Найкращі ігри про космічні кораблі. Управління космічним апаратом у польоті

Багато найскладніших завдань автоматичного управління космічними об'єктами виникає при управлінні пілотованими ракетно-космічними комплексами, призначеними для здійснення польоту людини на Місяць та повернення на Землю. Як приклад, можна розглянути систему управління американським космічним кораблем «Аполлон», розрахованим на екіпаж, що складається з трьох осіб.

Загалом такий космічний корабель складається з трьох відсіків, що виводяться на траєкторію польоту до Місяця за допомогою потужної ракети-носія.

Командний відсік спроектований для входу в атмосферу, і в ньому більшу частину польоту знаходяться всі три члени екіпажу. У допоміжному відсіку розташовані рухові системи, що забезпечують можливість виконання маневрів, джерела живлення та ін. Для посадки на Місяць передбачається використовувати спеціальний відсік, в якому в цей час будуть два члени екіпажу, а третій астронавт при цьому здійснюватиме політ по селеноцентричній орбіті.

Система керування та навігації такого космічного корабля є бортовою системою, що застосовується для визначення положення та швидкості апарату, а також для керування маневрами. Частини цієї системи розташовані як у командному відсіку, так і у відсіку, призначеному для здійснення посадки на Місяць. Кожна частина містить пристрої для запам'ятовування орієнтації в інерційному просторі та вимірювання перевантажень, пристрої для проведення оптичних вимірювань, щити приладів і пульти управління, пристрої для виведення даних на індикатори і бортову цифрову обчислювальну машину.

Схема польоту космічного корабля "Аполлон"

Траєкторія польоту місячного корабля складається з активних ділянок та ділянок польоту за інерцією. Завдання системи управління цих ділянках певною мірою різняться.

Під час польоту за інерцією необхідно знати положення апарату та його швидкість, тобто вирішувати навігаційні завдання. При цьому використовується інформація, що отримується з наземних станцій стеження за польотом космічного апарату, дані щодо визначення положення апарату щодо зірок, Землі та Місяця, отримані за допомогою бортових оптичних пристроїв, та дані радіолокаційних вимірювань. Після збору зазначеної інформації стає можливим визначення положення апарату, його швидкості та маневру, необхідного для влучення в задану точку. На ділянках вільного польоту, і особливо у періоди збирання навігаційної інформації, часто виникає у забезпеченні орієнтації апарату. Під час виконання маневрів використовується платформа, стабілізована у просторі з допомогою гіроскопів.

На платформі встановлюються акселерометри, що вимірюють прискорення та забезпечують інформацією бортову обчислювальну машину. При керуванні апаратом перед посадкою на Місяць необхідно знати його початкову швидкість та положення. Інформація про ці величини формується на ділянках польоту за інерцією.

Стисло розглянемо завдання, які має вирішувати система управління та навігації на різних етапах програми.

Виведення на геоцентричну орбіту. При запуску ракети-носія управління здійснюється системою, встановленою в передній частині ракети-носія. На ділянці виведення, проте, система командного відсіку виробляє команди, які можна використовувати у разі відмови системи управління ракети-носія. Крім того, система управління командного відсіку видає екіпажу інформацію про точність виведення апарата на задану геоцентричну орбіту.

Космічний апарат і останній ступінь ракети-носія здійснюють один або кілька витків по геоцентричній орбіті. На цьому етапі навігаційні вимірювання, що проводяться за допомогою бортового обладнання, виконуються з метою перевірки правильності його функціонування. Оптичні елементи системи управління командного відсіку використовуються для уточнення положення та швидкості апарату. Дані, отримані за допомогою бортових пристроїв, використовуються спільно з даними, що передаються з станцій наземних спостереження.

Ділянка вільного польоту до Місяця. Апарат відокремлюється від останнього ступеня ракети-носія незабаром після сходу з геоцентричної орбіти. Початкові положення та швидкість апарату точно визначаються як за допомогою бортових систем, так і наземних станцій. Коли траєкторію апарата точно визначено, може виконуватися корекція траєкторії. Зазвичай передбачається можливість виконання трьох коригувальних маневрів, причому кожен із них може призвести до зміни швидкості апарату на величину до 3м/сек. Перша корекція траєкторії може бути виконана приблизно через годину після старту геоцентричної орбіти.

Перше завдання системи управління місячного відсіку полягає в забезпеченні точного виконання маневру, при якому місячний відсік за рахунок зміни його швидкості на кілька сотень метрів в секунду виводиться на траєкторію, що закінчується на висоті 16 км в околицях. заданої точки посадки. Початкові умови виконання цього маневру визначаються з допомогою навігаційного устаткування командного відсіку. Дані вводяться у систему управління місячного відсіку вручну.

У відповідний момент часу, встановлений системою управління місячного відсіку, запускаються посадкові двигуни, що зменшують швидкість спуску місячного відсіку. На початковому етапі наведення відсіку за допомогою інерційної системи вимірюються прискорення та забезпечується необхідна орієнтація апарату. При подальшому керуванні посадкою, після того як висота та швидкість відсіку впадуть до заданих меж, використовуватиметься радіолокатор. У той же час члени екіпажу забезпечують орієнтацію відсіку за допомогою спеціальних позначок, нанесених на ілюмінатор, та інформації, що надходить з обчислювальної машини. Система управління повинна забезпечити найбільш ефективне використання палива під час здійснення м'якої посадки в заданому місці.

