2018. február 9., péntek

A Szovjet / Orosz emberes űrprogram története VI.

A szovjet holdprogram beindul...

1964 sok szempontból volt fordulópontja a Koroljov vezette (? erről később) szovjet űrprogramnak, főleg a jövőt tekintve. 1962-63-ban a Szojuzra épülő holdprogram életre hívásán dolgozott, és hogy a hadsereg támogatását megnyerje, két katonai alváltozatot mutatott be, a Szojuz-P egy "vadászűrhajó" lett volna, amely egy külön hajtómű-fokozattal akár 6000 km magasban keringő műholdakat is meglátogathat. A célja az, hogy az amerikai műholdakat megvizsgálják, és ha szükséges, akkor fel is robbantsák. A Szojuz-R egy kéműrhajó volt, gyakorlatilag az űrhajó mellett egy külön indítással egy mini űrállomást küldtek volna fel, amelyben kamerákat helyeztek volna el, és így a személyzet a Szovjetunió számára fontos helyekről készíthetett volna felvételeket. Viszont e két programot "mellékvágánynak" tekintette, csak azért hozakodott elő vele, hogy elnyerje a hadsereg támogatását, így azokat le is adta az OKB-1 szamarai (később kujbisevi) tervezőirodáját vezető Dmitrij Iljics Kozlovnak.

 
Szergej Koroljov és Dmitrij Kozlov az 1960-as évek elején

Koroljov legnagyobb bánatára a Szojuz-P és R kapott támogatást a hadseregtől, de a Szojuz 7K / 9K / 11K űrprogramját nem támogatták, ezért menet közben "kitalálta" a 7K-OK programot, amely a Szojuz űrhajóra épít, és a Voszhod utáni Föld körüli küldetésekre használnák fel. Abban reménykedett, hogy sikerül a holdprogramjára támogatást nyerni, és a remélhetőleg addigra már kész 7K-OK űrhajókkal is leteszteli a dokkolást, az űrsétát és a holdprogramhoz szükséges többi lépést, amíg az N1 elkészül. Ehhez nem árt tudni, hogy a szovjetek bizony alábecsülték az amerikai erőfeszítéseket, a Szputnyik, Vosztok és az első Voszhod sikerek után úgy érezték, hogy az amerikaiak csak kullognak utánuk, náluk van a kezdeményezés. Ráadásul mikor meglátták az amerikaiak terveit a gigászi Saturn-V rakétáról, hatalmas (az R-7 családhoz hasonlóan oxigén / kerozin hajtóanyagú) F-1 hajtóműveivel, sok szovjet mérnök bizony csak legyintett, hogy úgyis kudarcra vannak ítélve – ha nekik nem sikerült nagyobb méretű hajtóművet gyártani ilyen üzemanyaggal, akkor az amerikaiaknak sem fog sikerülni.

 
Az LK-700 űrhajó makettje, bal oldalt a leszálló konfiguráció, a négy "landoló" hajtóművel, középen az űrhajó ajtajában álló űrhajós, jobb oldalt a Hold felszínéről visszainduló állapotban látható (a rácsos keret értelemszerűen nem tartozik hozzá)

Bármennyire is szerette volna Koroljov félreállítani Cselomejt, annak kétségen kívüli sikere volt, hogy 1964. augusztusban Hruscsov utasítást adott számára egy holdraszálló program kivitelezésre. Az LK-700 űrhajóval és az UR-700 hordozórakéta párossal már a győzelem ízét érezhette a szájában Cselomej, terve a lehető legegyenesebb volt, egyetlen indítással egy mindössze egyszemélyes űrhajót indít, amely leszáll a Holdra, ott egyetlen űrhajósa letűzi a szovjet zászlót, majd visszatér a Földre. De Hruscsov októberi bukásával az ígéretes tervnek is lőttek, ám a brezsnyevi vezetés egyáltalán nem lelkesedett a drága holdprogramért annyira, mint elődje. Koroljovnak újra meg kellett győznie a pártelitet, hogy szükséges a holdprogram és ezen erőfeszítéseinek hála 1965-ben sikerült az N1 / 7K-LOK / LK triót végre elindítania. A kaotikus helyzetben Cselomej előrehaladott UR-500K rakétáját "megmentették", de LK-1-es holdmegkerülő űrhajója helyett az OKB-1 Szojuzát kellett felhasználni, ezt L1 (később Zond) néven illették. Ez a parancs felülről jött, mégpedig azért, mert afféle "B" tervnek szánták, ha az N1 csúszik, avagy nem válik be – az UR-500K pedig a helyzethez képest előrehaladott állapotban volt, olyannyira, hogy 1965 végén már az első tesztindításokra is sor került.

