Текст книги "Большой космический обман США. Часть 20. Аэродинамический нагрев и «космические» капсулы НАСА"

ГЛАВА 3. ВЕЛЮРОВ – АБЛЯЦИОННАЯ ЗАЩИТА И ТЕРМОДИНАМИКА ДЛЯ «ЧАЙНИКОВ»

Если верить пропагандисту «достижений» США Евгению Попову, то для абляционной защиты применялись различные виды пластмасс. Это утверждение Попова не находит подтверждения в различных других источниках информации. Рупор Американской пропаганды Википедия сообщает об использовании в указанной защите асбеста и фенолформальдегидных смол: «Абляционная защита (от лат. ablatio – отнятие; унос массы) – технология защиты космических кораблей, теплозащита на основе абляционных материалов, конструктивно состоит из силового набора элементов (асбестотекстолитовые кольца) и „обмазки“, состоящей из фенолформальдегидных смол или аналогичных по характеристикам материалов. Температура корабля при входе в плотные слои атмосферы достигает нескольких тысяч градусов, абляционная защита в таких условиях постепенно сгорает, разрушается, и уносится потоком, таким образом, отводя тепло от корпуса аппарата». [1]

Многие авторы, исследователи американского обмана использовали и другие источники информации. Например, известный критик американской фальсификации, который публикует свои статьи в Интернете под псевдонимом Велюров, цитирует книгу Феоктистова, в которой есть это же определение тепловой защиты, которое следует признать более полным и правильным определением: «Процитируем книгу «Космические аппараты» под общей редакцией профессора К. П. Феоктистова: Абляционные системы (абляция – потеря массы) допускают разрушение внешнего слоя и частичный унос массы тепловой защиты.

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.

Велюров об уничтожении спускаемого аппарата температурой в ударной волне: «2. Правда ли, что спускаемый аппарат сгорает при торможении в атмосфере из-за слишком высокой температуры воздуха в ударной волне?

Нет, не правда. Например, температура пламени горелки газовой плиты вдвое превышает температуру плавления алюминия, из которого делается кухонная посуда, например, кастрюли, те же алюминиевые чайники. Но чайнику это ровным счетом ничем не грозит, пока в нем налита вода. Поэтому, сама по себе температура газа не является единственным определяющим фактором». [2] Пламя может не достигать температуры плавления железа, но при этом идет размягчение сварочных швов. Если пайка элементов, составляющих чайник, осуществлялась при помощи олова, то разрушение чайника будет очень быстрым, когда кончится вода и температура дна чайника приблизится к температуре пламени.

Велюров о чайнике для «чайников». Автор объясняет, почему чайник не плавится при длительном нагревании:

3. Почему сгорает чайник?

Это тот редкий случай, когда любая домохозяйка даст фору даже доктору наук. Элементарно! Потому что в чайнике нет воды! Теперь переведем данный ответ на язык физики. Все, что нужно знать из курса термодинамики – это то, что тепло передается исключительно от горячего тела холодному, но никак не наоборот! При этом теплообмен пропорционален разности температур двух тел, а не абсолютной температуре как таковой. Нагревание чайника на газовой плите хорошо описывается законом Ньютона-Рихмана:

dQ = α· (tг – tст) ·dS·dt

Здесь: tст и tг – температура стенки и температура газа; α – коэффициент теплоотдачи; dS – поверхность теплообмена; dt – время теплообмена

4. Что происходит с пустым чайником на огне?

Наличие позитивной разницы температур между пламенем и чайником (tг – tст)> 0 формирует конвективный теплообмен dQ от пламени на стенку чайника. Поскольку чайник пуст, то дальше передать полученную теплоту некуда. Поэтому полученное от пламени тепло идет на повышение внутренней энергии металла – на его нагрев. Можно, конечно, сделать чайник исключительно толстостенным, чтобы нагрев металла длился как можно дольше. Но такой чайник будет очень тяжелым и дорогим, а значит – никому не нужным.

5. До каких пор будет нагреваться чайник?

Пока будет положительной разница температур пламени и стенки (tг – tст)> 0 будет конвективный теплообмен, т.е. будет нагрев чайника. Чайник всегда стремится достичь температуры пламени: tст → tг. Поэтому пустой алюминиевый чайник «сгорит» при любой температуре пламени, будь то 1000°С, 2000°С или 5000°С. Просто с разной скоростью…

6. Что надо сделать, чтобы чайник не сгорел?

Элементарно! Налить в него воды!

7. Что происходит с полным чайником на огне?

