Две сверхдержавы, два челнока, две судьбы
С первого взгляда многоразовая космическая транспортная «Спейс Шаттл» очень похожа на нашу систему «Энергия-Буран».
И в самом деле: обе эти системы предназначены для доставки на орбиту многотонных грузов, космонавтов, ремонта космической техники и возвращения грузов на Землю. Обе системы – многоразового использования основных элементов. Даже внешне они схожи. Но по сути «Спейс Шаттл» и «Энергия-Буран» - совершенно разные.
Давайте вернемся во вторую половину двадцатого века и посмотрим - а с чего все началось.
В конце 60-х годов 20 века НАСА продекларировало три главные цели политики США в области космоса:
- развернуть космическую станцию "Фридом" до конца XX столетия;
- создать постоянную лунную базу;
- осуществить пилотируемую экспедицию на Марс.
(Кстати, а что из этих целей достигнуто?)
На церемонии выпуска в Техасском университете 11 мая 1990 г. Президент США Дж.Буш сказал: "Еще до празднования 50-й годовщины высадки "Аполлона" на Луне американский флаг будет поднят на Марсе" (то есть к 2019).
Для выполнения этих и военных задач требовалось обеспечить вывод в космос большое количество груза, сделать этот вывод экономичным, обеспечить мост «Земля-Космос-Земля». Было предложено несколько вариантов, но программа «Космический челнок» выиграла тендер. Правда, проверочные расчеты заявленной экономической эффективности Шаттла, проведенные в СССР, показали, что затраты на его создание и эксплуатацию никогда не окупятся (так оно и вышло!) - предполагаемый грузопоток "Земля-орбита-Земля" не был обеспечен реальными или проектируемыми полезными нагрузками.
Официальной датой начала работ по созданию ракетно-космической системы "Спейс Шаттл" считается 5 января 1972 г., когда президент США Р.Никсон утвердил эту программу. По мнению военных, космический корабль "Спейс Шаттл" должен был совершить качественный скачок в использовании космоса в военных целях.
Во-первых, как средство развертывания на орбите и регулярного технического обслуживания военных космических систем нового поколения.
Во-вторых, для решения прикладных военных задач: для инспекции спутников на орбите, в ходе которой допускается возможность принятия решения на их уничтожение или возвращение на Землю, технического обслуживание военных космических аппаратов на орбите, текущего или аварийного ремонта, дозаправки топливом, ввода в оперативное использование резервных аппаратов, ведения оперативной разведки и испытания экспериментальных образцов оружия в космосе.
"Спейс Шаттл" при определенных условиях, как утверждали некоторые специалисты, мог быть применен в качестве носителя ударных средств.
Принципиальное различие двух систем – в основной схеме. «Шаттл» выполнен по двухступенчатой схеме (точнее, полутораступенчатой) с параллельным расположением ступеней. При старте включаются двигатели обеих ступеней.
Первая ступень - два твердотопливных ускорителя. Наибольшая мощность необходима именно при старте, чтобы сдвинуть многотонный корабль и поднять его на первые четыре с половиной десятка километров. Твердотопливные ракетные ускорители берут на себя 83% нагрузки. После отделения в полете на высоте порядка 40 км они с помощью парашютной системы опускаются в океан, затем после возврата на ремонтно-восстановительную базу могут быть повторно использованы до 20 раз.
Вторая ступень, пилотируемая - это орбитальный космический корабль с баком горючего. Основные маршевые двигатели используют топливо - жидкий кислород и водород, размещаемое в подвесном топливном отсеке, который сбрасывается по завершению полетной программы. Довыведение осуществляется двумя двигателями маневрирования корабля, которые обеспечивают кроме этого коррекцию орбиты, сближение с другими объектами и торможение для схода космического корабля с орбиты. После схода с орбиты орбитальный корабль совершает планирующий спуск с самолетной посадкой на полосу вблизи стартового комплекса.
В 1981 г. "Спейс Шаттл" вступил в строй.
В декабре 1983 г. был выведен на орбиту в составе "Спейс Шаттла" лабораторный блок "Спейслэб". Космическая лаборатория разрабатывалась западно-европейскими странами, космическим агентством ЕСА (ESA) совместно с НАСА. Позднее флот челноков пополнился новыми кораблями - "Дискавери" и "Атлантис". "Индевор" придет на замену трагически погибшему в январе 1986 г. "Челленджеру". «СкайЛэб» пролетала всего три года и была признана неудачным проектом.
