Cấu tạo tàu vũ trụ Vostok

Bản vẽ dưới mô tả cấu tạo phương tiện phóng vào quỹ đạo trong tháng 5 năm 1960, được công bố như là Korabl Sputnik. Đây là các phiên bản tàu vũ trụ trước tương tự tàu 3KA Vostok sử dụng trong chuyến bay của Gagarin gần 1 năm sau.

Chú giải từ trái sang phải theo chiều kim đồng hồ:
Các tấm panel Mặt Trời, module thu hồi, các quả cầu chứa khí nén cung cấp dưỡng khí, module thiết bị, hệ thống chắn sáng sử dụng cho hệ thống kiểm soát nhiệt độ, động cơ hãm (TDU), ăngten của hệ thống truyền tín hiệu, cảm biến định hướng theo Mặt Trời, thiết bị định hướng thẳng, thiết bị khoa học, cabin có hệ thống đẩy ra khỏi tàu, ăngten radio.

Vấn đề chọn lựa phương pháp điều khiển cho tàu Vostok được tranh luận trong các cuộc họp. Với phiên bản đầu tiên, Korolev muốn sử dụng hệ thống điều khiển với quyền ưu tiên dành cho phi công, điều này giải thích bởi khi còn trẻ, Korolev có niềm đam mê và là một chuyên gia tàu lượn, điều đó thể hiện ở các bản vẽ thiết kế của Korolev, điều khiển luôn được ưu tiên cho phi công. Phiên bản thứ hai đáng tin cậy hơn là hệ thống động cơ hãm và điều khiển quỹ đạo làm việc tự động, một câu hỏi nảy ra: “Giá thành sẽ tăng thêm bao nhiêu khi hệ thống điều khiển bằng tay chuyển sang tự động?” Điều đó đã cho thấy việc thiết kế hệ thống điều khiển bằng tay là cần thiết, trong khi hệ thống điều khiển tự động bắt buộc phải có. Hệ thống điều khiển bằng tay sẽ là dự phòng trong trường hợp tự động bị trục trặc. Mặc dù chỉ là dự phòng, nhưng chúng tôi thiết kế rất thận trọng hệ thống điều khiển này.

Ngoài ra, một hệ thống “đạn đạo” cũng được thiết kế để bảo đảm sự quay lại Trái Đất của con tàu. Nếu động cơ hãm gặp trục trặc, một quỹ đạo sẽ được chọn để làm giảm tốc độ của con tàu xuống rất nhỏ, từ đó nó sẽ dần dần đi vào tầng trên khí quyển, không nhiều hơn 5 đến 7 ngày, tàu sẽ hạ cánh xuống đất, tuy nhiên điều này không thể biết trước, nơi hạ cánh có thể là một đại dương!

Các hệ thống điều khiển tự động và bằng tay đã thành công! Chúng thật sự đơn giản và đáng tin cậy. Điều này là không tưởng nếu bây giờ có một ai đó đề nghị một hệ thống đơn giản và có độ tin cậy như vậy, bất kỳ chuyên gia nào ngày nay sẽ nói nếu không có máy tính, đó chỉ là lời đùa cợt!

Mục đích truyền tín hiệu âm thanh được ưu tiên hàng đầu. Tôi nhập bộ phận của Vasiliy Grabin NII-88 vào OKB-1 cùng với sự thuyên chuyển bộ phận của Boris Rauschenbach. Toàn bộ thời gian từ năm 1959, 1960 chúng tôi tiến hành các khâu hợp nhất, định hướng mục tiêu mà không tổ chức nào trên đất nước giải quyết được điều đó. Và không chỉ trong đất nước chúng tôi, khi những nhà khoa học nước ngoài có cơ hội hiểu đầy đủ về hệ thống điều khiển đầu tiên trên tàu Vostok, họ lấy làm ngạc nhiên về sự đơn giản và độ tin cậy, khi so sánh chúng với tàu Mercury - tàu vũ trụ đầu tiên của người Mỹ.

Về sau, Rauschenbach, Legostayev, Tokar, Skotnikov và Bashkin có quyền tự hào về hệ thống điều khiển quỹ đạo bằng tay dự phòng và hệ thống điều khiển quỹ đạo tự động, định hướng theo Mặt Trời mà họ đã thiết kế, cũng như các đồng nghiệp trợ giúp cho việc thiết kế - chế tạo các cảm biến quang học tự động và thiết bị điều khiển quỹ đạo thị giác.

Quá trình kích hoạt các hệ thống theo lệnh radio từ Trái Đất được dự phòng và đặt trong bảng điều khiển của phi công. Để giải quyết vấn đề này, những kỹ sư điện bao gồm Karpov và Shevelev (mới tốt nghiệp từ Viện kỹ thuật Radio Taganrog) đã thiết kế hệ thống điều khiển mạch chuyển tiếp tự động kết nối với mạch điều khiển bằng tay, và các đường truyền lệnh radio. Bộ phận từ NII-648 với người đứng đầu trong thời gian đó là Armen Mnatsakanyan lắp ráp các đường truyền lệnh radio cho tàu Vostok.

