Рух касмічнага карабля ў шчыльных пластах атмасферы Зямлі, подлетающего да Зямлі з міжпланетнай прасторы з другой касмічнай хуткасцю, стварае свае праблемы. Гэта перш за ўсё недапушчальныя для членаў экіпажа перагрузкі. Абараніць такі карабель ад цеплавой нагрузкі таксама няпроста.

Тармажэнне савецкіх міжпланетных аўтаматычных станцый серыі «Зонд» і «Месяц», а таксама амерыканскіх заселеных касмічных караблёў «Апалон» пры вяртанні іх з далёкага космасу і спуску на Зямлю аказалася магчымым вырабляць без небяспекі перагрэву і без вялікіх перагрузак пры двухразовым іх ныранні ў атмасферу Зямлі. Паветраны акіян, навакольны нашу планету, у нейкай меры падобны на водны акіян, таму і ўжываюць такі тэрмін, як «ныранне», што азначае ўваход касмічнага карабля ў атмасферу. У першым ныранні карабель уваходзіць на нейкую глыбіню ў атмасферу, а затым зноў выходзіць з яе ў касмічную беспаветраную прастору.

Разбярэмся, чаму касмічны карабель пры падлёце да Зямлі з другой касмічнай хуткасцю павінен рабіць два нырання ў паветраны акіян. Калі б касмічны карабель, маючы хуткасць 11,2 км/сек, адразу ўвайшоў у атмасферу і рухаўся ў ёй па крутой траекторыі, ён бы моцна нагрэўся і ў ім узніклі б вялікія перагрузкі. Пры крутой траекторыі карабель хутка б дасягнуў ніжніх, шчыльных слаёў атмасферы, дзе разаграванне адбываецца вельмі хутка. Калі ж траекторыю палёту карабля выбраць вельмі спадзістай, так, каб ён доўгі час рухаўся ў разрэджаных пластах атмасферы, г. зн. высока над Зямлёй, ён, магчыма б, і не згарэў, але затое паветра ўнутры кабіны моцна перагрэўся б. Тэмпература ў кабіне стала б настолькі вялікі, што не толькі для экіпажа, але і для прыбораў, устаноўленых на караблі, яна была б непрымальнай.
 

Мал. 18. Пасадка касмічнага карабля, подлетающего да Зямлі з другой касмічнай хуткасцю, з выкарыстаннем тармозіць дзеянні атмасферы Зямлі.

Тады і нарадзілася такое рашэнне - касмічны карабель уваходзіць у атмасферу, пранізвае яе (гл. мал. 18) і зноў выходзіць у касмічную прастору, г. зн. у прастору, дзе няма паветра. Праляцеўшы якое-то час ў атмасферы, карабель, вядома, паменшыць хуткасць. Шлях карабля ў паветры ў першым яго ныранні робяць такім, каб карабель, вылецеўшы назад у космас, меў хуткасць некалькі меншую першай касмічнай. Зноў патрапіўшы ў касмічную прастору, карабель будзе астуджацца, так як яго распаленая вонкавая паверхня будзе выпраменьваць цяпло. Затым ён зноў уваходзіць у атмасферу, г. зн. робіць другое ныранне, але ўжо з хуткасцю меншай, чым першая касмічная. Пасля другога ўваходу ў атмасферу карабель будзе рухацца да Зямлі так жа, як пры вяртанні з арбітальнага палёту вакол Зямлі.
 

Мал. 19. «Калідор тармажэння» касмічнага карабля ў атмасферы.

Як касмічны карабель, які мае другую касмічную хуткасць, павінен уваходзіць у атмасферу, г. зн. выконваць першы нырэц, каб не згарэць, і ў той жа час паменшыць хуткасць руху з 11,2 км/сек да першай касмічнай? Палёты заселеных касмічных караблёў паказалі, што ўваход у атмасферу з другой касмічнай хуткасцю будзе бяспечным пры ўмове, калі касмічны карабель пройдзе ў атмасферы па вельмі вузкім калідоры, не адхіляючыся ні ў тую, ні ў іншы бок (гл. мал. 19). Для караблёў серыі «Апалон» гэты калідор мае шырыню ўсяго толькі 40 км. Гэта вельмі вузкі калідор, калі ўлічыць, што да яго набліжаецца касмічны карабель з хуткасцю 46 320 км/ч, з адлегласці прыкладна 300 000 км. Ну, а калі касмічны карабель пройдзе ніжэй за межы гэтага калідора або вышэй, што можна чакаць у такім выпадку?

