Skip to content
 

Каким быть космическому кораблю XXI века? ч. 4.2

Предыдущая статья серии

Первая статья серии

Как было сказано в первой части статьи, в финальном, воплощённом в металле варианте МТКК «Спейс шаттл» не все элементы системы рассчитывались на многократное применение, не все возвращаемые части совершали горизонтальную посадку, а пилотируемой осталась только орбитальная ступень. Здесь мы вкратце расскажем, что собой представляют эти элементы, какие резоны привели к тому, что они стали такими, какими стали (в той части, о которой не говорили раньше), чем они начинены и как работают в процессе полёта.

Статья 4. «Спейс шаттл» как достижение технической мысли. Часть 2

Составные части и бортовые системы

Итак, стартовую ступень системы составили два беспилотных ускорителя. По габаритам и энергетическим параметрам это были, фактически, две очень большие ракеты; от полноценных носителей их отличала минимизированная по функциям система управления полётом, ограниченное число исполнительных органов и, конечно, узкое целевое назначение. Другим отличием ускорителей от эксплуатировавшихся космических ракет стала возможность их спасения и повторного использования.

ТТРБ

Ускорители решено было делать твердотопливными – они по конструкции проще аналогичных блоков с ЖРД, и американские ракетчики к тому времени уже имели вполне достаточный и вполне успешный опыт разработки, серийного строительства и эксплуатации больших твердотопливных ракет – уже стояли в шахтах 1000 «Минитменов», а флот готовился сменить «Поларисы» на «Посейдоны». (Всё это боевые трёхступенчатые ракеты, все ступени которых снабжались РДТТ – ракетными двигателями на твёрдом топливе. И, хотя масса самых больших из них была в двадцать раз меньше, чем весят на старте ускорители шаттла, это, конечно, был очень основательный технический задел).

Твердотопливные ускорители, надёжность которых принимали близкой к единице, рассчитывались таким образом, чтобы их тяги и времени работы хватило для достижения высоты и скорости, необходимых для спасения корабля в аварийной ситуации на начальном участке выведения – в частности, в случае отказа основных двигателей системы. Кроме всего прочего, ориентация на РДТТ позволяла сравнительно просто модифицировать ускорители в том случае, если бы разрабатывавшийся для орбитальной ступени новый маршевый ЖРД не показал на испытаниях требуемой тяги.

Коротко – технические характеристики твердотопливных ускорителей (ТТУ) системы «Спейс шаттл»: длина 45,5 м. диаметр 3,7 м, тяга двигателя на уровне моря 1202 т, стартовая масса около 600 т, вес конструкции без топлива 78 т. Для управления используется принцип отклонения вектора тяги основного РДТТ; для отделения от второй ступени в верхней и нижней частях ускорителя установлены по четыре твердотопливных двигателя тягой около 10 т каждый. Топливный заряд основного двигателя спрофилирован таким образом, что его тяга меняется по определённому закону по мере движения по траектории полёта.

ВТБ

В отличие от «двухсамолётной» схемы 1970 года, в реальной системе основная масса горючего вынесена из корпуса орбитера во внешний топливный бак (ВТБ) – вместе они составляют вторую ступень. Посмотрите, каков этот бак, и попробуйте представить себе, как должен был бы выглядеть орбитер, если бы он нёс всё топливо внутри своего фюзеляжа! Нельзя сказать, что принятое решение было неожиданным или революционным; однако, думается, именно оно сделало всю систему принципиально реализуемой.

ВТБ – самый «громоздкий» элемент системы. Он имеет длину 47 м, диаметр 8,38 м, весит в незаправленном состоянии 33,5 т. Строго говоря, это не бак, а два бака в общем корпусе – для жидкого кислорода (в передней части) и жидкого водорода (в задней). Баки содержат 604 т кислорода и 101,6 т водорода, и в сумме всё это весит на стартовом столе порядка 743 т. Конечно, это не просто очень большая высокотехнологичная бочка. ВТБ – сложная конструкция, содержащая расходные, заправочные и дренажные трубопроводы компонентов топлива с их клапанами и автоматикой, линии наддува с арматурой и датчиками, приборы контроля уровня, кабельную сеть… И всё это на большей части внешней поверхности покрыто специальной теплоизоляцией из напылённого пеноматериала.

Понятно, что ВТБ – отнюдь не дешёвый агрегат. Тем не менее, ускорители используются многократно, а вот криогенный бак – не спасается. Это легко объяснить.

