Ғарыш капсулалары: құрылысы, тарихы және дамуы

Кіріспе

Ғарыш кемесі түрі

Ғарыш капсуласы – жүк, ғылыми тәжірибелер және/немесе ғарышкерлерді ғарышқа және одан тасымалдауға арналған ғарыш кемесі. Капсулалар басқа ғарыш кемелерінен орбиталық немесе суборбиталық орбитадан Жер бетіне жүк түсіру мүмкіндігімен ерекшеленеді және басқа қайта пайдаланатын ғарыш кемелерінен дөңгелек пішінімен, қанаттарының болмауымен және қауіпсіз қайта оралу үшін қажетті отыннан басқа аз отынмен ерекшеленеді. Капсулалық экипажды ғарыш кемелері, мысалы, "Союз" немесе "Орион", көбінесе қызметтік немесе адаптерлік модульмен жабдықталады, кейде кеңейтілген ғарыш операциялары үшін қосымша модульмен толықтырылады. Капсулалар экипажды ғарыш кемелерінің көп бөлігін құрайды, бірақ бір экипажды ғарыш ұшағы – "Space Shuttle" орбитада ұшқан. Қазіргі уақытта экипажды ғарыш капсулаларының мысалдары – "Союз", "Шэньчжоу" және "Dragon 2". Қазіргі уақытта дамытылып жатқан жаңа экипажды капсулалардың мысалдары ретінде NASA-ның "Орион", Boeing-тің "Starliner", Ресейдің "Орел", Үндістанның "Gaganyaan" және Қытайдың "Mengzhou" кемелерін атауға болады. Экипажды капсулалардың тарихи мысалдары – "Восток", "Mercury", "Восход", "Gemini" және "Apollo", ал қолданыстағы бағдарламаларға "New Shepard" ұшырулары кіреді. Экипажды ғарыш капсуласы ғарыш вакуумындағы қатал жылулық және радиациялық ортада өмірді сақтауға қабілетті болуы керек. Ол бір рет қолданылатын (мысалы, "Союз" сияқты) немесе қайта қолданылатын (мысалы, "Crew Dragon" сияқты) болуы мүмкін.

Восток

"Восток" – Кеңес Одағының алғашқы адаммен ғарышқа аттандырған ғарыш капсуласы. Адамның алғашқы ғарышқа ұшуы – ғарышкер Юрий Гагариннің 1961 жылғы 12 сәуірде жасаған "Восток-1" ұшуы. Капсула бастапқыда Кеңес Одағының алғашқы тыңшылық спутниктік бағдарламасы "Зенит" үшін камера платформасы ретінде, сондай-ақ адамды тасымалдайтын ғарыш кемесі ретінде пайдалануға арналған. Бұл екі мақсатты дизайн бағдарламаға Коммунистік партияның қолдауын алу үшін маңызды болды. Дизайн шар тәрізді қайта кіру модулінен, биконикалық түсу модулінен, орбиталық басқару қозғалтқыштарынан, орбитадағы материалдардан және орбитаны тоқтатуға арналған ретроракетадан тұрды. Негізгі конструкция 40 жылға жуық қолданыста болды және біртіндеп басқа да адамсыз спутниктерге бейімделді. Капсула бір орындық, ұзындығы 4,4 метр, диаметрі 2,4 метр және ұшырылғанда салмағы 4,73 тонна болатын. Қайта кіру модулінің барлық беті абляциялық жылу қалқанымен жабылған. Капсуланың ұшыру кезінде төмен соғу көрсеткішін сақтау үшін мұрын конусымен жабылғаны, ал цилиндрлі ішкі кабинасы капсуланың бойлық осіне шамамен перпендикуляр болатын. Ғарышкер ұшыру кезіндегі төтенше жағдайларда қашу үшін және қалыпты ұшу кезінде қону үшін жеке парашютпен шығарылатын креслода отырды. Капсула жерге қону үшін жеке парашютқа ие болды. Ресми деректер Гагарин капсуланың ішінде қонғанын көрсеткенімен, бұл Халықаралық Әуе шағылыстыру федерациясының (IAF) ережелері бойынша алғашқы адамды ғарышқа ұшқан ретінде тану талабы еді, кейіннен "Восток" ғарышкерлерінің барлығы капсуладан бөлек шығып, қонғаны анықталды. Капсулаға артқа қараған конус тәрізді жабдық модулі қызмет көрсетті, оның ішінде азот пен оттегі, батареялар, отын, басқару қозғалтқыштары және ретроракета орналасқан. Ол он күнге дейін созылатын ұшуларды қамтамасыз ете алатын. "Восток" бағдарламасы бойынша алты ұшырылым сәтті жүзеге асырылды, соңғы екі жұп бір уақытта ұшырылды. Ең ұзақ ұшу 1963 жылғы 14-19 маусымда "Восток-5" кемесімен жасалып, бес күнге жуық созылды. Басқару қозғалтқыштары қайта кіруден бірден бұрын тасталған құралдар модулінде орналасқандықтан, қайта кіру модулінің траекториясын және бағытын белсенді түрде басқару мүмкін болмады. Бұл капсуланың барлық жағынан қайта кіру кезіндегі жылудан қорғалуын қажет етті, нәтижесінде шар тәрізді дизайн пайда болды (Меркурий жобасының конустық дизайнынан өзгеше, ол жылу қалқанының диаметрін азайта отырып, максималды көлемге мүмкіндік берді). Қайта кіру кезінде атмосфералық үйкелістің қызуы соншалықты жоғары, капсуланың айналасындағы ауа молекулалары иондалып, капсуланың айналасында радиобайланысты бұзатын плазма қабатын құрайды. Алайда плазма қабатындағы иондалған газдарды пайдаланып, жасанды радио терезе жасауға болады, бұл араласуларға қарамастан байланыс сигналдарын жіберуге және қабылдауға мүмкіндік береді. Капсуланың қайта кіру бағытын оның ауырлық орталығын өзгерту арқылы біршама басқаруға болады. Ғарышкердің ұшу бағытына қарсы жатқан жағдайда дұрыс бағытталған болуы 8-9 g күшін барынша сезіну үшін қажет болды.