 
Balra az Apollo, jobbra az L3 (7K-LOK, LK, Blokk-D) a Hold felé tartó útnak megfelelő állapotban

Az N1 / 7K-LOK / LK (más szóval L3) küldetésprofilja így nézett volna ki:

  • Az N1 az összesen mintegy 70-75 tonnás komplexumot viszi fel 220 km-es Föld körüli pályára. A komplexum a 7K-LOK űrhajót, az LK holdkompot és a Blokk-G valamint Blokk-D hajtóműfokozatot tartalmazza.
  • A Föld körüli parkolópályán ellenőrzik, hogy minden megfelelően működik-e, majd a Blokk-G modul elindítja a Hold irányába a komplexumot, majd leválik.
  • A Holdig tartó út 3,5 napot vesz igénybe. Ha szükséges, a Blokk-D fokozat két pályapontosító manővert hajt végre ezalatt, és végül a Hold egyenlítője felett 110 km-es keringési pályára állítja azt egy fékezőmanőverrel.
  • Ha továbbra is minden rendben van, a pálya alsó pontját 14 km-esre csökkentik.
  • Az LK űrhajósa szkafanderben űrsétával átszáll a Szojuzból a holdkompba, és ellenőrzi azt, illetve az annak alján lévő Blokk-D fokozatot. Ha minden rendben, leválik a Szojuzról.

 
Egy számítógépes szimuláció képe arról, amikor az LK a Blokk-D-vel együtt leválik a Szojuzról

  • Az LK / Blokk-D páros megközelíti a felszínt a Blokk-D hajtóművét használva, az első tervekben 4, később már inkább 2 km-es magasságba a Blokk-D leválik, és az LK egyedül (a Blokk-E elnevezésű hajtóművével) folytatja a leszálló-manővert.
  • A leszálláshoz ekkor először teljesen nullára csökkentik az LK sebességét, vagyis lebegésbe megy át, utána a tolóerőt csökkentve lassan aláereszkedik, és Holdat ér. Ha szükséges, 50 másodpercnyi lebegési tartalék áll rendelkezésre, amellyel ~100 méterrel lehet a leszállási pontot arrébb helyezni.

 
Az LK holdkomp élőben

  • A leszállás után legfeljebb 48 óra áll a kozmonauta rendelkezésére a Holdon. A holdsétára alkalmas űrruhában maximum 1,5 órát lehet kint tölteni, az első séta alkalmával leszúrná a szovjet zászlót, egy nagyon alapvető tudományos érzékelőt helyezne el, talajmintákat gyűjtene, fotókat készítene és rádión leírná az általa tapasztaltakat. Természetesen később lehetőség lenne több holdséta lefolytatására is.
  • Az LK-ba való visszatérés után a talajmintákat hermetikusan lezárt konténerbe helyezné, és újra nyomás alá helyezné a kabint (egyes források szerint a tömegcsökkentés miatt később az LK nem lett volna túlnyomásos, tehát az űrhajósnak végig szkafanderben kellett lennie). A visszatérő manőverhez a megfelelő időben begyújtaná a Blokk-E hajtóművet, és a leszállólábakat hátrahagyva a 7K-LOK űrhajóval randevúzna és összedokkolna. Az űrhajós ezek után a talajmintákkal együtt egy űrsétát végrehajtva visszaszáll a 7K-LOK fedélzetére – az LK-t ezek után leválasztják.
  • A 7K-LOK (Blokk-I) hajtóművét beindítva az űrhajó elindul a Hold körüli pályáról vissza a Föld felé, a 3,5 napos út alatt további maximum két korrekciós manővert lehet végrehajtani. Mivel a relatív sebesség 11 km/s, ezért először a légkör felső rétegeiben lefékeznék az Szojuzt, ehhez leválasztják a visszatérő modult, amely a Déli-sark felett lépne be a légkörbe, miközben 7,5 km/s sebességre lassul az űrhajó. A légköri fékezés után 5000 km-es magasságba emelkedik még, majd már a Szovjetunió területe felett újra belép a légkörbe, lelassul és végül Földet ér.