Калі карабель пройдзе ніжэй устаноўленай мяжы калідора ўваходу, ён занадта глыбока ўвойдзе ў шчыльныя слаі атмасферы. Рухаючыся доўга ў шчыльных пластах паветранай абалонкі Зямлі, ён перагрэецца і можа згарэць. Прайшоўшы над верхняй мяжой калідора, касмічны карабель пронижет занадта малы пласт атмасферы, да таго ж і моцна разрэджаны, таму затармозіцца менш, чым варта. Пасля вылету ў беспаветраную прастору карабель будзе мець хуткасць меншую, чым другая касмічная, але большую, чым першая касмічная. У гэтым выпадку, як мы ўжо казалі, траекторыяй руху карабля будзе моцна выцягнуты эліпс. Небяспечна увайсці ў калідор ніжэй дапушчальнай мяжы, але і ўваход вышэй мяжы таксама небяспечны. Бо, перад тым як карабель уваходзіць у атмасферу, ад яго з мэтай памяншэння вагі адкідаецца амаль усе, застаецца толькі спушчальны апарат, у якім маецца толькі самае неабходнае для падтрымання жыццядзейнасці экіпажа на час, на працягу якога працягваецца спуск карабля на Зямлю. А колькі часу можа лётаць касмічны карабель па выцягнутым эліпсе вакол Зямлі? Бо тармазіць яго цяпер, каб прымусіць зноў ўвайсці ў шчыльныя слаі атмасферы, няма чым, паліва зрасходавана, рухавік адкінуты. Карабель можа рухацца па такой траекторыі няпэўна доўгі час. А на яго борце вельмі абмежаваныя запасы кіслароду, неабходнага для дыхання, вады для пітва, ежы, крыніц электраэнергіі.

Такім чынам, пасля таго, як касмічны карабель затармозіцца да хуткасці, некалькі меншай першай касмічнай, ён пачынае зніжацца, падаючы на Зямлю. Выбарам адпаведнай траекторыі палёту ў атмасферы можна забяспечыць узнікненне перагрузак не вышэй дапушчальнай велічыні. Аднак пры спуску сценкі карабля могуць і павінны разагравацца да вельмі высокай тэмпературы. Таму бяспечны спуск у атмасферы Зямлі магчымы толькі пры наяўнасці на вонкавай ашалёўцы спушчальнага апарата спецыяльнай цеплааховы. Як папярэдзіць награванне цела вышэй дапушчальнай велічыні, калі яно знаходзіцца пад уздзеяннем вельмі магутнага крыніцы цяпла?

Калі паставіць на газавую пліту чыгунную патэльню і награваць яе, яна напаліцца да вельмі высокай тэмпературы, можа стаць чырвонай або нават белай, выпраменьваючы пры гэтым цяпло і святло. Але паспрабуйце нагрэць патэльню яшчэ больш. Колькі б ні трымалі патэльню на газавай пліце, падняць яе тэмпературу вышэй пэўнай не атрымаецца. Наступіць такі стан, пры якім цяпло, якое паступае ад газавай пліты да патэльні, ужо не зможа змяніць тэмпературу апошняй. Чаму? Бо і патэльні бесперапынна падводзіцца цяпло, і яна павінна нагрэцца да больш высокай тэмпературы і ў рэшце рэшт расплавіцца. Аднак гэтага не адбываецца па наступнай прычыне. Нагрэты метал не толькі атрымлівае цяпло ад газавай пліты, але, нагрэлі да высокай тэмпературы і раскалившись да чырвонага ці белага колеру, ён і сам шляхам лучеиспускания аддае цяпло навакольнага паветра. Пры пэўнай тэмпературы металу надыходзіць раўнавагу паміж колькасцю цяпла, якая перадаецца метале, і тым цяплом, якое ён выпраменьвае ў навакольную прастору. Метал як бы сам стварае цеплаахову для сябе, дзякуючы якой ён не награваецца вышэй пэўнай тэмпературы пры дадзеным крыніцы цяпла.

Падобны тып цеплааховы прынцыпова можна прымяніць і ў касмічных караблях. На лэбавай частцы спушчальнага апарата можна ўсталяваць цеплавой экран з вельмі тугаплаўкага металу, які не губляе механічнай трываласці пры награванні да высокіх тэмператур. Распаленая металічная пліта (цеплавой экран) і будзе служыць цеплааховы спушчальнага апарата ад уздзеяння распаленых газаў атмасферы.

Іншы спосаб цеплааховы спушчальных апаратаў складаецца ў выкарыстанні так званых экранаў з отпотеванием. У гарачае надвор'е чалавек моцна пацее. Чаму?

Таму што арганізм для абароны ад перагрэву прымяняе вельмі эфектыўны спосаб - ён вылучае праз поры скуры вільгаць. Вільгаць з паверхні скуры выпараецца, на што патрабуецца выдатак цяпла (нагадаем, выпарэнне 1 кг вады патрабуе выдаткі 560 ккал цяпла). Такім чынам, усё залішняе цяпло, якое ў гарачае надвор'е падводзіцца да нашага целе, затрачваецца на награванне арганізма, а на выпарэнне з паверхні скуры вільгаці, якая вылучаецца ў выглядзе поту. Наколькі такі спосаб адводу лішкаў цяпла эфектыўны, можна судзіць па тым, што тэмпература цела чалавека застаецца практычна пастаяннай (36,5°З) пры змене тэмпературы навакольнага паветра ў шырокім інтэрвале (аж да 60°З).