ТТУ отделяются на 125-й секунде полёта, на высоте примерно 50 км и при скорости 1390 м/с. То есть их максимальная скорость соответствует примерно числу М = 4 – это не очень много. С другой стороны, твердотопливная ракета, каковой по сути является ускоритель, сама по себе должна иметь прочную конструкцию. Два эти обстоятельства обусловливают отсутствие необходимости предпринимать сколь-нибудь значительные дополнительные меры для обеспечения возвращения ТТУ. Спуск в океан – сначала баллистическое падение, затем на стропах парашютной системы – исключает необходимость установки аппаратуры управления снижением.

Другое дело – ВТБ. Он работает до 480-й секунды полёта – почти до самой орбиты (ТТУ в это время уже успевают приводниться). На этой секунде производится отсечка основных двигателей, и довыведение орбитера проходит с помощью двигателей орбитального маневрирования за счёт бортовых запасов топлива.

Так что бак по выполнении своего долга оказывается на высоте 109 км и имеет скорость, близкую к орбитальной. Чтобы спустить его невредимым на землю, даже наиболее простым парашютным способом, нужно предварительно, до введения парашютов, и высоту уменьшить до плотных слоёв, и скорость погасить – довести от километров в секунду хотя бы до сотен метров в секунду. Для этого нужно очень многое.

Нужно крыло для создания подъёмной силы, которая затормозит падение; или бак должен иметь форму несущего корпуса.

Нужна система управления, так как при спуске необходимо очень точно выдерживать угловое положение относительно вектора скорости. Чуть-чуть повернись боком к потоку – и он сомнёт, закувыркает, сломает… Чуть-чуть не так задери или опусти нос – и выйдешь из тонкой «трубки» допустимых траекторий снижения, получишь нерасчётные значения механических и тепловых нагрузок – разрушишься. А где система управления – там бортовые источники питания, система обеспечения тепловых режимов, телеметрия, дополнительный наземный контроль и много чего ещё.

Нужна мощная теплозащита, ибо при самых оптимальных траекториях температуры кое-где всё равно зайду за тысячу градусов.

Нужна совсем другая прочность, чем в случае одноразовой конструкции. Ведь бак – это оболочка, а оболочки отлично работают на растяжение и почти никак – на сжатие. Потому что при сжатии тонкие оболочки легко теряют форму – этот называется недостатком жёсткости. Представьте себе два футбольных мяча, надутый и ненадутый, и мысленно попробуйте их сжать… Поэтому монгольфьеры можно делать из шёлка, а подводные лодки имеют толстенный каркас и обшивку из прочнейшей стали толщиной в несколько сантиметров. На участке выведения загрузка компонентами топлива и наддув сообщают конструкции бака необходимую жёсткость; к тому же на этом участка самые плотные слои атмосферы проходятся с наименьшей скоростью – аппарат только разгоняется. А при спуске как раз в этих слоях и начинается настоящее торможение…

Из всего этого получается усложнение конструкции, рост массы, увеличение сроков создания, принципиально другая стоимость разработки, испытаний и производства, технический риск. Опять похоже, что многоразовый бак, прогрессивный с точки зрения идеологии, сделал бы невозможным практическое воплощение системы.

Орбитальная ступень. По аэродинамической схеме – моноплан-бесхвостка с низкорасположенным дельтавидным крылом с двойной стреловидностью передней кромки и с вертикальным оперением обычной схемы. Для управления в атмосфере используются двухсекционный руль направления на киле (здесь же воздушный тормоз), элевоны на задней кромке крыла и балансировочный щиток под хвостовой частью фюзеляжа. Шасси убирающееся, трёхстоечное, с носовым колесом.

Длина орбитера 37,24 м, размах крыла 23,79 м, высота 17,27 м. «Сухой» вес аппарата около 68 т, взлётный – от 85 до 114 т (в зависимости от задачи и полезной нагрузки), посадочный с возвращаемым грузом на борту – 84,26 т.

Важнейшей особенностью конструкции планера является его теплозащита. В самых теплонапряженных местах (расчётная температура до 1430° С) применен многослойный углерод-углеродный композит. Таких мест немного, это в основном носок фюзеляжа и передняя кромка крыла. Нижняя поверхность всего аппарата (разогрев от 650 до 1260° С) покрыта плитками из материала на основе кварцевого волокна. Верхняя и боковые поверхности частично защищаются плитками низкотемпературной изоляции – там, где температура составляет 315-650° С; в остальных местах, где температура не превышает 370° С, используется войлочный материал, покрытый силиконовой резиной. Общий вес теплозащиты всех четырёх типов составляет 7164 кг.

