Знаймо

Додати знання

приховати рекламу

Цей текст може містити помилки.

Стратостат



План:


Введення

Поштова марка із зображенням стратостата "СРСР-1"

Стратостат (стратосферний аеростат) - вільний аеростат, призначений для польотів у стратосферу, тобто на висоту більше 11 км. Стратостата, призначені для підйому тільки до нижніх шарів стратосфери, називаються субстратостатамі.


1. Пристрій і устаткування стратостата

Хоча стратостат по суті є аеростатом, його пристрій має ряд істотних відмінностей від тропосферних та субстратосферних повітряних куль в силу інших умов польоту. Щільність повітря в нижніх шарах стратосфери на порядок, а на висотах близько 30 км на 2 порядки менше, ніж на рівні моря, тому для створення достатньої аеростатичних підйомної сили обсяг балона повинна бути достатньо великим і, як правило, перевищує 14 000 м , а обсяг найбільшого балона складає 283 000 м . Внаслідок сильного розширення газу з висотою на старті балон має сильно витягнуту грушоподібну форму, яка наближається до кулястої поблизу верхньої точки польоту. Як правило, балон стратостата наповнюється гелієм, в довоєнний час в ряді польотів застосовувався водень, який набагато дешевше, але в суміші з повітрям вкрай вибухонебезпечний. Невелика питома підйомна сила газу на значній висоті (внаслідок низької щільності повітря) підвищує вимоги до ваги оболонки балона. Зазвичай її роблять з дуже тонкого і міцного пластику. У більшості випадків балон обладнується клапаном для стравлювання газу, який використовується для забезпечення зниження стратостата, а також для зменшення швидкості підйому під час зльоту.

Гондола стратостата повинна надійно захищати екіпаж від смертельних для людини умов стратосфери - низького тиску повітря і низької (до -70 C) температури. Оболонка гондоли повинна витримувати значний внутрішній тиск, вона виготовляється з легких металів, таких як алюміній, і зазвичай має сферичну форму. Як правило, політ триває протягом багатьох годин, і екіпажу необхідна система регенерації повітря, подібна до тієї, яка застосовується в підводних човнах і космічних кораблях. Для поглинання вуглекислого газу може застосовуватися гідроксид літію, для поповнення запасів кисню - балони зі стисненим, а в повоєнних польотах також з рідким киснем.

Система терморегуляції служить для підтримки комфортної температури в гондолі. Оригінальну систему застосував в стратостаті FNRS-1 Огюст Пікар : гондола була пофарбована з одного боку в білий, а з іншого - в чорний колір, що при повороті до Сонця відповідною стороною призводило до нагрівання або охолодженню гондоли. Однак у перші польоти пристрій повороту гондоли не працювало, що викликало один раз перегрів, інший раз - сильне охолодження повітря в гондолі. У більш пізніх польотах використовувалася щодо надійна електрична система терморегуляції.

Герметична гондола ускладнює безпосередній скидання баласту, яким оснащують стратостат для регулювання швидкості підйому і спуску. У FNRS-1 для цього застосовувалася спеціальна воронка, через яку можна було скидати дріб без розгерметизації. У більш пізніх польотах застосовувалася електромагнітна система скидання баласту, подібна вживаним в батискафах.

Вимірювальне та наукове обладнання стратостата визначається цілями польоту. У всіх польотах гондола оснащується внутрішнім і зовнішнім термометрами і висотоміром, досить часто використовуються лічильники радіоактивних частинок, обладнання для визначення хімічного складу або забору проб повітря, фото- і відеообладнання. У ряді польотів до складу устаткування включався телескоп для проведення астрономічних спостережень.


2. FNRS-1

Огюст Пікар в гондолі стратостата FNRS-1

Перший у світі стратостат був сконструйований і побудований видатним швейцарським ученим Огюстом Пікаром, який планував використовувати його для дослідження космічних променів. Стратостат був обладнаний сферичної герметичною гондолою з алюмінію, яка захищала екіпаж від непридатних для життя умов стратосфери. Проектування та створення гондоли було здійснено в 1930 за підтримки бельгійської організації Fonds National de la Recherche Scientifique (FNRS), на честь якої вона була названа FNRS-1.