 
A Szojuz 7K-LOK, elsőre a legfeltűnőbb különbség a többi Szojuzhoz képest a napelemtáblák hiánya....

A végül kiválasztott járműtrió közül a 7K (Szojuz) család egy furcsa mutációja felelt az űrhajósok hazahozataláért, a 7K-LOK csak távolról emlékeztet a ma ismert Szojuzra, vagy korábbi társaira, noha kívülről hasonlít rájuk, némileg leegyszerűsítve ugyanúgy a műszaki - visszatérő - orbitális modul volt a felépítése. Az orbitális modul orrán a 'Kontakt' dokkolórendszer foglalt helyet, maga az orbitális modul kapott egy előre néző kupolát, amelyből a személyzet jó kilátással rendelkezett előrefelé, az LK holdkomppal való dokkoláshoz. Az orbitális modulban további kamerákat és fényképezőgépeket helyeztek el, amelyekkel a személyzet a Hold felszínéről készített volna jó minőségű felvételeket.

 
A 7K-LOK űrhajó fantáziarajza

A visszatérő modul masszívabb volt, mint a 7K-OK modulja, az L1 Hold-megkerülő űrhajó moduljához hasonlóan vastagabb hővédő pajzzsal látták el. A 7K-LOK csak két főt vitt magával, ebből egy a holdraszállásnál űrsétával szállt át az LK1 holdkompba, a másik végig a Szojuzban maradt.

 
Egy 7K-LOK űrhajó élőben, a műszaki modul külső felületét nagy méretű radiátorok uralják

A legnagyobb különbség a műszaki modult érintette. Ebben helyeztek el egy digitális vezérlő számítógépet, amely az egész út alatt irányította az űrhajót. A hajtómű szekció az R-7 család Block-I fokozatára épült, és a Koroljov által amúgy üldözött UDMH / N2O4 hajtóanyagra épült – ebből 3,1 tonnát volt képes befogadni, a Szojuz műszaki moduljában lévő hasonló hajtóművekhez csatlakozott, és lehetővé tette a Hold körüli pályáról való visszatéréshez szükséges, mintegy 1100 m/s delta-V-t igénylő manővert. Az energiaellátás terén a szovjetek "megirigyelték" a Gemini és Apollo programnál is használt üzemanyag-cellákat, amelyek folyékony oxigén és folyékony hidrogén reakciójából nyertek energiát – négy cellát építettek be, ezek a 70 kg-os modulok egyenként 1,5 kW energiát tudtak termelni 27 V feszültség mellett, mintegy 500 órán át. A táplálásukhoz 600 kg-nyi oxigén és hidrogén állt rendelkezésre, amelyeket összetett hűtőrendszer tartott folyékony állapotban. A teljes űrhajó ellátásához két cella bármilyen körülmények között elég kellett legyen, de a biztonság miatt építettek végül négyet be.

 
Egy életnagyságú, korai LK makett tesztelése folyik...

A holdkomp, vagyis az LK elég sok kihívást adott a mérnököknek. Azt hamar megállapították, hogy a tömegminimalizálás miatt csak egy ember szállhat le a Holdra, majd kiderült, hogy az első terveket is drasztikusan meg kell faragják, mivel az N1 teherbíró képessége erős korlátozó tényező lesz. Ennek következménye lett, hogy a pályamódosító manőverre használt Blokk-D-t vették használatba a leszálláshoz, illetve a végén a leszállólábak gyakorlatilag indítóállványként szolgál, és ugyanazt a (Blokk-E) hajtóművet fogják használni leszálláshoz, mint felszálláshoz. Itt is megmutatkozott az, hogy Koroljov azon igyekezete, mely szerint minden fejlesztést az OKB-1 berkein belül szeretett volna megoldani, visszafelé sült el – túl sok volt a feladat és túl kevés az irodán belüli erőforrás. Így az LK végleges tervezését és egyes részelemek, például a Blokk-E építését Jangel OKB-586-os irodája kapta meg.