Коли місячний відсік знаходиться на поверхні Місяця, спеціальний радіолокатор, який використовується також і для забезпечення зустрічі відсіків на орбіті, здійснює стеження за командним відсіком для точного визначення положення орбіти командного відсіку щодо точки посадки.

Етап старту з поверхні Місяця. Для відповідних початкових умов обчислювальна машина відсіку визначає траєкторію, що забезпечує зустріч із командним відсіком, що здійснює політ по орбіті супутника Місяця, і видається команда на зліт. За допомогою інерційної системи відбувається наведення місячного відсіку та визначається момент вимкнення двигуна. Після вимкнення двигуна місячний відсік здійснює вільний політ траєкторією, близькою до траєкторії командного відсіку.

Етап польоту по проміжній траєкторії. Радіолокатор, встановлений на місячному відсіку, дозволяє отримати інформацію про відносне положення обох відсіків. Після уточнення взаємного розташування траєкторій можна робити їх корекцію аналогічно тому, як це робилося на ділянці польоту до Місяця.

Етап зустрічі на селеноцентричній орбіті. Коли відсіки наближаються, за сигналами інерційної та радіолокаційної систем проводиться управління тягою двигунів, щоб зменшити відносну швидкість між відсіками. Управління стикуванням відсіків може виконуватися вручну або автоматично.

Повернення до Землі. Повернення командного та допоміжного відсіку до Землі виконується аналогічно етапу польоту до Місяця з проведенням корегуючих маневрів. Наприкінці цієї ділянки навігаційна система повинна точно визначити початкові умови для входу в атмосферу та забезпечити вхід у відносно вузький коридор, обмежений зверху і знизу.

Вхід в атмосферу. На ділянці входу в атмосферу за даними про перевантаження та орієнтацію апарату, що отримується з інерційної системи, здійснюється управління рухом відсіку за допомогою зміни його кута крену. Командний відсік є осесиметричним тілом, але його центр маси не лежить на осі симетрії і при польоті на балансувальному куті атаки аеродинамічна якість апарата становить близько 0,3. Це дозволяє, змінюючи кут крену, змінювати кут атаки і таким чином здійснювати керування польотом поздовжньої площини. При вході в атмосферу Землі відбувається аеродинамічний гальмування командного відсіку. При цьому його швидкість знижується з другої космічної до швидкості трохи меншою, ніж перша космічна (кругова). Після першого занурення в атмосферу апарат переходить на балістичну траєкторію, виходячи за межі атмосфери, а потім знову входить у щільні атмосферні шари і переходить на траєкторію спуску. Етап управління космічним кораблем при першому зануренні в атмосферу є надзвичайно відповідальним, оскільки, з одного боку, система управління повинна забезпечити підтримку перевантажень та аеродинамічного нагріву в заданих межах, а з іншого - забезпечити необхідну величину підйомної сили, при якій буде досягнута необхідна дальність і приземлення корабля у заданому районі.

* Аеродинамічною якістю називається відношення величини підйомної сили до сили лобового опору.

Управління космічним кораблем на ділянці другого занурення може здійснюватися за аналогією з керуванням у разі зниження кораблів-супутників.

Наука та техніка управління космічними літальними апаратами перебуває ще початковому періоді свого розвитку. За десятиліття, що минуло з часу запуску першого штучного супутника Землі, вона зробила величезні успіхи і вирішила багато складних проблем, проте перспективи її розвитку ще грандіозніші.

Удосконалення засобів обчислювальної техніки, мікромініатюризація елементів електронних пристроїв, розвиток засобів обробки та передачі інформації, побудова вимірювально-інформаційних пристроїв на нових фізичних принципах, розробка нових принципів та пристроїв орієнтації, стабілізації та управління відкривають неосяжні горизонти створення досконалих пілотованих та безпілотних космічних літачів допоможуть людині пізнати таємниці Всесвіту і послужать вирішенню багатьох практичних завдань.

::: Як керувати космічним кораблем: Інструкція Кораблі серії «Союз», яким майже півстоліття тому обіцяли місячне майбутнє, так і не покинули навколоземну орбіту, натомість завоювали собі репутацію найнадійнішого пасажирського космічного транспорту. Подивимося на них поглядом командира корабля.

Космічний корабель «Союз-ТМА» складається з приладно-агрегатного відсіку (ПАТ), апарату, що спускається (СА) і побутового відсіку (БО), причому СА займає центральну частину корабля. Подібно до того, як в авіалайнері під час зльоту та набору висоти нам наказують пристебнути ремені і не залишати крісел, космонавти також зобов'язані на етапі виведення корабля на орбіту іманевру знаходитися у своїх кріслах, бути пристебнутими і не знімати скафандрів. Після закінчення маневру екіпажу, що складається з командира корабля, бортінженера-1 та бортінженера-2, дозволяється зняти скафандри і переміститися в побутовий відсік, де можна поїсти і сходити в туалет. Політ до МКС займає близько двох діб, повернення на Землю – 3-5 годин. Система відображення інформації (СОІ), що застосовується в «Союзі-ТМА», «Нептун-МЕ» відноситься до п'ятого покоління СОІ для кораблів серії «Союз». Як відомо, модифікація «Союз-ТМА» створювалася спеціально під польоти до Міжнародної космічної станції, що передбачало участь астронавтів NASA з більш об'ємними скафандрами. Щоб астронавти змогли пробиратися через люк, що з'єднує побутовий блок із апаратом, що спускається, потрібно було зменшити глибину і висоту пульта, природно, при збереженні його повної функціональності. Проблема також полягала в тому, що низка приладових вузлів, що використовувалися в попередніх версіях СОІ, вже не могла бути зроблена через дезінтеграцію колишньої радянської економіки та припинення деяких виробництв. Тренажерний комплекс "Союз-ТМА", що знаходиться в Центрі підготовки космонавтів ім. Гагаріна (Зоряне містечко), включає макет апарату, що спускається, і побутового відсіку. Тому всю СОІ довелося переробити принципово. Центральним елементом СОІ корабля став інтегрований пульт управління, апаратно сумісний із комп'ютером типу IBM PC. Космічний пульт

