Пилотируемые космические корабли имеют только три страны: Россия, США и Китай.
Космические корабли первого поколения
«Меркурий»
Так называлась первая пилотируемая космическая программа США и серия космических кораблей, использовавшихся в этой программе (1959-1963 гг.). Генеральный конструктор корабля - Max Faget. Для полётов по программе «Меркурий» был создан первый отряд астронавтов НАСА. Всего выполнено 6 пилотируемых полетов по этой программе.
Это одноместный орбитальный пилотируемый корабль, выполненный по схеме капсулы. Кабина изготовлена из титано-никелевого сплава. Объем кабины - 1,7м 3 . Астронавт располагается в ложементе и находится в скафандре все время полета. Кабина оснащена средствами информации на приборной доске и органами управления. Ручка управления ориентацией корабля находится у правой руки пилота. Визуальный обзор обеспечивается иллюминатором на входном люке кабины и обзорным широкоугольным перископом с изменяемой кратностью увеличения.
Корабль не предназначен для манёвра с изменением параметров орбиты, он оснащён системой реактивного управления для разворота по трём осям и тормозной двигательной установкой. Управление ориентацией корабля на орбите - автоматическое и ручное. Вход в атмосферу осуществляется по баллистической траектории. Ввод тормозного парашюта происходит на высоте 7 км, основного - на высоте 3 км. Приводнение происходит с вертикальной скоростью порядка 9 м/с. После приводнения капсула сохраняет вертикальное положение.
Особенностью корабля «Меркурий» является широкое использование резервного ручного управления. На орбиту корабль «Меркурий» выводили ракеты «Редстоун» и «Атлас» с весьма небольшой грузоподъемностью. Из-за этого масса и габариты кабины пилотируемой капсулы «Меркурий» были крайне ограничены и существенно уступали по техническому совершенству советским кораблям «Восток.
Цели полетов космических кораблей «Меркурий» были различными: отработка системы аварийного спасения, испытание абляционного теплозащитного экрана, его отстрел, телеметрия и связь по всей траектории полета, суборбитальный полет человека, орбитальный полет человека.
В рамках программы «Меркурий» в США летали шимпанзе Хэм и Энос.
«Джемини»
Космические корабли серии «Джемини» (1964-1966 гг.) продолжили серию кораблей «Меркурий», но превосходили их по возможностям (2 члена экипажа, большее время автономного полёта, возможность изменения параметров орбиты и т. д.). В ходе программы были отработаны методы сближения и стыковки, впервые в истории осуществлена стыковка космических аппаратов. Было произведено несколько выходов в открытый космос, установлены рекорды длительности полёта. Всего по этой программе было совершено 12 полетов.
Корабль «Джемини» состоит из двух основных частей - спускаемого аппарата, в котором размещён экипаж, и негерметичного приборно-агрегатного отсека, где находятся двигатели и другое оборудование. Форма спускаемого аппарата подобна кораблям серии «Меркурий». Несмотря на некоторое внешнее сходство двух кораблей, «Джемини» значительно превосходит «Меркурий» по возможностям. Длина корабля - 5,8 метра, максимальный внешний диаметр - 3 метра, масса - в среднем 3810 килограммов. Корабль выводился на орбиту ракетой-носителем Titan II. На момент появления «Джемини» был самым большим космическим кораблём.
Первый запуск корабля состоялся 8 апреля 1964 года, а первый пилотируемый запуск - 23 марта 1965 года.
Космические корабли второго поколения
«Аполлон»
«Аполло́н» - серия американских 3-местных космических кораблей, которые использовались в программах полётов к Луне «Аполлон», орбитальной станции «Скайлэб» и советско-американской стыковки ЭПАС. Всего по этой программе совершен 21 полет. Основное назначение - доставка астронавтов на Луну, но космические корабли этой серии выполняли и другие задачи. На Луну высаживались 12 астронавтов. На «Аполлоне-11» осуществлена первая посадка на Луну (Н. Армстронг и Б. Олдрин в 1969 г.)
«Аполлон» - единственная на данный момент серия космических кораблей в истории, на которых люди покидали пределы низкой околоземной орбиты и преодолевали притяжение Земли, а также единственная, которая позволила совершить успешную посадку астронавтов на Луну и их возвращение на Землю.
Космический корабль «Аполлон» состоит из командного и служебного отсеков, лунного модуля и системы аварийного спасения.
Командный отсек является центром управления полётом. Все члены экипажа в течение полёта находятся в командном отсеке, за исключением этапа высадки на Луну. Он имеет форму конуса со сферическим основанием.
Командный отсек имеет герметическую кабину с системой жизнеобеспечения экипажа, систему управления и навигации, систему радиосвязи, систему аварийного спасения и теплозащитный экран. В передней негерметизированной части командного отсека размещены стыковочный механизм и парашютная система посадки, в средней части 3 кресла астронавтов, пульт управления полётом и системой жизнеобеспечения и радиооборудование; в пространстве между задним экраном и гермокабиной размещено оборудование реактивной системы управления (РСУ).