Орбитальная ступень имеет двухпалубную кабину для семи астронавтов. В случае расширенной программы полёта или при выполнении спасательных операций на борту орбитера может находиться до десяти человек. В кабине – органы управления полётом, рабочие и спальные места, кухня, кладовая, санитарный отсек, шлюзовая камера, посты управления операциями и полезной нагрузкой, другое оборудование. Общий герметизированный объём кабины – 75 м3, система жизнеобеспечения поддерживает в нем давление 760 мм рт. ст. и температуру в диапазоне 18,3 – 26,6° С. Эта система выполнена в открытом варианте, то есть без использования регенерации воздуха и воды. Такой выбор обусловлен тем, что продолжительность полётов шаттла была задана в семь суток, с возможностью её доведения до 30 суток при использовании дополнительных средств. При такой незначительной автономности установка аппаратуры регенерации означала бы неоправданное увеличение веса, потребляемой мощности и сложности бортового оборудования.

Запаса сжатых газов хватает на восстановления нормальной атмосферы в кабине в случае одной полной разгерметизации или на поддержание в ней давления 42,5 мм рт. ст. в течение 165 минут при образовании небольшого отверстия в корпусе вскоре после старта.

Грузовой отсек размерами 18,3 × 4,6 м и объемом 339,8 м3 снабжен «трёхколенным» манипулятором длиной 15,3 м. При открытии створок отсека вместе с ними поворачиваются в рабочее положение радиаторы системы охлаждения. Отражательная способность панелей радиаторов такова, что они остаются холодными, даже когда на них светит Солнце.

null

Основная двигательная установка шаттла – три однокамерных кислородно-водородных ЖРД SSME с номинальной тягой 167,8 т на уровне моря и 213,1 т в пустоте. Для тех, кому интересно, поясним, откуда берется это различие значений тяги.

Сгорая, компоненты топлива создают высокое давление в ограниченном объёме камеры сгорания (у SSME это давление составляет 21 мегапаскаль, или примерно 207 атмосфер). Это – начало процесса. Для того, чтобы получить тягу, надо, чтобы давление продуктов сгорания превратилось в скорость их истечения. Что и происходит в сопле – газы расширяются, их скорость растёт, а давление падает. Расширение продолжается столько, сколько «длится» сопло – это в пустоте. А на поверхности земли оно заканчивается тогда, когда давление расширившихся газов снизится до атмосферного. Фактически это означает, что у двигателей, начинающих работу на земле, процесс преобразования давления в скорость истечения заканчивается раньше, чем газы достигают выходного сечения сопла. Потом, по мере набора высоты, атмосферное давление уменьшается, и зона прекращения расширения смещается к выходному срезу сопла. Финальная скорость истечения растёт, а с ней растет и тяга. Поэтому в пустоте она всегда выше, чем у земной поверхности.

SSME – не самый мощный ЖРД в мире, но он очень хорош. На момент его создания, и ещё долгое время после, достигнутые в нём значения давления в камере сгорания и удельного импульса (363,2 с у земли и 455,2 с в вакууме) были самыми высокими в НАСА. Для сравнения: кислородно-керосиновый четырёхкамерный двигатель РД-107 первой ступени РН семейства «Восток» – «Союз» имеет тягу в пустоте 102 т (на все четыре камеры), удельный импульс 314 с и давление в камере сгорания 60 атмосфер. Конечно, это не означает, что РД-107 – плоховатая машина; не следует забывать, что он создан лет на 15 раньше, чем SSME, и ничего подобного у Америки тогда не было.

При таких высоких энергетических параметрах двигатель шаттла является ещё и многоразовым. По расчётам, он должен выдерживать 55 включений, его общий ресурс работы составляет 7,5 часа, а максимальное время одного включения равно 825 с.

Высокие характеристики двигательной установки достигнуты ценой значительной сложности её конструкции. Так, в отличие от подавляющего большинства работающих в мире ЖРД, в её схеме предусмотрено по два турбонасосных агрегата в магистрали каждого из компонентов топлива – низконапорный и основной. (Турбонасосный агрегат служит для закачки компонента в камеру сгорания и должен создать требуемое давление компонента при заданном секундном расходе). Непростая схема движения компонентов через агрегаты двигателя и выверенные их соотношения на каждом этапе этого движения позволили достичь КПД, близкого к 98%.