Система відображення інформації (СОІ) у кораблі «Союз-ТМА» носить назву «Нептун-МЕ». В даний час існує новіша версія СОІ для так званих цифрових «Союзів» - кораблів типу «Союз-ТМА-М». Проте зміни торкнулися переважно електронної начинки системи - зокрема, аналогову систему телеметрії замінено на цифрову. Здебільшого наступність «інтерфейсу» збережена. 1. Інтегрований пульт керування (ІнПУ). Всього на борту апарату, що спускається, два ІнПУ - один у командира корабля, другий у борта інженера-1, що сидить ліворуч. 2. Цифрова клавіатура для введення кодів (навігації по дисплею ІнПУ). 3. Блок керування маркером (застосовується для навігації по дисплею ІнПУ). 4. Блок електролюмінесцентної індикації поточного стану систем. 5. РПВ-1 і РПВ-2 - ручні поворотні вентилі. Вони відповідають за наповнення магістралей киснем з шаробалонів, один з яких розташований в приладно-агрегатному відсіку, а інший - в апараті, що спускається. 6. Електропневмоклапан подачі кисню під час посадки. 7. Візир спеціальний космонавта (ТСК). Під час стикування командир корабля дивиться на вузол стику і спостерігає за стикуванням корабля. Для передачі зображення застосовується система дзеркал приблизно така ж, як у перископі на підводному човні. 8. Ручка управління рухом (РУД). За допомогою командир корабля керує двигунами для надання «Союзу-ТМА» лінійного (позитивного або негативного) прискорення. 9. Ручкою управління орієнтацією (РУВ) командир корабля задає обертання «Союзу-ТМА» навколо центру мас. 10. Холодильно-сушильний агрегат (ХСА) виводить з корабля тепло та вологу, що неминуче накопичуються у повітрі через присутність на борту людей. 11. Тумблери включення вентиляції скафандрів під час посадки. 12. Вольтметр. 13. Блок запобіжників. 14. Кнопка запуску консервації корабля після стикування. Ресурс «Союзу-ТМА» всього чотири доби, тому його треба берегти. Після стикування електроживлення та вентиляція постачаються вже найорбітальнішою станцією. Статтю опубліковано в журналі «Популярна механіка»

КОСМІЧНИЙ КОРАБЕЛЬ

Космічними кораблями нашого часу називаються апарати, створені для доставки космонавтів на навколоземну орбіту і їх потім на Землю. Зрозуміло, що технічні вимоги до космічного корабля жорсткіші, ніж до будь-яких інших космічних апаратів. Умови польоту (перевантаження, температурний режим, тиск тощо) повинні витримуватися для них дуже точно, щоб не виникла загроза життю людини. У кораблі, який на кілька годин або навіть доби стає домом для космонавта, мають бути створені нормальні людські умови – космонавт повинен дихати, пити, їсти, спати, відправляти природні потреби. Він повинен мати можливість у процесі польоту розгортати корабель на власний розсуд і змінювати орбіту, тобто корабель у своєму русі у просторі повинен легко переорієнтуватися і управлятися. Для повернення на Землю космічний корабель повинен погасити ту величезну швидкість, яку повідомила йому при старті ракета-носій. Якби Земля не мала атмосфери, на це довелося б витратити стільки ж пального, скільки було витрачено під час підйому в космос. На щастя, у цьому немає необхідності: якщо здійснювати посадку по дуже пологій траєкторії, поступово занурюючись у щільні шари атмосфери, то можна загальмувати корабель повітря з мінімальною витратою пального. Як радянські «Сходи», так і американські «Меркурії» здійснювали посадку саме таким чином і цим пояснюються багато особливостей їхньої конструкції. Оскільки значна частина енергії при гальмуванні йде на нагрівання корабля, то без хорошого теплового захисту він просто згорить, як згоряє в атмосфері більшість метеоритів і супутників, що закінчують своє існування. Тому доводиться захищати кораблі громіздкими жароміцними теплозахисними оболонками. (Наприклад, на радянському «Сході» її вага становила 800 кг - третина всієї ваги апарату, що спускається.) Бажаючи по можливості полегшити корабель, конструктори постачали цим екраном не весь корабель, а тільки корпус апарату, що спускається. Таким чином, з самого початку утвердилася конструкція корабля, що розділяється (вона була випробувана на «Сходах», а потім стала класичною для всіх радянських і багатьох американських космічних кораблів). Корабель складається як би з двох самостійних частин: приладового відсіку і апарату, що спускається (останній служить під час польоту кабіною космонавта).