27 травня 1931 Огюст Пікар і Пауль Кипфер здійснили перший в історії політ у стратосферу з міста Аугсбург, Німеччина, досягнувши висоти 15,785 м. Через деякий час після старту з'ясувалося, що гондола негерметична, але Пікар швидко вдалося закрити щілину. У ході подальшого підйому відмовив механізм управління клапаном балона і стратостат втратив керування. На довершення з'ясувалося, що несправна система терморегуляції гондоли, через нагрівання сонцем температура піднялася до 40 C при температурі повітря зовні стратостата -50 C. Незважаючи на всі неприємності, вночі, коли балон охолов, стратонавтів вдалося благополучно приземлитися в тірольських Альпах. 18 серпня 1932 Пікар зробив другий рекордний політ, у цілому більш вдалий, разом з бельгійським вченим Максом Козінсом. Стратостат стартував з Цюріха і досяг висоти 16,2 км. Під час польотів Пікар зібрав важливі дані про верхніх шарах атмосфери і про космічних променях.

Згодом Огюст Пікар використовував ідею, закладену в стратостаті, при проектуванні першого батискафа FNRS-2 - автономного глибоководного дослідницького апарату. Батискаф був побудований за тією ж схемою: герметична гондола і балон, але роль балона, наповненого легким газом, грає сталевий поплавець, наповнений бензином.


3. Стратостата в СРСР

Стратостат " Тсоавіахім-1 "

В СРСР польоти Пікара викликали великий інтерес, і в 1933 - 1934 роках були побудовані стратостата "СРСР-1" і " Тсоавіахім-1 ". 30 вересня 1933 "СРСР-1" конструкції К. Д. Годунова здійснив політ на висоту 19 км, встановивши новий світовий рекорд. Разом з Годуновим стратостат пілотували Е. К. Бірнбаум і видатний радянський повітроплавець Г. А. Прокоф 'єв.

30 січня 1934 року в 9 ранку з Кунцева (під Москвою) стартував "Тсоавіахім-1" з екіпажем у складі П. Ф. Федосеєнка, А. Б. Васенко, І. Д. Усискін. Це був перший в історії зимовий політ стратостата. Незважаючи на те, що Федосеєнка, який керував підготовкою стратостата, був дуже досвідченим аеронавтів, літав ще в громадянську війну, брав участь у польотах з Фрідманом, ризик був великий. Близько 12 години дня, після досягнення висоти 20,6 км, був втрачений зв'язок з пілотами. Пом'ята гондола була виявлена ​​о 1 годині ночі недалеко від Саранська. Політ завершився катастрофою, все обладнання було розбито, члени екіпажу загинули. Судячи із записів у журналі, апарат досяг висоти 22 км. За офіційним висновком, причиною катастрофи стало перевищення граничної безпечної висоти польоту для цього апарату (близько 20,5 км). Внаслідок перегріву сонячним теплом оболонки, відбулося скидання обсягу газу, що потім позначилося на швидкості спуску. Зниження відбувалося дуже швидко, швидкість падіння стала критичною, і на висоті близько 2 км стався відрив гондоли від балона. Додатковими факторами, що вплинули на кінцевий результат польоту, були слабке кріплення гондоли, заплутування клапанної мотузки і складні умови польоту. Члени екіпажу нагороджені орденом Леніна посмертно. Урни з прахом героїв були поховані в Кремлівської стіни особисто Сталіним, Молотовим і Ворошиловим.

У 1934 році аварією закінчився політ стратостата "СРСР-2".

26 червня 1935 стартував стратостат "СРСР-1-біс" з екіпажем у складі К. Я. Зілле, Ю. Г. Прилуцький, О. Б. Веріго. Після виконання наукової програми, на початку зниження, з'ясувалося, що оболонка балона пошкоджена. Через деякий час після входу в тропосферу, коли з'явилася можливість безпечно відкрити люк, Прилуцький і Вериго вистрибнули з парашутом. Зілле вдалося благополучно посадити полегшену гондолу.

У 1937 році впав стратостат "СРСР-3".

18 липня 1938 через відмову кисневого устаткування загинули [1], що стартували 16 липня з льотного поля під Звенигород (Підмосков'я) на субстратостате - фізіологічної обсерваторії ВВА-1 для вивчення впливу висотного тиску на організм людини, повітроплавці Яків Григорович Український, Серафим Костянтинович Кучумов, Петро Михайлович Батенко та Давид Овсійович Столбунов. 18 липня, в другій половині дня, шар-стратостат опустився на високовольтну ЛЕП в центрі міста Сталіно (зараз м. Донецьк, Україна). Злетіло величезне полум'я: вибухнув водень, яким була заповнена оболонка кулі ВВА-1. Стратонавтів були поховані в Сталіно на перетині бульвару Пушкіна і проспекту 25-річчя РККА. На їхній могилі 26 квітня 1953 був встановлений пам'ятник [2].