 
A végső, megépült LK holdkomp, a felénk néző kék bevonatú rész az ajtó, amelyen keresztül az űrhajós ki- és beszállhatott, akár a világűrben, akár a Holdon, balra látható az űrhajó homorú "eleje"

Csakhogy Jangel irodájában a fiatal, űrhajóépítésben újonc mérnökök az első terveket iszonyatos optimizmussal vetették papírra, például a leszállás előtti fékező manőver delta-V igényét 30-40 m/s-ban állapították meg – a reális ennek közel tízszerese. Az efféle hibáknak köszönhetően az első tervekben még mindössze két tonnát nyomott a holdkomp (a végleges 5,5 tonnát nyomott, egyetlen űrhajóssal a fedélzetén), és amikor ráébredtek, mennyire tévúton járnak, keserűen szembesültek vele, hogy nem kettő, de inkább 10 tonna körüli lenne a két űrhajóssal leszállni képes LK űrhajó. Jangel igyekezett motiválni mérnökeit, például 50-60 rubeles prémiumot kaptak a mérnökök minden egyes megspórolt kilogrammért - ezeknek volt köszönhető például az űrrandevú optimalizált pályája, ami önmagában 500 kg-al alacsonyabb tömeget jelentett.


Az űrhajós köré épített kabin egy sor érdekes megoldást hozott, az amerikai LM modulhoz hasonlóan a szovjet mérnökök is fontosnak tartották, hogy az álló űrhajósnak jó kilátása legyen lefelé, emiatt az LK "elején" egy homorú, félgömbszerű kialakítást terveztek, felső részén a kitekintő ablakkal. Az űrhajósnak amúgy félautomata módban kellett (volna) a leszállást irányítani, a szovjetek a program egy adott időszakában ugyanis egy okos megoldást találtak ki a tökéletes leszállóhely megtalálásához – a későbbi Lunohod roverrel derítenék fel a területet, és ha megtalálták a kellően sík, és szikláktól mentes területet, a Lunohod saját rádió-jeladóját működésbe hozva afféle "világítótorony" lenne a holdkomp számára. A holdsétához új űrruhát is kifejlesztettek, amely egy integrált hátizsákban tárolta a létfenntartó rendszert – ez lett a Krecset. Az LK annyira érzékeny volt a súlypontváltozásokra, hogy az űrhajóst az űrruhájában egy speciális rögzítőrendszer tartotta volna végig egy helyben.

 
A Kontakt dokkolórendszer működési elve

A 7K-LOK és az LK dokkolása megint egy külön vargabetű volt – döntés született, hogy az LK "passzív" szereplője lesz a dokkolásnak, és a 7K-LOK (vagyis a Szojuz) fogja a dokkolási manővert végrehajtani. A dokkoláshoz nem a 7K-OK által megálmodott rendszert használták (azt teljesen külön fejlesztették, hála a tervezőirodák közötti rivalizálásának), hanem egy "sajátot". Ennél az LK tetején egy tányérszerű elemet helyeztek el, amelyben 108 darab hatszögletű nyílás volt, ezek közül valamelyikbe kellett a Szojuz orrán lévő 'Kontakt' dokkoló rúdjának beleakadnia, és így rögzíteni az LK-t addig, amíg az LK űrhajósa átszáll a Szojuzba.


A Krecset űrruha – kifejlesztése nem veszett kárba, később űrsétákhoz használták fel

Az LK születését megnehezítette a tervezőirodák rivalizálása is – amikor Jangel irodája bemutatta végleges terveket, Koroljov / Misin irodájának mérnökei nem fogadták el, miután 12 kg-mal eltérő tömeget számoltak. Hosszas viták után kiderült, hogy a túlnyomást biztosító gáz tömegét máshogy számolták a két irodában... Mivel a szovjet hadsereg is betekintést akart (lévén az indítóállásokat ők üzemeltették), a terveket a légierő mérnökeinek is megmutatták, akik elhűltek attól, hogy például a különféle csővezetékek és kábelek mindenféle borítás nélkül futottak a jármű külsején, vagy hogy a kabin aszimmetrikus kialakítással lett megalkotva – a tervezőmérnököknek kellett felvilágosítani őket arról, hogy a vákuumban működő űrhajó esetében az aerodinamikai törvényekre nem szükséges odafigyelni.