Па такім жа прынцыпе можа працаваць теплозащитное прылада спушчальнага апарата, якое прадстаўляе сабой экран з отпотеванием. На лэбавай частцы можна ўсталяваць тоўсты металічны ліст, які мае мноства дробных адтулін, праз якія на паверхню ліста падаецца якая-небудзь вадкасць. Лепш за ўсё для гэтай мэты выкарыстаць ваду, так як яна валодае высокай цеплынёй выпарэння. Якая паступае праз пары-адтуліны вільгаць будзе выпарацца, на што расходуецца цяпло, якое паступае ад распаленых газаў атмасферы.

Цеплавыя экраны і экраны з отпотеванием пакуль не выкарыстоўваюцца. Ва ўсіх апаратах, якія вяртаюцца на Зямлю пасля касмічнага палёту, прымяняецца іншы спосаб абароны ад цеплавых патокаў, які называецца абляционным. Ён апынуўся найбольш простым, надзейным і эфектыўным. Давайце высветлім, што азначае яго назва - абляционный. У адным слове - абляцыя, аб'ядноўваюцца назвы адразу некалькіх працэсаў. Якія ж гэта працэсы? Мы ведаем, што плаўленне цвёрдага цела спалучана з паглынаннем цяпла. Усім добра вядома, што калі рондаль са снегам паставіць на агонь і снег змясціць тэрмометр, то ён будзе паказваць, што тэмпература, якая ўтвараецца ад плаўлення снегу вады будзе каля 0° С да тых часоў, пакуль увесь снег не растане (не расплавіцца). У гэтым працэсе ўсё цяпло затрачваецца на расплаўленне снегу. Вядома, што выпарэнне вадкасці таксама спалучана з паглынаннем цяпла. Апусціце тэрмометр у кіпячую ваду, ён пакажа тэмпературу 100°С. Як бы доўга ні награваць кіпячую ваду, тэмпература яе будзе заставацца 100°З, пакуль уся вада не выкіпіць.

Вам, вядома, даводзілася купляць марозіва. Не толькі зімой, але і летам яно бывае цвёрдым і халодным, моцна замарожаным. Замарожваюць яго з дапамогай так званага сухога лёду. Сухім яго называюць таму, што пры яго награванні не ўтворыцца вадкасці, як пры награванні звычайнага лёду. Сухі лёд - гэта вуглякіслы газ, які давялі да цвёрдага стану, астудзіўшы да тэмпературы - 78° С. Цвёрды вуглякіслы газ валодае выдатным уласцівасцю: пры награванні ён не растае, а выпараецца, г. зн. пераходзіць з цвёрдага стану ў газападобнае, абыходзячы вадкую фазу. Такі працэс, пры якім рэчыва з цвёрдага стану адразу пераходзіць у газападобнае, называюць сублімацыі. Уласцівасцю сублімаваць валодае не толькі цвёрды вуглякіслы газ, але і цэлы шэраг іншых рэчываў.

Ці ёсць што-небудзь падобнае ў працэсах плаўлення і кіпення, з аднаго боку, і ў працэсе сублімацыі - з другога? Ёсць. Характэрным для працэсаў кіпення і плаўлення з'яўляецца сталасць тэмпературы. Сублімацыя таксама адбываецца пры нязменнай тэмпературы. Цвёрды, сухі лёд, як яго ні нагревай, заўсёды будзе мець тэмпературу - 78°С. Усе цяпло, якое будзе да яго падводзіцца, затрачваецца на яго сублимирование, г. зн. адукацыю пароў з цвёрдага рэчыва. Відавочна, калі цвёрды вуглякіслы газ спачатку расплавіць, г. зн. перавесці ў вадкае стан (а гэта можна зрабіць пры пэўных умовах), а затым вадкасць выпарыць, то агульнае колькасць цяпла, якое выдаткоўваецца на плаўленне, а затым на выпарэнне, будзе роўна цяпла, якое прыйшлося б выдаткаваць, ператвараючы цвёрды вуглякіслы газ непасрэдна ў газападобнае стан. Іншымі словамі, цеплыня сублімацыі для дадзенага рэчыва роўная суме теплот выпарэння і плаўлення. Такім чынам, цеплыня сублімацыі рэчывы заўсёды больш цеплыні яго плаўлення або выпарэння, узятых асобна. Мы ўжо падышлі да таго, каб даць вызначэнне тэрміна «абляцыя».

Калі на вонкавую паверхню спушчальнага апарата нанесці пласт якога-небудзь рэчыва, якое пры награванні яго ў працэсе спуску апарата ў шчыльных пластах атмасферы будзе плавіцца, або выпарацца, або сублімаваць, або, нарэшце, моцна разагравацца, то яно страціць механічную трываласць і патокам паветра невялікімі кавалачкамі будзе зносіцца з паверхні касмічнага аб'екта. Гэтыя працэсы суправаджаюцца паглынаннем цяпла, якое адымаецца ад паверхні спушчальнага апарата. Абляцией і называюць гэты працэс вынасу рэчывы ў цвёрдым, вадкім або газападобным выглядзе з паверхні якога-небудзь цела, які падвяргаецца награванню.