"Спейс Шаттл" на первом этапе планировалось использовать для проведения орбитальных испытаний образцов оружия космического базирования. Программа космического челнока стала частью программы "звездных войн". Одного не хватало "Спейс Шаттлу" - возможности выноса грузов в 100 и более тонн. Необходимость выноса большой массы на орбиту одним пуском настойчиво звучала в разработке "звездной программы".
В Советском Союзе шли работы по созданию средств борьбы с американскими военными спутниками. 1 ноября 1963 г. на орбиту вышел "Полет-1", 12 апреля следующего года - "Полет-2" - прототипы спутников-перехватчиков. 1 ноября 1968 г. космический аппарат "Космос-252" сблизился с мишенью "Космос-288" и уничтожил ее. 18 июня 1982 г. в рамках учений советских ядерных сил запустили две ракеты 99-11, мобильную ракету средней дальности 99-20 и с подводной лодки класса "Дельта" стартовала морская ракета. Были пущены две противоракеты и "Космос-1378" поразил космический аппарат, имитирующий навигационный спутник США "Транзит".
Американцы предполагали разместить 1000 ракет-перехватчиков, размещенных на 10 круговых орбитах высотой 450 км и 18 космических аппаратов, расположенных на разных орбитах высотой 1000-10000 км для слежения и распознавания боевых ракет на среднем участке траектории полета.
Открыто можно строить систему связи. Поскольку она двойного применения, то она может стать и системой боевого управления. Система мониторинга Земли несложно переквалифицируется в систему наблюдения и целеуказания. В этой схеме последним этапом остается только размещение ударных средств. Возможен вывод одноразовыми носителями на орбиту, или, по крайней мере, в составе двух-трех объектов. Это средство должно вывести из строя в чрезвычайной ситуации мозговой центр обороны противника. Нужно парализовать связь центра с боевыми средствами ответного удара. Если это удается, то на некоторое время противная сторона в "наркотическом" состоянии не сможет произвести ответный удар. Это главное в стратегии нападения. Что это за средство? - Опять же ядерная техника.
Исследования, проведенные в CCCP, показали, что "Спейс Шаттл" дает возможность, осуществляя маневр возврата с полу - или одновитковой орбиты по традиционной к тому времени трассе, проходящей с юга над Москвой и Ленинградом, сбросить ядерный заряд и в совокупности с действиями других привлеченных средств парализовать систему боевого управления Советского Союза. Состоялся разбор, в результате которого с активной поддержкой Д.Ф.Устинова Л.И.Брежнев принял решение о разработке комплекса альтернативных мер.
Минобщемаш и НПО "Энергия" приняли вызов Америки.
Американская программа «звездных войн» претерпела изменения. До катастрофы с "Челленджером" в январе 1986 г. фактически весь арсенал военных и гражданских космических аппаратов, включая аппараты НАСА, предназначался для доставки в космос на борту "Спейс Шаттла".
Трагический урок "Челленджера" и дороговизна программы (помните? СССР сразу рассчитал, что американская программа не окупится) привел стратегов космической политики к выводу об ошибочности ориентации на многоразовые системы ракетно-космического транспорта.
Источником аварии, кстати, стал не элемент средств возврата корабля, а твердотопливный ускоритель первой ступени "Спейс Шаттла". Программа была закрыта в 2011 году.
Ответ СССР.
Многоразовая космическая система "Энергия"-"Буран" создавалась для следующих целей:
- противодействие мероприятиям вероятного противника по использованию космоса в военных целях;
- решение задач в интересах обороны, народного хозяйства и науки;
- проведение военно-прикладных исследований и экспериментов для создания больших космических систем с использованием оружия на известных и новых физических принципах;
- выведение на орбиты, обслуживание на них и возвращения на землю космических аппаратов, космонавтов и грузов.
В 1975 г. КБ НПО "Энергия" был завершен выпуск технических предложений в рамках "Комплексной ракетно-космической программы". Программа предусматривала создание унифицированного ряда ракетных летательных аппаратов для высадки пилотируемой экспедиции на Луну и создание лунной базы.
В отличие от американской системы, ракета позволяла осуществлять запуск космических аппаратов различных классов. Ракета - это самостоятельная структура, а полезный груз - орбитальный корабль или любой другой космический аппарат, или платформа.