The Vostok was the Soviet Union's first crewed space capsule. The first human spaceflight was Vostok 1, accomplished on April 12, 1961 by cosmonaut Yuri Gagarin. The capsule was originally designed for use both as a camera platform for the Soviet Union's first spy satellite program, Zenit and as a crewed spacecraft. This dual use design was crucial in gaining Communist Party support for the program. The design used a spherical reentry module, with a biconic descent module containing attitude control thrusters, on orbit consumables, and the retro rocket for orbit termination. The basic design has remained in use for some 40 years, gradually adapted for a range of other uncrewed satellites. It was a single seat capsule that was 4.4 meters long and 2.4 meters in diameter, weighing 4.73 tonnes at launch. The reentry module was completely covered in ablative heat shield material, in diameter, weighing The capsule was covered with a nose cone to maintain a low drag profile for launch, with a cylindrical interior cabin approximately in diameter nearly perpendicular to the capsule's longitudinal axis. The cosmonaut sat in an ejection seat with a separate parachute for escape during a launch emergency and landing during a normal flight. The capsule had its own parachute for landing on the ground. Although official sources stated that Gagarin had landed inside his capsule, a requirement for qualifying as a first crewed spaceflight under International Aeronautical Federation (IAF) rules, it was later revealed that all Vostok cosmonauts ejected and landed separately from the capsule. The capsule was serviced by an aft facing conical equipment module long by , weighing containing nitrogen and oxygen breathing gasses, batteries, fuel, attitude control thrusters, and the retrorocket. It could support flights as long as ten days. Six Vostok launches were successfully conducted, the last two pairs in concurrent flights. The longest flight was just short of five days, on Vostok 5 on June 14–19, 1963. Since the attitude control thrusters were located in the instrument module which was discarded immediately prior to reentry, the reentry module's path and orientation could not be actively controlled. This meant that the capsule had to be protected from reentry heat on all sides, determining the spherical design (as opposed to Project Mercury's conical design, which allowed for maximum volume while minimizing the heat shield diameter). During reentry, the heat of atmospheric friction is so great that air molecules around the capsule are ionized, creating a layer of plasma around the capsule which blocks radio communication with the ground. However, ionized gases in the plasma layer can also be used to create an artificial radio window, allowing communication signals to be transmitted and received despite the interference. Some control of the capsule's reentry orientation was possible by offsetting its center of gravity. Proper orientation with the cosmonaut's back to the direction of flight was necessary in order to best sustain the which also maximized the 8 to 9 g force.