Якім жа асноўным патрабаванням павінны задавальняць абляционные матэрыялы? Патрабаванні да абляционным цеплаахоўных матэрыялаў вызначаюцца, па-першае, іх прызначэннем - адводзіць як мага больш цяпла пры мінімальным расходзе масы рэчывы, а па-другое, тымі ўмовамі, у якіх знаходзіцца цеплаахоўны матэрыял перад тым, як ён пачынае выконваць сваё асноўнае прызначэнне.

Спушчальны апарат.да пачатку спуску на Зямлю знаходзіцца ў касмічнай прасторы. Пры арбітальным палёце тэмпература вонкавай абалонкі касмічнага карабля можа змяняцца ў межах ад +95° З на баку, асветленай Сонцам, да - 180°З на ценявы баку. Здзяйсняючы палёт у касмічнай прасторы, карабель неаднаразова мяняе сваё становішча адносна Сонца, таму яго сценкі тое награваюцца, то астуджаюцца. Да чаго гэта можа прывесці? Паспрабуйце наліць у звычайны шклянку кіпень. Шклянку трэсне. Рэзкае змяненне тэмпературы цела, які валодае вялікім каэфіцыентам тэрмічнага пашырэння і малой цеплаправоднасцю, прыводзіць звычайна да такой з'явы. Такім чынам, для таго каб теплозащитное пакрыццё, знаходзячыся ў космасе, не растрескивалось ад рэзкага перападу тэмператур, яно павінна валодаць мінімальным тэрмічным каэфіцыентам пашырэння, г. зн. пры награванні не моцна павялічвацца ў памерах, а пры астуджэнні, наадварот, не моцна змяншацца.

Мы ўжо казалі, што касмічную прастору - гэта надзвычай глыбокі вакуум (практычна абсалютны). Вакуум спрыяе вылучэнню з рэчыва лятучых складнікаў. У теплозащитном пакрыцці лятучыя рэчывы павінны адсутнічаць, інакш пры працяглым знаходжанні ў касмічнай прасторы теплозащитное пакрыццё можа змяніць свой склад, а такім чынам, механічныя і іншыя ўласцівасці.

У космасе карабля даволі часта даводзіцца сустракацца з раямі драбнюткіх часціц - метэорны пылам. Ўдары гэтых драбнюткіх часціц не могуць выклікаць механічнае разбурэнне цеплаабароннага пакрыцця, аднак матэрыял пакрыцця можа атрымаць пашкоджанні ад трэння такіх часціц. Таму ён павінен валодаць высокай зносаўстойлівасцю, г. зн. быць мала адчувальным да абразіўным дзеяння метэорнага рэчыва. У касмічнай прасторы теплозащитное пакрыццё будзе падвяргацца таксама дзеяння і касмічных прамянёў, і радыяцыі, і шэрагу іншых фактараў.

Ўздзеянне ўсіх фактараў касмічнай прасторы на теплозащитное пакрыццё на працягу запланаванага часу палёту карабля не павінна моцна змяніць яго ўласцівасці. Ва ўсякім выпадку цеплаахоўны матэрыял павінен захоўваць свае ўласцівасці ў такой меры, каб выканаць сваё прызначэнне - забяспечыць бяспечны спуск спушчальнага апарата на Зямлю. Асноўныя патрабаванні да цеплаахоўных матэрыялаў, вядома, абумаўляюцца ўмовамі іх працы падчас спуску пры праходжанні спускаемым апаратам шчыльных слаёў атмасферы, дзе ён падвяргаецца як механічнага, так і цеплавога ўздзеяння. У першую чаргу цеплаахоўныя матэрыялы павінны валодаць вялікай цеплынёй вынасу (яе называюць эфектыўнай энтальпией). Гэта значыць, што з паверхні цеплаабароннага пакрыцця маса рэчываў выносіцца пры падводзе да яго вялікай колькасці цяпла. Каштоўнасць цеплаахоўных матэрыялаў, галоўным чынам, і вызначаецца велічынёй эфектыўнай энтальпія. Чым больш велічыня эфектыўнай энтальпія, тым лепш цеплаахоўны матэрыял.

Зразумела, вядома, чаму гэтая велічыня так важная. Бо чым вышэй эфектыўная энтальпія рэчывы, з якога выраблена теплозащитное пакрыццё, тым менш па масе пры іншых роўных умовах яго спатрэбіцца нанесці на паверхню спушчальнага апарата. А якое мае значэнне маса для аб'ектаў, якія ўзнімаюцца ў космас, мы ўжо бачылі. Да таго ж варта мець на ўвазе і тое акалічнасць, што теплозащитное пакрыццё па масе складае часам да 50% усёй масы спушчальнага апарата.

