«Спейс шаттл» как угроза равновесию

«Спейс шаттл» как угроза равновесию

Программа СОИ никогда не была бы принята, если бы Соединенные Штаты не располагали к началу 1980-х годов транспортным средством, способным обеспечить доставку на орбиту элементов системы ПРО космического базирования. Таким средством должны были стать «шаттлы».

Официальной датой начала работ по созданию ракетно-космической системы «Космический челнок» («Space Shuttle») считается 5 января 1972 года, когда президент США Ричард Никсон утвердил эту программу НАСА, согласованную с Министерством обороны.

По мнению военных специалистов США, с появлением космического корабля «Space Shuttle» должен был произойти качественный скачок в области использования околоземного пространства в военных целях.

Во-первых, космический корабль многоразового использования можно применять как средство для развертывания на орбите и регулярного технического обслуживания военных космических систем нового поколения. Во-вторых, это почти идеальный инструмент для решения целого ряда прикладных военных задач: инспекции, захвата или уничтожения вражеских орбитальных аппаратов, технического обслуживания собственных 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.

Кроме того, при определенных условиях «Space Shuttle» может быть применен в качестве носителя ударных средств.

Работы по поиску технического облика такого рода системы начались в НАСА в сентябре 1969 года, через два месяца после высадки человека на Луну. По поручению президента США была создана группа ведущих специалистов — «Группа космических задач», которая изучала ближайшие пути развития американской программы использования космического пространства. В части транспортных систем группа сделала ряд выводов и рекомендаций, в которых указывалось, что «…Соединенные Штаты считают основной задачей сбалансированное развитие двух направлений космической программы: пилотируемых космических полетов и запусков автоматических космических аппаратов. Для достижения этой цели США должны <…> разрабатывать совершенно новые космические системы <…> в рамках программы, обеспечивающей новые возможности транспортных космических операций».

Уже с начала 1970 года НАСА вело интенсивные проектные и технико-экономические исследования в области ракетно-космических транспортных систем. Были рассмотрены полностью многоразовые пилотируемые транспортные системы, орбитальные корабли с одноразовыми подвесными твердотопливными и жидкостными ускорителями. Каждый вариант был подвергнут тщательной оценке с точки зрения риска разработки и затрат.

После одобрения президентом планов создания транспортного корабля и определения примерных ассигнований (5,5–6,5 миллиарда долларов) на шестилетний период разработки, в январе 1972 года были опубликованы снимки и описания конструктивных схем, рекомендуемых в качестве вариантов, на базе которых должно продолжаться проектирование транспортного корабля.

Общим для всех схем было применение орбитальной ступени многократного использования с одним внешним топливным баком, сбрасываемым перед возвращением в атмосферу.

Предлагались два основных варианта, различающихся по составу разгонной ступени: с ракетными двигателями на твердом топливе однократного применения и с жидкостными ракетными двигателями с вытеснительной системой подачи компонентов топлива. Предусматривалось спасение разгонных ступеней после приводнения их в океане и повторное использование после восстановления.

В марте 1972 года НАСА вновь изменило свою точку зрения на принципиальную схему транспортного космического корабля и рекомендовало принять к разработке новую схему. По этой схеме орбитальная ступень с треугольным крылом и кислородно-водородными ракетным двигателем монтируется на внешнем топливном баке диаметром 9 м и длиной 44 м. К баку крепятся два разгонных твердотопливных ускорителя — предусматривалось их спасение после приводнения на парашютах, восстановление и использование до 20 раз.

Твердотопливные ускорители отделяются на высоте около 40 км. Запуск главной двигательной установки орбитальной ступени производится в момент старта вместе с ускорителями. Предполагалось увеличение ресурса орбитальной ступени со 100 до 500 полетов.

Выдав нескольким фирмам задание на проектирование транспортного корабля, НАСА остановило свое внимание на проекте компании «Норт Америкэн» и заключило с ней контракт на шесть лет, субсидировав 2,6 миллиарда долларов.

Тут надо отметить, что фирмы, участвующие в конкурсе по разработке лучшего проекта транспортного космического корабля, представили предложения, не имеющие принципиальных отличий, но при выборе фирмы было принято во внимание то обстоятельство, что «Норт Америкэн» затребовала на разработку такого корабля почти на миллиард долларов меньше, чем планировалось НАСА (3,5 миллиарда долларов).

Согласно проекту, космический корабль состоял из орбитальной ступени, внешнего сбрасываемого топливного бака и двух твердотопливных ускорителей. Орбитальная ступень имела самолетную схему с треугольным крылом. Длина ступени — 33,5 м, высота — 16,7 м, размах — 24 м. Центральная часть корпуса занята отсеком полезного груза размером 18,3 на 4,5 м. В отсеке можно разместить груз массой до 29,5 т или 12 пассажиров.

