Launch Escape System

Launch Escape System (LES, система аварийного спасения, САС) — это комплекс устройств и процедур, предназначенный для экстренного отделения и увода обитаемого отсека (капсулы) космического корабля от ракеты-носителя в случае возникновения аварийной ситуации на старте или на начальном участке полёта. Основная функция LES — обеспечить безопасность экипажа путём быстрого удаления капсулы на безопасное расстояние от взрывающегося или теряющего управление носителя, с последующим спуском и приземлением (приводнением) с помощью парашютной системы.

История

Ранние концепции

Необходимость в системе аварийного спасения возникла с началом пилотируемых космических полётов. Первые проекты, такие как советский «Восток» и американский «Меркурий», предусматривали возможность аварийного покидания корабля на старте. Для «Востока» использовалось катапультное кресло, которое могло выбрасывать космонавта на высоту до нескольких сотен метров. Однако катапульта была эффективна только на старте и на малых высотах; на более поздних этапах полёта она не могла обеспечить безопасность.

Разработка LES для программы «Аполлон»

С началом программы «Аполлон» (США) было решено создать специализированную твердотопливную ракетную систему, которая крепилась бы к вершине командного модуля. Разработка велась компанией North American Aviation (позже — Rockwell International) и Lockheed Martin. Система, получившая название Launch Escape System (LES), состояла из трёх твердотопливных двигателей: основного (для увода), отделения (для сброса LES после выполнения задачи) и управления ориентацией (для стабилизации капсулы). Первое успешное испытание LES в составе корабля «Аполлон» состоялось в 1966 году (миссия AS-201), а в 1968 году — при аварийном прерывании полёта «Аполлона-6» (хотя реального спасения не потребовалось). Система использовалась во всех пилотируемых миссиях «Аполлон», включая полёты на Луну.

Советские и российские системы

В СССР для кораблей «Союз» была разработана собственная система аварийного спасения (САС), которая устанавливалась на вершине головного обтекателя. Первоначально она использовала твердотопливные двигатели, но после аварии «Союза-1» (1967) и «Союза-11» (1971) конструкция была доработана. Современная САС кораблей «Союз-ТМА» и «Союз-МС» представляет собой твердотопливную ракету, которая при срабатывании отрывает спускаемый аппарат вместе с головным обтекателем и уводит его в сторону. Система прошла несколько модернизаций, включая увеличение тяги и улучшение аэродинамики. В 2018 году САС успешно сработала при аварии ракеты «Союз-ФГ» (миссия МС-10), спасая экипаж.

Современные системы

В XXI веке LES применяются на всех пилотируемых кораблях, включая:

• SpaceX Dragon 2 — использует встроенные в корпус капсулы двигатели SuperDraco, которые могут выполнять функцию аварийного спасения на всём участке выведения. Система прошла испытания в 2019 году (тест на отрыв от ракеты).
• Boeing Starliner — оснащён твердотопливной LES, установленной на вершине корабля. В 2019 году система была протестирована в рамках миссии OFT-1, но из-за нештатной работы двигателей часть тестов не удалась.
• Орёл (Россия) — новый пилотируемый корабль, разрабатываемый Роскосмосом, будет оснащён САС на основе твердотопливных двигателей, размещённых в головном обтекателе. Испытания системы планируются на 2024–2025 годы.

Устройство и принцип действия

Основные компоненты

Типичная LES включает:

• Твердотопливный ракетный двигатель (РДТТ) — обеспечивает тягу для увода капсулы. Может быть одно- или многоступенчатым.
• Система управления ориентацией — стабилизирует капсулу после отделения, предотвращая её вращение. Часто использует небольшие газовые сопла или гироскопы.
• Система отделения — механизмы (пироболты, разрывные болты), которые отсоединяют LES от капсулы после завершения её работы.
• Головной обтекатель — защищает капсулу от аэродинамических нагрузок и является частью конструкции LES. В некоторых системах (например, «Союз») обтекатель отбрасывается вместе с LES.
• Парашютная система — обеспечивает мягкую посадку капсулы после увода. Обычно включает тормозной, основной и запасной парашюты.

Этапы срабатывания

1. Обнаружение аварии — система управления ракетой-носителем или экипаж фиксирует критическую неисправность (отказ двигателя, потеря управления, пожар). Сигнал может подаваться автоматически или вручную.
2. Отделение LES — по команде срабатывают пироболты, отсоединяющие LES от ракеты. Одновременно запускается твердотопливный двигатель, который создаёт тягу, направленную в сторону от носителя.
3. Увод капсулы — LES уводит капсулу на безопасное расстояние (обычно 300–500 метров в сторону и 1–2 километра вверх). Двигатель работает 2–5 секунд.
4. Стабилизация и отделение LES — после прекращения работы двигателя система управления ориентацией стабилизирует капсулу. Затем LES отделяется от капсулы (с помощью пироболтов или пружинных толкателей).
5. Спуск и приземление — капсула переходит в режим свободного падения, затем раскрывается парашютная система. В зависимости от конструкции, может использоваться тормозной двигатель мягкой посадки (например, на «Союзе»).