Предполагалось использовать блоки первой ступени не менее 10 раз, орбитального корабля - до 100 раз.
Ракету разрабатывало НПО «Энергия», генеральный конструктор В.П.Глушко, а орбитальный корабль - "Буран" - НПО «Молния», генеральный директор и главный конструктор Г.Е.Лозино-Лозинский. Всего в разработке участвовало более 1200 организаций.
"Энергия".
"Энергия" - первая советская ракета, использующая криогенное горючее (водород) на маршевой ступени, и самая мощная из ракет, созданных в СССР. "Энергия" обеспечивает выведение в космос аппаратов массой в три раза больше, чем "Спейс Шаттл".
Ракета выполнена по двухступенчатой схеме. Построенная по блочному принципу, она собрана в пакет вокруг центрального кислородно-водородного блока (блок Ц). Боковые блоки (блоки А) - кислородно-керосиновые. Суммарная тяга двигателей в начале полета, на момент старта, около 3600 т. Общая длина ракеты-носителя "Энергия" - около 60 м (двадцатиэтажный дом).
"Буран"
"Буран" в этом ракетном комплексе фактически является третьей ступенью ракеты-носителя. К концу работы второй ступени ракеты-носителя "Энергия" полезный груз и орбитальный корабль самостоятельно, как и орбитальный корабль "Шаттл", добирают скорость за счет собственных двигателей.
"Энергия", как универсальная система, которая может выводить различные аппараты, а также запускать межпланетные и лунные корабли, не имеет аналогов в мировой практике, и ее сравнение со "Спейс Шаттлом" правомерно только для случая выведения орбитального корабля "Буран". Вот некоторые сравнительные характеристики обеих систем.
Кислородно-водородные двигатели "Энергии" установлены на ракетном блоке, у "Спейс Шаттла" они на самом корабле. Правда, здесь "Шаттл" имеет преимущество как многоразовая система: корабль возвращается на Землю с водородными двигателями и системой управления. У нас же возвращается только, по существу, планер со своими системами. В этой связи позднее появятся у нас более экономные многоразовые схемы. Но, в отличие от "Спейс Шаттла", "Энергия" в нештатной ситуации может продолжать полет даже с одним работающим двигателем первой или второй ступени. Твердотопливные двигатели первой ступени "Спейс Шаттла" такую возможность исключают.
Весь грузопоток на орбиту мог быть обеспечен с помощью беспилотных пусков "Энергии". При необходимости осуществления пилотируемых полетов решили делать их чисто "пассажирскими", решающими в основном задачи доставки экипажей на пилотируемые станции проведения сборочных, монтажных и ремонтных работ.
При разработке ракеты-носителя "Энергия" рассматривались различные способы транспортировки отдельных частей ракеты и орбитального корабля.
Негабаритность конструкций блока второй ступени и корабля заставили разработчиков обратиться к воздушным средствам транспортировки. Водного пути к Байконуру, как у американцев, у нас, известно, - нет.
"Подходящим" самолетом с высокими аэродинамическими характеристиками оказался тяжелый стратегический бомбардировщик 201М, который создавался В.М.Мясищевым.
Обычно грузы самолетом транспортируются внутри его грузового отсека. Здесь же родилась мысль разместить крупногабаритные конструкции "Энергии" и планера орбитального корабля "Буран" прямо на фюзеляже на внешних опорных точках. Первый бак - штатный бак окислителя - самолет ВМ-Т доставил на Байконур с посадкой на посадочную полосу для "Бурана" в апреле 1982 г.
Вторая ступень - это центральный блок (блок Ц) ракеты-носителя "Энергия" - связывает в единый пакет четыре блока первой ступени (четыре блока А) и орбитальный корабль. Центральный блок - блок Ц - законченная ракетная конструкция, состоящая из топливных баков (кислородного и водородного), переходного (межбакового) силового отсека, хвостового отсека, двигательной установки и всех обеспечивающих функционирование ступени систем. Перевозка с завода-изготовителя готового блока второй ступени сулила большие выгоды в организации работ по изготовлению ракеты во взаимодействии завод - космодром.
Ан-225, "Мрия" - это шестимоторный супертяжелый транспортный самолет, имеющий еще более внушительный вид с установленным в верхней части фюзеляжа воздушно-космическим самолетом "Буран", когда он демонстрировался в Париже.
