А. Панов - Большой космический обман США. Часть 20. Аэродинамический нагрев и «космические» капсулы НАСА

Происходящие при этом процессы сложны и зависят от применяемого материала. При использовании органического пластика его внешний слой под воздействием тепла подвергается пиролизу, в результате чего появляется коксовый остаток и выделяются газообразные продукты. С течением времени коксовый слой увеличивается и зона разложения опускается в глубину материала. При разложении пластика поглощается значительная часть поступающего тепла, образующиеся газы вдуваются через пористый остаток в пограничный слой, деформируя его и снижая конвективный поток, а высокотемпературный коксовый слой, кроме того, излучает тепло. Процесс сопровождается уносом части коксового слоя из-за механического воздействия со стороны потока и догоранием газообразных продуктов сгорания.

Теплоизоляция корпуса СА обеспечивается непрококсованным слоем абляционного материала и слоем легкого теплоизолятора, если он установлен под первым. Применяют комбинированные и сублимирующие абляционные материалы. В первом случае в материал вводится наполнитель (например, стеклянный), который усиливает коксовый слой, а на поверхности плавится и частично испаряется. Материалы такого рода имеют повышенную плотность и прочность. Сублимирующие материалы не образуют коксового остатка, при нагреве быстро переходят из твердой фазы в газообразную и имеют относительно низкую температуру сублимации и малый теплоотвод излучением.

Абляционные материалы применялись для лобовых теплозащитных экранов всех СА, а также на боковой поверхности СА всех отечественных КК и американского КК «Аполлон». В частности, на спускаемом аппарате КК «Союз» лобовой щит выполнен из абляционного материала с наполнителем в виде асбестовой ткани, а боковая теплозащита представляет собой трехслойный пакет из сублимирующего материала типа фторопласта, плотного абляционного материала типа стеклотекстолита, создающего прочную оболочку, и теплоизолятора в виде волокнистого материала с легкой связующей пропиткой. При этом поперечные срезы теплозащиты (люки, стыки и т. д.) закрыты окантовками из плотного абляционного материала. Такая теплозащита проста по конструкции и технологична». [2] Советские специалисты использовали на тепловом экране не пластмассу, а асбестовый материал, где аэродинамический нагрев был максимальным. Это было сделано не случайно.

Температура сгорания и испарения пластмасс значительно ниже, чем аналогичная температура асбеста, огнеупорного материала. Это значит, что в зоне теплового экрана, где температура плазмы может достигать 5000—8000°С и выше, до 20000°С, пластмассы испаряться очень быстро. Но асбест какое-то время будет держаться, он будет испаряться с поверхности ТЭ значительно медленнее. В разных источниках информации существуют различные вариации в объяснении, что такое абляционная защита, как она предохраняет настоящий космический аппарат от аэродинамического нагрева, от расплавления и разрушения.

Но наиболее доступным следует признать определения, напечатанные Велюровым, который в предельно доступной и простой форме объяснил принцип абляционной защиты: «Термодинамика для «чайников». Для тех, кто плохо разбирается в космических кораблях, но хорошо разбирается в чайниках, предложим следующую аналогию: спускаемый аппарат космического корабля – это тот же чайник для газовой плиты, только очень большой и немного странной формы… При всех натяжках, эта аналогия очень точно объясняет суть работы теплозащиты спускаемого аппарата. Механизм работы теплозащиты изложим в форме вопросов и ответов.

1. Правда ли, что спускаемые аппараты делают из жаропрочных металлов и сплавов?

Нет, не правда. Советские пилотируемые спускаемые аппараты, начиная с первого «Востока», изготовляли из легкоплавких алюминиевых сплавов для облегчения веса конструкции. При этом алюминиевая обшивка кабины грелась незначительно – не выше +50°С, что давало космонавтам возможность совершать полет в простых спортивных костюмах, без скафандров (начиная с «Восход-1» и вплоть до злополучного «Союз-11»). Например, в быту мы совершенно спокойно греем воду в простом алюминиевом чайнике. Никому даже в голову не придет, делать чайник из титана, никеля или жаропрочной стали!». [2] Действительно, если допустить разогревание поверхности капсулы выше +50°С то резиновая прокладка вокруг люка, которая обеспечивает герметичность его закрытия, начнет размягчаться, при +200°С начнет плавится, а это уже гарантированная разгерметизация всей капсулы. Нагрев алюминиевой, сварной капсулы повышает вероятность ее разрыва по сваренным швам, повышает вероятность полного разрушения всей кабины.