В хвостовой части корпуса находятся двигатели различного назначения, а в носовой — кабина экипажа, рассчитанная на четыре человека. Кабина состоит из двух секций: верхней — для командира экипажа и второго пилота и нижней — для двух операторов, обслуживающих приборы управления механизмами грузового отсека и системы проверок полезного груза. Приборы и органы управления для командира и его помощника полностью дублированы. Стыковочное устройство орбитальной ступени размещено в верхней носовой части фюзеляжа для обеспечения визуального наблюдения за стыковкой с космическими аппаратами и работой космонавтов за бортом. Кабина экипажа связана со стыковочным устройством шлюзовой камеры, которая идентична камере, в свое время разработанной для стыковки космических кораблей «Союз» и «Apollo».

Топливный бак длиной около 57 м, диаметром 7,9 м и массой около 31,7 т содержит кислород и водород в жидком состоянии для питания основной двигательной установки орбитальной ступени. Бак изготавливается из алюминиевого сплава и имеет теплозащитное покрытие на основе полиуретана.

Разгонные двигатели на твердом топливе крепятся к топливному баку. Длина ускорителей — около 46 м, диаметр — 3,96 м, стартовая масса — 100 т, тяга — 1600 т.

Главная двигательная установка орбитальной ступени включает три двигателя, работающих на жидких водороде и кислороде. В хвостовой части фюзеляжа, рядом с ЖРД главной двигательной установки, размещаются два ракетных двигателя системы орбитального маневрирования тягой.

По условиям контракта, фирма должна была к 1978 году разработать, испытать и поставить НАСА два летных образца орбитальной ступени, запасные части и некоторое вспомогательное оборудование.

На начальной стадии эксплуатации предполагалось осуществлять не более 10 запусков транспортного корабля в год, а затем — до 60 запусков ежегодно.

В конце 1972 года в результате пересмотра технических требований к транспортному кораблю было принято решение внести изменения в его конструкцию. С целью улучшения аэродинамических характеристик была изменена общая конфигурация корабля. В связи с некоторым смещением орбитальной ступени к хвостовой части сбрасываемого топливного бака общая длина корабля уменьшилась с 62,8 до 61,6 м. Внесение изменений привело к некоторому увеличению массы корабля (до 2450 т) и тяги двигателей при старте. Длина разгонных двигателей увеличилась с 46 до 56,4 м. В орбитальной ступени было предложено переделать носовую часть, перенеся стыковочный блок за кабину экипажа. При этом конструкция кабины стала частью общей конструкции фюзеляжа.

После внесения изменений общая длина орбитальной ступени увеличилась до 38,3 м, а размах крыла — до 25,6 м. Габариты отсека полезного груза остались прежними.

Схема полета на транспортном космическом корабле многоразового использования «Space Shuttle» выглядела следующим образом.

Вначале включаются три основных двигателя орбитальной ступени. Как только они разовьют полную тягу, включаются два двигателя ускорителей. После того как суммарная тяга станет выше массы корабля, освобождаются узлы крепления к пусковой установке и «шаттл» стартует.

Отделение ускорителей происходит через 120 секунд полета, после того как корабль совершит начальный маневр по тангажу. В это время скорость должна быть 1500–1550 м/с, а высота полета около 45,5 км.

После этого орбитальная ступень с топливным баком выходит на орбиту высотой 80-160 км. Ориентирование осуществляется таким образом, чтобы обеспечивались наиболее благоприятные условия для входа в атмосферу сбрасываемого топливного бака. Перед сбрасыванием бака оставшееся в нем топливо сливается за борт, а после сбрасывания в его носовой части включается тормозной двигатель, обеспечивающий сход бака с орбиты.

В это же время орбитальная ступень, используя бортовую систему маневрирования, отходит от сброшенного топливного бака и приступает к выполнению поставленных перед ней задач.

По завершении программы полета орбитальная ступень выходит на траекторию возвращения на Землю. Вход в атмосферу осуществляется при постоянном угле атаки 32° до тех пор, пока скорость аппарата не упадет до 7 звуковых. Затем ступень совершает маневр относительно поперечной оси и переходит на планирующий полет.

На конечном участке входа в атмосферу, начиная с высоты 120 км, орбитальная ступень имеет достаточный запас энергии, чтобы обеспечить номинальную поперечную маневренность в пределах 2000 км.

Специалисты НАСА рассчитывали, что скорость захода на посадку и скорость приземления ступени будут почти такими же, как и у современных мощных реактивных лайнеров, — в пределах 315 км/ч.

