Космические капсулы: история, конструкция и современные разработки.

Введение

Тип космического корабля

Космическая капсула – это космический корабль, предназначенный для транспортировки грузов, научных экспериментов и/или астронавтов в космос и обратно. Капсулы отличаются от других космических аппаратов способностью выдерживать повторный вход в атмосферу и возвращать полезную нагрузку на поверхность Земли с орбиты или суборбиты, а также отличаются от других типов возвращаемых космических аппаратов обтекаемой формой, отсутствием крыльев и, как правило, небольшим запасом топлива, достаточным только для безопасного возвращения. Пилотируемые космические корабли на базе капсул, такие как "Союз" или "Орион", часто оснащаются сервисным или адаптерным модулем, а иногда и дополнительным модулем для длительных космических операций. Капсулы составляют большинство проектов пилотируемых космических аппаратов, хотя один пилотируемый космический самолет – "Спейс Шаттл" – совершал полеты на орбите. К текущим примерам пилотируемых космических капсул относятся "Союз", "Шэньчжоу" и "Dragon 2". Примеры новых разрабатываемых пилотируемых капсул включают Orion (NASA), Starliner (Boeing), "Орел" (Россия), Gaganyaan (Индия) и Mengzhou (Китай). Исторические примеры пилотируемых капсул включают "Восток", "Меркурий", "Восход", "Джемини" и "Аполлон", а действующие программы включают запуски New Shepard. Пилотируемая космическая капсула должна обеспечивать поддержание жизни в часто сложных тепловых и радиационных условиях космического вакуума. Она может быть одноразовой (как "Союз") или многоразовой (как Crew Dragon).

Восток

"Восток" был первой советской космической капсулой с экипажем. Первым пилотируемым космическим полётом стал "Восток-1", осуществлённый 12 апреля 1961 года космонавтом Юрием Гагариным. Капсула изначально проектировалась как платформа для аппаратуры первой советской программы разведывательных спутников "Зенит", а также как пилотируемый космический корабль. Этот двойной функционал был решающим для получения поддержки Коммунистической партии программы. Конструкция включала сферический спускаемый модуль и биконический модуль спуска, содержащий двигатели управления ориентацией, запасы для полёта и тормозную ракету для завершения орбиты. Базовая конструкция оставалась в эксплуатации около 40 лет, постепенно адаптируясь для различных беспилотных спутников. Это была одноместная капсула длиной 4,4 метра и диаметром 2,4 метра, весом 4,73 тонны при старте. Спускаемый модуль был полностью покрыт абляционным теплозащитным материалом. Капсула оснащалась носовым обтекателем для снижения аэродинамического сопротивления при старте, а внутренняя кабина имела цилиндрическую форму диаметром примерно, ориентированную почти перпендикулярно продольной оси капсулы. Космонавт располагался на катапультируемом кресле с отдельным парашютом для аварийного покидания при старте и для посадки в штатном режиме полёта. Капсула имела собственный парашют для приземления. Хотя официальные источники утверждали, что Гагарин приземлился внутри капсулы – требование для признания полёта первым пилотируемым согласно правилам Международной авиационной федерации (FAI), позже выяснилось, что все космонавты "Восток" катапультировались и приземлялись отдельно от капсулы. Капсула обслуживалась расположенным в задней части коническим приборно-агрегатным отсеком длиной в 15 м, содержащим запасы азота и кислорода, аккумуляторы, топливо, двигатели управления ориентацией и тормозную ракету. Он мог обеспечивать полёты продолжительностью до десяти дней. Было успешно выполнено шесть запусков "Восток", последние две пары – одновременно. Самый продолжительный полёт длился чуть менее пяти дней, на "Востоке-5" с 14 по 19 июня 1963 года. Поскольку двигатели управления ориентацией находились в приборном отсеке, который сбрасывался непосредственно перед входом в атмосферу, траекторию и ориентацию спускаемого модуля нельзя было активно контролировать. Это означало, что капсула должна была быть защищена от теплового воздействия при входе в атмосферу со всех сторон, что и определило сферическую форму (в отличие от конической конструкции проекта "Меркурий", которая позволяла получить максимальный объем при минимальном диаметре теплового щита). Во время входа в атмосферу тепло трения настолько велико, что молекулы воздуха вокруг капсулы ионизируются, создавая плазменный слой, блокирующий радиосвязь с Землёй. Однако ионизированные газы в плазменном слое также могут быть использованы для создания искусственного "радиоокна", позволяющего передавать и принимать сигналы связи, несмотря на помехи. Некоторое управление ориентацией капсулы при входе в атмосферу было возможно за счёт смещения её центра тяжести. Правильная ориентация, спиной к направлению полёта, была необходима для наилучшей переносимости перегрузки в 8-9 g, которая также максимизировала выживаемость.