В 1958 році в СРСР був побудований стратостат "СС" - "Волга" (див. "Парашутні стрибки з стратостатів")


4. Проект Man High

Гондола стратостата "Man High II"

Дослідження Пікара також привернули увагу і в США. Його брат-близнюк Жан Пікар, громадянин США, в 1933-1934 побудував стратостат "Століття прогресу" (Century of Progress), який здійснив два польоти, внісши вагомий внесок у дослідження стратосфери. У другому польоті брала участь його дружина Жанет, яка стала першою жінкою-Стратонавтів. 11 листопада 1935 американські дослідники А. Стівенс і О. Андерсон на стратостаті Explorer-2 досягли висоти 22 066 м, політ водневого стратостата Explorer-1, що відбувся за рік до цього, завершився аварією, екіпажу вдалося врятуватися, вистрибнувши з парашутом.

В 1957 - 1958 роках ВПС США була проведена серія стратосферних польотів на висоту близько 30 км, що отримала назву " Man High "(первинна назва" Дедал "). Хоча в 50-і роки літаки вже досягали стратосфери, вони не могли знаходитися там довше декількох хвилин, стратостат ж міг висіти в умовах, близьких до космічних, протягом багатьох годин, що мало велике значення для відпрацювання систем життєзабезпечення космічних польотів.

9 листопада 1955 був укладений контракт на створення першого стратостата серії "Man High". В 1956 проект був детально розроблений і затверджений командуванням ВВС. Проект здійснювався співробітниками центру розробки ракетного озброєння ВПС і авіамедичні польовий лабораторії, розташованих на базі ВПС США Холломан в штаті Нью-Мексико. Керівником був призначений полковник Джон Пол Стапп. Основними цілями проекту були відпрацювання систем життєзабезпечення, контролю стану пілота, катапультування і посадки, дослідження космічної радіації і впливу умов висотного польоту на організм людини. Згодом багато з результатів, отриманих в ході реалізації проекту, були використані при створенні серії американських космічних кораблів " Меркурій ".

У ході підготовки були проведені випробування парашутної системи гондоли, відпрацьована посадка на сушу і на воду, пілоти зробили ряд польотів у відкритих аеростатах і стрибків з парашутом. 2 червня 1957 року в 6 годин 23 хвилини біля міста Саут Сент-Пол у штаті Міннесота стратостат Man High I почав перший пілотований політ. Пілотом став Джозеф Кіттінгер. Максимальна висота польоту склала 29 260 м, що значно перевищувало досягнуті на той час результати, незважаючи на те, що тривалість польоту була скорочена з 22 годин до 6,5 через невелику витоку кисню.

Man High II, пілотований Девідом Симонсом, піднявся в повітря 19 серпня 1957 з кар'єру біля міста Кросбі в штаті Міннесота. Загальна висота стратостата становив 107 м. Вперше в історії висота польоту перевищила 30 км і склала в максимумі 30 942 м. Тривалість польоту склала 32 години 10 хвилин замість запланованих 24 годин. Сімонс був змушений затримати посадку через велику грозового фронту в розрахунковому районі, який робив її надто небезпечною. В останні години польоту підійшов до кінця заряд акумуляторів і почалися проблеми в системі життєзабезпечення, тому пілоту довелося відключити систему охолодження гондоли і користуватися кисневою маскою. Політ завершився в 17 годин 20 серпня в північній частині штату Південна Дакота.

8 жовтня 1958 року відбувся третій політ серії. Стратостат Man High III, пілотований Кліфтон МакКлюр піднявся в повітря з ракетного полігону Уайт Сендс в штаті Нью-Мексико. Через підвищення температури в гондолі політ був перерваний достроково, проте стратостат встиг досягти висоти 29870 м. Тривалість польоту склала 12 годин.


5. Парашутні стрибки з стратостатів

Рекордний стрибок Кіттінгера

В 1959 - 1962 роках було побудовано кілька стратостатів, призначених для випробування космічних і авіаційних скафандрів і парашутних систем для приземлення з великої висоти. Такі стратостата були, як правило, обладнані відкритими гондолами, від розрідженої атмосфери стратонавтів захищали скафандри. Ці випробування виявилися гранично небезпечні. З шести стратонавтів троє загинули, а один втратив свідомість під час вільного падіння.

