«ПЕПЕЛАЦЫ» ЛЕТЯТ НА ЛУНУ. Часть 6.
«32 МАЯ»
Вместо эпиграфа:
"Да господа, да!
Это был уже третий полет на Луну моего мужа.
Первые два мы совершили с ним вместе.
Впрочем, я об этом еще напишу...
Присоединяйтесь барон, присоединяйтесь!"

Якобина фон Мюнхгаузен,
из к/ф "Тот самый Мюнхгаузен"


Двадцатого июля нас всех ждут большие торжества: 35 лет назад Нейл Армстронг спрыгнул с лестницы и сделал для всех для нас большой шажок, большой для человечества вообще, и для американской киноиндустрии в частности. Надо отдать должное американцам - планируются торжества с размахом.

Например, в печати появилась заметка следующего содержания:

"Лунный Saturn V нуждается в срочном спасении от птиц и водорослей"
23.06.2004 Одна из трех "оставшихся в живых" ракет Saturn V, созданных по американской лунной программе, нуждается в срочном спасении. В космическом центре Джонсона (Johnson Space Center) развернуты работы по масштабной реставрации одного из самых знаменитых "свидетелей" золотого века NASA.
Гигантская ракета длиной около 110 метров стала экспонатом центра в 1977 году. Она предназначалась для запуска Apollo 18, который так и не состоялся после досрочного прекращения американской лунной программы.
Туристы очень любят сниматься на ее фоне, но если подойти поближе становится заметным масштаб разрушений - Saturn V потерял во многих местах краску, часть элементов съела ржавчина, в переплетении механизмов нашли уютное пристанище птицы, а в довершение то тут, то там можно найти ростки растений или даже плесень и морские водоросли. Влажный и теплый климат давно разрушает ракету. Но лишь теперь принято решение о масштабной реставрации исторического аппарата и сооружении вокруг этого монстра постоянного ангара, который оградит Saturn V от погодных воздействий. Работа займет год. Она будет финансироваться правительством, однако также будут собираться частные пожертвования.

Когда я прочитал, что в гордости всего человечества поселились мыши, а часть элементов "съела ржавчина", у меня защемило в сердце. Еще бы! Знамя человечества, светоч американских свершений и на тебе! Будучи с детства не в меру любознательным, я решил уточнить - а что же в этой "вечной" ракете могла съесть ржавчина?

Обратимся к источнику (1):

"СТУПЕНЬ S-IC - Конструкция отсека сделана из алюминиевого сплава 7075 (кроме штампованных деталей, которые изготовляются из сплава 7079)... Хвостовая часть обтекателей сделана из титана и нержавеющей стали, так как расчетная температура в этой зоне равна 650° С. Остальная часть конструкции сделана из алюминиевого сплава... Материал обшивки титан 6А1—4V (температура задней и передней кромок стабилизатора 1093 и 400—480° С соответственно)...Топливный отсек состоит из баков горючего и окислителя длиной 13,1 и 19,5 м объемом 835 и 1340 м3 соответственно. Оба бака имеют цельносварную конструкцию, выполненную из алюминиевого сплава 2219
СТУПЕНЬ S-II - Верхний переходник (полумонококовая клепаная конструкция длиной 3,5 м) сделан из алюминиевого сплава 7075-Т6...Баки сделаны из алюминиевого сплава 2014-Т6, переходники и двигательный отсек из алюминиевого сплава 7075-Т6.
СТУПЕНЬ S-IVB - Материал баков алюминиевый сплав 2914-Т6."

Нет, это что-то! Кругом алюминий, титан, нержавеющая сталь. Так заржавело-то что??? Видимо американским ученым удалось осуществить управляемую реакцию ржавления алюминия (т.е. превращение металлического алюминия в оксид железа - ибо ржавчина это именно оксид железа). А может быть они смогли превратить титан в оксид железа!? А вы говорите не бывает философского камня... Как видите бывает, только он работает как-то наоборот: дорогие металлы превращает в труху.

Немного об устройстве лунного корабля.