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

Дизайн "Востока" был модифицирован для перевозки многоместных экипажей космонавтов и реализован в двух полетах программы "Восход". Цилиндрическая внутренняя кабина была заменена на более широкую прямоугольную, в которой могли разместиться либо три космонавта, сидящих рядом (Восход-1), либо два космонавта с надувным шлюзом между ними для выхода в открытый космос (Восход-2). В верхней части спускаемого аппарата была добавлена резервная твердотопливная тормозная ракета. Катапультируемое кресло "Востока" было удалено для экономии места (следовательно, не было предусмотрено спасение экипажа в случае аварии при старте или посадке). Полная масса космического корабля "Восход" составляла… Недостаток места означал, что члены экипажа "Восхода-1" не использовали скафандры. Оба члена экипажа "Восхода-2" были в скафандрах, поскольку полет включал выход в открытый космос космонавта Алексея Леонова. Шлюз был необходим, поскольку электрические и системы жизнеобеспечения корабля охлаждались воздухом, а полное стравливание давления в капсуле привело бы к перегреву. Шлюз весил…, имел диаметр…, был высотой… в сложенном состоянии для запуска. В развернутом состоянии на орбите его длина составляла…, внутренний диаметр –…, внешний диаметр –…. Второй член экипажа был в скафандре в качестве предосторожности против случайной разгерметизации спускаемого аппарата. Шлюз сбрасывался после использования. Отсутствие катапультируемых кресел означало, что экипаж "Восхода" возвращался на Землю внутри своего корабля, в отличие от космонавтов "Востока", которые катапультировались и спускались на парашюте отдельно. В связи с этим была разработана новая система посадки, которая добавила небольшой твердотопливный двигатель к стропам парашюта. Он срабатывал при приближении спускаемого аппарата к земле, обеспечивая более мягкую посадку.