Người Mỹ đã không ưu tiên phát triển hệ thống điều khiển tự động mà thay vào đó chú tâm tới hệ thống điều khiển bằng tay của phi công, tới năm 1965 thì tàu vũ trụ Gemeni với sức chứa 2 người đã vượt trội so với tàu Vostok ở các thông số kỹ thuật, do đó chúng tôi cần 3 năm để cố gắng một lần nữa dẫn đầu với tàu Soyuz, nhưng cái giá của cuộc chạy đua này là tai nạn của Komarov, tuy nhiên lỗi xảy ra không phải do những người người thiết kế hệ thống điều khiển.

Các hệ thống radio kết nối tàu vũ trụ mang người đầu tiên với Trái Đất. Đường dẫn âm thanh radio băng tần 1-met của Zarya (biệt danh Gagarin trong chuyến bay) với link tín hiệu sóng ngắn, được thiết kế bởi Viện nghiên cứu khoa học của Yuriy Bykov, link siêu cao tần liên lạc màn hình trong hành trình bay, và link đo lường từ xa mới Tral-P được phát triển với thời gian rất gấp gáp ở OKB MEI trong sự hợp tác với Viện nghiên cứu Khoa học truyền hình. Hệ thống truyền hình ảnh có thiết kế rất đơn giản, nhưng đó là chiếc TV đầu tiên trong không gian!

Ngay sau khi cục OKB-1 của Korolev bắt đầu thiết kế các phương tiện phóng thì vấn đề về động cơ tên lửa hãm cũng xuất hiện. Lực đẩy sinh ra từ động cơ hãm sẽ theo chiều đối diện với vector vận tốc quỹ đạo của tàu. Tàu sẽ hạ thấp từ quỹ đạo và đi vào khí quyển chỉ sau khi động cơ hãm được kích hoạt.

Tác động hãm của khí quyển sẽ loại bỏ lực còn lại mà động cơ đã truyền cho tàu khi tàu chuyển động trên quỹ đạo. Cần hai tổng công trình sư cho việc phát triển hệ thống điều khiển tàu quay lại Trái Đất: một cho hệ thống động cơ hãm và một cho hệ thống dù tiếp đất.

Trong tất cả các thiết kế của Vostok thì hệ thống hạ cánh thực sự phức tạp. Chúng phải an toàn và không gây cảm giác sợ hãi cho phi hành gia trong giai đoạn tàu hạ cánh, chúng được thiết kế gồm 2 hệ thống. Module thu hồi và phi hành gia tiếp đất hoàn toàn riêng rẽ! Sau khi đi vào khí quyển, cách mặt đất khoảng 7km, cánh cửa tàu sẽ bật mở và phi hành gia được phóng ra ngoài hoàn toàn tự động, phi hành gia sẽ rơi tự do xuống tới độ cao khoảng 4km, lúc đó dù chính sẽ mở, ghế ngồi sẽ được tách khỏi và rơi tự do. Module thu hồi hạ cánh bằng dù gần đó nhưng không có phi hành gia. Do đó, có 2 hệ thống hạ cánh và bộ quần áo của phi công có nhiệm vụ bảo vệ anh ấy khi tiếp xúc mặt đất bằng việc nhảy dù. Sự tối ưu trong quá trình bật cửa tàu, đẩy ghế mang phi công, mở dù thật sự là vấn đề phức tạp, ở đây sự điều khiển bằng tay là điều vô nghĩa, phi công sẽ thiệt mạng nếu hệ thống tự động bị trục trặc!

 Video mô phỏng chuyến bay của tàu Vostok

Các thông số tàu vũ trụ Vostok

• Khối lượng tổng: 4,725 kg

- Module thu hồi: 2,460 kg
- Module thiết bị (bao gồm Động cơ hãm): 2,265 kg

• Kích thước:

- Chiều dài thân: 4.3 m
- Đường kính thân max: 2.5 m
- Đường kính module thu hồi: 2.3 m
- Khoảng không trống trong module thu hồi: 1.6 mét khối

• Phân bố khối lượng:

- Cấu trúc: 20%
- Vùng chịu nhiệt: 17%
- Hệ thống trên tàu: 21.5%
- Nguồn điện cung cấp: 12.5%
- Động cơ hãm (có nhiên liệu): 8.5%
- Hệ thống hạ cánh: 3.2%
- Ghế ngồi và phi hành gia: 7.1%
- Khí: 1%

(còn tiếp)

Nguyễn Mạnh Dũng (HAAC)
Dịch từ Rockets and People