* * *

НАСА и авиационным фирмам, работавшим над проектом нового транспортного корабля, не удалось уложиться ни в заявленные сроки, ни в заявленную стоимость. Так, общая стоимость проекта возросла с 5,2 миллиарда (1971 год) до 10,1 миллиарда долларов (1982 год). Стоимость одного пуска выросла с 10,5 миллиона до 240 миллионов долларов.

Первоначально предполагалось изготовить пять экземпляров орбитального самолета, однако в целях уменьшения общих затрат было изготовлено всего четыре летных образца аппарата. Эти аппараты получили названия «Колумбия» («Columbia»), «Дискавери» («Discovery»), «Челленджер» («Challenger») и «Атлантис» («Atlantis»).

Первый космический старт «челнока» «Columbia» состоялся 12 апреля 1981 года. При этом он провел в космосе более двух суток.

Уже в ходе эксплуатации системы «Space Shuttle» выяснилось, что она не обеспечивает достаточную надежность полетов в космос, особенно во время запуска. Это стало очевидно всем после катастрофы челнока «Challenger», случившейся в небе Флориды 28 января 1986 года при двадцать пятом запуске транспортного корабля системы «Space Shuttle». В результате катастрофы погибли семь американских астронавтов. Только прямые убытки от катастрофы «Challenger» составили почти 2 миллиарда долларов, из которых примерно 1,5 миллиарда приходится на сам челнок.

После потери «Challenger» американцам пришлось построить пятый орбитальный самолет. Новый аппарат, получивший название «Индевер» («Endeavour»), стартовал в мае 1992 года.

До катастрофы челнока «Challenger» считали, что с помощью «шаттлов» ежегодно можно будет произвести от 20 до 24 запусков, поэтому американцы собирались в будущем практически отказаться от применения одноразовых ракет-носителей. Уже после катастрофы им срочно пришлось восстановить производство некоторых одноразовых ракет, включая «Atlas» и «Titan». Одновременно было решено разработать и изготовить новые одноразовые системы различной грузоподъемности, которые расширили бы возможности США в выполнении космических полетов.

Однако к окончательному крушению программу транспортного корабля многоразового использования привела катастрофа старейшего челнока «Columbia», произошедшая 1 февраля 2003 года. Список жертв космоса пополнили шесть американских и один израильский астронавт.

Теперь уже не идет даже речи о том, что подобные космические челноки выгоднее одноразовых носителей.

Однако тридцать лет назад «Space Shuttle» казался вполне реальной угрозой, способной пошатнуть сложившееся равновесие. «Шаттл» мог выслеживать советские космические аппараты, изучать и уничтожать их. Даже габариты грузового отсека этого корабля были выбраны исходя из возможности захвата, размещения в отсеке и возвращения в нем на Землю пилотируемой орбитальной станции «Алмаз».

С другой стороны, в этом грузовом отсеке можно было разместить до 30 ядерных управляемых боеголовок.

До сих в книгах по истории космонавтики можно встретить утверждение, будто бы «шаттл» мог во время возврата с орбиты по трассе, проходящей с юга над Москвой и Ленинградом, сделать некоторое снижение (нырок) и сбросить ядерный заряд в районе этих городов.

Сегодня эта идея представляется откровенным блефом. Для того чтобы сбросить что-то на города внизу, челноку необходимо развернуться «брюхом вверх» и открыть створки грузового отсека. А подобный маневр при снижении опасен прежде всего для самого «шаттла» — «Columbia» погибла из-за прогара крыла именно на этапе спуска.

Но американцы сделали все, чтобы заставить наше руководство поверить в реальность подобного нырка. Рассказывают, что в период подготовки совместного полета кораблей «Союз-19» и «Apollo» (программа ЭЛАС), нашим специалистам, приехавшим поработать в США, специально подбрасывали «секретные» документы, в которых описывался мифический нырок. Дело дошло до того, что академик Келдыш поручил Институту прикладной механики АН СССР изучить эту проблему. Сотрудники института, видимо, не учли особенностей «шаттла» — тем более что в середине семидесятых космического челнока еще не было, а те рекламные проспекты, которое распространяло НАСА, изображали какой-то «чудо-корабль» — и пришли к выводу, что подобный маневр вполне возможен. На основе результатов анализа Келдыш направил доклад в ЦК КПСС. Состоялся разбор, в результате которого тогдашний руководитель страны Леонид Брежнев принял решение о разработке комплекса альтернативных мер с целью обеспечения гарантированной безопасности страны. По привычке решили делать свой аналог американского проекта. Работа над советским «шаттлом» началась…