Тут надо бы отвлечься от темы торжеств и чуть-чуть углубиться в изучение конструкции корабля "Аполлон" вместе с лунным модулем, ибо не зная устройство этого "пепелаца", всего остального нам не понять. Изучать мы будем исходя из материалов того же источника (1).
На всякий случай для тех, кто думает, что в лунном корабле есть чему ржаветь, огорчим: кругом алюминиевые сплавы марок 2219—Т8751, 2210—Т81, 2239— Т851. Командный отсек (он же спускаемый аппарат) состоит из оболочек: внутренняя оболочка из алюминиевых сотовых профилированных панелей толщиной 20—38 мм, сварной конструкции — герметическая кабина экипажа со свободным объемом 6,1 м3; внешняя оболочка из профилированных сотовых панелей толщиной 15—63 мм, сваренных из листовой нержавеющей стали толщиной 0,2—1 мм.
Если вы внимательно изучите схему Служебного отсека, то убедитесь, что это фактически ракетная ступень, до отказа затаренная топливными баками с вытиснительной системой подачи топлива под давлением сжатого газа -гелия. В частности, давление в камере сгорания маршевого двигателя примерно 7 атм. Это значит, что баки находятся под еще большим давлением - из-за гидравлических потерь нужно подавать гелий под давлением на 10-20% выше чем в ЖРД.
При общем весе Служебного отсека 23264кг в нем залито 18500кг топлива (данные для Аполлон-11). Иначе говоря, при вытиснительной системе топлива в камеру ЖРД, вес ракетной ступени составляет примерно 20..21% от общей массы изделия.
Тем загадочней прозвучат следующие цифры: оказывается, посадочная ступень (нижняя часть лунного корабля, та что на "лапках") при сухом весе 1725кг содержит 8172кг топлива и еще около 200кг других расходных компонентов. Иначе говоря, сухой вес посадочной части составляет 17% от общего веса! Просто диву даешься - там зализанная ракетная ступень, где одни топливные баки, весит 20%, а тут каракатица с лапами - а весит меньше!
Причем что интересно - если удельный вес подвесного топливного бака для "Шатлла" (с давлением наддува пару атмосфер) примерно 5%, то в лунном корабле были достигнуты следующие абсолютные рекорды:
в двух баках взлетной ступени весом 17,3 кг каждый (!) умещалось 2360кг топлива (относительный вес 1,46%); в четырех баках посадочной ступени весом 52,2кг каждый умещалось 8150кг топлива (относительный вес 2,5%). И это при том, что баки работают фактически под давлением выше 8 атм. И почему на взлетной ступени удельный вес бака в 1,7 раз меньше? Там что - другая технология?
Они говорят, что в два бидона весом 34кг втиснули 2,36 тонны топлива!? Чтобы оценить этот трудовой подвиг, представьте себе бочку с квасом, что летом стоят на каждом углу. Она явно весит больше 34кг, а ведь в ней всего 800 литров кваса (если мне не изменяет память). И квасная бочка совсем не под давлением...
Еще интересней история со взлетной ступенью - там всего два топливных бака, один с окислителем, другой с горючим. Суть в том, что соотношение компонентов 1,6:1 или на 1,6кг азотного тетроксида приходится 1кг смеси гидразина и диметилгидразина. Или примерно 900кг топлива и 1460кг окислителя. Представьте себе, что вы идете с двумя ведрами - одно в полтора раз тяжелее другого. Или с таким себе коромыслом - слева 1,46т; справа 0,9т. Вам легко будет идти? Вас явно будет косить в одну сторону.
Для того, чтобы центр масс находился на вертикальной оси симметрии, нужно для баков делать разные плечи - для одного в 1,6 раз больше, чем для другого. С учетом поперечного размера взлетной ступени в 4,3м и поперечника бака 1м, речь идет о метрах - скажем одно плечо 1,0м; другое 1,9м. Выглядит это так: одно ведро прижали к себе, а второе несете на вытянутой руке. Еще лучше...
Читатель может спросить: ну и что? Сбалансировали, центр масс посередине и все хорошо. Это для статики. Для динамики это плохо по следующей причине: с коромыслом чем оно длиннее, тем хуже балансировать. Есть такой параметр - момент инерции. Он равен I=summ(dm(i)*Ri*Ri). Или момент инерции равен сумме произведений элементарных масс на квадрат расстояния до некой оси вращения. И еще он связан следующим соотношением: I*dw/dt=summ(Mi) - это что-то типа аналога второго закона Ньютона для вращения. Произведение момента инерции на угловое ускорение равно сумме приложенных моментов внешних сил.
Поэтому всегда стремятся разместить баки ближе к центру масс - чем меньше квадрат расстояния, тем меньше момент инерции - тем меньше нужны потребные управляющие моменты для ориентации. Здесь, разнеся топливные баки на самые края, мы максимально увеличили момент инерции и усложнили задачу ориентации по осям вращения.

