Космічнікораблі
авіаціякосмодром космічний корабель
100 років тому батьки -засновники космонавтики навряд чи могли собі уявити, що космічні кораблібудуть викидати на звалище після одного-єдиного польоту. Не дивно,що перші проекти кораблів бачилися багаторазовими і часто крилатими. Довгийчас - до самого початку пілотованих польотів - вони конкурували на креслярськихдошках конструкторів з одноразовими В«СхідВ» і В«МеркурійВ». На жаль,більшість багаторазових кораблів так і залишилися проектами, а єдинасистема багаторазового застосування, прийнята в експлуатацію (Space Shuttle),виявилася страшно дорогий і далеко не самою надійною. Чому так вийшло?
Ракетобудування має всвоїй основі два джерела - авіацію і артилерію. Авіаційне початок вимагалобагаторазовості і крилатості, тоді як артилерійське було схильне доодноразовим застосуванню В«ракетного снарядаВ». Бойові ракети, з яких вирослапрактична космонавтика, були, природно, одноразовими. Коли справа дійшла допрактики, конструктори зіткнулися з цілим комплексом проблем високошвидкісногопольоту, в числі яких - надзвичайно високі механічні і теплові навантаження.Шляхом теоретичних досліджень, а також проб і помилок інженери змоглипідібрати оптимальну форму бойової частини й ефективні теплозахисні матеріали.І коли на порядок денний постало питання про розробку реальних космічнихкораблів, проектанти опинилися перед вибором концепції: будувати космічнийВ«ЛітакВ» або апарат капсульного типу, схожий на головну частинуміжконтинентальної балістичної ракети? Оскільки космічна гонка йшла вскаженому темпі, було вибрано найбільш просте рішення - адже в питанняхаеродинаміки і конструкції капсула куди простіше літака.
Швидко з'ясувалося, щона технічному рівні тих років зробити капсульний корабель багаторазовим практичнонереально. Балістична капсула входить в атмосферу з величезною швидкістю, а їїповерхня може нагріватися до 2 500-3 000 градусів. Космічний літак,володіє достатньо високим аеродинамічним якістю, при спуску з орбітивідчуває майже вдвічі менші температури (1 300-1 600 градусів), алематеріали, придатні для його теплозахисту, в 1950-1960-ті роки ще не булистворені. Єдиною дієвою теплозахистом була тоді свідомо одноразоваабляціонная обмазка: речовина покриття оплавляються і випаровувалися з поверхнікапсули потоком набігаючого газу, поглинаючи і несучи при цьому тепло, яке вІнакше викликало б неприпустимий нагрів апарату, що спускається. Спробирозмістити в єдиній капсулі всі системи - рухову установку з паливнимибаками, системи управління, життєзабезпечення та енергоживлення - вели до швидкогозростанню маси апарату: чим більше розміри капсули, тим більше масатеплозахисного покриття (в якості якої використовувалися, наприклад,склотекстоліти, просочені фенольними смолами з досить великоющільністю). Однак вантажопідйомність тодішніх ракет-носіїв булаобмежена. Рішення було знайдено в розподілі корабля на функціональні відсіки.В«СерцеВ» системи забезпечення життєдіяльності космонавта розміщувалося ввідносно невеликий кабіні-капсулі з тепловим захистом, а блоки іншихсистем були винесені в одноразові відокремлювані відсіки, природно, не малиніякого теплозахисного покриття. До такого рішення конструкторів, якпредставляється, підштовхував і невеликий ресурс основних систем космічноїтехніки. Наприклад, рідинний ракетний двигун В«живеВ» кілька сотеньсекунд, а щоб довести його ресурс до декількох годин, треба докласти дужевеликі зусилля.
