Схемно-технические решения возвращаемых аппаратов

Особый класс ДА в экспедициях по исследованию планет автоматическими средствами составляют возвращаемые аппараты (ВА), которые должны обеспечить выполнение ответственной задачи доставки, например образцов грунта с другого небесного тела. Впервые в мире, как известно, успешная доставка грунта была осуществлена в 1970 г. ВА советского космическим аппарата «Луна–16». Для спуска в атмосфере Земли была использована ПС. Известен, однако, и другой пример – неудачное возвращение образцов грунта с кометы КА «Deep Space», когда использовался баллистический спуск без задействования каких-либо дополнительных средств, и ВА разбился при ударе о поверхность земли.

Основными требованиями, предъявляемыми к ВА, являются обеспечение сохранности капсулы с грунтом при возможных аварийных ситуациях и надежное обнаружение ее после посадки средствами поисково-спасательного комплекса. Эти требования существенно влияют на выбор схемы спуска и на выбор состава тормозных устройств.

Для повышения надежности и, соответственно, увеличения вероятности успешной посадки целесообразно, чтобы форма ВА допускала неориентированный ход в атмосферу планеты.

Наиболее изучены аппараты сферической формы. Для них существуют отработанные методики расчета обтекания, хорошо согласующиеся с экспериментальными данными. Полезный объем сферической формы ВА при постоянном баллистическом параметре является наибольшим. Сфера обеспечивает при любых начальных углах атаки балансировку около  и обладает постоянным лобовым сопротивлением при всех углах атаки.

В связи с требованием обеспечения малого веса форма ВА должна иметь возможно меньший объем при достаточно высоком лобовом сопротивлении.

Этому требованию удовлетворяют формы сверхмалого удлинения (). Но для них характерно наличие, кроме основного балансировочного угла атаки , также дополнительной балансировки при . Щитковая система стабилизации обеспечивает поворот ВА в положении под нулевым углом атаки.

К настоящему времени проведен большой объем исследований по определению рациональных геометрических параметров таких форм ВА и их аэродинамических характеристик.

В связи с необходимостью сохранения капсулы с грунтом при посадке и увеличения времени снижения ВА для надежного обнаружения с помощью поисковых средств желательно обеспечить снижение ВА с достаточно малой скоростью с высот порядка 10–20 км.

На рис. 13 показано несколько вариантов схемно-технических решений возвращаемых аппаратов различных конструктивно-компоновочных схем:

· ВА баллистического спуска типа «Диск»;

· ВА, использующий для спуска парашютную систему;

· ВА с надувным тормозным устройством;

· ВА с роторным тормозным устройством;

· ВА с аэростатной системой на конечном этапе.

Для каждого из вариантов была проведена оценка проектных параметров и разработана циклограмма осуществления операций по схеме спуска.

Оригинальным схемным решением является использование дополнительного аэродинамического торможения с помощью роторного устройства.

Форма ВА с роторным тормозным устройством (РТУ) выбирается из условия обеспечения:

1) стабилизированного движения при гиперзвуковых скоростях полета, когда лопасть ротора должна находиться в хвосте ВА и выполнять роль стабилизатора;

2) входа в авторотацию при достижении чисел  и последующего торможения в режиме авторотации.

В настоящее время не возможно обсуждать форму РТУ в деталях. Схематично же ВА представляется в виде «кленового семечка». Схема в рассматриваемом простейшем варианте однолопастного РТУ лишена недостатков, связанных с применением автоматики, но в остальном она остается практически неизученной и требует тщательных теоретических и экспериментальных исследований.