КК многоразового использования

КК многоразового использования

Все описанные ранее КК обладали общей характерной особенностью: они и их РН использовались только для одного полета. Более того, мягкую посадку на Землю совершал лишь один отсек КК, в котором находился экипаж. Естественно, с самого начала космических полетов конструкторы стали задумываться над тем, как создать КК и, возможно, РН пригодными для многократного использования. Задача оказалась непростой, первый многоразовый КК вышел на орбиту только через 20 лет после полета Ю. А. Гагарина. Но дело не только в этом, и сейчас далеко не очевидно, соответствует ли достигнутый эффект вложенным затратам в широком смысле этого слова.

Следует также отметить, что до последнего времени пилотируемые полеты использовались в подавляющем большинстве случаев в мирных целях, в интересах науки и для решения прикладных задач. К сожалению, однако, обострение международной напряженности меняет эту ситуацию. Агрессивные силы США, в руках которых находятся власть и огромные средства в стране, все больше склоняют космические программы, в том числе пилотируемые, в сторону их милитаризации. Сказанное относится и к программе создания многоразового транспортного КК (МТКК) «Спейс Шаттл».

Работы по созданию МТКК начались в США в конце 60-х годов. Было рассмотрено несколько вариантов. В начале 70-х годов остановились на промежуточном варианте — с частичной многоразовостью, получившем название «Спейс Шаттл» («Космический челнок»). Общий вид МТКК, который имеет стартовую массу 2100 т, показан на рис. 13.

Рис. 13. Компоновка МТКК: 1 — орбитальный корабль, 2 — под весной топливный бак, 3 — твердотопливные ускорители

В качестве первой ступени РН (точнее, ускорителей) используются два твердотопливных ракетных блока тягой по 13 000 кН, которые после отделения приводняются на парашютах (однако к настоящему времени ни один из них повторно не использовался). Три основных, жидкостных реактивных двигателя тягой по 1670 кН установлены на самом МТКК. Топливо для этих двигателей (700 т жидкого кислорода и водорода) находится в подвесном баке. После того как топливо полностью расходуется, бак сбрасывается и тормозится; он входит в атмосферу, разрушается, а его остатки тонут в океане. МТКК «дотягивает» до орбитальной скорости при помощи своей двигательной установки МТКК, работающей на двухкомпонентном топливе (аэрозин-50 + четырехокись азота) и состоящей из двух двигателей тягой по 26,5 кН (эта установка также используется для маневрирования на орбите). Для ориентации МТКК на орбите имеется реактивная система управления из 44 двигателей тягой от 3,9 до 0,11 кН. Эти двигатели объединены в 3 блока (один носовой и два хвостовых), суммарная масса топлива, сжигаемая системой на орбите, до 15 т.

В кабине МТКК, имеющей внутренний объем 78 м³, помещается экипаж (2–4 космонавта) и «пассажиры» (до 6 человек). В центральной части фюзеляжа находится грузовой отсек, в котором на орбиту доставляется полезный груз (до 30 т) и спускается груз с орбиты (до 15 т). Разгрузка и загрузка производится при открытых створках грузового отсека при помощи специального манипулятора общей длиной 15 м.

После выполнения программы полета МТКК сходит с орбиты и тормозится в атмосфере. Поскольку МТКК, относится к летательным аппаратам с аэродинамическим качеством (1,1–4,5), он способен при спуске совершать маневр в боковом направлении до 2000 км. На МТКК нет воздушно-реактивного двигателя для полета в атмосфере, поэтому он совершает посадку, в сущности, как планер, — на специальную полосу длиной около 5 км.

Практически вся поверхность МТКК покрыта слоем теплозащиты разного состава и толщины, в целом она весит около 9 т. Общая масса МТКК с полезной нагрузкой составляет примерно 111 т.

В состав МТКК входят все системы, обеспечивающие полет на активном участке, в космосе и при спуске, подобные системам одноразовых КК. Дополнительно в его состав включены технические средства, используемые при полете на заключительном участке приземления, аналогичные системам современных самолетов. МТКК снабжен средствами диагностики состояния многочисленных систем. Подобный технический комплекс, отличающийся многообразием внутренних связей и централизованностью управления, оказался чрезвычайно» сложным по структуре, программированию работ, отладке и профилактическому обслуживанию.

Разработка МТКК длилась более 10 лет, и сумма затрат оценивается некоторыми специалистами в 20 млрд. долл. с учетом всех дополнительных расходов на устранение многочисленных неполадок, возникших уже при эксплуатации.

Помимо многоразовости, существенными особенностями МТКК являются возможность возвращения ценного оборудования с орбиты на Землю, большая маневренность на орбите и особенно в атмосфере, выполнение профилактических и ремонтных работ на космических аппаратах непосредственно на орбите, посадка в условиях космодрома, а не в безбрежных просторах океана, в пустыне или полупустыне. Перспективным представляется создание на базе МТКК орбитальных комплексов по сборке под наблюдением и с участием человека крупногабаритных конструкций для строительства больших антенн, солнечных отражателей и т. п.

Учитывая универсальность, большие технические возможности и гибкость созданной системы, вполне вероятно, что в процессе использования МТКК выявятся дополнительные возможности, которые в настоящее время с трудом поддаются прогнозированию. С другой стороны, видны и недостатки, присущие уже сейчас осуществленному варианту многоразовой транспортной системы. Если рассматривать МТКК просто как средство доставки полезного груза на орбиту, то эта система нерациональна. Подобная РН, израсходовав такое же количество топлива, может вывести в космос в 3–4 раза более массивный груз. Напомним, что РН «Сатурн-5» (со стартовой массой 2900 т) выводила на околоземную орбиту космические аппараты массой 140 т. Или другой пример — орбитальная советская станция «Салют» массой около 20 т запускается в космос с помощью в несколько раз более легкой РН «Протон».

Следовательно, такая нерациональность должна по крайней мере компенсироваться другими факторами. Ряд из них, о которых шла речь раньше, очевиден. Но достаточно ли этого?

Таким образом, созданный МТКК в целом в настоящее время вряд ли поддается окончательной оценке. Аналогичная ситуация нередко возникает при разработке теории сложных физических явлений, в которых действуют много факторов, в том числе в противоположных направлениях. Только детальное и глубокое исследование и анализ результатов может дать определенный отрет на этот вопрос. В данном случае многое будет зависеть еще и от того, в каком направлении и какими темпами будет развиваться космическая техника в целом.

В принципе проработаны и в настоящее время рассматриваются несколько направлений создания или усовершенствования МТКК. В частности, изучаются варианты с возможностью повторного использования всех составных частей. К ним относится, например, разработанный в конце 60-х годов проект двухступенчатого «самолета», второй ступенью которого является МТКК, аналогичный созданному в США. Возможны варианты как двухступенчатого, так и одноступенчатого воздушно-космического самолета, стартующего горизонтально со взлетно-посадочной полосы.

Вторым направлением в создании МТКК является разработка одноступенчатой (или двухступенчатой) многоразовой РН, по форме напоминающей СА одноразового КК, но существенно большей массы и габаритов, с полезной нагрузкой, составляющей несколько сотен тонн. Наряду с «большими» КК внимание специалистов в последнее время привлекает идея создания легких крылатых МТКК, стартующих или на одноразовых РН, или: с самолетов-носителей. В последнем случае самолеты-носители становятся летающей «стартовой площадкой» для МТКК.