Американський проект "Excelsior" включав три висотних стрибка з стратостатів обсягом 85 000 м з відкритою гондолою, які виконав Джозеф Кіттінгер в 1959 - 1960 роках. Він відчував компенсуючий гермокостюм з шоломом і двоступінчастий парашут системи Бопре, що складається зі стабілізаційного парашута діаметром 2 м, який повинен охороняти парашутиста від обертання при польоті в стратосфері і основного парашута діаметром 8,5 м для приземлення. У першому стрибку з висоти 23 300 м через раннього розкриття стабілізаційного парашута тіло пілота початок обертатися з частотою близько 120 об / хв і він втратив свідомість. Лише завдяки автоматичній системі розкриття основного парашута Кіттінгеру вдалося врятуватися. Другий і третій польоти пройшли більш вдало, незважаючи на те, що в третьому сталася розгерметизація правою рукавички і рука пілота сильно розпухла. У третьому польоті, який відбувся 16 серпня 1960 Кіттінгер встановив відразу кілька рекордів - висоти польоту на стратостаті, висоти вільного падіння і швидкості, розвиненою людиною без використання транспорту. Падіння тривало 4 хвилини 36 секунд, за які пілот пролетів 25816 м і на деяких ділянках розвинув швидкість близько 1000 км / ч, впритул наблизившись до швидкості звуку. Польоти в рамках проекту "Excelsior" дали важливі результати для розробки авіаційних гермокостюмов і систем порятунку.

Проект "StratoLab" включав чотири субстратосферних польоту і п'ять стратосферних, їх які чотири - з герметичною гондолою і один (StratoLab V) з відкритою. В ходе полётов была выполнена обширная научная программа, включающая исследование состава воздуха в стратосфере, космических лучей и атмосферного электричества, а также астрономические наблюдения. Полёт StratoLab V "Lee Lewis" состоялся 4 травня 1961. Стратостат объёмом свыше 283 000 м был запущен с авианосца Antietam в Мексиканском заливе и через 2 часа 11 минут после старта достиг рекордной высоты 34668 м. Стратонавты Малколм Росс и Виктор Претер были одеты в космические скафандры. После успешного приводнения Претер погиб, не удержавшись на трапе во время подъёма на вертолёт и захлебнувшись. Он раньше времени разгерметизировал скафандр, так как был уверен, что опасность миновала.

В СССР для подобных испытаний использовался стратостат СС - "Волга", созданный ОКБ-424 (ныне ГУП "Долгопрудненское конструкторское бюро автоматики") под руководством Гудкова М. И., герметичная гондола которого имитировала спускаемый аппарат космического корабля, была снабжена устройством для стравливания воздуха и устройством катапультирования вниз (первый беспилотный полёт в 1959 г.) [3]. 1 листопада 1962 года состоялся пилотируемый рекордный полёт с парашютными прыжками. Стратостат с испытателями Евгением Андреевым и Петром Долговым достиг высоты 25458 м, после чего гондола была разгерметизирована и Андреев катапультировался. Он пролетел в свободном падении около 24500 м и благополучно приземлился. Ему принадлежит зарегистрированный рекорд высоты свободного падения (рекорд Киттингера был установлен с использованием стабилизационного парашюта). Долгов прыгнул с высоты 28640 м, но случайно разгерметизировал шлем при катапультировании из-за удара о выступающий элемент кабины и погиб. Стратонавтам было присвоено звание героя Советского Союза (Долгову посмертно).
Стратостат СС -"Волга " активно использовался не только для рекордных парашютных прыжков, но и для вполне обычных испытательных полётов по отработке систем спасения, жизнеобеспечения и др. узлов и систем, изучении состояния организма при полёте. На нём разными пилотами-испытателями (например, будущим лётчиком-космонавтом СССР, майором В. Г. Лазаревым) налётано десятки часов каждым.

В 1965 - 1966 американский парашютист Николас Пиантанида предпринял три попытки побить рекорды, установленные Андреевым и Киттингером, инициировав проект "StratoJump". 22 октября 1965 состоялась первая попытка, длившаяся около 30 минут. На высоте около 7 км баллон был повреждён и пилот спасся на парашюте. Во время второго полёта 2 февраля 1966 стратостат поднялся на высоту 37600 м, установив не побитый до сих пор рекорд. Но Пиантанида не смог отключиться от установленного в гондоле баллона с кислородом и перейти на автономную систему скафандра, поэтому прыжок пришлось отменить. По команде с земли гондола отделилась от стратостата и успешно опустилась на парашюте. 1 мая 1966 состоялся третий полёт, который закончился трагедией - при подъёме на высоте 17500 м произошла разгерметизация скафандра и парашютист погиб.