Стыковочный механизм и деталь лунного модуля с внутренней нарезкой совместно обеспечивают жёсткую стыковку командного отсека с лунным кораблём и образуют туннель для перехода экипажа из командного отсека в лунный модуль и обратно.
Система жизнеобеспечения экипажа обеспечивает поддержание в кабине корабля температуры в пределах 21-27 °C, влажности от 40 до 70 % и давления 0,35 кг/см². Система рассчитана на 4-суточное увеличение продолжительности полёта сверх расчётного времени, необходимого для экспедиции на Луну. Поэтому предусматривается возможность регулировки и ремонта силами экипажа, одетого в скафандры.
Служебный отсек несёт основную двигательную установку и системы обеспечения корабля «Аполлон».
Система аварийного спасения. Если возникнет аварийная ситуация при старте ракеты-носителя «Аполлон» или потребуется прекратить полет в процессе выведения корабля «Аполлон» на орбиту Земли, спасение экипажа осуществляется отделением командного отсека от ракеты-носителя с последующей посадкой его на Землю на парашютах.
Лунный модуль имеет две ступени: посадочную и взлётную. Посадочная ступень, оборудованная самостоятельной двигательной установкой и шасси, используется для снижения лунного корабля с орбиты Луны и мягкой посадки на лунную поверхность, а также служит стартовой площадкой для взлётной ступени. Взлётная ступень с герметичной кабиной для экипажа и самостоятельной двигательной установкой после завершения исследований стартует с поверхности Луны и на орбите стыкуется с командным отсеком. Разделение ступеней осуществляется при помощи пиротехнических устройств.
«Шэньчжоу»
Программа космических пилотируемых полётов КНР. Работы по программе начались в 1992 г. Первый пилотируемый полёт корабля «Шэньчжоу-5» сделал Китай в 2003 г. третьей в мире страной, самостоятельно отправившей человека в космос. Космический корабль «Шэньчжоу» во многом повторяет российский космический корабль «Союз»: он имеет точно такую же компоновку модулей, что и «Союз» - приборно-агрегатный отсек, спускаемый аппарат и бытовой отсек; примерно такие же размеры, что и «Союз». Вся конструкция корабля и все его системы примерно идентичны советским космическим кораблям серии «Союз», а орбитальный модуль построен с использованием технологий, использовавшихся в серии советских космических станций «Салют».
Программа «Шэньчжоу» включала три этапа:
- запуск беспилотных и пилотируемых космических кораблей на околоземную орбиту при обеспечении гарантированного возвращения спускаемых аппаратов на Землю;
- выход тайкунавтов в открытый космос, создание автономной космической станции для кратковременного пребывания экспедиций;
- создание крупных космических станций для долговременного пребывания экспедиций.
Миссия успешно выполняется (совершено 4 пилотируемых полета) и является в настоящее время открытой.
Многоразовые транспортные космические корабли
Спейс шаттл, или просто шаттл («космический челнок») - американский многоразовый транспортный космический корабль. Шаттлы использовались в рамках государственной программы «Космическая транспортная система». Подразумевалось, что шаттлы будут «сновать, как челноки» между околоземной орбитой и Землёй, доставляя полезные грузы в обоих направлениях. Программа просуществовала с 1981 по 2011 год. Всего было построено пять шаттлов: «Колумбия» (сгорел при посадке в 2003 г.), «Челленджер» (взорвался во время запуска в 1986 г.), «Дискавери» , «Атлантис» и «Индевор» . В 1975 г. был построен корабль-прототип «Энтерпрайз» , но он никогда не запускался в космос.
Шаттл запускался в космос при помощи двух твердотопливных ракетных ускорителей и трёх собственных маршевых двигателей, которые получали топливо из огромного внешнего бака. На орбите шаттл осуществлял маневры за счёт двигателей системы орбитального маневрирования и возвращался на Землю как планёр. При разработке предусматривалось, что каждый из шаттлов должен был до 100 раз стартовать в космос. На практике же они использовались значительно меньше, к закрытию программы в июле 2011 г. больше всего полётов совершил шаттл «Дискавери» - 39.
«Колумбия»
«Колумбия» - первый экземпляр корабля системы «Спейс Шаттл», летавший в космос. Ранее построенный прототип «Энтерпрайз» летал, но только в пределах атмосферы для отработки посадки. Строительство «Колумбии» было начато в 1975 г., и 25 марта 1979 г. «Колумбия» была передана в эксплуатацию НАСА. Первый пилотируемый полёт многоразового транспортного космического корабля «Колумбия STS-1» состоялся 12 апреля 1981 г. Командиром экипажа был ветеран американской космонавтики Джон Янг, пилотом - Роберт Криппен. Полёт был (и остается) уникальным: самый первый, фактически испытательный запуск космического корабля, проводился с экипажем на борту.
«Колумбия» была тяжелее шаттлов, построенных позже, поэтому у неё не было стыковочного модуля. «Колумбия» не могла стыковаться ни со станцией «Мир», ни с МКС.