Восход

"Восток" конструкциясы бірнеше космонавт экипажын тасымалдауға мүмкіндік беру үшін өзгертілді және "Восход" бағдарламасының екі рейсі ретінде ұшырылды. Цилиндрлі ішкі кабина кең, тіктөртбұрышты кабинамен ауыстырылды, ол үш космонавтты қатар отырып орналастыра алатын (Восход 1), немесе екі космонавт арасында ауамен толы шлюзбен, кеңістіктегі қызметке рұқсат беру үшін (Восход 2). Түсіру модулінің үстіне қосымша қатты отынмен жұмыс істейтін резервтік зымыран орнатылды. "Восток" ұшқыш орындығы кеңістікті үнемдеу үшін алынып тасталды (соның салдарынан ұшыру немесе қону кезіндегі төтенше жағдайларда экипаж қашу мүмкіндігі болмады). "Восход" ғарыш кемесінің толық салмағы құрады. Кеңістік жетіспеуіне байланысты "Восход 1" экипажы ғарыш костюмдерін кимеді. "Восход 2" экипажының екі мүшесі де ғарыш костюмдерін киді, себебі бұл рейс космонавт Алексей Леоновтың ашық кеңістікте жұмыс істеуімен байланысты болды. Көліктің электрлік және қоршаған орта жүйелері ауамен салқындатылғандықтан, ауа шлюзі қажет болды, ал капсуланың толық депрессиясы қызуға әкелді. Ауа шлюзінің салмағы , диаметрі , ұшыру кезінде жиырылғанда биіктігі болды. Орбитада кеңейтілгенде ұзындығы , ішкі диаметрі және сыртқы диаметрі құрады. Экипаждың екінші мүшесі модульдің кенеттен депрессиясына қарсы сақтық шарасы ретінде ғарыш костюмін киді. Ауа шлюзі пайдаланғаннан кейін тасталды. Ұшқыш орындықтардың болмауы "Восход" экипажының "Восток" космонавттары сияқты, өз ғарыш кемелерінде Жерге оралуын қамтамасыз етті. Осы себепті, парашют сызықтарына кішкентай қатты отынмен жұмыс істейтін зымыран қосылған жаңа қону жүйесі әзірленді. Ол түсіру модулі жерге жақындағанда іске қосылып, жұмсақ қонуға мүмкіндік берді.

Жиде

Меркурий бағдарламасы – Америка Құрама Штаттарының алғашқы пилотталған ғарыш бағдарламасы. Ол 1958 жылдан 1963 жылға дейін жалғасты, мақсаты адамды Жер орбитасына шығарып, қауіпсіз түрде қайтару еді. Бағдарлама орбитаға шығу үшін күшейткіш ракетаға бекітілген шағын капсуланы пайдаланды. Меркурий капсуласын әзірлеу 1959 жылы НАСА Макдоннелл Эйркрафт Корпорациясын мердігер ретінде таңдағаннан кейін күш алды. Меркурий ғарыш кемесінің бас конструкторы Максим Фагет болды, ол NACA кезінде адамды ғарышқа ұшу бойынша зерттеулерді бастады. Оның ұзындығы 3 метр, ені 2 метр, ал ұшыру жүйесі қосылғанда ұзындығы 8 метрге дейін жетті. Капсуланың пайдалы көлемі бір экипаж мүшесіне жеткілікті болды. Ішінде 120 басқару құралы болды: 55 электрлік қосқыш, 30 сақтандырғыш және 35 механикалық рычаг. Ең ауыр ғарыш кемесі – Меркурий Атлас 9 толық жүктелген күйде салмағы алды. Оның сыртқы қабығы René 41 қоспасынан жасалған, ол жоғары температураға төтеп бере алады. Ғарыш кемесі конус тәрізді, тар бөлігінде мойны бар. Оның дөңгелек негізінде алюминийден жасалған бал арасы құрылымынан тұратын және бірнеше қабат шыны талшығымен жабылған жылу қалқаны (төмендегі суретте 2-ші элемент) орналасқан. Оған қайтадан атмосфераға кіргенде жылдамдықты төмендету үшін үш ракетадан тұратын (1) артқы пакет бекітілген. Олардың арасында орбитаға шыққанда ғарыш кемесін ракетадан бөлу үшін үш кішкентай ракета болды. Пакетті ұстап тұрған белдіктер қажет болмағанда кесіліп тасталатын болды. Жылу қалқанының жанында қысымды экипаж бөлімі (3) орналасқан. Ішінде ғарышкер ыстықтан қорғайтын қалқанға арқасымен және алдында құрал-жабдықтарымен бекітілген орындыққа баланып отырады. Орындықтың астында оттегі мен жылу беруге, ауадан CO2, бу мен иіс сіңіруге және (орбиталық ұшуларда) несеп жинауға арналған қоршаған ортаны басқару жүйесі орналасқан. Ғарыш кемесінің тар бөлігіндегі қайта қалпына келтіру бөлімінде (4) үш парашют болды: еркін құлауды тұрақтандыру үшін бір бағыттағыш парашют және негізгі және қосалқы екі парашют. Жылу қалқаны мен экипаж бөлімінің ішкі қабырғасы арасында қонуға арналған юбка орналасқан, ол қону алдында жылу қалқанын түсіру арқылы қолданылады. Қайта қалпына келтіру бөлімінің үстінде антенна бөлімі (5) орналасқан, онда байланыс антенналары мен ғарыш кемесінің бағытын анықтауға арналған сканерлер орналасқан. Оған ғарыш кемесі қайтадан атмосфераға кіргенде жылу қалқаны алдымен қарап тұруын қамтамасыз етуге арналған қанат бекітілген. Ұшырудан қашу жүйесі (6) ғарыш кемесінің тар бөлігіне орнатылған, онда үш кішкентай қатты отынмен жұмыс істейтін ракеталар бар, олар ұшыру сәтсіз болған жағдайда капсуланы ракетадан қауіпсіз ажырату үшін қысқа уақытқа іске қосылатын болды. Бұл капсуланың парашютын теңізге жақын жерге қону үшін ашады. (Толық мәліметтер үшін Миссия профиліне қараңыз.) Меркурий ғарыш кемесінде бортында компьютер болмаған, керісінше, кері кіруге қатысты барлық есептеулер Жердегі компьютерлермен жасалған, олардың нәтижелері (кері ату уақыты және бағыты) ұшу кезінде радиоарқылы ғарыш кемесіне жіберілген. Меркурий ғарыш бағдарламасында пайдаланылған барлық компьютерлік жүйелер Жердегі НАСА нысандарында орналасқан. АҚШ өзінің алғашқы Меркурий ғарышкері Алан Шепардты алғашқы пилотталған ғарышқа ұшудан кейін бір айдан кейін суборбиталық ұшуға жіберді. Кеңес Одағы 6 тамызда екінші "Восток" ұшағын бір күндік ұшуға жіберді, ал АҚШ 1962 жылдың 20 ақпанында бірінші американдық Джон Гленнді орбитаға шығарды. АҚШ екі пилотталған Меркурий суборбиталық капсуласын және төрт пилотталған орбиталық капсуласын ұшырды, ең ұзақ ұшу Меркурий Атлас 9 22 айналым жасап, 32 жарым сағатқа созылды.