Ртуть

Программа "Меркурий" была первой пилотируемой космической программой Соединенных Штатов. Она проходила с 1958 по 1963 год с целью вывести человека на орбиту вокруг Земли и безопасно вернуть его обратно. Для достижения орбиты программа использовала небольшую капсулу, прикрепленную к ракете-носителю. Разработка капсулы "Меркурий" началась активно после того, как НАСА выбрало McDonnell Aircraft Corporation своим подрядчиком в 1959 году. Главным конструктором космического корабля "Меркурий" был Максим Фагет, который начал исследования для пилотируемых космических полетов еще во времена NACA. Длина корабля составляла 3 метра, ширина – 2 метра; с добавленной системой аварийного спасения общая длина достигала 8 метров. Объем жилого отсека был достаточен только для одного члена экипажа. Внутри находилось 120 органов управления: 55 электрических выключателей, 30 предохранителей и 35 механических рычагов. Самый тяжелый корабль, Mercury Atlas 9, весил полностью загруженным. Его внешняя оболочка была изготовлена из никелевого сплава René 41, способного выдерживать высокие температуры. Космический корабль имел коническую форму с узким концом, переходящим в "горловину". Он имел выпуклую основу, на которой располагался теплозащитный экран (пункт 2 на схеме ниже), состоящий из алюминиевого сотового заполнителя, покрытого несколькими слоями стекловолокна. К нему крепился тормозной модуль (1), состоящий из трех ракет, предназначенных для замедления корабля при входе в атмосферу. Между этими ракетами находились три небольшие ракеты для отделения корабля от ракеты-носителя при выходе на орбиту. Крепления, удерживающие модуль, можно было разъединить после завершения его работы. Рядом с теплозащитным экраном располагался герметичный отсек для экипажа (3). Внутри астронавт был пристегнут к формованному сиденью, перед ним располагались приборы, а спиной он был обращен к теплозащитному экрану. Под сиденьем находилась система жизнеобеспечения, подающая кислород и тепло, очищающая воздух от CO2, паров и запахов, а также (во время орбитальных полетов) собирающая мочу. Спасательный отсек (4) на узком конце корабля содержал три парашюта: тормозной парашют для стабилизации при свободном падении и два основных парашюта – основной и запасной. Между теплозащитным экраном и внутренней стенкой отсека экипажа находилась посадочная юбка, которая развертывалась путем опускания теплозащитного экрана перед посадкой. Над спасательным отсеком располагалась антенная секция (5), содержащая как антенны для связи, так и сканеры для ориентации корабля. К ней был прикреплен флап, предназначенный для обеспечения ориентации корабля теплозащитным экраном вперед при входе в атмосферу. Система аварийного спасения (6) была установлена на узком конце корабля и состояла из трех небольших твердотопливных ракет, которые могли быть кратковременно запущены в случае аварии при старте для безопасного отделения капсулы от ракеты-носителя. Это позволяло развернуть парашют капсулы для посадки в море неподалеку. (См. также описание миссии для получения подробной информации.) Космический корабль "Меркурий" не имел бортового компьютера, вместо этого все вычисления для входа в атмосферу выполнялись наземными компьютерами, а результаты (время торможения и угол ориентации) передавались на корабль по радио во время полета. Все компьютерные системы, использовавшиеся в космической программе "Меркурий", размещались в центрах НАСА на Земле. США запустили своего первого астронавта Алана Шепарда на суборбитальный полет почти через месяц после первого пилотируемого орбитального космического полета. Советскому Союзу удалось запустить второй корабль "Восток" в однодневный полет 6 августа, прежде чем США, наконец, вывели на орбиту первого американца, Джона Гленна, 20 февраля 1962 года. Соединенные Штаты запустили в общей сложности два пилотируемых суборбитальных корабля "Меркурий" и четыре пилотируемых орбитальных корабля, причем самый продолжительный полет, Mercury Atlas 9, совершил 22 оборота и длился 32 с половиной часа.

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.

Близнецы

Многие компоненты самой капсулы были доступны через свои собственные маленькие двери. В отличие от "Меркурия", "Джемини" использовал полностью твердотельную электронику, и его модульная конструкция облегчала ремонт. Космический корабль "Джемини" был предшественником программы "Аполлон", целью которой было высадить людей на Луну. Он был разработан для тестирования новых методов орбитальной встречи и стыковки, но также включал улучшения в системах жизнеобеспечения, возвращении космического корабля и других критических областях. Система катапультирования "Джемини" никогда не испытывалась с кабиной "Джемини", находящейся под давлением чистого кислорода, как это было перед запуском. В январе 1967 года трагический пожар на "Аполлоне-1" продемонстрировал, что использование чистого кислорода для создания давления в космическом корабле создавало чрезвычайно опасную пожароопасную ситуацию. В устной истории 1997 года астронавт Томас П. Стаффорд прокомментировал срыв запуска "Джемини-6" в декабре 1965 года, когда он и командир корабля Уолли Ширра чуть не катапультировались: text=Так что, если бы нам пришлось это сделать, мы бы увидели две ракеты, вылетающие вверх, потому что давление было 15 или 16 psi, чистый кислород, и мы пробыли в этой атмосфере полтора часа. Помнишь тот трагический пожар на мысе? Боже мой, если бы тогда вспыхнул огонь, он бы сжёг скафандры. Всё было пропитано кислородом. Так слава Богу. Ещё один момент: НАСА никогда не испытывало систему в тех условиях, которые возникли бы при катапультировании. Они проводили испытания на озере Китай, где была имитация капсулы "Джемини", но её заполняли азотом. В испытаниях на санях кислородом капсулу не наполняли. "Джемини" стал первым пилотируемым космическим кораблём, оснащённым бортовым компьютером – "Gemini Guidance Computer", для облегчения управления и контроля маневров в полёте. Этот компьютер, иногда называемый бортовым компьютером космического корабля "Джемини" (OBC), был очень похож на цифровой компьютер ракеты-носителя "Сатурн". Объём оперативной памяти "Gemini Guidance Computer" составлял 4096 адресов, каждый из которых содержал 39-битное слово, состоящее из трёх 13-битных "слогов". Все числовые данные представляли собой 26-битные целые числа с дополнительным кодом (иногда использовавшиеся как числа с фиксированной точкой), которые хранились либо в первых двух слогах слова, либо в аккумуляторе. Инструкции (всегда с 4-битным кодом операции и 9-битным операндом) могли располагаться в любом слоге.