Перший радянський космічний корабель «Схід» при загальній масі 4,73 т виводився на орбіту за допомогою триступеневої ракети-носія тієї самої назви. Повна стартова маса космічного комплексу становила 287 т. Конструктивно «Схід» складався з двох основних відсіків: апарату, що спускається, і приладового відсіку. Апарат, що спускається з кабіною космонавта, був виконаний у формі кулі діаметром 2, 3 м і мав масу 2, 4 т.

Герметичний корпус виготовлявся із алюмінієвого сплаву. Усередині апарата, що спускається, конструктори прагнули розташувати тільки ті системи і прилади корабля, які були необхідні протягом усього польоту, або ті, якими безпосередньо користувався космонавт. Решту було винесено в приладовий відсік. Усередині кабіни розміщувалося крісло космонавта, що катапультується. (На випадок, якби довелося катапультуватись при старті, крісло постачалося двома пороховими прискорювачами.) Тут же знаходилися пульт управління, запаси їжі та води. Система життєзабезпечення була розрахована працювати протягом десяти діб. Космонавт мав протягом усього польоту перебувати у герметичному скафандрі, але з відкритим шоломом (цей шолом автоматично закривався у разі раптової розгерметизації кабіни).

Внутрішній вільний об'єм апарата, що спускається, становив 1, 6 кубічного метра. Необхідні умови у кабіні космічного корабля підтримували дві автоматичні системи: система життєзабезпечення та система терморегулювання. Як відомо, людина у процесі життєдіяльності споживає кисень, виділяє вуглекислий газ, тепло та вологу. Ці дві системи таки забезпечували поглинання вуглекислого газу, поповнення киснем, відбір з повітря надлишкової вологи та відбір тепла. У кабіні "Сходу" підтримувався звичний на Землі стан атмосфери з тиском 735-775 мм рт. ст. та 20-25% вмісту кисню. Пристрій системи терморегулювання частково нагадував кондиціонер. Вона містила повітряно-рідинний теплообмінник, по змійовику якого протікала охолоджена рідина (холодоносій). Вентилятор проганяв через теплообмінник тепле та вологе повітря кабіни, яке охолоджувалося на його холодних поверхнях. Волога при цьому конденсувалася. Холодоносій надходив у апарат, що спускається, з приладового відсіку. Рідина, що поглинула тепло, примусово проганялася насосом через радіатор-випромінювач, розташований на зовнішній конічній оболонці приладового відсіку. Температура холодоносія автоматично підтримувалась у потрібному діапазоні за допомогою спеціальних жалюзі, що закривали радіатор. Стулки жалюзі могли відкриватися або закриватися, змінюючи потоки тепла, випромінювані радіатором. Щоб підтримувати необхідний склад повітря, в кабіні апарату, що спускається було регенераційне пристрій. Повітря кабіни за допомогою вентилятора безперервно проганялося через спеціальні змінні патрони, що містили надперекиси лужних металів. Такі речовини (наприклад, K2O4) здатні ефективно поглинати вуглекислий газ і виділяти кисень. Роботою всієї автоматики керував бортовий програмний пристрій. Включення різних систем та приладів здійснювалося як за командами із Землі, так і самим космонавтом. На Сході був цілий комплекс радіозасобів, що дозволяв вести і підтримувати двосторонній зв'язок, проводити різні вимірювання, вести управління кораблем із Землі та багато іншого. За допомогою передавача «Сигнал» постійно надходила інформація датчиків, розташованих на тілі космонавта щодо його самопочуття. Основу системи енергопостачання становили срібно-цинкові акумулятори: основна батарея розміщувалася в приладовому відсіку, а додаткова, що забезпечує електроживлення на спуску - в апараті, що спускається.

Приладовий відсік мав масу 2, 27 т. Поблизу його стику зі апаратом, що спускається, знаходилися 16 сферичних балонів із запасами стиснутого азоту для мікродвигунів орієнтації і кисню для системи життєзабезпечення. Дуже важливе значення у будь-якому космічному кораблі відіграє система орієнтації та управління рухом. На «Сході» вона включала кілька підсистем. Перша їх - навігаційна - складалася з низки датчиків становища космічного корабля у просторі (зокрема датчик Сонця, гіроскопічні датчики, оптичний пристрій «Погляд» та інші). Сигнали від датчиків надходили в систему керування, яка могла працювати автоматично або за участю космонавта. На пульті космонавта була рукоятка ручного управління орієнтацією космічного корабля. Розгортання корабля відбувалося за допомогою цілого набору розташованих певним чином невеликих реактивних сопел, які подавався з балонів стислий азот. Всього на приладовому відсіку було два комплекти сопел (по вісім у кожному), які могли підключатися до трьох груп балонів. Головне завдання, яке вирішувалося за допомогою цих сопел, полягало в тому, щоб правильно орієнтувати корабель перед подачею гальмівного імпульсу. Це потрібно було зробити у певному напрямі й у суворо певний час. Помилка не допускалася.

Гальмівна рухова установка з тягою 15, 8 кілоньтон знаходилася в нижній частині відсіку. Вона складалася з двигуна, паливних баків та системи подачі пального. Час її роботи складав 45 секунд. Перед поверненням Землю гальмівну рухову установку орієнтували в такий спосіб, щоб дати гальмівний імпульс близько 100 м/с. Цього було достатньо переходу на траєкторію спуску. (При висоті польоту 180-240 км орбіта була розрахована таким чином, що навіть при відмові гальмівної установки корабель через десять діб все одно увійшов би в щільні шари атмосфери. Саме на цей термін і розрахували запас кисню, питної води, їжі, заряд акумуляторів .) Потім відбувалося відділення апарату, що спускається від приладового відсіку. Подальше гальмування корабля йшло за рахунок опору атмосфери. При цьому навантаження досягали 10 g, тобто вага космонавта збільшувалася вдесятеро.