The Mercury program was the United States' first crewed space program. It ran from 1958 through 1963, with the goal of putting a human in orbit around the Earth and returning him safely. The program used a small capsule attached to a booster rocket to achieve orbit. The development of the Mercury capsule began in earnest after NASA selected the McDonnell Aircraft Corporation as its contractor in 1959. The Mercury spacecraft's principal designer was Maxime Faget, who started research for human spaceflight during the time of the NACA. It was 10.8 feet (3 m) long and 6.0 feet (2 m) wide; with the launch escape system added, the overall length was 25.9 feet (8 m). With of habitable volume, the capsule was just large enough for a single crew member. Inside were 120 controls: 55 electrical switches, 30 fuses and 35 mechanical levers. The heaviest spacecraft, Mercury Atlas 9, weighed fully loaded. Its outer skin was made of René 41, a nickel alloy able to withstand high temperatures. The spacecraft was cone shaped, with a neck at the narrow end. It had a convex base, which carried a heat shield (Item 2 in the diagram below) consisting of an aluminum honeycomb covered with multiple layers of fiberglass. Strapped to it was a retropack (1) consisting of three rockets deployed to brake the spacecraft during reentry. Between these were three minor rockets for separating the spacecraft from the launch vehicle at orbital insertion. The straps that held the package could be severed when it was no longer needed. Next to the heat shield was the pressurized crew compartment (3). Inside, an astronaut would be strapped to a form fitting seat with instruments in front of him and with his back to the heat shield. Underneath the seat was the environmental control system supplying oxygen and heat, scrubbing the air of CO2, vapor and odors, and (on orbital flights) collecting urine. The recovery compartment (4) at the narrow end of the spacecraft contained three parachutes: a drogue to stabilize free fall and two main chutes, a primary and reserve. Between the heat shield and inner wall of the crew compartment was a landing skirt, deployed by letting down the heat shield before landing. On top of the recovery compartment was the antenna section (5) containing both antennas for communication and scanners for guiding spacecraft orientation. Attached was a flap used to ensure the spacecraft was faced heat shield first during reentry. A launch escape system (6) was mounted to the narrow end of the spacecraft containing three small solid fueled rockets which could be fired briefly in a launch failure to separate the capsule safely from its booster. It would deploy the capsule's parachute for a landing nearby at sea. (See also Mission profile for details.) The Mercury spacecraft did not have an on board computer, instead relying on all computation for reentry to be calculated by computers on the ground, with their results (retrofire times and firing attitude) then transmitted to the spacecraft by radio while in flight. All computer systems used in the Mercury space program were housed in NASA facilities on Earth. The US launched its first Mercury astronaut Alan Shepard on a suborbital flight almost a month after the first crewed orbital spaceflight. The Soviets were able to launch a second Vostok on a one day flight on August 6, before the US finally orbited the first American, John Glenn, on February 20, 1962. The United States launched a total of two crewed suborbital Mercury capsules and four crewed orbital capsules, with the longest flight, Mercury Atlas 9, making 22 orbits and lasting 32 and one half hours.