Учтите, что на взлетной ступени двигатель не имеет карданного подвеса, и все управление двумя парами малых ЖРД для каждой оси вращения. Тяга каждого по 45кгс. Теперь представьте, что выработка одного компонента идет быстрее, чем другого - и сразу центр масс съехал с вертикальной оси симметрии в сторону на десятки сантиметров. А потом автомат контроля опорожнения баков выдал команду выбирать быстрее другой компонент - и вас закосило уже в другую сторону...
Напоминаю, что вектором тяги главного двигателя мы управлять не можем - карданного подвеса нет, только крошечными ЖРД ориентации по 45кгс. Иначе говоря, если бы взлетная ступень взлетела с поверхности Луны, она бы в полете все время кувыркалась (потому что в процессе работы двигателя соотношение компонентов скачет то туда то сюда), и выход на заданную орбиту и последующая стыковка видятся весьма проблематичными. Скажу больше - она так спроектирована, что у нее нет ни единого шанса.
Интересно заметить, что когда проектировался советский лунный корабль, была поставлена задача: центр масс не должен был перемещаться более чем на 3 см (!). Это требовало особого устройства топливных баков блока "Е" советского лунного корабля и двигателей точной ориентации.
Ерунда это все. Я написал если бы взлетела, ибо самое непонятное для меня заключается в том, что неясно: а где собственно газоотвод для осуществления взлета и работы ЖРД взлетной ступени? Судя по рисунку ниже этот вопрос остается открытым - в центре должен находится ЖРД посадочной ступени и аппаратура автоматики управления. А куда взлетный факел от работающего ЖРД будет истекать!?

Как сказано в (1) "Посадочная ступень лунного корабля в виде крестообразной рамы из алюминиевого сплава несет на себе в центральном отсеке двигательную установку с посадочным ЖРД фирмы STL В четырех отсеках, образованных рамой вокруг центрального отсека, установлены топливные баки, кислородный бак, бак с водой, гелиевый бак, электронное оборудование, подсистема навигации и управления, посадочный радиолокатор и аккумуляторы". Никакого газоотвода не предусмотрено.
Взлетная ступень тоже глухо сидит впритык, никаких тебе зазоров, газоотводных ферм или отверстий. К тому же конструкция собрана из тонколистового металла и не рассчитана на сильные газодинамические возмущения.

Теперь давайте подсчитаем - тяга взлетного ЖРД 1590кгс или 15,5кН; масса взлетной ступени примерно 4650кг.
Ускорение свободного падения на Луне примерно 1,62 м/с2;
Тогда грубо предположив на начальном подъеме движение почти равноускоренным, имеем а=15,5кН/4,65т - 1,62 = 1,71м/с2;
Вот с таким ускорением мы будем отрыватся от стола. Через секунду мы поднимемся аж на H=a*t*t/2 = 0,85м или 85см!
А за секунду там весь алюминий просто потечет. Даже не так - сопло разорвет от газодинамического удара. Если кто изучал устройство гранатомета РПГ-7, то инструктора настоятельно не рекомендуют при стрельбе подпирать гранатометом стенку и т.п. Иначе - жертвы и закрытый гроб для прощанья с близкими.

Включение ЖРД на взлет может привести к фатальному разрушению нижней части корабля еще до того, как взлетная ступень оторвется от ее поверхности. Ну а дальше вы знаете - крупные фотографии героев на первых страницах всех центральных газет...
В советском варианте лунного корабля этот вопрос решался просто - там взлетный и посадочный двигатель были одним и тем же, вернее там была система из нескольких ЖРД, причем при взлете на Луне должно было остаться именно посадочное устройство с "лапками", в центре которого свободный канал для работы ЖРД.
На рисунке ЖРД отмечены номером 25. Как видите, в советском корабле газовый факел вполне нормально расширялся в отверстие в днище и уходил через зазор между поверхностью и поднятым на "лапах" кораблем.
Вот в таких вот нелегких условиях и совершали свои "подвиги" 20 июля 1969 года астронавты корабля "Аполлон-11". Да, славное было время!
Но ветеранов не забыли - награда опять найдет своих героев!