Эфектыўная энтальпія - галоўны паказчык якасці цеплаабароннага матэрыялу, але не адзіны. Теплозащитное пакрыццё павінна вытрымліваць вялікія механічныя нагрузкі, інакш яно можа разбурыцца пад дзеяннем набягаючым на апарат патоку паветра. Нарэшце, цеплаахоўныя матэрыялы павінны валодаць малой цеплаправоднасцю. Цяпло ад спушчальнага апарата неабходна адводзіць для таго, каб унутры яго, дзе знаходзіцца экіпаж і неабходныя прыборы, тэмпература не павышалася вышэй дапушчальнай велічыні. Тэмпература ж ўнутры спушчальнага апарата вызначаецца тым колькасцю цяпла, якое пройдзе звонку, праз яго абалонку, г. зн. цеплаправоднасцю сценкі апарата і, у прыватнасці, пакрыцця, які наносіцца на яго. Відавочна, чым менш цеплаправоднасць цеплаабароннага пакрыцця, тым менш цяпла паступіць ўнутр апарата.

Сумясціць у адным матэрыяле вялікую эфектыўную энтальпию, высокую трываласць і малую цеплаправоднасць, як паказвае практыка, немагчыма. Каб атрымаць теплозащитное пакрыццё з патрабаванымі ўласцівасцямі, яго прыходзіцца вырабляць з некалькіх слаёў розных матэрыялаў. Вонкавы пласт выконваюць з матэрыялу, які валодае высокім значэннем эфектыўнай энтальпія і досыць высокай механічнай трываласцю. Другі пласт вырабляюць з матэрыялу, які валодае невялікі механічнай трываласцю і адносна невялікім значэннем энтальпія, але затое малой цеплаправоднасцю. Другі пласт пакрыцця абаронены ад уздзеяння гарачых газаў атмасферы і іх ціску вонкавым пластом. Матэрыял другога слон пакрыцця з'яўляецца галоўнай перашкодай для пранікнення цяпла ад знешняга пласта цеплаабароннага пакрыцця, які мае вельмі высокую тэмпературу, да металічнага корпуса спушчальнага апарата.

Якую тэмпературу можа мець вонкавы пласт цеплаабароннага пакрыцця? Мы ўжо казалі, што тэмпература газаў, якія ўтвараюцца ў распаленым пласце паветра, сціснутага якія ляцяць да Зямлі спускаемым апаратам, дасягае 8000°К. Теплозащитное пакрыццё, нанесенае на лабавую частка спушчальнага апарата, непасрэдна датыкаецца з гэтым пластом і награваецца. Аднак тэмпература паверхні абляционного матэрыялу, з якога выраблена теплозащитное пакрыццё, заўсёды бывае значна менш тэмпературы газаў, з якімі ён датыкаецца. Больш таго, яна ў вядомай ступені не залежыць ад велічыні тэмпературы распаленых газаў атмасферы. Тэмпература паверхні цеплаабароннага пакрыцця вызначаецца ў асноўным ўласцівасцямі матэрыялу, з якога яно выраблена. Растлумачым гэта. Тэмпература полымя газавай гарэлкі = 800°С. Пастаўце на гарэлку пусты чайнік. Праз некаторы час ён нагрэецца да тэмпературы, амаль роўнай тэмпературы полымя гарэлкі. Цяпер напоўнім чайнік з вадой і таксама будзем грэць. Тэмпература чайніка, як бы доўга ні трымаць яго на агні, вышэй 100°З не падымецца. А калі наліць у чайнік спірт, які мае тэмпературу кіпення 76°З, то сценкі чайніка не атрымаецца нагрэць і вышэй 76°З, хоць тэмпература полымя гарэлкі застанецца ранейшай - 800° С.

Выпарэнне ў працэсе кіпення - гэта па сутнасці адзін з відаў абляцыі, пры якім выносіцца рэчыва з паглынаннем цяпла. Бо і абарона корпуса спушчальнага апарата абляционным цеплаахоўныя пакрыццем ад перагрэву адбываецца гэтак жа, як і абарона сценак чайніка ад перагрэву выпараецца ў ім вадкасцю. Максімальная тэмпература, да якой можна нагрэць сценкі чайніка, залежыць ад тэмпературы кіпення якая знаходзіцца ў ім вадкасці. Тэмпература паверхні цеплаабароннага пакрыцця, якая мае кантакт з распаленымі да 8000° Да газамі, будзе вызначацца тэмпературай, пры якой цеплаахоўны матэрыял з цвёрдага стану ператвараецца ў газападобнае. Можна вырабляць цеплаахоўныя матэрыялы з рознымі тэмпературамі ператварэння ў газападобнае стан (тэмпературамі сублімацыі). У практыцы будаўніцтва касмічных апаратаў найбольшае распаўсюджванне атрымалі матэрыялы з тэмпературамі сублімацыі 2500 - 3500° С. Аснову гэтых матэрыялаў складаюць так званыя эпаксідныя або фармальдэгідныя смалы. Смалы для надання ім механічнай трываласці змешваюць са шклянымі ніткамі, шклотканінай, азбестам або іншымі тугаплаўкія рэчывамі.