Швидкість апарата, що спускається в атмосфері, знижувалася до 150-200 м/с. Але щоб забезпечити безпечне приземлення при зіткненні із землею, його швидкість мала перевищувати 10 м/с. Надлишок швидкості гасився за рахунок парашутів. Вони розкривалися поступово: спочатку витяжний, потім - гальмівний і, нарешті, основний. На висоті 7 км космонавт повинен був катапультуватися і приземлятися окремо від апарата зі швидкістю 5-6 м/с. Це здійснювалося за допомогою катапультуючого крісла, яке встановлювалося на спеціальних напрямних і вистрілювалося з апарата, що спускається після відділення кришки люка. Тут також спочатку розкривався гальмівний парашут крісла, а на висоті 4 км (при швидкості 70-80 м/с) космонавт відстібався від крісла і далі спускався на власному парашуті.

Робота з підготовки пілотованого польоту в КБ Корольова розпочалася 1958 року. Перший запуск «Сходу» у безпілотному режимі було здійснено 15 травня 1960 року. Через неправильну роботу одного з датчиків перед включенням гальмівної рухової установки корабель виявився неправильно орієнтованим і замість того, щоб опускатися, перейшов на вищу орбіту. Другий запуск (23 липня 1960 р.) був ще менш вдалим - на початку польоту сталася аварія. Апарат, що спускається, відділився від корабля і зруйнувався при падінні. Щоб уникнути цієї небезпеки, на всіх наступних кораблях було введено систему аварійного порятунку. Натомість третій запуск «Сходу» (19-20 серпня 1960 р.) був цілком успішним - на другий день апарат, що спускається, разом з усіма піддослідними тваринами: мишами, щурами і двома собаками - Білкою і Стрілкою - благополучно здійснив посадку в заданому районі. Це був перший в історії космонавтики випадок повернення живих істот на Землю після космічного польоту. Але наступний політ (1 грудня 1960 р.) знову мав неблагополучний результат. Корабель вийшов у космос та виконав всю програму. За добу було подано команду до повернення на землю. Однак через відмову гальмівної рухової установки апарат, що спускається, увійшов в атмосферу з надмірно великою швидкістю і згорів. Разом з ним загинули піддослідні собаки Бджілка та Мушка. Під час старту 22 грудня 1960 року сталася аварія останнього ступеня, але система аварійного порятунку спрацювала належним чином - апарат приземлився без пошкоджень. Лише шостий (9 березня 1961 р.) та сьомий (25 березня 1961 р.) старти «Сходу» пройшли цілком благополучно. Здійснивши по одному обороту навколо Землі, обидва кораблі благополучно повернулися на Землю разом з усіма піддослідними тваринами. Ці два польоти повністю моделювали майбутній політ людини, тож навіть у кріслі знаходився спеціальний манекен. Перший історія політ людини у космос відбувся, як відомо, 12 квітня 1961 року. Радянський космонавт Юрій Гагарін на кораблі «Схід-1» здійснив один виток навколо Землі і того ж дня благополучно повернувся на Землю (весь політ тривав 108 хвилин). Так було відкрито епоху пілотованих польотів.

У США підготовка до пілотованого польоту за програмою «Меркурій» також розпочалася 1958 року. Спочатку проводилися безпілотні польоти, потім польоти балістичною траєкторією. Перші два запуски "Меркурія" по балістичній траєкторії (у травні та липні 1961 р.) проводилися за допомогою ракети "Редстоун", а наступні виводилися на орбіту за допомогою ракети-носія "Атлас-D". 20 лютого 1962 року американський астронавт Джон Гленн на Меркурії-6 здійснив перший орбітальний політ навколо Землі.

Перший американський космічний корабель був значно меншим за радянський. Ракета-носій "Атлас-D" при стартовій масі 111,3 тонн була здатна вивести на орбіту вантаж не більше 1,35 тонни. Тому корабель «Меркурій» проектувався за вкрай жорстких обмежень за масою та габаритами. Основу корабля становила капсула, що повертається на Землю. Вона мала форму усіченого конуса зі сферичним днищем та циліндричною верхньою частиною. На підставі конуса розміщувалася гальмівна установка з трьох твердопаливних реактивних двигунів по 4, 5 кілоньтон і часом роботи 10 секунд. При спуску капсула входила в щільні шари атмосфери днищем уперед. Тому важкий теплозахисний екран розміщувався лише тут. У передній циліндричній частині знаходилася антена та парашутна секція. Парашутів було три: гальмівний, основний та запасний, які виштовхувалися за допомогою пневмобаллону.