Из-за позитивной разницы температур между пламенем и стенкой (tг – tст)> 0, тепло огня dQ передается стенке чайника. Далее, тонкая стенка чайника передает тепло dQ воде по точно такому же закону Ньютона-Рихмана, только с другим коэффициентом α. Поскольку масса воды значительно больше массы чайника, то чайник греется медленно. Но, вот мы доходим до отметки, когда температура воды составит ровно 100°С. Что будет дальше? Дальше будет происходить самый удивительный процесс – фазовый переход молекул Н2О из жидкой фазы в газовую, именуемый в простонародье – кипение. Главная особенность фазового перехода (кипения) – оно происходит при постоянной температуре tж=const и сопровождается очень большим поглощением теплоты. Это означает, что до тех пор, пока в чайнике остается запас воды, он будет «термостатирован» – температура воды никогда не превысит 100°С (при атмосферном давлении), сколько бы вы этот чайник ни грели!

На рисунке: кипячение воды в чайнике». [2] Принцип кипячения воды в чайнике используется в специальных кастрюлях для варки молочной каши. Молоко не пригорает, пока в промежутке между стенками специальной кастрюли, есть вода. Стенки такого приспособления не нагреваются выше температуры кипения. Пока вода в чайнике есть, и она кипит, температура стенки чайника не будет превышать температуры кипения воды. Вода испаряется и начинается увеличение температуры материала чайника. Начинают разрушаться сварные швы.

Может отпасть носик чайника и днище чайника, если он сварен из металлических элементов, которых в таком столовом приборе три штуки: корпус, днище и носик. Температура не достигает температуры плавления металла, а все разрушается – корпус отдельно, днище чайника отдельно, носик отваливается.

Велюров очень доступно изложил ситуацию, которая складывается при наличии абляционной защиты на тепловом экране, в нижней части космической капсулы. А именно, он указал на неизбежное появление нагара и копоти при спуске с орбиты в атмосфере Земли: Собственно, на этом принципе построена абляционная теплозащита спускаемых аппаратов. Только вместо воды, которую невозможно нанести на стенки спускаемого аппарата, применяется смола, которая отбирает тепло и на свое кипение, и еще на термическую диссоциацию (разложение) смолы на коксовый остаток и газы. При этом газообразные продукты коксования смолы создают пристеночный слой, существенно уменьшающий конвективный теплообмен между теплозащитой спускаемого аппарата и разогретым до состояния плазмы воздухом. Таким образом, все без исключения донные теплозащитные экраны орбитальных спускаемых аппаратов имели абляционное покрытие на основе органических веществ – фенольной смолы («Союз»), эпоксидной смолы («Аполлон»), смолы на стекловолокне («Меркурий»), по мифологии.

Поэтому, безотносительно к тому, нанесено ли абляционное покрытие на боковые поверхности капсулы или нет, на них все равно будет образовываться нагар из-за уноса донного коксового остатка набегающим потоком воздуха. Сажа, не будучи газом и не обладая соответствующими свойствами газа, механически выносится потоком воздуха и повторяет линии обтекания спускаемого аппарата. Благодаря высокой адгезии, частицы сажи просто налипают на все боковые поверхности, образуя характерный рисунок «закопченности», который можно наблюдать на любом старом дизельном автобусе возле среза выхлопной трубы. Стоит ли удивляться, что у многих возникли обоснованные сомнения в достоверности космических полетов капсул «Меркурий» и «Джемени»… За океаном подобные подозрения были встречены весьма болезненно, и на борьбу с «неверными» были мобилизованы соответствующие информационные ресурсы». [2] Автор слишком дипломатично высказался о сомнениях в достоверности программ «Меркурий» и «Джемини». Никаких сомнений быть не может. Все пилотируемые полеты указаны программ НАСА из 60-х годов были фальшивыми «Полетами» и фальсификацией. Об этом подробно было сказано в книге автора: «Большой Космический Обман США. Часть 1».

Что касается вывода Велюрова о том, что при любом варианте, даже в случае отсутствия на боковых поверхностях «космических капсул» вроде «Меркурий» и «Джемини» абляционной защиты нагар и копоть на боковых поверхностях все равно должна проявляться. Если нагара и копоти на боковых сторонах нет, значит этот «космический» корабль в космосе никогда не был и не осуществлял спуска с орбиты в атмосферу, не подвергался аэродинамическому нагреву. Этот критерий хорошо используется, как главный признак американского обмана, о чем подробно будет рассказано ниже в последующих главах книги по темам: «Аэродинамический нагрев», «Нагар и копоть».