Егіздер

Капсуланың көптеген бөліктеріне жеке кішкентай есіктер арқылы қол жеткізуге болады еді. Меркурийден өзгеше, "Жеміздер" толығымен қатты күйдегі электрониканы пайдаланды, ал оның модулдік дизайны жөндеуді жеңілдетті. "Жеміздер" ғарыш кемесі Аполлон бағдарламасының алғы күші болды, оның мақсаты – адамдарды Айға қондыру еді. Ол орбитадағы кездесу және бірігудің жаңа тәсілдерін сынау үшін жасалған, сонымен қатар өмірді сақтау жүйелерін, ғарыш кемесінің қайта кіруін және басқа да маңызды салаларды жақсартуды қамтыды. "Жеміздер" эвакуациялық жүйесі ешқашан "Жеміздер" кабинасы таза оттегімен қысымдалған күйде сынақтан өткізілмеді, өйткені ол ұшырылмас бұрын осындай жағдай болған. 1967 жылдың қаңтар айында Аполлон-1 өртінде ғарыш кемесін таза оттегімен қысымдаудың өте қауіпті өрт қаупін тудыратыны анықталды. 1997 жылғы ауызша тарихта ғарышкер Томас П. Стаффорд 1965 жылдың желтоқсанында "Жеміздер-6" ұшырылуын тоқтату туралы пікір білдірді, ол және командир Уоли Ширра ғарыш кемесінен эвакуациялауға жақын болған: text=Егер бізге мұны жасауға тура келсе, екі римдік шамының жанып өшетінін көретін едік, себебі біз 15 немесе 16 пси, таза оттегімен бір жарым сағатқа толып жаттық. Кейптегі трагедиялық өртті есіңізде сақтайсыз ба? (Иә, Құдай-ау) Сол өрт болғанда костюмдерді өртеп жіберген болар еді. Барлығы оттегіге толы суланған. Құдайға шүкір! Тағы бір нәрсе: NASA оны сынақтан өткізбеді, егер олар эвакуациялауға тура келгендегідей жағдайларда сынақтан өткізген болар еді. Олар Қытай көлінде "Жеміздер" капсуласының макетінде бірнеше сынақтар жасады, бірақ оны азотпен толтырды. Олар оны сынақ кезінде оттегімен толтырмады. "Жеміздер" – миссия маневрлерін басқаруды жеңілдету үшін бортында "Жеміздер Басқару компьютері" (Gemini Guidance Computer) бар алғашқы ғарышкер тасымалдаған ғарыш кемесі болды. Бұл компьютер, кейде "Жеміздер ғарыш кемесі бортындағы компьютері" (OBC) деп те аталады, Сатурн ұшыру құралының сандық компьютеріне өте ұқсас болды. Оның негізгі жадында 4096 мекенжай бар, әрқайсысы үш 13 биттік "буыннан" тұратын 39 биттік сөзді қамтиды. Барлық сандық деректер 26 биттік екілік толықтырғыш бүтін сандар (кейде қабаттасқан сан ретінде қолданылады), сөздің алғашқы екі буынында немесе аккумуляторда сақталады. Нұсқаулар (әрқашан 4 биттік операциялық код пен 9 биттік операндпен) кез келген буынға орналастырылуы мүмкін.

Many components in the capsule itself were reachable through their own small access doors. Unlike Mercury, Gemini used completely solid state electronics, and its modular design made it easy to repair. The Gemini spacecraft was the precursor to the Apollo program which aimed to land humans on the Moon. It was designed to test new techniques for orbital rendezvous and docking, but it also featured improvements in life support systems, spacecraft reentry, and other critical areas. The Gemini ejection system was never tested with the Gemini cabin pressurized with pure oxygen, as it was prior to launch. In January 1967, the fatal Apollo 1 fire demonstrated that pressurizing a spacecraft with pure oxygen created an extremely dangerous fire hazard. In a 1997 oral history, astronaut Thomas P. Stafford commented on the Gemini 6 launch abort in December 1965, when he and command pilot Wally Schirra nearly ejected from the spacecraft:

text=So it turns out what we would have seen, had we had to do that, would have been two Roman candles going out, because we were 15 or 16 psi, pure oxygen, soaking in that for an hour and a half. You remember the tragic fire we had at the Cape. ( ) Jesus, with that fire going off and that, it would have burned the suits. Everything was soaked in oxygen. So thank God. That was another thing: NASA never tested it under the conditions that they would have had if they would have had to eject. They did have some tests at China Lake where they had a simulated mock up of Gemini capsule, but what they did is fill it full of nitrogen. They didn't have it filled full of oxygen in the sled test they had. Gemini was the first astronaut carrying spacecraft to include an onboard computer, the Gemini Guidance Computer, to facilitate management and control of mission maneuvers. This computer, sometimes called the Gemini Spacecraft On Board Computer (OBC), was very similar to the Saturn Launch Vehicle Digital Computer. The Gemini Guidance Computer weighed Its core memory had 4096 addresses, each containing a 39 bit word composed of three 13 bit "syllables". All numeric data was 26 bit two's complement integers (sometimes used as fixed point numbers), either stored in the first two syllables of a word or in the accumulator. Instructions (always with a 4 bit opcode and 9 bits of operand) could go in any syllable.

Аполлон

Аполлон ғарыш кемесі алғаш рет 1960 жылы Меркурий жобасын жалғастыратын үш адамдық кеме ретінде жоспарланды. Ол бірнеше типтегі миссияларды орындауға арналған: ғарышкерлерді Жер орбитасындағы ғарыш станциясына жеткізу, Айды айналып ұшу немесе Айға қону. 1960 және 1961 жылдары NASA бірнеше компаниядан техникалық-экономикалық негіздемелерді зерттеуді сұрады, ал Фагет және Ғарыш тапсырмалар тобы конустық/төңкерілген корпустың капсуласын (Командалық модуль) және электр қуатын және қозғалтқыш күшін қамтамасыз ететін цилиндрлі Қызметтік модульді пайдаланып өз жобаларымен жұмыс істеді. NASA 1961 жылдың мамыр айында қатысушылардың жобаларын қарады, бірақ президент Джон Ф. Кеннеди 1960 жылдары Айға адамды қондыру жөніндегі ұлттық бағдарламаны ұсынғаннан кейін, NASA техникалық-экономикалық негіздемелерді қабылдамай, Айға қону миссиясына бағытталған Фагеттің жобасын іске қосуды шешті. Аполлонды құрылысқа қабылдау шарты North American Aviation компаниясына берілді. Аполлон ғарыш кемесінің негізгі бөлігі екі сегменттен тұрды: Командалық модуль (CM) және Қызметтік модуль (SM). CM-ның диаметрі және биіктігі, ал ұшырылғандағы массасы болды. Қызметтік модульдің ұзындығы 4 метр, ал қозғалтқыш бөлігін қоса алғанда, Командалық-Қызметтік модульдің (CSM) жалпы ұзындығы 11 метр (36 фут) құрады. CSM-ді Ай бетінен көтеріп, тікелей ұшу траекториясын қолдана отырып Жерге қайтару үшін гиперголикалық отынмен жұмыс істейтін қозғалтқыш күші жеткілікті болды. Бұл Сатурн V-тен әлдеқайда үлкен бір ұшыру құралын қажет етті, немесе оны Айға жібермес бұрын Жер орбитасында құрастыру үшін бірнеше Сатурн V ұшыруларын қажет етті. Бастапқыда тікелей ұшу траекториясы Ай орбитасында кездесумен ауыстырылды, CSM Айға экскурсиялық модульмен (LM) толықтырылды, осы модуль екі ғарышкерді Ай бетіне жеткізді. Бұл ғарыш кемесінің жалпы массасын азайтты, миссияны бір Сатурн V арқылы іске қосуға мүмкіндік берді. Дизайн бойынша маңызды жұмыстар басталғандықтан, қолданыстағы жоба I блок ретінде жалғастырылды, ал LEM-мен кездесуге қабілетті II блок нұсқасы параллельді түрде әзірленді. II блокқа соқпақ пен зерттеу құралын қосудан басқа, I блоктан алынған тәжірибелерге негізделген жабдықтарды жақсартулар енгізілді. I блок ұшқышсыз сынақ ұшулары мен Жер орбитасындағы шектеулі экипажды ұшулар үшін пайдаланылды. Қызметтік қозғалтқыш енді қажетті өлшемнен үлкен болғанымен, оның дизайны өзгертілмеді, өйткені маңызды даму жұмыстары жүргізіліп жатты; алайда, жанармай бактерілерінің көлемі модификацияланған жанармай талаптарын көрсету үшін сәл азайтылды. Ғарышкерлердің пікірінше, II блок CM, Гас Гриссомның Меркурий-Редстоун 4 рейсінде болғандай, кездейсоқ люктің ашылуын болдырмау үшін таңдалған екі бөліктен тұратын есік люгін бір бөліктен тұратын, сыртқа қарай ашылатын люкпен алмастыратын болды, бұл миссия соңында шығуды жеңілдетті. Меркурий-Жеміс практикасы ұшыру алдында таза оттегі атмосферасын пайдалану, бітетін есік дизайнымен үйлесімде апатқа әкелді. 1967 жылдың 27 қаңтарында, ақпан айында алғашқы экипажбен ұшыруға дайындық кезінде, Аполлон 1 ұшағының барлық экипажы – Гриссом, Эдвард Х. Уайт және Роджер Чаффи – кабинаны жарып өткен өрттен қаза тапты. Бітетін есік ғарышкерлердің қашып кетуіне немесе өлім алдында алып кетуіне мүмкіндік бермеді. Тергеу көрсеткендей, өрт ықтимал, сымның тозуынан туған ұшқыннан басталып, кабинада болмауы тиіс жанғыш материалдармен қоректенді. Экипажды ұшу бағдарламасы II блок ғарыш кемесіне таза оттегі атмосферасын азот/оттегі қоспасы сияқты ауамен ауыстыру, кабинадан және ғарышкерлердің ғарыш костюмдерінен жанғыш материалдарды жою және барлық электр сымдарын және коррозиялық салқындатқыш желілерін герметикалық жабу үшін жобалау өзгерістері енгізілгенге дейін кейінге шегерілді. II блок ғарыш кемесінің толық отынмен салмағы және төрт Жер және Ай орбиталық сынақ ұшуларында, сондай-ақ жеті экипажды Айға қону миссияларында пайдаланылды. Ғарыш кемесінің модификацияланған нұсқасы үш экипажды Skylab ғарыш станциясына және советтік Союз ғарыш кемесімен теңізге қонған Apollo-Soyuz сынақ жобасына жеткізу үшін де қолданылды. Аполлон ғарыш кемесі 1974 жылдан кейін пайдаланудан шығарылды.