Усередині кабіни пілота був вільний об'єм 1, 1 кубічний метр. Астронавт, одягнений у герметичний скафандр, розташовувався у кріслі. Перед ним знаходилися ілюмінатор та пульт управління. На фермі над кораблем містився пороховий двигун САС. Система життєзабезпечення на "Меркурії" суттєво відрізнялася від тієї, що була на "Сході". Усередині корабля створювалася суто киснева атмосфера з тиском 228-289 мм рт. ст. У міру споживання кисень із балонів подавався в кабіну та скафандр астронавта. Для видалення вуглекислоти використовувалася система з гідроокисом літію. Скафандр охолоджувався киснем, який перед тим, як використовуватися для дихання, подався до нижньої частини тіла. Температура і вологість підтримувалися за допомогою теплообмінників випарного типу - волога збиралася за допомогою губки, яка періодично віджималася (виявилося, що в умовах невагомості такий спосіб не годився, тому він використовувався лише на перших кораблях). Енергоживлення забезпечувалося акумуляторними батареями. Вся система життєзабезпечення була розрахована лише на 1, 5 діб. Для управління орієнтацією "Меркурій" мав 18 керованих двигунів, які працювали на однокомпонентному паливі - перекису водню. Астронавт приводявся разом із кораблем на поверхню океану. Капсула мала незадовільну плавучість, тому про всяк випадок на ній був надувний пліт.

РОБОТА

Роботом називають автоматичний пристрій, що має маніпулятор – механічний аналог людської руки – та систему управління цим маніпулятором. Обидві ці складові можуть мати різний пристрій - від дуже простого до надзвичайно складного. Маніпулятор зазвичай складається з шарнірно з'єднаних ланок, як рука людини складається з кісток, пов'язаних суглобами, і закінчується охопленням, яке є чимось на кшталт кисті людської руки.

Ланки маніпулятора рухомі один щодо одного і можуть здійснювати обертальні та поступальні рухи. Іноді замість схвату останньою ланкою маніпулятора служить якийсь робочий інструмент, наприклад, дриль, гайковий ключ, фарборозпилювач або зварювальний пальник.

Переміщення ланок маніпулятора забезпечують звані приводи - аналоги м'язів у руці людини. Зазвичай як такі використовуються електродвигуни. Тоді привід включає ще редуктор (систему зубчастих передач, які знижують число оборотів двигуна і збільшують обертальні моменти) і електричну схему управління, що регулює швидкість обертання електродвигуна.

Крім електричного, часто застосовується гідравлічний привід. Дія його дуже проста. У циліндр 1, в якому знаходиться поршень 2, з'єднаний за допомогою штока з маніпулятором 3, надходить під тиском рідина, яка пересуває поршень в ту чи іншу сторону, а разом з ним і руку робота. Напрямок цього руху визначається тим, яку частину циліндра (у простір над поршнем чи під ним) потрапляє в даний момент рідина. Гідропривід може повідомити маніпулятор і обертальний рух. Так само діє пневматичний привід, тільки замість рідини тут застосовується повітря.

Таке загалом пристрій маніпулятора. Що стосується складності завдань, які може вирішувати той чи інший робот, то вони багато в чому залежать від складності та досконалості керуючого пристрою. Взагалі, прийнято говорити про три покоління роботів: промислові, адаптивні та роботи зі штучним інтелектом.

Найперші зразки простих промислових роботів було створено 1962 року у США. Це були "Версатран" фірми "АМФ Версатран" та "Юнімейт" фірми "Юнімейшн Інкорпорейтед". Ці роботи, а також ті, що пішли за ними, діяли за жорсткою програмою, що не змінюється в процесі роботи і були призначені для автоматизації нескладних операцій при незмінному стані навколишнього середовища. Як керуючий пристрій для таких роботів міг служити, наприклад, «програмований барабан». Діяв він так: на циліндрі, що обертається електродвигуном, розміщувалися контакти приводів маніпулятора, а навколо барабана - струмопровідні металеві пластини, що замикали ці контакти, коли їх торкалися. Розташування контактів було таким, щоб при обертанні барабана приводи маніпулятора включалися в потрібний час і робот починав виконувати запрограмовані операції в потрібній послідовності. Так само управління могло здійснюватися за допомогою перфокарти або магнітної стрічки.

Очевидно, що навіть найменша зміна навколишнього оточення, найменший збій у технологічному процесі, веде до порушення дій такого робота. Однак вони мають і чималі переваги - вони дешеві, прості, легко перепрограмуються і можуть замінити людину при виконанні важких одноманітних операцій. Саме на таких роботах і були вперше застосовані роботи. Вони добре справлялися з простими технологічними операціями, що повторюються: виконували точкове і дугове зварювання, здійснювали завантаження і розвантаження, обслуговували преси і штампи. Робот "Юнімейт", наприклад, був створений для автоматизації контактного точкового зварювання кузовів легкових автомобілів, а робот типу "SMART" встановлював колеса на легкові автомобілі.

Однак принципова неможливість автономного (без втручання людини) функціонування роботів першого покоління дуже ускладнювала їхнє широке впровадження у виробництво. Вчені та інженери наполегливо намагалися усунути цей недолік. Результатом їхньої праці стало створення набагато складніших адаптивних роботів другого покоління. Відмінна риса цих роботів у тому, що можуть змінювати свої дії залежно від навколишнього оточення. Так, при зміні параметрів об'єкта маніпулювання (його кутової орієнтації або розташування), а також навколишнього середовища (скажімо, з появою якихось перешкод на шляху руху маніпулятора) ці роботи можуть відповідно спроектувати свої дії.

Зрозуміло, що, працюючи в середовищі, що змінюється, робот повинен постійно отримувати про неї інформацію, інакше він не зможе орієнтуватися в навколишньому просторі. У зв'язку з цим адаптивні роботи мають значно складнішу, ніж роботи першого покоління, систему управління. Ця система розпадається на дві підсистеми: 1) сенсорну (або відчуття) - до неї входять ті пристрої, які збирають інформацію про довкілля та про місцезнаходження у просторі різних частин робота; 2) ЕОМ, яка аналізує цю інформацію і відповідно до неї та заданої програми управляє переміщенням робота та його маніпулятора.