Az egyik legkritikusabb elem viszont a hordozórakéta, az N1 volt....

Az N1 születése

Az 1950-es évek végétől a szovjet mérnökök álmodozni kezdtek egy nagy méretű hordozórakétáról, amely jelentős méretű terhet képes Föld körüli pályára állítani, vagy akár más égitestek felé elindítani. A megcélzott feladatok között volt űrállomás építése, emberes Hold-, Vénusz- és Mars-utazás (csak pályára állás, nem pedig leszállás) és különféle katonai valamint tudományos műholdat pályára állítása.

 
A TMK (~Nehéz Bolygóközi Űrhajó) fantázirajza, ez a 75 tonnás, kvázi "mobil űrbázis" volt Koroljov korai terve a Mars és Vénusz űrrepülésekre, az időszaktól függően 2-3 éves utazást képzeltek el 3 űrhajóssal

Koroljov OKB-1-es tervezőirodája egy ideig még nukleáris meghajtású rakétákkal is kacérkodott, amelyeknél a hajtómű-reaktor magján átáramoltatott hajtóanyag (hidrogén, metán vagy ammónia) jelentősen felhevülve és nagy sebességgel kiáramolva adott volna tolóerőt. Menet közben azonban a hagyományos rakétahajtóművek fejlődése lehetőséget nyújtott ahhoz, hogy a veszélyes és sok rizikót jelentő nukleáris meghajtást félretegyék (legalábbis ilyen célú felhasználás területén). Az N1-től azt várták, hogy 2000 tonnás indulótömeg mellett először 50, majd 75 tonnás hasznos terhet tudjon Föld körüli pályára juttatni. A tervezés 1960-as évekbeli, első szakaszában még a kerozin / oxigén mellett az UDMH / N2O4 és az UDMH / salétrom hajtóanyag-párosokat is megvizsgálták, Glusko pedig keményen lobbizott Koroljovnál, hogy a hidrazin-alapú hajtóanyag mellett döntsenek – Koroljov azonban elutasította ezt, és a kerozin mellett maradt.

 
Koroljov és Misin N1-L3 holdrakétája, Cselomej meg nem valósult UR-700 / LK-700-asa
és végül a megvalósult Proton (UR-500K) / L1 holdmegkerülő rakéta mellett

A vita hajtóanyagokról és a hajtóművekről jelentős tényező volt a szovjet irodák közötti versengésben, és Koroljov súlyosan neheztelt Gluskóra amiatt, hogy nem volt hajlandó kéréseinek megfelelő hajtóműveket fejleszteni. Nem tudni, hogy pontosan az ellentétek között mekkora súllyal nyomott a latban az, hogy Koroljov (legalábbis egy időben) úgy vélte, hogy Glusko juttatta a gulágra, vagy az, hogy egy ideig Glusko volt kettejük közül a vezető, ami után megfordultak némileg a szerepek, de a végeredmény jól látható volt. Koroljov nagy méretű LOX / kerozin hajtóműveket kért, ezt Glusko nem tudta megoldani az RD-105-ösöknél (nem tudta megfelelően stabilizálni az égést), így végül négy kisebb égéstérre bontott RD-107 / 108 hajtóműveket tett le eléje. A nagy égéstérben az instabil reakció okozta problémák az amerikaiakat is kísértették, ám ők végül a gigászi F-1 hajtóművet sikerrel valósították meg – a hajtóműhöz hasonlóan brutális méretű pénzköltés árán...

Az F-1 hajtóművet bemutató videó, érdekesség benne az a tesztfelvétel, amikor mind az öt hajtóművet egyszerre beindították – hasonlóra az N1 első fokozatának esetében nem került sor...

Glusko nem foglalkozott az R-7 vernier (kormányzó) hajtóművekkel és a harmadik fokozatba szánt hajtóművekkel, amelyeket így később Koroljov a saját irodáján belül oldott meg. Utóbbi (S1.5400 jelölésű) hajtóműnél ráadásul az OKB-1 mérnökei zárt ciklusú hajtóművet valósítottak meg (ez esetben az üzemanyagot továbbító turbópumpa égéstermékeit bevezetik az égéstérbe, így ez is tolóerőt termel), amelyet Glusko határozott elutasított, mondván már így is túl nagy az égéstéri nyomás és hőmérséklet, plusz égésterméket vezetni oda csak további nehézségekhez vezetne. Koroljov tehát Kuznyecovhoz fordult, akivel jó kapcsolatokat ápolt. Kuznyecov német mérnökök segítségével létrehozott gázturbinás-légcsavaros hajtóműveivel (amelyek a mai napig repülnek például a Tu-95 stratégiai bombázógépeken) szerzett elismerést, és irodája Szamara városában volt megtalálható, ahol az R-7-esek építése is folyt.