У нармальных умовах такія змешаныя матэрыялы маюць вялікую цвёрдасць і трываласць. Пры награванні да тэмпературы сублімацыі (2500 - 3500° С) яны пераходзяць у газападобнае стан, часткова асмальваюцца. Тэмпературу нагрэву вонкавай паверхні цеплаабароннага пакрыцця можна змяняць (у вядомых межах), змяняючы склад цеплаабароннага матэрыялу. Узнікае пытанне, чаму ў практыцы знайшлі прымяненне абляционные матэрыялы, ператвараюцца з цвёрдага стану ў газападобнае пры тэмпературах каля 3000°С? Ці Не небяспечна дапускаць нагрэў вонкавай сценкі спушчальнага апарата да такой высокай тэмпературы? Здавалася б, чым ніжэй тэмпература абалонкі спушчальнага апарата, тым бяспечней будзе спуск. У рэчаіснасці атрымліваецца наадварот - прымяненне цеплаахоўных матэрыялаў з меншай тэмпературай сублімацыі, чым маюць цяпер прымяняюцца матэрыялы, нявыгадна. Бо чым ніжэй будзе тэмпература газообразования, тым большы пласт цеплаабароннага пакрыцця за час спуску павінен выпарыцца. Такім чынам, пласт цеплаабароннага пакрыцця трэба будзе рабіць вялікім па масе, а гэта вядзе да павелічэння вагі, што, як мы ведаем, непажадана.

Ўжываць цеплаахоўныя матэрыялы з больш высокай тэмпературай сублімацыі (г. зн. вышэй 2500 - 3500°С) таксама нявыгадна. Прымяненне цеплаахоўных матэрыялаў з падвышанай тэмпературай сублімацыі азначае награванне верхніх слаёў цеплаабароннага пакрыцця да больш высокіх тэмператур. А вядома, што пры дадзенай цеплаізаляцыі колькасць цяпла, непраходныя праз яе, будзе тым больш, чым больш розніца тэмператур паміж яе вонкавай і ўнутранай часткамі. Такім чынам, да металічнай ашалёўцы спушчальнага апарата пры такім теплозащитном пакрыцці стане паступаць больш цяпла, што прывядзе да вялікага нагрэву ўсяго, што знаходзіцца ўнутры яго. Каб папярэдзіць перагрэў адсека, дзе змяшчаецца экіпаж, спатрэбіцца павялічыць таўшчыню цеплаізаляцыйнага пласта, што таксама адаб'ецца на вазе карабля.

Разлік і практыка паказалі, што найменшы вага спушчальнага апарата пры іншых роўных умовах атрымліваецца, калі ўжываць теплозащитное пакрыццё з тэмпературай сублімацыі не вышэй 3500° С і не ніжэй 2500° С. Теплозащитное пакрыццё спушчальнага апарата касмічнага карабля «Апалон», на якім амерыканскія касманаўты, вяртаючыся з Месяца, падлятаюць да Зямлі з другой касмічнай хуткасцю, выраблена з матэрыялу на аснове эпаксіднай смалы. Таўшчыня цеплаабароннага пласта, які наносіцца на паверхню спушчальнага апарата, не ўсюды аднолькавая. Найбольшая таўшчыня робіцца на лэбавай паверхні, дзе яна дасягае 66 мм, а найменшая - на дновай часткі (23 мм). Гэта толькі таўшчыня матэрыялу, які можа падвяргацца выносіць (абляцыі) у працэсе нагрэву. Агульная ж таўшчыня цеплаабароннага пакрыцця, які абараняе металічны корпус ад нагрэву на лэбавай частцы спушчальнага апарата касмічнага карабля «Апалон», складае 450 мм, г. зн. амаль паўметра.

Вось якую тоўшчу цеплаабароннага матэрыялу павінна прайсці цяпло, якое паступае ад распаленых газаў атмасферы, каб дасягнуць металічнай абалонкі апарата і нагрэць паветра, які знаходзіцца ў ім. Награванне - галоўная небяспека пры спуску карабля ў атмасферы. Нягледзячы на вялікую таўшчыню цеплаабароннага і теплоизолирующего пласта, частка цяпла ўсё-такі праходзіць ўнутр спушчальнага апарата. Акрамя таго, унутры апарата адбываецца вылучэнне цяпла ў выніку жыццядзейнасці членаў экіпажа і працы апаратуры. Пры палёце карабля ў касмічнай прасторы лішкі цяпла, як мы бачылі, адводзяцца сістэмай тэрмарэгулявання. Адвод вырабляецца шляхам астуджэння паветра вадкасцю, якая ў сваю чаргу астуджаецца ў змеявіку, змешчаным у космасе.