До сенсорних пристроїв відносяться тактильні датчики дотику, фотометричні датчики, ультразвукові, локаційні та різні системи технічного зору. Останні мають особливо важливе значення. Головне завдання технічного зору (власне «очі» робота) у тому, щоб перетворити зображення об'єктів довкілля на електричний сигнал, зрозумілий для ЕОМ. Загальний принцип систем технічного зору у тому, що з допомогою телевізійної камери в ЕОМ передається інформація про робочому просторі. ЕОМ порівнює її з наявними у пам'яті «моделями» і вибирає відповідну обставинам програму. На цьому шляху одна з центральних проблем при створенні адаптивних роботів полягала у тому, щоб навчити машину розпізнавати образи. З багатьох об'єктів робот повинен виділити ті, які необхідні для виконання якихось дій. Тобто він повинен уміти розрізняти ознаки об'єктів та класифікувати об'єкти за цими ознаками. Це завдяки тому, що робот має у пам'яті прототипи образів необхідних об'єктів і порівнює із нею ті, що потрапляють у його зору. Зазвичай завдання «впізнавання» потрібного об'єкта розпадається на кілька більш простих завдань: робот шукає в навколишньому середовищі потрібний предмет шляхом зміни орієнтації свого погляду, вимірює дальність до об'єктів спостереження, автоматично підлаштовує чутливий відеодатчик у відповідність до освітленості предмета, порівнює кожен предмет «моделлю», яка зберігається у його пам'яті, за декількома ознаками, тобто виділяє контури, текстуру, колір та інші ознаки. У результаті цього відбувається «впізнавання» об'єкта.

Наступним етапом роботи адаптивного робота зазвичай є якісь події з цим предметом. Робот повинен наблизитися до нього, захопити і переставити на інше місце, причому не абияк, а певним чином. Щоб виконати всі ці складні маніпуляції, одних знань про навколишнє оточення недостатньо - робот повинен точно контролювати кожен свій рух і як би відчувати себе в просторі. З цією метою крім сенсорної системи, що відображає зовнішнє середовище, адаптивний робот оснащується складною системою внутрішньої інформації: внутрішні датчики постійно передають ЕОМ повідомлення про місцезнаходження кожної ланки маніпулятора. Вони ніби дають машині «внутрішнє почуття». Як такі внутрішні датчики можуть використовуватися, наприклад, високоточні потенціометри.

Високоточний потенціометр є приладом типу добре відомого реостата, але відрізняється більш високою точністю. У ньому контакт, що обертається, не перескакує з витка на виток, як при зміщенні ручки звичайного реостата, а слід уздовж самих витків дроту. Потенціометр кріпиться всередині маніпулятора, так що при повороті однієї ланки щодо іншої рухомий контакт теж зміщується і, отже, опір приладу змінюється. Аналізуючи величину його зміни, ЕОМ судить про місцезнаходження кожної з ланок маніпулятора. Швидкість переміщення маніпулятора пов'язана зі швидкістю обертання двигуна в приводі. Маючи всю цю інформацію, ЕОМ може виміряти швидкість руху маніпулятора та керувати його переміщенням.

Яким чином робот «планує» свою поведінку? У цій можливості немає нічого надприродного - «кмітливість» машини повністю залежить від складності складеної нею програми. У пам'яті ЕОМ адаптивного робота зазвичай закладено стільки різних програм, скільки може виникнути різних ситуацій. Поки ситуація не змінюється, робот діє за базовою програмою. Коли ж зовнішні датчики повідомляють ЕОМ про зміну ситуації, вона аналізує її та вибирає ту програму, яка більше відповідає цій ситуації. Маючи загальну програму «поведінки», запас програм кожної окремої ситуації, зовнішню інформацію про довкілля і внутрішню інформацію про стан маніпулятора, ЕОМ керує усіма діями робота.

Перші моделі адаптивних роботів з'явилися фактично одночасно з промисловими роботами. Прообразом для них послужив маніпулятор, що автоматично діє, розроблений в 1961 році американським інженером Ернстом і названий згодом «рукою Ернста». Цей маніпулятор мав захоплюючий пристрій, з різними датчиками - фотоелектричними, тактильними та іншими. З допомогою цих датчиків, і навіть управляючої ЕОМ він шукав і брав задані йому довільно розташовані предмети. 1969 року в Стенфордському університеті (США) було створено складніший робот «Шийки». Ця машина також мала технічний зір, могла розпізнавати навколишні предмети і оперувати ними за заданою програмою.

Робот рухався за допомогою двох крокових електродвигунів, що мають незалежний привід до колес на кожній стороні візка. У верхній частині робота, яка могла повертатися навколо вертикальної осі, було встановлено телевізійну камеру та оптичний далекомір. У центрі розташовувався блок управління, який розподіляв команди, які від ЕОМ до механізмів і пристроїв, реалізуючим відповідні дії. По периметру встановлювалися сенсорні датчики отримання інформації про зіткненні робота з перешкодами. «Шийки» міг переміщатися найкоротшим шляхом у задане місце приміщення, обчислюючи у своїй траєкторію в такий спосіб, щоб уникнути зіткнення (він сприймав стіни, двері, дверні отвори). ЕОМ через свої великі габарити знаходилася окремо від робота. Зв'язок між ними здійснювався по радіо. Робот міг вибирати потрібні предмети та переміщати їх «штовханням» (маніпулятора у нього не було) у потрібне місце.