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

Космический корабль "Аполлон" был впервые задуман в 1960 году как трехместный корабль, призванный продолжить программу "Меркурий" и выполнять различные типы миссий: доставку астронавтов на околоземную орбитальную станцию, облет Луны или посадку на Луну. В 1960 и 1961 годах NASA запросила проекты технико-экономических обоснований у нескольких компаний, в то время как Фаже и Группа оперативной работы по космическим полетам работали над собственным проектом, использующим коническую/тупоконечную капсулу (командный модуль), поддерживаемую цилиндрическим сервисным модулем, обеспечивающим электроэнергию и двигательную установку. В мае 1961 года NASA рассмотрела представленные проекты, но когда президент Джон Ф. Кеннеди предложил национальную программу по высадке человека на Луну в 1960-х годах, NASA приняла решение отклонить исследования целесообразности и продолжить разработку проекта Фаже, ориентированного на лунную посадочную миссию. Контракт на строительство "Аполлона" был заключен с North American Aviation. Основной космический корабль "Аполлон" строился из двух сегментов: командного модуля (КМ) и сервисного модуля (СМ). Диаметр КМ составлял , высота – , а масса при запуске – . Сервисный модуль имел длину 4 м, а общая длина корабля "Аполлон" (КМ/СМ) составляла 11 м, включая сопло двигателя. Тяга двигательной установки, работающей на гиперголических компонентах топлива, была рассчитана на подъем КМ/СМ с лунной поверхности и отправку обратно на Землю по схеме прямого восхождения. Для этого требовалась одна ракета-носитель, значительно большая, чем Saturn V, или несколько запусков Saturn V для сборки на околоземной орбите перед отправкой на Луну. Вскоре схему прямого восхождения заменили схемой лунной орбитальной встречи, дополнив КМ/СМ лунным посадочным модулем (ЛМ) для доставки двух астронавтов на лунную поверхность. Это уменьшило общую массу космического корабля, позволив запустить миссию с помощью одной ракеты Saturn V. Поскольку значительная работа по разработке уже была начата, было решено продолжить существующую конструкцию как Block I, а параллельно разрабатывать Block II, способный к стыковке с ЛМ. Помимо добавления стыковочного узла и зонда, Block II включал в себя усовершенствования оборудования, основанные на опыте, полученном при разработке Block I. Block I использовался для беспилотных испытательных полетов и ограниченного числа пилотируемых полетов на околоземную орбиту. Хотя двигательная установка теперь была больше необходимой, ее конструкция не была изменена, поскольку значительная часть разработки уже была завершена; однако топливные баки были немного уменьшены, чтобы соответствовать измененным требованиям к топливу. По предпочтению астронавтов, Block II КМ заменил двухстворчатый люк, выбранный для предотвращения случайного открытия люка, как это произошло во время полета Mercury Redstone 4 Гюса Гриссома, на одностворчатый люк, открывающийся наружу, чтобы облегчить выход в конце миссии. Практика использования в программах "Меркурий" и "Джемини" предварительной атмосферы чистого кислорода оказалась катастрофической в сочетании с конструкцией двухстворчатого люка. 27 января 1967 года, участвуя в предпусковых испытаниях на стартовой площадке в рамках подготовки к первому пилотируемому запуску в феврале, весь экипаж "Аполлона-1" – Гриссом, Эдвард Уайт и Роджер Чаффи – погиб в пожаре, охватившем кабину. Двухстворчатый люк не позволил астронавтам покинуть корабль или быть извлеченными до их смерти. Расследование показало, что пожар, вероятно, был вызван искрой от поврежденного провода и поддерживался горючими материалами, которые не должны были находиться в кабине. Пилотируемая программа была отложена, пока в конструкцию Block II не были внесены изменения: замена атмосферы чистого кислорода перед запуском на смесь азота и кислорода, удаление горючих материалов из кабины и скафандров астронавтов, а также герметизация всей электропроводки и коррозионно-активных трубопроводов системы охлаждения. Полностью заправленный космический корабль Block II весил и использовался в четырех пилотируемых испытательных полетах на околоземную и лунную орбиты, а также в семи пилотируемых лунных посадочных миссиях. Модифицированная версия корабля также использовалась для доставки трех экипажей на космическую станцию Skylab и в рамках миссии Apollo Soyuz Test Project, которая состыковалась с советским космическим кораблем "Союз". Космический корабль "Аполлон" был выведен из эксплуатации после 1974 года.