І все ж ідеябагаторазовості ракетно-космічної техніки виявилася живучою. До кінця 1960-хроків у США і дещо пізніше в СРСР і Європі був накопичений неабиякий доробок уобласті гіперзвукової аеродинаміки, нових конструкційних і теплозахиснихматеріалів. А теоретичні дослідження підкріпилися експериментами, н томучислі польотами досвідчених літальних апаратів, найвідомішим з яких бувамериканський Х-15. У 1969 році NASA уклало перші контракти заерокосмічними компаніями США на дослідження вигляду перспективноюбагаторазової транспортної космічної системи Space Shuttle (англ. -В«Космічний човникВ»). За прогнозами того часу, до початку 1980-х роківвантажопотік "Земля-орбіта-Земля" повинен був скласти до 800 тонн врік, і шаттлам належало щорічно здійснювати 50-60 польотів, доставляючи на навколоземнуорбіту космічні апарати різного призначення, а також екіпажі та вантажі дляорбітальних станцій. Очікувалося, що вартість виведення вантажів на орбіту неперевищить 1 000 доларів за кілограм. При цьому від космічного човникапотрібне вміння повертати з орбіти досить великі навантаження, наприкладдорогі багатотонні супутники для ремонту на Землі. Треба відзначити, що завданняповернення вантажів з орбіти в деяких відносинах складніше виведення їх н космос.Наприклад, на кораблях В«СоюзВ» космонавти, повертаючись з Міжнародноюкосмічної станції, можуть взяти менше сотні кілограмів багажу.
У травні 1970 року, післяаналізу отриманих пропозицій, NASA вибрало систему з двома крилатимиступенями та видало контракти на подальшу опрацювання проекту фірмам NorthAmerican Rockwell і McDonnel Douglas. При стартовій масі близько 1 500 тонн вонаповинна 6ила виводити на низьку орбіту від 9 до 20 тонн корисного вантажу. Обидвіступені передбачалося оснащувати зв'язками киснево-водневих двигунів тягоюпо 180 тонн кожен. Однак у січні 1971 року вимоги були переглянуті -виводиться маса зросла до 29,5 тонни, а стартова - до 2 265 тонн. Зарозрахунками, пуск системи коштував не більше 5 мільйонів доларів, але от розробкаоцінювалася в 10 мільярдів доларів - більше, ніж був готовий виділити конгресСША (не будемо забувати, що США вели в той час війну в Індокитаї). Перед NASAі фірмами-розробниками постало завдання - знизити вартість проекту по крайнейпринаймні вдвічі. В рамках полностио багаторазової концепції цього добитися невдалося: занадто складно було розробити теплозахист ступенів з об'ємистимкріогенними баками. Виникла ідея зробити баки зовнішніми, одноразовими. Потімвідмовилися і від крилатою першого ступеня на користь повторно використовуванихстартових твердопаливних прискорювачів. Конфігурація системи придбала знайомийвсім вигляд, а її вартість, близько 5 мільярдів доларів, укладалася в заданімежі. Правда, витрати на запуск при цьому зросли до 12 мільйонів доларів,але це вважалося цілком прийнятним. Як гірко пожартував один з розробників,В«Човник спроектували бухгалтери, а не інженериВ».
Повномасштабнарозробка Space Shuttle, доручена фірмі North American Rockwell (пізнішеRockwell International), почалася в 1972 році. До моменту введення системи вексплуатацію (а перший політ В«КолумбіїВ» відбувся 12 квітня 1981 року - рівночерез 20 років після Гагаріна) це був у всіх відносинах технологічний шедевр.От тільки витрати на його розробку перевищили 12 мільярдів доларів. Насьогодні вартість одного пуску досягає і зовсім фантастичних 500000000доларів! Як же так? Адже багаторазове в принципі повинно бути дешевшеодноразового (принаймні, в перерахунку на один політ)? По-перше, невиправдалися прогнози щодо обсягів вантажопотоку - він виявився на порядок меншеочікуваного. По-друге, компроміс між інженерами та фінансистами не пішов накористь ефективності човника: вартість ремонтно-відновлювальних робіт дляряду агрегатів і систем досягла половини вартості їх виробництва! Особливодорого обходилося обслуговування унікальною керамічної теплозахисту. Нарешті,відмова від крьлатой першого ступеня призвів до того, що для повторноговикористання твердотоллівних прискорювачів довелося організовувати дорогіпошуково-рятувальні операції.
Крім того, шаттл мігпрацювати тільки в пілотованому режимі, що істотно здорожувало кожну місію.Кабіна з астронавтами не відділяється від корабля, через що на деякихділянках польоту будь-яка серйозна аварія чревата катастрофою із загибеллю екіпажу івтратою човника. Це сталося вже двічі - з В«челенджеромВ» (28 січня 1986року) та В«КолумбієюВ» (1 лютого 2003 року). Остання катастрофа зміниластавлення до про...