Згодом з'явилися інші моделі. Наприклад, у 1977 році фірмою «Quasar Industries» був створений робот, який умів підмітати підлогу, витирати пил з меблів, працювати з пилососом і видаляти воду, що розтеклася по підлозі. У 1982 році фірма «Міцубісі» оголосила про створення робота, який був настільки спритний, що міг запалювати сигарету та знімати телефонну трубку. Але найпрекраснішим був визнаний створений того ж року американський робот, який за допомогою своїх механічних пальців, камери-очі та комп'ютера-мозку менш ніж за чотири хвилини збирав кубик Рубіка. Серійний випуск роботів другого покоління розпочався наприкінці 70-х років. Особливо важливо те, що їх можна успішно використовувати на складальних операціях (наприклад, при складанні пилососів, будильників та інших нескладних побутових приладів) - цей вид робіт досі з великими труднощами піддавався автоматизації. Адаптивні роботи стали важливою складовою багатьох гнучких (які швидко перебудовуються на випуски нової продукції) автоматизованих виробництв.

Третє покоління роботів - роботи зі штучним інтелектом - поки що тільки проектується. Їхнє основне призначення - цілеспрямована поведінка у складному, погано організованому середовищі, притому в таких умовах, коли неможливо передбачити всі варіанти її зміни. Отримавши якесь спільне завдання, такий робот повинен буде сам розробити програму її виконання кожної конкретної ситуації (нагадаємо, що адаптивний робот може лише вибирати одну із запропонованих програм). Якщо операція не вдалася, робот зі штучним інтелектом зможе проаналізувати невдачу, скласти нову програму і повторити спробу.

Кораблі серії «Союз», яким майже півстоліття тому обіцяли місячне майбутнє, так і не залишили навколоземну орбіту, натомість завоювали собі репутацію найнадійнішого пасажирського космічного транспорту. Подивимося на них поглядом командира корабля

Система відображення інформації (СОІ), що застосовується в «Союзі-ТМА», «Нептун-МЕ» відноситься до п'ятого покоління СОІ для кораблів серії «Союз».

Як відомо, модифікація «Союз-ТМА» створювалася спеціально під польоти до Міжнародної космічної станції, що передбачало участь астронавтів NASA з більш об'ємними скафандрами.

Щоб астронавти змогли пробиратися через люк, що з'єднує побутовий блок із апаратом, що спускається, потрібно було зменшити глибину і висоту пульта, природно, при збереженні його повної функціональності.

Проблема також полягала в тому, що низка приладових вузлів, що використовувалися в попередніх версіях СОІ, вже не могла бути зроблена через дезінтеграцію колишньої радянської економіки та припинення деяких виробництв.

Тренажерний комплекс "Союз-ТМА", що знаходиться в Центрі підготовки космонавтів ім. Гагаріна (Зоряне містечко), включає макет апарату, що спускається, і побутового відсіку.

Тому всю СОІ довелося переробити принципово. Центральним елементом СОІ корабля став інтегрований пульт управління, апаратно сумісний із комп'ютером типу IBM PC.

Космічний пульт

Система відображення інформації (СОІ) у кораблі «Союз-ТМА» носить назву «Нептун-МЕ». В даний час існує нова версія СОІ для так званих цифрових "Союзів" - кораблів типу "Союз-ТМА-М". Однак зміни торкнулися переважно електронної начинки системи — зокрема аналогової системи телеметрії замінено на цифрову. Здебільшого наступність «інтерфейсу» збережена.

1. Інтегрований пульт керування (ІнПУ). Усього на борту апарату, що спускається, два ІнПУ — один у командира корабля, другий у бортінженера-1, що сидить ліворуч.

2. Цифрова клавіатура для введення кодів (навігації по дисплею ІнПУ).

3. Блок керування маркером (застосовується для навігації по дисплею ІнПУ).

4. Блок електролюмінесцентної індикації поточного стану систем.

5. РПВ-1 і РПВ-2 - ручні поворотні вентилі. Вони відповідають за наповнення магістралей киснем з шаробалонів, один з яких розташований в приладно-агрегатному відсіку, а інший - в апараті, що спускається.

6. Електропневмоклапан подачі кисню під час посадки.

7. Візир спеціальний космонавта (ТСК). Під час стикування командир корабля дивиться на вузол стику і спостерігає за стикуванням корабля. Для передачі зображення застосовується система дзеркал приблизно така ж, як у перископі на підводному човні.

8. Ручка управління рухом (РУД). За допомогою командир корабля керує двигунами для надання «Союзу-ТМА» лінійного (позитивного або негативного) прискорення.

9. Ручкою управління орієнтацією (РУВ) командир корабля задає обертання «Союзу-ТМА» навколо центру мас.

10. Холодильно-сушильний агрегат (ХСА) виводить з корабля тепло та вологу, що неминуче накопичуються у повітрі через присутність на борту людей.

11. Тумблери включення вентиляції скафандрів під час посадки.

12. Вольтметр.

13. Блок запобіжників.

14. Кнопка запуску консервації корабля після стикування. Ресурс «Союзу-ТМА» всього чотири доби, тому його треба берегти. Після стикування електроживлення та вентиляція постачаються вже найорбітальнішою станцією.