3 вересня 2003 была произведена попытка установить новый рекорд высоты полёта стратостата. Баллон QinetiQ-1 высотой 381 м и объёмом около 1 250 000 м, изготовленный британской фирмой QinetiQ, должен был поднять открытую гондолу с двумя пилотами, одетыми в космические скафандры, на высоту 40 км. Попытка завершилась провалом - через некоторое время после начала наполнения баллона гелием в оболочке обнаружилось повреждение и полёт был отменён.


6. Некоторые полёты стратостатов

Дата полёта Стратостат Екіпаж Объём баллона, м Достигнутая высота, м Время в полёте
27.05.1931 FNRS-1 (Бельгия) О. Пикар, П. Кипфер 14300 15 785 16 ч
18.08.1932 FNRS-1 (Бельгия) О. Пикар, М. Козинс 14300 16 200 11 год 45 хв
30.09.1933 СРСР-1 (СРСР) Г. А. Прокоф 'єв, К. Д. Годунов, Е. К. Бірнбаум 25000 19000 8 год 20 хв
20.11.1933 Century of Progress (США) Т. Сеттл, К. Фордні 17000 18592 -
30.01.1934 Тсоавіахім-1 (СРСР) П. Ф. Федосеєнка, А. Б. Васенко, І. Д. Усискін 25000 22000 7 год 4 хв
28.07.1934 Explorer-1 (США) А. Стівенс, О. Андерсон, У. Кепнера 85000 18475 -
18.08.1934 FNRS-1 (Бельгія) М. Козінс, Н. ван дер Елста 14300 16000 14 ч
23.10.1934 Century of Progress (США) Жан і Жанет Пікар 17000 17672 7 год 54 хв
26.06.1935 СРСР-1-біс (СРСР) К. Я. Зілле, Ю. Г. Прилуцький, О. Б. Вериго 25000 16200 2 год 37 хв
11.11.1935 Explorer-2 (США) А. Стівенс, О. Андерсон 105000 22066 8 год 15 хв
08.11.1956 StratoLab-1 (США) М. Росс, Л. Льюїс 56600 23165 6 год
02.06.1957 Man High-1 (США) Дж. Кіттінгер 56600 29260 6 год 34 хв
19.08.1957 Man High-2 (США) Д. Сімонс 85000 30942 32 год 10 хв
08.10.1958 Man High-3 (США) Кл. МакКлюр 85000 29870 12 год
16.11.1959 Excelsior-1 (США) Дж. Кіттінгер 85000 23300 -
11.12.1959 Excelsior-2 (США) Дж. Кіттінгер 85000 22800 -
16.08.1960 Excelsior-3 (США) Дж. Кіттінгер 85000 31333 1 год 43 хв
04.05.1961 StratoLab-5 (США) М. Росс, В. Претер 283000 34668 9 год 54 хв
01.11.1962 СС - Волга (СРСР) П. І. Долгов, Е. Н. Андрєєв 72900 28640 2 год 20 хв
13.12.1962 Stargazer (США) Дж. Кіттінгер, У. Уайт - 26200 18 год
02.02.1966 StratoJump-2 (США) Н. Піантаніда 141600 37643 -
01.05.1966 StratoJump-3 (США) Н. Піантаніда 141600 17500 -

Примітки

  1. Він був упевнений, що не повернеться - www.donbass.dn.ua/2005/07/20991/20991-06.php?fotka=20991-06 (Недоступна посилання)
  2. Пам'ятник стратонавтів - infodon.org.ua/pedia/227
  3. "Крила Батьківщини", 2002 р. № 6

Література

  • Молчанов П. А. Польоти в стратосферу. - М., Л., 1935.
  • Піккар А. Над хмарами. - М., Л., 1936.
  • Стівенс А. Два польоту американських стратостатів. - М., 1937.
  • Piccard A. Auf 16000 Meter. Meine Fahrten in die Stratosphre. - Zrich, Schweizer Aero-Revue, 1933, (OCLC 4083138).
  • Ryan C. The Pre-Astronauts: Manned Ballooning on the Threshold of Space. - Naval Institute Press, 1995, ISBN 1-55750-732-5.
  • Ryan C. Magnificent Failure: Free Fall from the Edge of Space. - Smithsonian Books, 2003, ISBN 1-58834-141-0.
  • Peebles C. The Stratolab programme - Manned balloons to the edge of space. - British Interplanetary Society, Journal (Space Chronicle). Vol. 34, July 1981.
  • Otto C. Winzen The Balloon as a Stepping-Stone to Space Flight. - The Goddard Library.

Цей текст може містити помилки.

Схожі роботи | скачати
© Усі права захищені
написати до нас
Рейтинг@Mail.ru