"Мрия" может обеспечивать запуск космических летательных аппаратов. Этот огромный транспортный самолет взлетает с полной взлетной массой 600 т, включая 250 т полезной нагрузки внутри фюзеляжа или на наружных подвесках. Первый полет он выполнил в декабре 1988 г. Во время пятнадцатого полета он доставил 64-тонный "Буран" из Киева в Бурже на расстояние свыше 6000 км, взяв в ходе перелета на космодроме Байконур орбитальный корабль.
17 мая 1987 г. ТАСС оповещало, что в Советском Союзе начаты летно-конструкторские испытания новой мощной универсальной ракеты-носителя "Энергия", предназначенной для выведения на околоземные орбиты как многоразовых кораблей, так и крупногабаритных космических аппаратов. "Советский Союз получил в связи с этим совершенно новые возможности," - заявил в интервью газете "Нью-Йорк Тайме" видный ученый Джеймс Оберг.
"СССР имеет теперь возможность выполнять те космические задачи, которые останутся недоступными для США даже тогда, когда вновь начнутся полеты американских космических кораблей многоразового использования," - подчеркнул в передаче телекомпании Эй-Би-Си сотрудник Университета Дж.Вашингтона доктор Джон Логсдон. "Для того, чтобы приступить к выводу на орбиту таких же полезных грузов, на какие рассчитана советская ракета, - отметил эксперт, - Соединенным Штатам потребуется от шести до десяти лет".
"Советский космический эксперимент, - отмечала парижская "Юманите", - происходит в тот момент, когда США по прежнему не способны вернуть свои челночные космические аппараты на орбиту."
24 октября ТАСС сообщило: "На космодроме Байконур завершается подготовка к испытательному пуску универсальной ракетно-космической транспортной - системы "Энергия", в состав которой входят новая мощная ракета-носитель и орбитальный корабль многоразового использования "Буран".
Конструкция "Бурана"
"Буран" по своей конструкции и характеристикам существенно отличается от всех ранее созданных в нашей стране космических кораблей. "Буран" - крылатый летательный аппарат самолетной конфигурации, выполненный по схеме "бесхвостка" со свободнонесущим и низко расположенным крылом двойной стреловидности. "Буран" приземляется не как самолет, а как планер.
Для размещения груза на корабле предусмотрен большой грузовой отсек, общий объем около 350 м3. В таком отсеке мог быть размещен, например, базовый блок станции "Мир" или модуль "Квант", при этом отсек позволяет не только размещать полезные грузы и аппараты, но и обслуживать их перед выгрузкой и контролировать работу бортовых систем вплоть до момента отделения от "Бурана".
Одной из наиболее сложных систем "Бурана" является его объединенная двигательная установка, в состав которой входят 48 двигателей трех размерностей по тяге. С помощью двигателей "Бурана" выполняются: стабилизация связки "Энергия" - "Буран" перед разделением с блоком Ц, отделение и увод "Бурана", довыведение его на начальную орбиту, формирование рабочей орбиты, ее коррекция, межорбитальные переходы, ориентация и стабилизация, сближение и стыковка с другими космическими аппаратами, торможение и спуск с орбиты, управление положением корабля относительно центра масс в орбитальном полете и при спуске в атмосфере.
Электронный мозг корабля управляет движением "Бурана" на всех участках полета, обеспечивает навигацию и управление работой бортовых систем. Система автоматического управления "Бурана" столь совершенна, что экипаж в будущих полетах рассматривался как звено, дублирующее автоматику.
Корпус корабля (фюзеляж) условно делится на три отсека носовой, средний - отсек полезного груза - и хвостовой. Носовая часть фюзеляжа представляет собой аэродинамическую оболочку, конструктивно состоящую из носового кока, двигательного отсека и отсека герметичной кабины.
В передней верхней части кабины установлены иллюминаторы для обеспечения обзора экипажу. Задняя стенка имеет шлюз для выхода космонавтов в грузовой отсек. На левом борту кабины люк для входа и выхода экипажа. Кабина имеет три части: командный отсек, в котором размещены основной экипаж пилотов и их рабочие места; бытовой отсек, где размещается дополнительный экипаж, система обеспечения жизнедеятельности, спальные места, средства личной гигиены, скафандры, пять отсеков с аппаратурой систем управления, радиотехнического и телеметрического комплексов.
