Vehicul de coborâre (SA) este o navă spațială sau o parte dintr-o navă spațială proiectată să coboare o sarcină utilă de pe orbita unui satelit artificial sau de pe o traiectorie interplanetară și aterizare moale pe suprafața Pământului sau a altui corp ceresc. SA poate face parte dintr-o navă spațială care zboară pe orbita unui satelit artificial al unui corp ceresc (de exemplu, o stație orbitală sau orbitală , de care SA este separată înainte de coborâre) sau o navă spațială care efectuează un zbor interplanetar (de exemplu, un stație interplanetară automată de al cărei modul de zbor este separat SA înainte de coborâre).
Sarcina utilă este de oameni, animale de experiment, stații de cercetare staționare, rovere planetare etc.
Principala sarcină tehnică a unei aterizări soft este reducerea vitezei vehiculului din spațiu (uneori zeci de kilometri pe secundă) la aproape zero. Această problemă este rezolvată în moduri diferite și adesea metode diferite sunt utilizate în mod constant pentru același aparat pe diferite părți ale coborârii.
Este folosit și termenul „aterizare cu motor”. Pentru a asigura frânarea și coborârea, această metodă necesită prezența aproximativ aceeași sursă de combustibil la bordul aparatului ca și pentru punerea acestui aparat pe orbită de la suprafața planetei. Prin urmare, această metodă este utilizată pe toată traiectoria de coborâre (ca singura posibilă) numai atunci când aterizează pe suprafața unui corp ceresc lipsit de atmosferă (de exemplu, Luna). Dacă există o atmosferă pe planetă, motoarele de rachete sunt utilizate numai în stadiul inițial de coborâre - pentru a se transfera de pe orbita spațială (traiectorie) la traiectoria de coborâre, înainte de a intra în atmosferă și, de asemenea, în etapa finală, chiar înainte de a atinge. suprafața, pentru a amortiza viteza de cădere reziduală.
Odată cu mișcarea rapidă a aparatului în atmosferă, apare o forță de rezistență a mediului - aerodinamică, care este folosită pentru a-l decelera.
Deoarece frânarea aerodinamică nu necesită consum de combustibil, această metodă este întotdeauna utilizată atunci când coborâți pe o planetă cu atmosferă. În timpul decelerației aerodinamice , energia cinetică a aparatului este transformată în căldură transmisă aerului și suprafeței aparatului. Cantitatea totală de căldură eliberată, de exemplu, în timpul unei coborâri aerodinamice de pe orbita apropiată a Pământului este de peste 30 de megajouli la 1 kg de masa vehiculului. Cea mai mare parte a acestei călduri este transportată de fluxul de aer, dar suprafața frontală a SA poate fi încălzită și la temperaturi de câteva mii de grade, așa că trebuie să aibă o protecție termică adecvată .
Frânarea aerodinamică este eficientă în special la viteze supersonice, de aceea este folosită pentru frânarea din spațiu până la viteze de ordinul sutelor de m/s. La viteze mai mici se folosesc parașute.
Sunt posibile diferite traiectorii de coborâre a vehiculului în timpul frânării aerodinamice. De obicei sunt luate în considerare două cazuri: coborâre balistică și planare .
În timpul unei coborâri balistice, vectorul forțelor aerodinamice rezultate este direcționat direct opus vectorului viteză al vehiculului. Coborârea de-a lungul unei traiectorii balistice nu necesită control și, prin urmare, a fost folosită pe primele nave spațiale Vostok , Voskhod și Mercur .
SA „Vostok” și „Voskhod” aveau o formă sferică și centrul de greutate, deplasat în jos la un fund mai protejat de căldură. La intrarea în atmosferă, un astfel de aparat în mod automat, fără a folosi cârmele, își asumă o poziție cu fundul îndreptat spre fluxul de aer, iar cosmonautul suportă forțele G în poziția cea mai convenabilă cu spatele în jos.
Dezavantajul acestei metode este abruptitatea mare a traiectoriei și, ca urmare, intrarea aparatului în straturile dense ale atmosferei la viteză mare, ceea ce duce la încălzirea aerodinamică puternică a aparatului și la supraîncărcare , uneori depășind 10g - aproape de maximul permis pentru o persoană.
O alternativă la coborârea balistică este planificarea. Corpul exterior al aparatului în acest caz, de regulă, are o formă conică și un fund rotunjit, iar axa conului face un anumit unghi ( unghi de atac ) cu vectorul viteză al aparatului, datorită căruia rezultanta forţelor aerodinamice are o componentă perpendiculară pe vectorul viteză al forţei de ridicare a aparatului . Datorită funcționării cârmelor cu gaz, aparatul se întoarce în partea dreaptă și începe să decoleze, parcă, în raport cu fluxul care se apropie. Din acest motiv, dispozitivul coboară mai încet, traiectoria coborârii sale devine mai blândă și mai lungă. Zona de frânare este întinsă atât în lungime, cât și în timp, iar suprasarcinile maxime și intensitatea încălzirii aerodinamice pot fi reduse de mai multe ori față de frânarea balistică, ceea ce face coborârea cu alunecare mai sigură și mai confortabilă pentru oameni.