Тягой двигателя можно управлять в диапазоне от 50 до 109% от номинального значения, уровень тяги и другие параметры контролируются дублированной электронной системой, она же может отключить двигатель в случае опасности развития аварийной ситуации.

Маршевые двигатели являются основным исполнительным органом системы управления кораблём в течение всего времени их работы. Для этого они установлены в шарнирных подвесах и могут отклоняться на ±11° по тангажу и ±9° по рысканью и крену. Весит каждый из двигателей всего 3000 кг. Сложности с их разработкой и доводкой привели к почти двухлетнему отставанию от первоначального графика строительства и испытаний системы «Спейс шаттл».

Кроме маршевых, орбитер располагает ещё двумя группами двигателей.

В обтекателях на хвостовой части установлены два двигателя системы орбитального маневрирования тягой по 2700 кг. Их «ответственность» – довыведение на орбиту после отсечки основных двигателей, достижение круговой опорной орбиты, межорбитальные переходы, манёвры сближения, выдача тормозного импульса для возвращения на Землю. Кроме того, они могут использоваться в режимах аварийного спуска. Они тоже установлены в кардановых подвесах и имеют электромеханические приводы для управления вектором тяги.

Три комплекта двигателей малой тяги – один в носовой части, два в хвосте – составляют систему ориентации и стабилизации, то есть изменения и поддержания углового положения корабля. Всего в составе комплектов 38 двигателей двух типов: основных тягой по 390 кг и верньерных тягой по 11 кг. Система обеспечивает как повороты корабля вокруг трёх осей, так и линейные перемещения вдоль каждой из них. Она участвует в управлении аппаратом на всех участках полёта, когда высота превышает 21 км.

Компоненты топлива для этих двух систем – высококипящие (то есть долгохранимые): горючее – монометилгидразин, окислитель – четырёхокись азота. Естественно, их запас хранится в баках на борту корабля.

Основой системы навигации, наведения и управления являются четыре бортовых цифровых вычислительных машины (БЦВМ), подобных тем, что установлены на бомбардировщике В-52 последних модификаций (во всяком случае, так было в момент сдачи системы в эксплуатацию). Особенностью требований к вычислительной системе является её «двухотказность» – система должна обеспечить нормальный полёт в случае отказа двух любых своих элементов. Поэтому число БЦВМ и равно четырём, и на наиболее ответственных участках полёта – выведении и спуске с орбиты – они работают синхронно, параллельно обрабатывая одни и те же задачи. Алгоритмы контроля и диагностики сравнивают в каждой из машин результаты своих собственных вычислений с результатами трёх других, что позволяет выделить из всей четвёрки ту, которая «сбоит». После этого машин остается три, и две из них сохраняют способность «разобраться» с третьей в случае её отказа.

В результате система действительно держит два отказа, не попадая в ситуацию неразрешимого конфликта.

Вот эта неотменимая необходимость абсолютно синхронной работы БЦВМ и привела к переносу старта с 10 на 12 апреля 1981 года, о котором мы писали выше – хотя рассогласование составляло всего 40 миллисекунд.

А ещё в составе вычислительного комплекса шаттла есть пятая БЦВМ; изготовлена она не тем производителем, что четыре основных, и программное обеспечение для неё писала другая команда алгоритмистов и программистов. Это сделано на тот случай, если в программах основных БЦВМ окажется серьёзная ошибка, не выявленная при наземных и лётных испытаниях. С такой ошибкой машины «четвёрки» справиться не могут – у них же всё одинаковое! – и тогда управление берёт на себя пятая, независимая БЦВМ.

На менее напряжённых этапах выполнения полётного задания, там, где сбой вычислительной системы не приводит немедленно к фатальным последствиям, машины выходят из схемы четырёхкратного резервирования, и каждая из них может «обсчитывать» отдельную задачу.

Как и полагается, в систему управления входят гироскопические приборы для измерения углов и угловых скоростей, датчики линейных ускорений, радио- и барометрические высотомеры, бортовая аппаратура радионавигационной системы, микроволновая система посадки, датчики воздушных параметров, приёмоответчики управления воздушным движением, разного рода индикаторы в кабине экипажа и органы управления – всё, что положено аппарату, совершающему полёты в двух средах – атмосфере и космическом пространстве. Всё это дублировано или троировано; повышение надёжности обеспечивается также частичным перекрытием выполняемых ими задач – это называется функциональным резервированием.

