В 1971г, за год до последней лунной экспедиции кораблей «Аполлон», компания Rockwell, по поручению НАСА, начала разработку новой космической системы многоразового использования. Программа названная «Space Shuttle » (Космический Челнок), была представлена правительству США как коммерческая, и должна была использовать наработки по предыдущей, сугубо «идеологической» программе Аполлон.
В то же время, на другом конце Земли, советские специалисты отметили, что существенных преимуществ система «Space Shuttle » над одноразовыми не имеет. Однако проект сочли жизнеспособным, как дополнение к существующим транспортным системам.
На фоне общей неизвестности о целях американского проекта, было решено разрабатывать свой многоразовый корабль, для обеспечения военного паритета с США.
По принятому проекту 1972года, система «Space Shuttle» состояла из трех основных частей:
1. Два боковых твердотопливных ракетных ускорителя компании Thiokol, играли роль первой ступени, составляя 60% от всего веса космической системы (и давая 80% всей стартовой тяги).
Каждый блок ТРУ (SRB) весил по 580т и при стартовой тяге в 1200т (у.импульс 242с), сжигал 500т перхлората аммония (окислитель), алюминия (топливо) и оксида железа (катализатор) в сумме, до высоты «отстрела» в 45км. После чего каждый из блоков высотой в 50м и диаметром в 3,7м, совершали плавное приводнение в океане с помощью парашютов. На практике дозволялось 10 кратное использование блоков ТРУ.
Отстрел боковых блоков ТРУ (SRB) и их приводнение
2. Далее эстафету перенимали три жидкостных ракетных двигателя (ЖРД) основного компонента многоразовой системы – Орбитера (или Челнок). Это совместное детище компаний Rocketdyne, Rockwell и Boeing весом около 80т (без полезной нагрузки), длиной в 37м и размахом крыльев в 24м, представлял из себя первый истории многоразовый космический корабль. Орбитер мог иметь экипаж до 7 человек, и в грузовом отсеке габаритами 18м/4,6м выводить до 25т на низкую околоземную орбиту (или возвращать на землю 14т).
Технологический курьез связанный с грузовым отсеком шаттлов
Изначально размеры грузового отсека НАСА были навязаны министерством обороны США предположительно под габариты перспективных спутников оптической разведки в реальном времени -серии «KH 11» (Keyhole — «Замочная скважина»). Оптика этих спутников считается «родительской» по отношению к знаменитому орбитальному телескопу «Хаббла».
Советские специалисты, узнавшие о KH 11 лишь в конце 70ых, весьма обеспокоились схожестью грузовых отсеков шаттла и габаритов советских орбитальных станций «Алмаз» и «Салют». Это имело большое влияние на выбор габаритов грузового отсека «Бурана». К слову американские военные поняв что НАСА «немного» преувеличили коммерческую выгоду шаттлов (вместе с заявленной частотой пусков в 20/ год), запускали свои спутники преимущественно с помощью РН серии «Титан». Единственный известный случай выведения шаттлами (Атлантис, STS 36) спутника — разведчика серии KH 11 имел место 28 февраля 1990г.
Советские специалисты, узнавшие о KH 11 лишь в конце 70ых, весьма обеспокоились схожестью грузовых отсеков шаттла и габаритов советских орбитальных станций «Алмаз» и «Салют». Это имело большое влияние на выбор габаритов грузового отсека «Бурана». К слову американские военные поняв что НАСА «немного» преувеличили коммерческую выгоду шаттлов (вместе с заявленной частотой пусков в 20/ год), запускали свои спутники преимущественно с помощью РН серии «Титан». Единственный известный случай выведения шаттлами (Атлантис, STS 36) спутника — разведчика серии KH 11 имел место 28 февраля 1990г.
С помощью трех основных маршевых водородных двигателя RS 25, суммарной тягой в 540т, ресурсом в 1200с и у.импульсом 363с (450с в пустоте), Орбитер сжигает в течениe 8,5 минут (6,5 после отделения ТРУ) 700т топлива из внешнего Топливного Бака (третий элемент системы с габаритами 47/8,4м) до высоты его отделения — 105 км. Далее Орбитер выходил на заданную орбиту, используя энергию собственной топливной системы орбитального маневрирования (OMS), во избежание выведения ТБ на орбиту челнока.
Общая тяга всех двигателей системы при старте – 2900т, масса самой системы – 2030т.
Монтаж двигателей RS 25 на Орбитер
Схема многоразовой системы
Первый полет космической системы «Space Shuttle», 12 апреля 1981г. Трагически известный челнок Колумбия
Один из первых советских проектов многоразового корабля — МТК-ВП, мог использоваться вместе с все еще «обкатываемой» ракетой Н 1 (слева), или с блочной ракетой Глушко после закрытия проекта Н 1 в середине 70ых (справа).
Однако из за не большой (по сравнению с весом корабля) площади сопротивления воздушному потоку при входе в атмосферу, термозащите приходилось «терпеть» слишком высокие температуры. Генеральный конструктор советских кораблей многоразового использования Г.Е. Лозино-Лозинский называл такую систему «полумногоразовой» из за слишком высоких объемов межполетных работ.
Параллельно с этим в 75году решено было идти кратчайшим путем и полностью копировать американскую систему, что оформилось в проекте ОС 120.
Однако в связи с тем, что советский проект был в основном военного назначения, ОС 120 имел два больших недостатка:
1. Отработка такой технологии была слишком трудоемкой для советской космонавтики, и требовали дополнительного времени, существенное отставание же для военных было неприемлемым.
2. Орбитальный корабль был единственным крупногабаритным «пассажиром» для такой сверхтяжелой и техноемкой системы. Переделка ее в отдельную РН в будущем требовало дополнительного времени и средств.