Салахутдинов признает наличие высоких температур в районе движения космического аппарата, при спуске с орбиты Земли в атмосферу: «Сравнительно узкая воздушная полоска над земной поверхностью, дающая жизнь всему живому на Земле, становится серьезной преградой на пути из космоса, безжалостно сжигающей все, что в нее попадает. Высокие скорости, входящих в атмосферу космических аппаратов (или других тел), приводят к тому, что в набегающем потоке воздуха у передней их кромки развиваются температуры, достигающие 7000 – 8000° С. Нет в природе материала, способного выдержать такие тепловые нагрузки. Однако это еще не означает, что нельзя сохранить материальную часть возвращаемого космического аппарата. Несмотря на столь высокую температуру, сквозь атмосферу „пробиваются“, не сгорая полностью, некоторые метеориты, достигли Земли отдельные части сошедшей с орбиты американской орбитальной станции „Скайлэб“. Почему так происходит? Прежде всего, потому, что спуск (или падение) в атмосфере занимает весьма короткое время и тепловые потоки, поступающие на то или иное тело, разрушая его, тем не менее, могут не успеть закончить эту „работу“ прежде, чем спуск прекратится. Именно этот эффект и используется при тепловой защите спускаемых аппаратов. С этой целью на их корпус с внешней стороны наносится специальное покрытие, которое при аэродинамическом нагреве разрушается, поглощая при этом некоторое количество тепла. Поскольку величина теплового потока, поступающего при спуске аппарата на единицу его площади, вполне определенная, можно выбрать такую толщину теплозащитного покрытия, при которой этот поток будет им поглощен, а основной корпус аппарата остается неповрежденным». [3] Особенно важно отметить в этой цитате утверждение о том, что в природе нет материалов, способных выдержать такие тепловые нагрузки!

Автора очень сложно заподозрить в злом умысле в отношении НАСА и величина температуры, которая указывается этим специалистом по тепловой защите космических аппаратов, соответствуют реальным величинам. Такие цифры совпадают с теоретическими расчетами классика космонавтики Германа Оберта. В его публикации в главе «Приземление» тоже фигурируют аналогичные цифры. Этот момент является очень важным для разоблачения американской мифологии, в которой фигурируют совсем другие величины указанной температуры. Они намного меньше температуры, которую называют настоящие специалисты по тепловой защите космической технике. При этом они являются сторонниками американской версии о «полетах» на Луну, о реальности «полетов» программ «Меркурий» и «Джемини».

Автор публикации «Тепловая защита в космической технике» сообщает дополнительные, интересные подробности про абляционную защиту: «Метод тепловой защиты, основанный на заранее предусмотренном процессе разрушения материала, поглощающего при этом тепловой поток, называется абляционным охлаждением. Возможность его применения в основном определяется существованием материалов, способных при своем разрушении поглощать значительное количество тепла и в то же время иметь сравнительно небольшую удельную плотность и удовлетворительную прочность. История таких материалов сравнительно коротка. Уже в 20-х годах XX в. существовали пластмассы, представляющие собой различные смолы (полиэфирные, меламиновые, фенольные и пр.), армированные хлопчатобумажными и кордными тканями. В начале 40-х годов вместо этих тканей начали применять стекловолокно, в результате появился новый материал, обладающий высокой прочностью и малой удельной плотностью. Так, например, если удельная плотность мягкой стали составляет примерно 7,8 г/см³, а предельная прочность на разрыв – 4200 кгс/см², то для пластмассы на основе полиэфирной смолы эти параметры оказывались равными соответственно 1,85 г/см³ и 6265 кгс/см²». [3] Но, вместе с этим, советские специалисты решая проблемы тепловой защиты нижней части капсулы использовали не смолы и не пластмассу, но огнеупорный асбест. Американские пропагандисты очень тщательно обходят этот важный момент в теме абляционной защиты космического аппарата. Салахутдинов в этом плане, не исключение из указанного правила.

Будучи классическим американским пропагандистом, автор восхваляет, прежде всего, американские конструкции, но при этом делает шокирующие признания, которые малоизвестны обычным потребителям классической американской пропаганды. Например, этот момент важно отметить для последующих исследований американского обмана в программе «Спей-Шаттл». Автор фактически сообщает, что многоразовая конструкция «Спейс-Шаттл» имеет серьезные проблемы с многоразовостью тепловой защиты этого аппарата: «Особенно сложной проблема теплозащиты оказывается для космических аппаратов многоразового использования. Их развитые поверхности приводят к весьма большой массе абляционного теплозащитного покрытия. Кроме того, требование многоразового использования ставят, вообще говоря, задачу о разработке материалов, способных выдерживать возникающие тепловые нагрузки без разрушения. Максимальные температуры на поверхности корпуса американского космического корабля составляют 1260 – 1454°С. Рабочая температура алюминиевого сплава, из которого изготавливается этот корпус, должна поддерживаться не выше 180°С. Но и такая величина неудовлетворительна для экипажа и приборов аппарата.. Дальнейшее ее снижение требует применения дополнительных мер: внутреннюю теплоизоляцию кабины, теплоотвод с помощью системы терморегулирования.