Например, планируются следующие мероприятия:

"Экипажу "Аполлона 11" виртуально подарят лунные камни.
15.07.2004 На следующей неделе 20 июля 2004 г. все прогрессивное человечество и, в первую очередь, США и космическое агентство NASA будут отмечать 35-летие первой высадки человека на Луну. 20 июля 1969 г. лунный модуль Eagle космического корабля Apollo 11 совершил посадку в лунном Море Спокойствия и астронавты Нейл Армстронг (Neil Armstrong) и Баз (Эдвин) Олдрин (Buzz (Edwin) Aldrin) ступили на поверхность Луны. В программе празднования этого юбилея значится и церемония вручения первым лунопроходцам специальных памятных подарков, каждый из которых представляет собой небольшой контейнер с лунным камнем.
Правда, по сообщению источников из NASA, Баз Олдрин, вообще-то, хотел, чтобы всем членам экипажей всех "Аполлонов", побывавших на Луне, подарили несколько памятных лунных сувениров и в том числе запонки с лунными камнями, а, кроме того, дали прибавку к пенсии. Но, наверное, у NASA тоже напряженка с деньгами, да и лунных камней на всех не напасешься (к тому же по две штуки на каждого). Кстати, те камни, которые получат Армстронг и Олдрин, им подарят "виртуально". Они не смогут ими распоряжаться по своему усмотрению (в частности они не смогут их продать), и эти камни должны будут всегда находиться в экспозиции, открытой для публики."

Хочется напомнить события тех лет рядом фотографий с комментариями - для освежения в памяти.
Все фото относятся к полету Аполлон-11. Авторство принадлежит НАСА.
Или вот еще другая заметка:

"06.07.2004 / 10:50 ПРИБЛИЖАЕТСЯ 35-Я ГОДОВЩИНА ПЕРВОЙ ВЫСАДКИ ЧЕЛОВЕКА НА ЛУНЕ
Приближается 35-я годовщина со дня первой высадки людей на поверхность нашего естественного спутника. Это эпохальное событие разными людьми было воспринято по-разному: кем-то с восторгом, кем-то со злобой. Безразличных было мало. Сейчас американская газета Florida Today решила собрать воедино воспоминания тех, кто был участником и свидетелем исторического свершения и попросила всех современников откликнуться и прислать письма по адресу letters@flatoday.net. Было бы интересно собрать воспоминания наших соотечественников, которые не зная о тогдашней "лунной гонке", также следили за первыми шагами человека по Луне. Кто готов взяться за перо, пишите по zheleznyakov@rtc.ru. А там посмотрим, что можно будет сделать с этими письмами".

У меня в связи с этим тоже возникли "воспоминания", правда авторство текста принадлежит Юрию Энтину (музыка А. Рыбникова):

"Я была простушкою пастушкою,
Я пасла барашков и овец,
Шел барон зеленою опушкою,
Тот барон назвал меня подружкою,
С ним мечтала под венец.

Я была прелестней Нефертити,
И барон был у меня в плену,
Он сказал: со мною не хотите
Полететь на Луну?

(Припев)

Вы поверите едва ли,
Это было как во сне -
Мы с бароном танцевали,
Мы с бароном танцевали,
Танцевали на Луне..."

(Из к/ф "Тот самый Мюнхгаузен")

А что? Нормальные воспоминания - ничуть не хуже или лучше любых других, и главное - столь же правдоподобные. Ну а чтобы окончательно поставить все на свои места, предлагаю день 20 июля 1969 года считать 32-ым мая. Ибо только 32-го мая свершаются такие космические приключения.

(1) «Пилотируемые полеты на луну, конструкция и характеристики Saturn-V Apollo» М., 1973г. Серия «Ракетостроение», т.3 http://www.epizodsspace.narod.ru/bibl/raketostr3/obl.html
(2) Использованы официальные фото из коллекции НАСА.

Гоблин - това е не само и не толкова раса. Това е начин на мислене.