Физики в Новосибирске подтвердили подлинность лунного грунта США

https://geektimes.com/post/274384/

Другой «аргумент» вызывает бурный восторг у верующих в лунный заговор. Он состоит в том, что «Меркурий» и «Джемини» не могли возвращаться с орбиты без абляционной теплозащиты (которая была на «Востоке»). Это — еще одна фантазия, основанная на школьной физике. Действительно, при ламинарном обтекании воздушным потоком обшивка может разогреться до нескольких тысяч градусов. Именно поэтому боеголовки МБР при входе в атмосферу тормозят, чтобы не сгореть и не разрушиться, как метеориты. В зависимости от конструкции, они разворачиваются основанием конуса в направленнии полета или имеют тупой носовой обтекатель. Так создается зона сжатия перед боеголовкой, которая тормозит ее до относительно безопасных ~3 км/сек при входе в тропосферу (там она сгореть уже не успевает). В этой связи стоит заметить, что мощность аэродинамического нагрева в стратосфере пропорциональна не квадрату скорости, а ее кубу (см. формулу (1) в статье extremal-mechanics.org/archives/9573). 

Ударная волна, которая формируется перед боеголовкой, качественно меняет режим обтекания, что значительно снижает аэронагрев. Все просто — кинетическая энергия боеголовки трансформируется не в тепловую (ее же), а во внутреннюю энергию сжатого воздуха с последующей передачей ударной волне. Нагрев конечно остается, но становится гораздо меньше. Дело в том, что турбулентность потока при обтекании снижает касательную составляющую его скорости относительно поверхности, а также способствует конвекционной передаче тепла обратно в атмосферу. 

То же самое происходило с капсулами «Меркурия» и «Джемини» при возвращении с орбиты! С одной поправкой — они входили по значительно более пологим траекториям, чем боеголовки МБР. Что это меняет? Мощность аэродинамического нагрева пропорциональна плотности воздуха. Поскольку капсула существенно теряет скорость в верхних слоях атмосферы, при входе в более плотные слои нагрев и механические нагрузки незначительны. Как отмечено выше, эта потеря механической энергии происходит не столько за счет роста тепловой, сколько за счет формирования ударной волны вокруг аппарата. Вот что значит теплозащитный экран! 

Итак, полого спускающиеся с орбиты «Меркурий» и «Джемини» разогревались далеко не столь драматично, как живописуют разоблачители. Но как именно? Обратимся к материалам конференции по бериллию, которое проводило Минобороны США в 1970 books.google.ru/books?id=IGMrAAAAYAAJ&printsec=frontcover&hl=ru&source=gbs_ge_summary_r. В докладе от компании Мак-Донелл-Дуглас даны пояснения по поводу использования бериллия в разработанных ею космических аппаратах. На стр. 610 сказано, что температура на поверхности капсулы «Меркурий» не превышала 1 300 градусов по Фаренгейту, т.е., около 700 град. C. Хватило бы, чтобы расплавить алюминий, но для бериллия с температурой плавления 1 500 град. C и титана с его 1 700 это — компресс от простуды. Теперь понятно, почему абляционная защита не понадобилась, а капсулы «Джемини» не выглядят сильно обгоревшими?

Хотя и 700 град. С — не так уж мало. Теплозащитному экрану более тяжелого «Джемини», возможно, доставалось несколько больше. В отличие от чисто бериллиевого щита «Меркурия», он был покрыт саморазрушающимся покрытием из пластиков, пропитанных фенольными смолами и еще какой-то дрянью. Это — промежуточное решение между теплопоглощающей и абляционной термозащитами. Поэтому и здесь С.М. Еременко поторопился с заключением.


Разоблачающий рисунок из статьи С.М. Еременко

Теперь присмотримся к рисункам Левый не так далек от истины, как кажется автору. Плазмы, обтекавшей «Джемини» на рисунке справа, на самом деле не было, т.к. воздух с температурой в несколько сот градусов можно с большой натяжкой назвать плазмой. То, что там нарисовано, похоже на фронт ударной волны, который скользит вдоль стенок, практически с ними не взаимодействуя. Именно поэтому обшивка «Джемини» и «Меркурия» сильно не нагревалась. От фронта ударной волны доставалось верхней, цилиндрической части капсулы. Он ее не обтекал, как на рисунке, а падал на поверхность под острым углом. Это — наиболее уязвимая часть капсул, которая была полностью облицована бериллиевыми пластинами. Его высокая теплопроводность (в 4 раза больше, чем у стали), коррозионная и термо-стойкость обеспечивали устойчивую работу при спуске в атмосфере без значительного роста температуры на поверхности. Пологая траектория также способствовала успеху этой теплопоглощающей защиты.