Особенности разных систем

• «Аполлон» — LES крепилась к вершине командного модуля и имела три двигателя: основной (увод), отделения (сброс LES) и управления (стабилизация). Работала на высотах до 30 км.
• «Союз» — САС установлена на вершине головного обтекателя. При срабатывании отрывает спускаемый аппарат вместе с обтекателем. Работает на высотах до 90 км.
• Dragon 2 — встроенные двигатели SuperDraco (8 штук) могут работать как LES на всём участке выведения. Они крепятся к корпусу капсулы и не требуют отдельного обтекателя.

Классификация

По способу установки

• Внешние LES — устанавливаются на вершине корабля (например, «Аполлон», «Союз», «Орёл»). Обеспечивают максимальную тягу, но увеличивают массу и длину корабля.
• Встроенные LES — двигатели интегрированы в корпус капсулы (например, Dragon 2, Starliner). Позволяют снизить массу, но требуют более сложной конструкции и могут быть менее эффективны на старте.

По типу двигателя

• Твердотопливные — наиболее распространены (все советские/российские САС, «Аполлон», Starliner). Просты, надёжны, но нерегулируемы.
• Жидкостные — используются в Dragon 2 (двигатели SuperDraco на гипергольном топливе). Обеспечивают регулируемую тягу, но сложнее в обслуживании.

По высоте применения

• Стартовые LES — работают на высотах до 30–50 км. Используются для спасения при авариях на старте и в начале полёта.
• Высотные LES — могут работать на высотах до 100–120 км (например, «Союз»). Позволяют спасать экипаж при авариях на участке выведения.
• Универсальные LES — работают на всём участке выведения (например, Dragon 2). Требуют большей тяги и сложной системы управления.

Применение и значение

Роль в обеспечении безопасности

LES является критически важным элементом безопасности пилотируемых космических полётов. За всю историю космонавтики системы аварийного спасения срабатывали несколько раз:

• 1975 год — авария ракеты «Союз-У» при запуске корабля «Союз-18» (экипаж спасён на высоте 145 км, САС сработала штатно, хотя экипаж пережил перегрузки до 20 g).
• 2018 год — авария ракеты «Союз-ФГ» (миссия МС-10). САС сработала через 2 минуты после старта, экипаж (Алексей Овчинин и Ник Хейг) благополучно приземлился.
• 2020 год — тестовый запуск Dragon 2 с экипажем (миссия Demo-2) включал проверку LES в реальных условиях, но аварий не произошло.

Ограничения

• LES неэффективна на высотах более 100–120 км (за пределами атмосферы), где капсула не может быть отделена от ракеты без риска разрушения.
• При авариях на поздних этапах выведения (например, на орбите) LES не применяется — экипаж использует аварийное прекращение полёта (abort) с помощью собственных двигателей корабля.
• Система увеличивает массу корабля (до 2–3 тонн) и усложняет его конструкцию.

Интересные факты

• LES для «Аполлона» имела длину около 10 метров и массу 4,2 тонны. Её двигатель развивал тягу до 650 кН.
• В советской программе «Восток» катапультное кресло считалось частью САС, но оно не могло спасти космонавта при взрыве ракеты на старте — требовалось время для набора высоты.
• В 2019 году SpaceX провела успешный тест LES для Dragon 2 на старте (тест «In-Flight Abort»), при котором капсула отделилась от ракеты Falcon 9 на высоте 19 км.
• Система аварийного спасения корабля «Орёл» (Россия) будет включать три твердотопливных двигателя и сможет работать на высотах до 90 км. Разработка ведётся с 2010-х годов.

Критика и альтернативы

• Некоторые эксперты критикуют LES за высокую стоимость и сложность. В 1970-х годах в США рассматривались альтернативы, такие как использование катапультных кресел для всех членов экипажа (как на «Востоке»), но от этой идеи отказались из-за низкой эффективности.
• В современных проектах (например, Starship от SpaceX) планируется использовать встроенные двигатели корабля для аварийного спасения, что может сделать отдельную LES излишней. Однако пока такие системы не прошли полных испытаний.
• В России обсуждается возможность использования для САС многоразовых двигателей, но на 2024 год все системы остаются одноразовыми.

Источники

• «История создания системы аварийного спасения космических кораблей» — Роскосмос, 2020.
• «Apollo Launch Escape System» — NASA Technical Reports, 1968.
• «Система аварийного спасения корабля „Союз“» — журнал «Космонавтика и ракетостроение», № 4, 2019.
• «SpaceX Dragon 2 Abort System» — SpaceX Press Kit, 2020.
• «Орёл: новый пилотируемый корабль России» — РИА Новости, 2023.