Unghiul de atac în timpul coborârii se modifică în funcție de viteza aerului și densitatea curentă a aerului. În straturile superioare, rarefiate ale atmosferei, poate ajunge la 40°, scăzând treptat pe măsură ce aparatul coboară. Acest lucru necesită prezența unui sistem de control al zborului planant pe SA, care complică și face dispozitivul mai greu, iar în cazurile în care servește la lansarea doar a echipamentelor care pot rezista la forțe G mai mari decât o persoană, se folosește de obicei frânarea balistică.
Etapa orbitală a sistemului spațial al navetei spațiale , la întoarcerea pe Pământ, îndeplinind funcția de vehicul de coborâre, alunecă pe toată secțiunea de coborâre de la intrarea în atmosferă până la atingerea trenului de aterizare, după care este eliberată o parașută de frânare.
Această metodă este utilizată după ce viteza aparatului scade la o valoare de ordinul a sute de m/s în zona de frânare aerodinamică. Sistemul de parașute într-o atmosferă densă atenuează viteza aparatului la aproape zero și asigură aterizarea lui moale pe suprafața planetei.
În atmosfera rarefiată a lui Marte, parașutele reduc efectiv viteza de zbor la doar aproximativ 100 m/s. Pentru a stinge viteza la aproximativ 10 m/s, o parașută de dimensiuni rezonabile în atmosfera lui Marte nu poate. Prin urmare, se folosește un sistem combinat: după frânarea aerodinamică se activează o parașută, iar în etapa finală, un sistem de propulsie pentru o aterizare moale la suprafață.
Vehiculele de coborâre cu echipaj de aterizare ale navelor spațiale din seria Soyuz au, de asemenea, motoare de decelerare cu combustibil solid care pornesc cu câteva secunde înainte de aterizare pentru a asigura o aterizare mai sigură și mai confortabilă.
Vehiculul de coborâre al stației Venera-13 , după ce a coborât cu o parașută la o altitudine de 47 km, l-a scăpat și a reluat frânarea aerodinamică. Un astfel de program de coborâre a fost dictat de particularitățile atmosferei lui Venus, ale cărei straturi inferioare sunt foarte dense și fierbinți (până la 500 ° C).
Vehiculele de coborâre pot diferi semnificativ unele de altele în funcție de natura încărcăturii utile și de condițiile fizice de pe suprafața planetei pe care se face aterizarea.
| În SA „ Mercur ” nu există mai mult spațiu liber decât într-un avion mic (SUA, 1961-62). | Astronauții au zburat până la două săptămâni în nava spațială Gemini cu două locuri , cu un diametru total de 3,05 m (SUA, 1964-66) | Trei persoane (Rusia) decolează și aterizează în Soyuz TMA SA cu un diametru de 2,2 m. | Cel mai mare dintre toate CA fără aripi „Apollo” a fost, de asemenea, destul de înghesuit (SUA, 1967-75) | Vehiculul de coborâre Shenzhou-5 ( PRC ) este similar ca formă și dimensiune cu Soyuz. | Capsula unei nave spațiale private cu echipaj personal Crew Dragon (SUA). |
| Vehicul de aterizare Blue Gemini (SUA, 1962). | Multi-seat SA Big Gemini (SUA, 1969) | Vehicul de coborâre triplă în formă de con VA TKS (URSS, 1970-1991). |
| SA cu un singur loc cu aripi " Daina-Sor " (SUA, 1957-63). | SA cu un singur loc cu aripi " Spiral " (URSS, 1966-78). | Avionul spațial " Hermes " ( ESA , anii 1970-80) | Reutilizabil SA VentureStar (SUA, 1992-2001) | Nava spațială " Buran " (URSS, 1970-1980) |
| Nava spațială „ Orel ” în comparație cu nava spațială „Soyuz” (Rusia). | Vehiculul de coborâre al vehiculului de transport cu pilot CST-100 (SUA). | Proiectul SA al navei spațiale lunare și marțiane „ Orion ” (SUA). |
| Stație lunară automată livrată de „ Luna-9 ” pe 3 februarie 1966. Prima aterizare moale pe Lună. (Model) | Sonda lunară „ Surveyor-3 ” (NASA), care a aterizat pe suprafața Lunii pe 20 aprilie 1967. Poza a fost făcută de un membru al expediției Apollo 12 , Allan Bean, pe 24 noiembrie 1969. | Expoziția „Lunarului” sovietic la expoziția de la Paris 2007. În prim plan - SA „ Luna-20 ”. Include SA, care a adus mostre de sol lunar pe Pământ (sfera superioară). |
| Vehiculul de coborâre al stației interplanetare Mars-3 . | Vehiculul de coborâre al stației interplanetare Venera-13 . În atmosfera inferioară a parașut pe o clapă rigidă de frână. | Modulul de coborâre " Fily ". |