Строго говоря, тангенс угла между продольной осью капсулы и фронтом ударной волны, дифрагировавшей на краях теплозащитного экрана, равен отношению скорости звука к скорости капсулы. Если на глазок принять угол при вершине конуса в 45 градусов, то изображенное на рисунке справа обтекание соответствует скорости капсулы 2 — 2,5 Маха. При большей скорости фронт ударной волны даже не приближается к поверхности конуса. Между ним и стенками образуется как бы карман, предохраняющий их от перегрева. Более того, эта воздушная прослойка организует конвекционный отвод тепла от конуса, которое поступает из цилиндрической части капсулы. Роль поглотителя этого тепла, возможно, играл также защитный экран (с бериллиевой основой у «Джемини» и чисто из него у «Меркурия»).

Именно поэтому поверхность конуса покрыли не дорогим бериллием, а стале-никелевым сплавом Rene 41, работающим в диапазоне температур 650 — 1 000 град. С. Это косвенно подтверждает, что выше 700 градусов обшивки «Джемини» и «Меркурия» не нагревались. По видимому, такая температура достигалась только на поверхности теплозащитного экрана и в цилиндрической части капсулы, а в остальных местах была ниже. Стоит пояснить, что соотношение между Rene 41 и титановым сплавом в «Джемини» мне не известно. Предположительно, титан использовался только в несущих конструкциях. Возможно, что в некоторых моделях «Джемини» вся внешняя поверхность была облицована бериллием.И все-таки обшивка нагревалась, хотя и гораздо меньше, чем думают разоблачители. Это хорошо видно на снимке с капсулой в воде. Бериллий — блестящий металл, на фото имеет темно-серый, синеватый цвет. Очевидно, что в вышедшем из цеха корабле металлическая поверхность была полированной или покрытой краской. Воздействие аэродинамического нагрева, пусть и не слишком сильного, все-таки ее изменило. Кто-то возможно спросит: «а как же надпись и флаг США на другом фото?» На это можно ответить вопросом: а вы о жаростойких красках слышали? Погуглите — сразу найдете предложение эмали, которая выдерживает 1 000 градусов по Цельсию.


Теплозащитный экран «Джемини» (летавшего на орбиту!)

Возникает естественный вопрос: почему так сильно грелись «Востоки/Восходы»? Ответ прост — они были сделаны иначе, т.к. рассчитаны на полет и посадку в автоматическом режиме. Советская научная школа автоматического управления заслуживает самых восторженных оценок. Однако, за исключением этого «Восток» был примитивен. Корабль допускал лишь вращения и торможение для схода с орбиты, поэтому выбирать оптимальную траекторию снижения не приходилось. Передняя полусфера «шарика» испытывала все прелести аэродинамического нагрева до нескольких тысяч градусов. Во-первых из-за своей формы, а вот вторых из-за крутой траектории снижения сравнительно с «Джемини». В автоматическом режиме, при отсутствии активного управления, было бы слишком рискованно играть с атмосферой в «блинчики». Поэтому входили в нее так, как входится. «Джемини» же имел 16 ЖРД ориентации и 16 ЖРД для изменения скорости в двух перпендикулярных направлениях, а также 4 ТТРД для торможения space-horizon.ru/articles/39. Летая в режиме ручного управления, он мог себе позволить войти в атмосферу оптимально.

По-видимому, С.П. Королев пошел по такому пути, чтобы любой ценой обогнать американцев в космосе, не допустив провала. Оптимизация была принесена в жертву надежности. Фон-Браун же имел возможность спокойно доводить «Джемини» до ума, приняв как данность лидерство СССР. В итоге получился превосходный, глубоко продуманный аппарат. Кроме того, денег они не жалели. Не стоит также забывать, что между «Джемини» и «Востоком/Восходом» почти 5 лет. Что касается «Союзов», то они снижаются разумней, используют теплозащитный экран и греются меньше своего родителя. Жутковатый черный цвет вызван обгоревшим абляционным покрытием. Без него никак нельзя, т.к. корпус сделан из алюминиевых сплавов (ради дешевизны, т.к. бериллий и титан — слишком дорогое удовольствие).

Вернемся к статье А.И. Попова. Он утверждает, что 1,3 куб. метра на человека в кабине «Джемини» слишком мало, чтобы летать в скафандре. Пишет, что на 0,4 куб. м больше, чем в гробу. На это можно возразить, что космо/астронавты были небольшими, т.к. люди 60-х вообще ниже ростом. Само собой — без грамма лишнего веса. Значит помещались, да и не так уж это мало — 1.3 куб. метра. Ящик 2 м длиной, 1 м шириной и 0,65 м высотой имеет такой объем. Разумеется, там был не ящик, а эргономически продуманная кабина. 

Фотографии с антенной на приводнившейся капсуле даже не хочется обсуждать. Ведь совершенно очевидно, что антенна радиомаяка не торчала при снижении корабля, а была выставлена после посадки. Или может быть кто-то думает, что «Джемини» заруливали прямо к бортам авианосцев? 


Спускаемый аппарат корабля «Союз»