The Apollo spacecraft was first conceived in 1960 as a three man craft to follow Project Mercury, to accomplish several types of mission: ferrying astronauts to an Earth orbiting space station, circumlunar flight, or a Moon landing. NASA solicited feasibility study designs from several companies in 1960 and 1961, while Faget and the Space Task Group worked on their own design using a conical/blunt body capsule (Command Module) supported by a cylindrical Service Module providing electrical power and propulsion. NASA reviewed the entrants' designs in May 1961, but when President John F. Kennedy proposed a national effort to land a man on the Moon during the 1960s, NASA decided to reject the feasibility studies and proceed with Faget's design, focused on the lunar landing mission. The contract to build Apollo was awarded to North American Aviation. The main Apollo spacecraft was built in two segments: a Command Module (CM) and a Service Module (SM). The CM was in diameter and high, with a mass of at launch. The Service Module was 13 feet (4 m) long, with a total Command/Service Module (CSM) vehicle length of 36 feet (11 m) including the engine bell. The hypergolic propellant service propulsion engine was sized at to lift the CSM off the lunar surface and send it back to Earth using a direct ascent mission profile. This required a single launch vehicle much larger than the Saturn V, or else multiple Saturn V launches to assemble it in Earth orbit before sending it to the Moon. Early on, the direct ascent mission profile was replaced with lunar orbit rendezvous, augmenting the CSM with the Lunar Excursion Module (LM) to ferry two astronauts to the lunar surface. This reduced the net spacecraft mass, allowing the mission to be launched with a single Saturn V. Since significant development work had started on the design, it was decided to continue with the existing design as Block I, while a Block II version capable of rendezvous with the LEM would be developed in parallel. Besides addition of a docking tunnel and probe, Block II would employ equipment improvements based on lessons learned from the Block I design. Block I would be used for uncrewed test flights and a limited number of Earth orbit crewed flights. Though the service propulsion engine was now bigger than required, its design was not changed since significant development was already in progress; however, the propellant tanks were downsized slightly to reflect the modified fuel requirement. Based on astronaut preference, the Block II CM would replace the two piece plug door hatch cover, chosen to avoid an accidental hatch opening such as had happened on Gus Grissom's Mercury Redstone 4 flight, with a one piece, outward opening hatch to make egress easier at the end of the mission. The Mercury Gemini practice of using a prelaunch atmosphere of pure oxygen proved to be disastrous in combination with the plug door hatch design. While participating in a pre launch test on the pad on January 27, 1967, in preparation for the first crewed launch in February, the entire crew of Apollo 1—Grissom, Edward H. White, and Roger Chaffee—were killed in a fire that swept through the cabin. The plug door made it impossible for the astronauts to escape or be removed before their deaths. An investigation revealed the fire was probably started by a spark from a frayed wire, and fed by combustible materials that should not have been in the cabin. The crewed flight program was delayed while design changes were made to the Block II spacecraft to replace the pure oxygen pre launch atmosphere with an air like nitrogen/oxygen mixture, eliminate combustible materials from the cabin and the astronauts' space suits, and seal all electrical wiring and corrosive coolant lines. The Block II spacecraft weighed fully fueled, and was used in four crewed Earth and lunar orbital test flights, and seven crewed lunar landing missions. A modified version of the spacecraft was also used to ferry three crews to the Skylab space station, and the Apollo Soyuz Test Project mission which docked with a Soviet Soyuz spacecraft. The Apollo spacecraft was retired after 1974.