 
Nyikolaj Kuznyecov pózol egy NK-15 hajtóművel

A Kuznyecov által ígért NK-15 hajtóművekre épített N1 rakétára 1962-ben kapott zöld utat Koroljov, mégpedig azért, mert Hruscsovnak megígért egy 75 tonnás űrállomást, nukleáris csapásmérő fegyverekkel – az N1 első indítását pedig 1965-re (!) tervezték. Apró porszem a gépezetben, hogy miközben a rakétára megkapta az engedélyt, a hadsereg nem állt be az űrállomás fejlesztése mögé, és hamar kiderült, hogy a rakétaprogramra kapott támogatás is az előirányzott alatt maradt (Koroljov írt egy levelet Brezsnyevnek 1964-ben, amelyben méltatlankodik, hogy az indítóállásra ígért 11 millió rubelből csak 7 millió érkezett meg), ehhez köthető, hogy az indítóállások építését ugyan 1963-ra jóváhagyták, ám az építést csak 1964-ben kezdték el. Eközben a holdprogram megint előkerült, még ha csak hosszas unszolásra is, viszont ugye Hruscsov nem Koroljov, hanem Cselomej űrhajóját és rakétáját támogatta.

 
A N1-L3 felépítése és főbb elemei, a Blokk-A az első fokozat, a Blokk-B a második fokozat, a Blokk-V a harmadik fokozatot jelöli

Az OKB-1 az N1 mellé ekkor már az L3 komplexum (7K-LOK űrhajó, LK holdkomp és a Blokk-D fokozat) fejlesztését szánta arra célra, hogy az Apollo programmal felvegyék a versenyt – csakhogy az N1 fejlesztése (két évvel a hivatalos életre hívása után) még gyerekcipőben járt, az irányítórendszerén például még el se kezdték dolgozni. Hogy Cselomej tervével felvegyék a versenyt, az L3 komplexumot elég nagyra kellett építeni ahhoz, hogy egy indítással elérhető legyen a Hold – ehhez viszont a rakéta teherbírását 75 tonnásról 95 tonnásra kellett volna növelni. Az N1 ekkoriban három fokozatúnak készült, a kúpos kialakítású testnél a fokozatok között rácsos rögzítő elemeket használtak, és mivel az amerikai F1-hez hasonló óriási hajtóműre esély sem volt, ezért 24 db NK-15 volt az első, 8 db NK-15V a második, és négy darab kisebb NK-19 a harmadik fokozatban. Hogy a 95 tonnás teherbírást elérjék, az első fokozatban 24-ről 30-ra kellett növelni a hajtóművek számát...

 
Az egyik N1 indítóállás már készen

1965-ben végre Koroljov le tudta gyűrni Cselomejt, és az N1 fejlesztése gőzerővel beindult az első rakétaelemek legyártásával. 1966-ban viszont Koroljov meghalt, és rövid úton megjelent Cselomej és Jangel, hogy a saját UR-700 és R-56 rakétájukat ajánlják az N1 helyére. Ha nehezen is, de végül a pártvezetés Misinnek adott lehetőséget, hogy a már beindult N1 / L3 programot tovább vigye. Ekkor az volt a terv, hogy az első N1-es 1968 márciusában elindulhat, és 1968 végére a szovjet holdraszállás megtörténhet. 1967-re azonban látszani kezdett, hogy az LK és a 7K-LOK fejlesztése tovább csúszik, és noha az UR-500K-val indítani szándékozott L1 űrhajó is késedelmet szenvedett, egyre látványosabban világossá vált, hogy az amerikaiakat nehéz lesz megelőzni...

Ekkor kapott az orosz űrprogram egy csúnya gyomorlövést....

Nincsenek megjegyzések:

Megjegyzés küldése