Начиная с проекта ОК 92 в 76ом, и до утверждения окончательной схемы многоразовой системы в 78 году (с челноком «Буран» разработки НПО «Молния»), 4 боковых ускорителя первой ступени (Блок А) «переобулись» из РД 123 с тягой по 600т, в 4 форсированных РД 170, весом в 9,7т, тягой по 740т каждый и с фантастическим (для керосинового ЖРД) у. импульсом 310с. на уровне моря! Все четыре блока габаритами 38/4м должны были работать 140с, в течение которых «выжигалось» керосин/кислородное топливо суммарным весом в 1230т, до высоты в 53км, придавая второй ступени с грузом ускорение в 1,8км/с. Хотя каждый двигатель РД 170 был сертифицирован для 10 кратного использования, все 4 блока, как и вся РН «энергия», были одноразовыми.
Блоки первой ступени РН «Энергия»
Многокамерные двигатели РД 171 (слева, версия РД 170 для РН «Зенит») и РД 108 (справа, вторая ступень РН «Союз»), несут своеобразную техническую «подпись» родных КБ 476/ НПО «Энергомаш» которыми руководил В.П. Глушко
Три водородных ЖРД 11Д122 (тяга 200-250т), так же были заменены на 4 РД 0120 с тягой в 155-200т, и у.импульсом 353-455с (уровень моря-вакуум) разработки воронежского КБХА. Перестановка их из хвоста корабля под топливный бак, хоть и поставила крест на многократном использовании, но значительно упростило производство двигателей и улучшило аэродинамику корабля. Но главное, это позволило создать совершенно новую и универсальную РН сверхтяжелого класса «Энергия».
Советские водородные ЖРД 0120
Получившийся таким образом блок второй ступени «Ц» имел высоту в 57м, диаметр в 7,7м и сохранил запас топлива аналогичный ТБ Спейс Шаттла – 700т кислорода и водорода. Ступень отделяется на 480секунде полета, достигнув высоты в 115км. Дальнейшее выведение груза обеспечивается собственными двигателями орбитального корабля или третьей ступенью с полезной нагрузкой.
РН «Энергия» являлась частью универсальной космической системы. Так, подбирая определенное количество блоков первой ступени и при изменении объема баков второй ступени можно было добиваться нужной грузоподъемности в относительно короткий промежуток времени.
Общий вес РН «Энергия» составлял 2400т, суммарная тяга всех двигателей при старте – рекордные 3550т! Первый полет ракета совершила 15 мая 1987года с космодрома Байконур с крупногабаритным макетом спутника «Полюс»
Базовый вариант позволял использовать один из блоков в качестве первой ступени РН «Зенит» (используется до сих пор) с грузоподъемностью в 15 т на опорную низкую орбиту. Подборка из двух блоков позволяла выводить уже 30т полезной нагрузки (РН «Энергия М»).
Полномасштабный макет РН «Энергия М» на Байконуре
Подборка из 8 усиленных блоков первой ступени с форсированными двигателями РД 170 (до более чем 800т тяги каждый!) и второй ступенью «Энергии М» в качестве третьей ступени, позволяла проектной ракете – гиганту «Вулкан» весом в 3800т выводить на околоземную орбиту уже 170т!
Сам орбитальный советский челнок несмотря на кардинальную переделку базового проекта ОС 120, в целом сохранил весогабаритные параметры своего американского «собрата» — 80т, при длине в 35м, размахе крыльев в 24м и размере грузового отсека 18м/4,6. Масса полезного груза – 30т, масса возвращаемого груза – 14т.
Подробности полета системы «Энергия-Буран»
Хорошо охарактеризовал трансформацию проекта ОС 120 в «Энергию-Буран», один из ее конструкторов Г.Е. Лозино-Лозинский:
«Копирование, (…), было, безусловно, совершенно сознательным и обоснованным в процессе тех конструкторских разработок, которые проводились и в процессе которых было внесено, как уже было указано выше, много изменений и в конфигурацию, и в конструкцию. Основным политическим требованием было обеспечение габаритов отсека полезного груза, одинакового с отсеком полезного груза „Шаттла“.»
Всего по американской программе Space Shuttle было построено 5 орбитеров: Колумбия, Челленджер, Дискавери, Атлантис и Индевор. Первый полет по программе был произведен 12 апреля 1981года (челнок Колумбия). Последний полет совершил Атлантис 8 июля 2011года. Всего шаттлы доставили в космос до 1300т грузов и около 70% всех космонавтов бывших в космосе.
К первому и последнему полету советского корабля многоразового использования Буран, 15 ноября 1988года, который как казалось должен был подтвердить общую тенденцию мировой космонавтики к многоразовым системам, уже успел прогреметь первый предвестник заката эпохи многоразовых.
28 января 1986 года, на 73 секунде полета, из за проблем с одним из боковых ускорителей ТРУ взорвался челнок Челленджер. Гибель 7 членов экипажа сделала ее самой страшной космической аварией в истории космонавтики (до катастрофы Колумбии в 2003 году).
Ледяной «душ» многоразовой космонавтики. Трагический полет шаттла Челленджер
Челноки еще летали в течении 22 лет (с 89 по 2011гг), и даже был построен челнок Эндевор на замену Челленджеру. Программа «Энергия-Буран» была окончательно закрыта в 1993г, на фоне экономического хаоса в России.
Однако уже в конце 80ых стали вырисовываться контуры будущего мировой космонавтики, точнее, нашего с вами настоящего. О перспективный российских, китайских и американских РН сверхтяжелого класса и пойдет речь в заключительной части этого обзора.
Часть 1. Лунные «динозавры».
Часть 3. «Марстодонты» новой эры.
Настойчиво советую посетить интереснейший сайт Буран.ру, материалы которого использованы в данном обзоре.