Электроснабжение обеспечивается тремя кислородно-водородными топливными элементами. Заметьте: на шаттле нет солнечных батарей, всю необходимую энергию он берёт с собой с Земли. Такое решение тоже является следствием относительной непродолжительности «миссий» шаттлов. Запасы компонентов для топливных элементов рассчитаны на 10–14 суток работы, в зависимости от конкретного графика энергопотребления в данном полёте. При установке дополнительных ёмкостей для кислорода и водорода этот срок можно довести до трёх недель. Эта цифра часто встречается в печати как максимальное время нахождения шаттлов в космосе.

Интересно, что вода, образовавшаяся при работе топливных элементов – а это в сумме больше тысячи литров, – может быть использована для любых «человеческих» нужд экипажа корабля.

Что может «Спейс шаттл» и как он летает

Если представить себе систему в собранном виде, летящую горизонтально, мы увидим внешний топливный бак в качестве её центрального элемента, к которому сверху пристыкован орбитер, а по бокам – ускорители. Полная длина системы равна 56,1 м, а высота – 23,34 м. Габаритная ширина определяется размахом крыла орбитальной ступени, то есть составляет 23,79 м. Максимальная стартовая масса – около 2 041 000 кг.

О величине полезного груза столь однозначно говорить нельзя, так как она зависит от параметров целевой орбиты и от точки старта корабля. Приведем три варианта. Система «Спейс шаттл» способна выводить:

– 29 500 кг при пуске на восток с мыса Канаверал (Флорида, восточное побережье) на орбиту высотой 185 км;

– 11 300 кг при пуске из Центра космических полётов им. Кеннеди на орбиту высотой 500 км и наклонением 55×;

– 14 500 кг при пуске с базы ВВС «Ванденберг» (Калифорния, западное побережье) на приполярную орбиту высотой 185 км.

Подготовка к очередному полёту, строго говоря, начинается с ремонта орбитальной ступени и послеполётного обслуживания и заправки выловленных из океана ТТУ. С орбитером работают в монтажно-испытательном корпусе на космодроме, корпуса ускорителей отвозят в штат Юта на фирму-производитель «Тиокол кемикл».

При сборке системы (эта впечатляющая операция производится в корпусе вертикальной сборки) вначале на 2700-тонную подвижную дизель-электрическую, на гусеничном ходу, пусковую платформу ставятся ускорители. Затем между ними монтируют внешний топливный бак. Наконец, при помощи специального стапеля-установщика сверху к баку подводится орбитальная ступень и закрепляется на нём верхним и нижним креплениями с мощными пироболтами (полезная нагрузка уже находится в грузовом отсеке). В результате всё это сооружение в собранном состоянии стоит на платформе на четырёх опорах ускорителей. Наступает время обширного цикла автономных, совместных и комплексных проверок.

В положенное время система в вертикальном положении доставляется к стартовой позиции. Стартовый отсчёт начинается примерно за трое суток до секунды пуска (время Т). В ночь перед стартом начинается заправка ВТБ кислородом и водородом (высококипящие компоненты заправлены ранее). Экипаж занимает места за три с лишним часа до старта, за 9 мин до времени Т выводятся на рабочий режим все системы корабля, а в момент (Т – 5) мин проходит переход «земля-борт» в системе электроснабжения.

Воспламенение топлива в основных двигателях происходит за 6,7 с до Т = 0, а в этот момент включаются стартовые ускорители и производится расстыковка механических связей со стартовым столом. Двигатели обеих ступеней работают одновременно. Шаттл отрывается от земли.

null
null

Следует первый этап подъёма, который характеризуется программным изменением тяги двигательной установки для оптимизации скоростных напоров при прохождении плотных слоёв атмосферы. Через две минуты после старта отделяются ТТУ. Сначала они свободно падают, на высоте 7,6 км выпускается тормозной парашют, а на высоте 4,8 км – основные. Через 463 с после старта для ТТУ всё заканчивается: они приводняются на расстоянии порядка 256 км от точки пуска и ждут своих буксиров.