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

В 1963 году Королев впервые предложил трехместный космический корабль "Союз" для использования при сборке лунной экспедиции на околоземной орбите. Премьер-министр СССР Никита Хрущев оказывал на него давление, чтобы он отложил разработку "Союза" и сосредоточился на "Восходе", а позже разрешил возобновить разработку "Союза" для миссий к космическим станциям и Луне. Он использовал небольшую, легкую капсулу колоколообразной формы для спуска, к носовой части которой прикреплялся орбитальный модуль экипажа, содержащий основную жилую часть корабля. Сервисный модуль был оснащен двумя панелями электрических солнечных батарей для выработки энергии и двигательной установкой. Модель 7K OK, предназначенная для околоземной орбиты, имела спускаемый аппарат диаметром и длиной, с внутренним объемом в . Сферический орбитальный модуль имел диаметр и длину, был оснащен стыковочным узлом и имел внутренний объем в . Общая масса корабля составляла . После смерти Королева десять таких кораблей совершили пилотируемые полеты с 1967 по 1971 год. Первый ("Союз-1") и последний ("Союз-11") полеты закончились первыми гибелями космонавтов в космосе. Королев разработал вариант 7K LOK для лунной миссии, но он так и не был испытан в пилотируемом полете. Россияне продолжают разрабатывать и использовать "Союз" и по сей день.

Шэньчжоу

Космические капсулы также использовались для научных исследований и экспериментов в космосе. Например, китайский космический корабль "Шэньчжоу" проводил эксперименты в области биологии, материаловедения, динамики жидкостей и мониторинга космической среды. КНР разработала свой космический корабль "Шэньчжоу" в 1990-х годах, основываясь на той же концепции (орбитальный, спускаемый и сервисный модули), что и "Союз". Его первый беспилотный испытательный полет состоялся в 1999 году, а первый пилотируемый полет в октябре 2003 года совершил Ян Ливэй, выполнив 14 оборотов вокруг Земли.

Дракон 2

Капсула SpaceX Dragon 2 с семью местами впервые доставила экипаж на Международную космическую станцию 30 мая 2020 года в рамках миссии Demo 2 для NASA. Изначально планировавшаяся как развитие беспилотной капсулы Dragon SpaceX, использовавшейся по контракту NASA Commercial Resupply Services, она, в силу требований пилотируемых космических полетов, претерпела значительную переработку с минимальным количеством общих элементов. Капсула Dragon была разработана как многоразовая. Фактически, SpaceX несколько раз отправляла одну и ту же капсулу Dragon на Международную космическую станцию, а первое успешное повторное использование состоялось в июне 2017 года.

Новая капсула экипажа Шепарда

Шестиместная капсула New Shepard, разработанная Blue Origin, – это суборбитальный пилотируемый космический аппарат, предназначенный для научных исследований с участием человека и космического туризма. Капсула также может совершать беспилотные полеты, перевозя большее количество полезных нагрузок и экспериментов.