Вся поверхность рассматриваемого аппарата разделена по уровню температур на четыре зоны, в каждой из которых используется свое покрытие. Там, где температура не превышает 371°С, используется гибкое теплозащитное покрытие многократного применения, (а), представляющее собой войлок из специальных волокон. Это покрытие в виде листов размером 0,9 × 1,2 м приклеивается клеем-герметиком к корпусу. Для придания покрытию влагостойкости и необходимых оптических свойств на его поверхность перед установкой наносят пленку кремнийорганического эластомера. Для защиты гибких соединений внешний слой покрытия, изготавливается из специального керамического волокна. При этом защищаемые узлы могут просто обматываться этим покрытием. На участках, где температура поверхности составляет 371 – 649° С, применяется; также повторно, используемое покрытие {б), состоящее из аморфного кварцевого волокна 99,7%-ной чистоты, к которому добавляется связующее – двуокись кремния.

Покрытие изготавливается в виде плиток размером 203 × 203 мм и толщиной от 5 до 25,4 мм. На внешнюю поверхность плиток наносится боросиликатное стекло, содержащее специальный пигмент (белое покрытие на основе окиси кремния и блестящей окиси алюминия), для получения малого коэффициента поглощения солнечной радиации (As) и высокого коэффициента излучения (ε). Теплозащита части корпуса с температурой 649 – 1260°С осуществляется с помощью повторно используемой изоляции (в), подобной только что описанной. Отличие состоит в размерах плитки (152 × 152 мм при толщине, находящейся в диапазоне 19 – 64 мм), а также большим значением As и ε. На носовом обтекателе и носках крыла аппарата, где температуры превышают 1260°С, применен материал из углерода, армированного углеродным волокном (г). В процессе возвращения аппарата на Землю этот материал разрушается, и его необходимо заменять новым перед каждым последующим полетом. Дешевле новый создать!

Рис. 8. Размещение различных видов покрытий на корпусе много разового космического аппарата: 1 – углерод, армированный углеродным волокном (г); 2 – высокотемпературное теплозащитное покрытие многократного применения (в); 3 – низкотемпературное теплозащитное покрытие многократного применения (б); 4 – гибкое теплозащитное покрытие многократного применения (а); 5 – металл или стекло. Перед учеными-разработчиками материалов, стоит важная задача по созданию теплозащитных покрытий, способных противостоять без разрушения тепловым потекам, поступающим на корпус космических аппаратов при спуске в атмосфере Земли». [3] Проблема в том, что многие американские пропагандисты, менее просвещённые, упорно доказывают в Интернете, что теплоизоляция шаттла является многоразовой, что она не обгорает и не разрушается. Но специалист по этой проблеме утверждает противоположную информацию. Углеродные плиты обгорают.

Теплозащита в виде углеродного материала все равно выгорает и разрушается, после аэродинамического нагрева. Она тоже, по американской мифологии, подлежит замене после каждой миссии в космосе. При исследовании поверхности донной части такого аппарата необходимо внимательно смотреть, был ли разрушен после приземления теплоизоляционный материал у этих «космических» кораблей США. И здесь поклонников американских достижений ждут неприятные сюрпризы и разочарование! На поверхности космического самолета «Буран», на его боках присутствуют заметные следы полос копоти. Она успешно образуется при входе аппарата в атмосферу Земли. На некоторых американских шаттлах такие следы тоже видно. Но они проявились не на всех космических самолетах США.

Это означает, что с программой «Спейс-Шаттл» имеются серьезные проблемы. Реальность многих пилотируемых полетов на этих американских аппаратах можно теперь подвергнуть сомнению. Например, такая проблема, как отсутствие характерных следов копоти и нагара на теплозащитных плитках, присутствует на первом американском шаттле, с участием лунного актера Янга. Этот клоун НАСА был «рекордсменом»!

Ссылки:

Интернет – ссылки проверены по состоянию на 07.07.20.

1.Абляционная защита. https://ru.wikipedia.org/wiki/

2.Велюров. Пепелацы летят на Луну. Глава 15.

http://www.free-inform.ru/pepelaz/pepelaz-15.htm

3.Салахутдинов Г. М. Тепловая защита в космической технике.

Мл Знание, 1982. – 64 с