На 580-й секунде основные ЖРД выключаются, отделяется ВТБ; он никого не ждёт, просто, частично разрушившись в атмосфере, падает в океан. Корабль оказывается на промежуточной орбите с апогеем 298 км и перигеем 93 км. Для довыведения на рабочую круговую орбиту в точке апогея на две минуты включаются двигатели системы орбитального маневрирования.

Начинается работа по программе полёта, и начинается она с того, что экипаж открывает створки грузового отсека, активируя систему охлаждения (мы говорили о ней выше). До этого отвод тепла осуществлялся за счёт испарения воды в бортовых баках. Высота рабочих орбит шаттла – от 185 до 1110 км.

Для возвращения необходимо дождаться момента, когда Земля под кораблем повернётся таким образом, чтобы назначенное место посадки находилось в пределах 800 км от проекции орбиты на земную поверхность. К этому времени орбитер уже развернут хвостом вперёд при помощи двигателей системы ориентации. Примерно за полвитка от места приземления на время порядка пяти минут включаются двигатели системы орбитального маневрирования, скорость уменьшается, начинается сход с орбиты. На высоте 150 км корабль поворачивается в положение для входа в атмосферу – носом вперёд, с большим углом атаки.

На участке гиперзвуковых скоростей снижения главной задачей является гашение скорости, так что на этом этапе управление сводится к выдерживанию заданного углового положения при помощи двигателей ориентации. Далее, в более плотной атмосфере и при меньших скоростях, в дело вступают аэродинамические органы управления. Нос корабля опускается, начинается этап предпосадочного маневрирования; это происходит примерно в 1600 км от места приземления.

В это время аппарат уже может совершать довольно энергичные манёвры – например, делать виражи с хорошим креном или выполнять «змейку» для точного достижения расчётных значений скорости полёта. Первый подход к аэродрому происходит со скоростью, заведомо большей, чем посадочная, поэтому корабль пролетает над полосой и уже за ней окончательно тормозит в крутом спиральном развороте. Здесь обычно заканчивается сверхзвуковой участок полёта.

На дозвуке, при угле атаки 18°, корабль имеет аэродинамическое качество 4,4 – порядка половины того, чем располагают пассажирские реактивные самолёты – его ровесники. В сочетании с большой располагаемой кинетической энергией это даёт возможность достигать больших боковых дальностей – район приземления может находиться на дальности до 2000 км от плоскости орбиты (в печати встречаются и несколько более скромные значения этой величины). Суммарная же дальность полёта в атмосфере составляет порядка 7000 км.

Угол наклона посадочной глиссады очень велик по сравнению обычной «гражданской» практикой: 22°. Сама посадка происходит, как у всех: выпуск шасси незадолго до кромки полосы, кратковременное увеличение угла атаки, касание бетона задними опорами шасси на скорости 335–365 км/ч, опускание носового колеса, выпуск тормозного парашюта, ввод колёсных тормозов.

Наземная команда проверяет атмосферу вокруг корабля на предмет наличия токсичных паров. Специальная машина забирает экипаж. Проводится дезактивация корабля. Полёт закончен.

* * *

Частное резюме №4

В этом материале мы не имели намерения дать оценку системе «Спейс шаттл», которую теперь, после 25 лет эксплуатации, уже можно дать. Такая оценка, если её более или менее основательно аргументировать, сама по себе вполне «тянет» на отдельную статью. Здесь же мы только проследили, как создавалась система, что она может и как функционирует в том виде, в каком она реализована. Поэтому в резюме ставится ограниченная задача: соотнести этот «реализованный вид» с общей картиной предшествовавших концепций и разработок.

Если говорить коротко, то шаттл получился не похожим ни на одну из них.

От двухступенчатых «многоразовых» проектов 1960-х годов он отличается в первую очередь тем, что получился «полумногоразовым». Даже орбитер нельзя назвать идеальным воплощением принципа многократного использования. Планировавшееся 55-кратное применение основных ЖРД ещё не нарушало принципа – ресурс авиационных двигателей тоже меньше ресурса планера самолёта. Но в процессе эксплуатации довольно быстро было установлено, что, безопасности ради, лучше ограничиться 20 пусками; а впоследствии руководство НАСА уменьшило эту величину до 10. Это уже как-то «идеологически невыдержано».

Про бак говорить не будем, его потеря планировалась с самого начала. Но и ТТУ, некий полуаналог разгонной ступени «Астророкета» или «Траймиса», спроектированы с ресурсом не на все 100, а лишь на 20 полётов.