У перыяд спуску на Зямлю, калі апарат знаходзіцца ў атмасферы, такі спосаб адводу лішкаў цяпла з яго выключаецца. За бортам спушчальнага апарата не вакуум, як у касмічнай прасторы, а паток распаленага да велізарнай тэмпературы газу. Спецыяльнымі даследаваннямі ўстаноўлена, што чалавек можа вытрымліваць тэмпературу 71°З на працягу 67 мін без асаблівай шкоды для арганізма. А калі цела чалавека папярэдне пераахаладзіліся ўсяго на 1° З, паказаную тэмпературу ён зможа вытрымліваць 114 мін. Час спуску з арбіты на Зямлю ў сярэднім складае 20 - 25 мін, г. зн. яно значна менш таго часу, на працягу якога чалавек можа вытрымліваць тэмпературу 71° С.

Аднак тэмпература атмасферы ўнутры спушчальнага апарата за кошт знешняга награвання і вылучэння цяпла прыборамі можа апынуцца і больш, чым 70° З, і гэта ўжо будзе небяспечна для здароўя і жыцця членаў экіпажа. Таму ўсе спушчальныя апараты забяспечаныя сістэмамі рэгулявання тэмпературы, якія могуць працаваць і ва ўмовах спуску апарата ў шчыльных пластах атмасферы Зямлі. Сістэма тэрмарэгулявання, якая працуе падчас зніжэння спушчальнага апарата, прынцыпова адрозніваецца ад сістэмы тэрмарэгулявання, якая працуе падчас знаходжання касмічнага карабля ў беспаветранай прасторы. Прынцып яе працы складаецца ў адводзе цяпла шляхам выпарэння вадкасці. Выпарэнне вадкасці адбываецца за кошт цяпла, які змяшчаецца ў адсеку спушчальнага апарата. Якія ўтвараюцца пры гэтым пары адводзяцца за борт апарата. Вадкасць, ўжываюцца ў сістэме тэрмарэгулявання спушчальнага апарата, павінна валодаць наступнымі ўласцівасцямі: мець вялікую цеплыню выпарэння і нізкую тэмпературу кіпення. Такімі ўласцівасцямі валодаюць некаторыя звадкаваныя газы, у прыватнасці аміяк. Вадкі аміяк кіпіць пры тэмпературы - 33° С, але, знаходзячыся ў балоне пад ціскам у некалькі атмасфер, ён захоўвае вадкае стан пры нармальнай пакаёвай тэмпературы.

А што адбудзецца, калі ў баку з вадкім аміякам паступова памяншаць ціск пры дапамозе вентыля? Аміяк стане вскипать і ў газападобным стане выходзіць вонкі. Адукацыя газу з вадкасці суправаджаецца паглынаннем цяпла. Адкуль бярэцца цяпло, неабходнае для выпарэння аміяку? З навакольнага асяроддзя. Балон вельмі хутка стане халодным. Цеплы паветра памяшкання будзе награваць балон, а ён у сваю чаргу будзе аддаваць цяпло испаряющемуся аміяку. Так паступова ўвесь паветра, які знаходзіцца ў памяшканні, можна астудзіць да патрэбнай тэмпературы; для гэтага, вядома, спатрэбіцца выпарыць пэўную колькасць аміяку. Астуджэнне паветра ў адсеку спушчальнага апарата, дзе знаходзіцца экіпаж, праводзіцца такім жа чынам, толькі пары рэчывы, выпараецца ў спецыяльным прыладзе, не выкідваюцца ў адсек, а але трубках адводзяцца за борт апарата.

Хоць атмасфера Зямлі і з'яўляецца прычынай вельмі моцнага разагравання спушчальнага апарата падчас яго спуску на Зямлю, яна ў той жа час служыць сродкам тармажэння. З дапамогай атмасферы можна «пагасіць» велізарныя касмічныя хуткасці. Але ці можна бяспечна прызямляць спушчальны апарат, калі тармазіць яго толькі атмасферай? Вядома, няма. Скачок з акна першага паверха не ўяўляе ніякай небяспекі, а з другога скокне не кожны. З трэцяга паверха і вышэй скакаць небяспечна. Пад дзеяннем сілы цяжару, якая стварае паскарэнне, хуткасць прызямлення чалавека, скакала з акна высокага дома, дасягае такой велічыні, пры якой ён зможа разбіцца. Якую ж хуткасць павінен мець спушчальны апарат у момант прызямлення, каб ўдар яго аб Зямлю быў не небяспечны як для членаў экіпажа, так і для апаратуры, усталяванай у ім. Лепш за ўсё, вядома, прызямляцца так, каб хуткасць апарата ў момант судотыку з паверхняй Зямлі была б роўная нулю або ва ўсякім выпадку не перавышала 2 м/сек. Пры атам ўмове пасадка будзе мяккай, цалкам бяспечнай і для экіпажа, і для канструкцыі апарата.