Средняя часть фюзеляжа - наиболее нагруженная часть планера. Особенность ее конструкции заключается в наличии в верхней части большого, практически по всей длине, люка. Отсек полезного груза негерметичен. Нижняя часть представляет собой силовую конструкцию центральной части крыла, к которой крепятся левая и правая консоли крыла. В передней нижней части образована ниша передней стойки шасси, которая снизу закрывается створкой. В отсеке полезного груза размещаются космические аппараты и научно-исследовательская аппаратура.
При входе в плотные слои атмосферы орбитальный корабль тормозится. При торможении корабля на поверхности корабля выделяется большое количество тепла.На менее подверженную нагреву верхнюю поверхность устанавливалась гибкая теплозащита,а другие поверхности были покрыты теплозащитными плитками, изготовленными на основе волокон кварца и выдерживающими температуру до 1300ºС. В особо теплонапряженных зонах (в носках фюзеляжа и крыла, где температура достигает 1500º - 1600ºС) применен композиционный материал типа углерод-углерод. Этап наиболее интенсивного нагревания орбитального корабля (ОК) сопровождается образованием вокруг него слоя воздушной плазмы, однако конструкция ОК не прогревается к концу полета более чем до 160ºС.
Атмосферный участок спуска и посадки орбитального корабля в штатном случае начинается с высоты порядка 100 км и заканчивается его остановкой на посадочной полосе аэродрома. Орбитальный корабль при спуске с орбиты примерно на 20 минут прекращает радиосвязь с Землей, так как он летит в облаке плазмы и выходит из нее на высоте 40 км и на расстоянии порядка 400 км от посадочной полосы.
Первый и, увы, единственный полет системы «Энергия – Буран» состоялся 15 ноября 1988 г. После выполнения немногим более двух витков вокруг Земли полет благополучно завершился успешной автоматической посадкой на аэродром в районе космодрома. Тормозной импульс был дан на высоте 250 км, на расстоянии около 20000 км от аэродрома приземления, боковая дальность на трассе спуска составила около 550 км, отклонение от расчетной точки касания на ВПП оказалось равным 15 м в продольном направлении и 3 м от оси полосы.
При том, что полет прошел идеально, с ним было связано несколько драматичных и даже детективных событий, из-за которых у присутствовавших при испытаниях наверняка прибавилось много седых волос… На высоте порядка 11 км «Буран», получивший с наземной станции информацию о погодных условиях в месте посадки, неожиданно для всех совершил резкий манёвр. Корабль описал плавную петлю с разворотом на 180º (изначально заходя на посадочную полосу с северо-западного направления, корабль сел, зайдя со стороны её южного конца). Как позже выяснилось, из-за штормового ветра на земле автоматика корабля приняла решение дополнительно погасить скорость и зайти по наиболее выгодной в новых условиях траектории посадки.
В момент разворота корабль пропал из поля зрения наземных средств наблюдения, связь на некоторое время прервалась. В ЦУПе началась паника, ответственные лица немедленно предложили задействовать аварийную систему подрыва корабля (на нём были установлены тротиловые заряды, предусмотренные для недопущения крушения сверхсекретного корабля на территории другого государства в случае потери курса). Однако, заместитель Главного конструктора НПО «Молния» по лётным испытаниям Степан Микоян, отвечавший за управление кораблём на участке снижения и посадки, принял решение подождать, и ситуация разрешилась благополучно.
Подведем итоги? Наша система «Энергия-Буран» была универсальной. «Энергия», самая тяжелая в мире ракета, могла выводить в космос не только «Буран». «Спейс Шатл» - это единый блок. Мы создали два проекта - ракету-носитель и орбитальный корабль.
«Энергия-Буран» более надежна из-за универсальности, из-за возможности беспилотного полета (к примеру, если космонавты не смогут вдруг управлять кораблем, «Буран» сядет сам). После приземления у «Шаттлов» отваливалось до 150 теплоизолирующих плиток, что, кстати, привело к трагедии, у «Бурана» отлетела только одна.
Грузоподъемность нашей системы выше. Насчет экономичности – примерно равные возможности, если сделать расчет при старте нашей системы ближе к экватору, как стартуют американцы.
К сожалению, наш проект – работа 1200 предприятий, миллиона людей – состоялся только как демонстрационный и испытательные полеты. Но разработки (а здесь чего не коснись – все новейшие открытия) не пропали. И, даст Бог, еще послужат нам в освоении Космоса.