Взявшись сравнивать «Спейс шаттл» с проектами двухступенчатых тяжёлых космических самолётов 1960-х годов, стоит отметить и другие аспекты различий. Они, может быть, не столь «глобальны», как эта исходная «полумногоразовость», но в сумме оказывают более чем серьёзное влияние на экономическую эффективность системы – а ведь это главное, ради чего всё затевалось.

Все эти проекты предусматривали горизонтальную пилотируемую посадку разгонных ступеней на аэродром. А ускорители шаттла спускаются на парашютах в океан, откуда их надо ещё достать, привезти в Юту на завод-изготовитель, а там отремонтировать и перезарядить. Если же учесть, что, по американским данным, стоимость восстановления ускорителя равняется 42 процентам от стоимости вновь изготовленного, то понятно, что эффект от 20-кратности этого элемента не столь велик, как этого бы хотелось.

Разгонщики 1960-х в основном – кроме «Траймиса» – на своем участке полёта работали сами, а орбитеры располагались на них в качестве пассивной полезной нагрузки. (Сюда относится и наша «Спираль»). В системе «Траймис» выведение осуществлялось при работе всех трёх элементов «пакета»; но при этом центральная, орбитальная, ступень, пока летела вместе с боковыми, разгонными, питалась компонентами из их баков – то есть тоже не расходовала свой бортовой запас. У шаттла же все двигатели работают сразу от старта, причем ЖРД орбитальной ступени при всём желании не могут использовать твёрдое топливо ускорителей. В конечном итоге это привело к необходимости появления огромного одноразового внешнего топливного бака.

Понятно, что при таких технических решениях надеяться на дешевую «самолётную» эксплуатацию системы не приходится.

Рассчитанный на 100 полётов орбитер системы «Спейс шаттл» этим самым своим свойством как бы дистанцируется от своих не столь прогрессивных соратников – ТТУ и ВТБ, которые так и хочется сравнить с ракетами-носителями, выводящими на орбиту «космические истребители» 1950-х–1960-х годов (имеется в виду программа «Дайна сор» и её наследники). Но и здесь нет полной аналогии, причём в данном случае разница в известном смысле может толковаться в пользу шаттла. Ведь он привозит назад мощные и очень дорогие маршевые двигатели, а у «истребителей» они должны были погибать вместе с одноразовыми «Атласами» и «Титанами».

С другой стороны, спасаемые модификации хотя бы первых ступеней этих ракет сильно уменьшили бы это преимущество детища «Рокуэлл Интернейшнл».

Как бы то ни было, среди проектов космических планеров за шаттлом остаётся безусловное первенство в части грузоподъёмности. Для его «ракетного» выведения понадобился бы носитель типа сверхмощного «Сатурна-5», и тогда каждый пуск наверняка стоил бы много дороже, чем сегодняшние старты американского МТКК.

В общем, получается, что на фоне «концептуально чистых» проектов малых ракетопланов и больших двухступенчатых самолётов шаттл – сплошной компромисс и эклектика. Фактически, «хотели как лучше, а сделали, как смогли».

Но это не издёвка. Это, скорее, утверждение с вполне позитивным смыслом; если быть более точным, оно звучит так: «хотели сделать максимально хорошо, а получилось то, на что хватило денег».

Сконструировав этот каламбур, автор ни в коем случае не претендует на оригинальность. Просто для целей этой серии статей он имеет, так сказать, системообразующее значение. Мы ведь собираемся в меру имеющихся возможностей разобраться, что же будут представлять собой космические корабли следующего поколения, и понять, почему они буду именно такими. И то, как развиваются события с начала 1970-х годов по сегодняшний день, показывает, что центральной коллизией в этом процессе является именно противоречие между теоретически достижимым уровнем технического совершенства системы и ресурсами, имеющимися в распоряжении её создателей.

Следующая статья серии

* * *

Ещё о космосе:

Прошло 30 лет, и нам опять хочется на Луну

Трудности и надежды «космического каботажа»

И снова здравствуйте

Мои поздравления Европейскому космическому агентству!

Просто помечтать, или кто кого обманет?

Кто кого обманет, вторая серия

В 90-е годы мы тоже создавали новую космическую технику

Ракета на заднем дворе

Полетел шестой турист, и вообще всё в порядке

Три романтики Байконура

Написать отзыв

CAPTCHA изображение
*