Sam główny silnik był napędzany mieszanką podtlenku azotu i amin i oferował jedynie 155m/s delta-V. Było to niewiele więcej niż niezbędne minimum pozwalające zepchnąć statek z niskiej orbity okołoziemskiej. W stopniu nawet większym niż moduł załogowy moduł serwisowy był zaopatrzony w anteny systemów łączności i czujników. Również jak w przypadku anten modułu załogowego część z nich była zbyt długa by ukryć je w osłonie aerodynamicznej rakiety nośnej. Te anteny również były sprężyste i prostowały się po odrzuceniu osłony.

Podsumowanie

Statek Wostok mimo swojego eksperymentalnego charakteru jest podstawą dla wielu udanych konstrukcji pochodnych (wspomniane wcześniej satelity Zenit i Bion). Jego niedostatki jako załogowy statek kosmiczny były jednak bardzo oczywiste. Jedynym dostępnym profilem misji była niska orbita okołoziemska i deorbitacja. Nie umożliwiał on rozwoju umiejętności kadr kosmonautycznych – człowiek był tylko pasażerem i ładunkiem testowym. Po uzyskaniu pierwszych niezbędnych informacji na temat wpływu nieważkości na organizm ludzki ryzykowanie życia kosmonautów w tak niebezpiecznym pojeździe nie mogło być usprawiedliwione. Według specyficznej logiki panującej w ZSRR kolejne kroki milowe rozwoju programu kosmicznego miały być osiągnięte przy jeszcze większym ryzyku podczas programu Woschod.

Bardzo dziękujemy Panu Wojciechowi Kasprzakowi za nadesłanie powyższej obszernej analizy. 

Share.

5 komentarzy

Leave A Reply