Даволі жорсткі ўдар, але яшчэ памяркоўны, будзе адчувацца, калі прызямленне адбываецца са хуткасцю падыходу да паверхні Зямлі 5 - 6 м/сек. А калі хуткасць будзе больш? Зразумела, што гэта дрэнна і для экіпажа, і для апаратуры.

Пачынаючы з некаторай вышыні, спушчальны апарат паводзіць сябе як звычайнае цела, якое падала на Зямлю з некаторай пачатковай хуткасцю. Хуткасць яго падзення ў параўнанні з першай касмічнай хуткасцю, будзе невялікі. Напрыклад, цела, сброшенное з самалёта, які ляціць на вышыні 2000 м, прызямліцца з хуткасцю 200 м/сек (v2 = √2gH). 200 м/сек - гэта невялікая хуткасць, але прызямляцца з такой хуткасцю, безумоўна, нельга. Як жа забяспечыць бяспечнае прызямленне?

Знаходзячыся ўжо не ў космасе, а ў непасрэднай блізкасці ад Зямлі, можна скарыстацца звычайнымі, зямнымі сродкамі. Парашут - выпрабаваны спосаб спуску з вышыні на Зямлю. Праўда, спуск касмічнага апарата на парашутах, пасля таго як ён страціць за кошт тармозіць дзеянні атмасферы значную частку сваёй хуткасці, адбываецца не так, як спуск парашутыста, скачуць з борта самалёта. Спушчальны апарат мае на борце, як правіла, два асноўных парашута і трэці дапаможны. Першы, тармазной парашут (ён значна менш па памеры, чым другі) раскрываецца падчас руху касмічнага апарата з хуткасцю каля 250 м/сек. Яго прызначэнне - некалькі знізіць хуткасць апарата, таму гэты парашут і называюць тармазным.

Другі, асноўны парашут служыць для забеспячэння плыўнай пасадкі апарата на Зямлю. Памер купалы яго ў некалькі разоў больш, чым у тармазнога парашута, а таму і тармозіць дзеянне значна больш. Чаму адразу не выкідваецца вялікі парашут? Гэтага рабіць нельга. Пры вялікай хуткасці руху на яго будзе дзейнічаць занадта вялікая нагрузка і ён можа парвацца. А для чаго патрэбен дапаможны парашут? Яго прызначэнне: выцягнуць асноўны парашут з гнязда, у якім ён выкладзены. Асноўны парашут і мае вялікі памер і вялікую масу. Каб скінуць яго з борта спушчальнага апарата, патрабуецца выдаткаваць значны высілак. Дапаможны парашут невялікі па памеры, выцягнуць яго з гнязда не ўяўляе вялікай цяжкасці. Гэты невялікі парашут мацуецца да кальца другога, асноўнага парашута. Калі дапаможны парашут раскрываецца ў паветры, ціск патоку паветра на яго купал стварае сілу, дастатковую для таго, каб выцягнуць з гнязда асноўны парашут.

Сістэма парашутаў забяспечвае спуск і прызямленне спушчальнага апарата, пры якім удар аб Зямлю не суправаджаецца штуршкамі, небяспечнымі для экіпажа. Аднак прызямленне з дапамогай парашутаў не забяспечвае мяккай пасадкі. Праўда, калі парашут зрабіць вельмі вялікіх памераў, пасадку можна было б вырабляць і мякка (г. зн. з хуткасцю прызямлення не больш за 2 м/сек). Ёсць іншы, больш прымальны спосаб, які дазваляе забяспечыць мяккую пасадку, пры якім не патрабуецца вялікага павелічэння вагі спушчальнага апарата. На борце апарата можна мець рэактыўны рухавік, які варта ўключыць у той момант, калі апарат будзе на вышыні 1 - 2 м над паверхняй Зямлі. Кірунак сілы цягі рухавіка павінна быць процілегла кірунку руху апарата. Цягу рухавіка можна выбраць такі, каб яго праца на працягу зададзенага часу (звычайна гэта долі секунды) цалкам прыпыніла падзенне апарата на Зямлю на вышыні 0,2 - 0,15 м. Апарат як бы павісне ў паветры на нейкае імгненне. Пасля таго як рухавік спыніць працу, спушчальны апарат зноў будзе падаць на Зямлю. Але з якой вышыні? Усяго толькі 0,2 - 0,15 м. Падзенне з такой вышыні не дасць рэзкага ўдару, прызямленне будзе мяккім і цалкам бяспечным.

Спуск на Зямлю без прымянення тармазных рухавікоў прыводзіць толькі да некаторай калянасці прызямлення, аднак такі спуск ўсё ж бяспечны. Але на некаторых нябесных целах, у прыватнасці на Месяцы, атмасферы няма. Такім чынам, вырабіць спуск касмічнага аб'екта на паверхню Месяца з дапамогай парашутаў немагчыма. Бяспечны спуск касмічных аб'ектаў на планеты, якія не маюць дастаткова шчыльнай атмасферы, можна забяспечыць толькі з дапамогай тармазных рухавікоў.