Союз

1963 жылы Королев алғаш рет үш адамдық "Союз" ғарыш кемесін Жер орбитасында жинау арқылы Айды зерттеу миссиясын жүзеге асыру үшін ұсынды. Совет премьер-министрі Никита Хрущев оны "Союз" әзірлеуді кейінге қалдырып, "Восход" бағдарламасымен айналысуға мәжбүр етті, бірақ кейіннен "Союзды" ғарыш станциялары мен Айды зерттеу миссиялары үшін дамытуға рұқсат берді. Ол миссияның тұру кеңістігінің көп бөлігін қамтитын, мұрын бөлігіне қоса берілген орбиталық экипаж модулі бар, кішкентай, жеңіл, қоңырау пішіндес қайта кіру капсуласын пайдаланды. Қызметтік модуль қуатты қамтамасыз ету үшін екі күн батареясын қолданды және итергіш жүйе қозғалтқышын қамтиды. Жер орбитасы үшін жасалған 7K OK моделінің қайта кіру модулінің диаметрі және ұзындығы болды, ал ішкі көлемі құрады. Сфералық орбиталық модульдің диаметрі және ұзындығы болды, сондай-ақ доктандыру зонды және ішкі көлемі құрады. Ғарыш кемесінің жалпы массасы құрады. Королевтің қазасынан кейін 1967 жылдан 1971 жылға дейін осы кемелердің он данасы ұшқан. Бірінші (Союз-1) және соңғы (Союз-11) ғарыштағы алғашқы қаза болды. Королев Ай миссиясы үшін 7K LOK модификациясын жасады, бірақ ол ешқашан экипажбен ұшқан жоқ. Ресейліктер "Союзды" дамытуды және ұшыруды бүгінгі күнге дейін жалғастыруда.

Шэньчжоу

Ғарыш капсулалары ғарышта ғылыми зерттеулер мен тәжірибелер жүргізу үшін де қолданылды. Мысалы, Қытайдың «Шэньчжоу» ғарыш кемесі тіршілік ғылымдары, материалдар ғылымы, сұйық динамикасы және ғарыш ортасын мониторингтеу салаларында тәжірибелер жүргізді. Қытай Халық Республикасы (ҚХР) «Шэньчжоу» ғарыш кемесін 1990-шы жылдары «Союз» ғарыш кемесімен ұқсас тұжырымдамаға (орбиталық, қайта кіру және қызмет көрсету модульдері) негізделген күйде жасады. Оның алғашқы адамсыз сынақ ұшуы 1999 жылы, ал 2003 жылғы қазан айындағы алғашқы адамды ұшуы Яң Ливэйді 14 Жер орбитасы бойынша жеткізді.

Аждаһа 2

SpaceX Dragon 2 капсуласы алғаш рет 30 мамыр 2020 жылы NASA-ның Demo 2 миссиясы аясында Халықаралық ғарыш станциясына экипажбен ұшырылды. Бұл капсула бастапқыда NASA Commercial Resupply Services келісім-шарты үшін пайдаланылған SpaceX-тің экипажы жоқ Dragon капсуласының жетілдірілген нұсқасы ретінде жоспарланған болатын. Алайда, адамдарды ғарышқа ұшудың қажеттіліктері салдарынан, көлік құралы күрт қайта жобаланды және бұрынғы нұсқамен салыстырғанда ортақ бөліктері азайып қалды. Dragon капсуласы қайта пайдалану үшін жасалған. Шындығында, SpaceX бірнеше рет бірдей Dragon капсуласын Халықаралық ғарыш станциясына ұшырды, ал алғашқы сәтті қайта пайдалану 2017 жылдың маусым айында болды.

Жаңа Шепард экипаждық капсуласы

Blue Origin компаниясы әзірлеген алты орындық New Shepard экипаждық капсуласы – адамдардың қатысуымен жүргізілетін зерттеулер мен ғарыш туризмі үшін арналған суборбитальдық экипажды ғарыш кемесі. Капсула адамсыз да ұша алады, оның ішінде көптеген жүктер мен тәжірибелерді тасымалдауға болады.