Последний полёт «Колумбии», STS-107, проходил с 16 января по 1 февраля 2003 г. Утром 1 февраля при входе в плотные слои атмосферы корабль разрушился. Все семь членов экипажа погибли. Комиссия по расследованию причин катастрофы пришла к выводу, что причиной стало разрушение наружного теплозащитного слоя на левой плоскости крыла челнока. При старте 16 января этот участок теплозащиты был поврежден падением на него куска теплоизоляции кислородного бака.
«Челленджер»
«Челленджер» - многоразовый транспортный космический корабль НАСА. Изначально он предназначался только для испытательных целей, но затем был переоборудован и подготовлен для запусков в космос. Первый раз «Челленджер» стартовал 4 апреля 1983 г. В общей сложности выполнил 9 успешных полётов. Потерпел катастрофу при десятом запуске 28 января 1986 г., все 7 членов экипажа погибли. Последний старт челнока был запланирован на утро 28 января 1986 г., за стартом «Челленджера» наблюдали миллионы зрителей по всему миру. На 73-й секунде полёта, на высоте 14 км произошёл отрыв левого твердотопливного ускорителя от одного из двух креплений. Провернувшись вокруг второго, ускоритель пробил основной топливный бак. Из-за нарушения симметрии тяги и сопротивления воздуха корабль отклонился от оси и был разрушен аэродинамическими силами.
«Дискавери»
Многоразовый транспортный космический корабль НАСА, третий шаттл. Первый полёт совершил 30 августа 1984 г. Шаттл «Дискавери» доставил на орбиту космический телескоп «Хаббл» и участвовал в двух экспедициях по его обслуживанию.
С «Дискавери» были запущены зонд «Улисс» и три ретрансляционных спутника.
На шаттле «Дискавери» совершил полет и российский космонавт Сергей Крикалев 3 февраля 1994 г. В течение восьми суток экипаж корабля «Дискавери» выполнил много различных научных экспериментов в области материаловедения, биологических экспериментов и наблюдений поверхности Земли. Крикалёв выполнил значительную часть работ с дистанционным манипулятором. Совершив 130 витков и пролетев 5486215 километров, 11 февраля 1994 г. шаттл совершил посадку в космическом центре имени Кеннеди (штат Флорида). Таким образом, Крикалёв стал первым российским космонавтом, совершившим полёт на американском шаттле. А всего с 1994 по 2002 год было выполнено 18 орбитальных полётов космических многоразовых кораблей «Спейс шаттл», в экипажи которых были включены 18 российских космонавтов.
На шаттле «Дискавери» (STS-95) 29 октября 1998 г. отправился в свой второй полёт астронавт Джон Гленн, которому в тот момент было 77 лет.
Шаттл «Дискавери» завершил свою 27-летнюю карьеру последним приземлением 9 марта 2011 г. Он сошел с орбиты, спланировал к космическому центру имени Кеннеди во Флориде и благополучно приземлился. Шаттл был передан в Национальный музей авиации и космонавтики Смитсоновского института в Вашингтоне.
«Атлантис»
«Атла́нтис» - многоразовый транспортный космический корабль НАСА, четвёртый спейс шаттл. При строительстве «Атлантиса» были внесены множество улучшений по сравнению с его предшественниками. Он легче шаттла «Колумбия» на 3,2 тонны и на его строительство потребовалось в два раза меньше времени.
Первый полёт «Атлантис» совершил в октябре 1985 г., это был один из пяти полётов для министерства обороны США. Начиная с 1995 года, «Атлантис» совершил семь полётов к российской космической станции «Мир». Был доставлен дополнительный стыковочный модуль для станции «Мир» и осуществлялась смена экипажей станции «Мир».
С ноября 1997 по июль 1999 года «Атлантис» был модифицирован, в нём было сделано около 165 усовершенствований. С октября 1985 по июль 2011 года шаттл «Атлантис» совершил 33 космических полёта, в состав его экипажей входило 189 человек. Последний 33-й запуск осуществлен 8 июля 2011 г.
«Индевор»
«Индевор» - многоразовый транспортный космический корабль НАСА, пятый и последний космический челнок. Первый полёт «Индевор» совершил 7 мая 1992 г. В 1993 г. на «Индеворе» была совершена первая экспедиция по обслуживанию космического телескопа «Хаббл». В декабре 1998 г. «Индевор» доставил на орбиту первый американский модуль Unity для МКС.
С мая 1992 по июнь 2011 г. шаттл «Индевор» совершил 25 космических полётов. 1 июня 2011г. шаттл в последний раз приземлился на космодроме на мысе Канаверал во Флориде.
Программа «Космическая транспортная система» была завершена в 2011 г. Все действующие шаттлы были списаны после их последнего полёта и отправлены в музеи.
За 30 лет эксплуатации пять шаттлов совершили 135 полётов. На шаттлах в космос было поднято 1,6 тыс. тонн полезных грузов. 355 астронавтов и космонавтов летали на шаттлах в космос.
Удивительное дело, я тут сделал экспресс-опрос своих знакомых, оказалось, что практически все уверены, что в настоящее время, после закрытия проектов «Спейс Шатл» и «Буран», многоразовые космические корабли человечеством не используются.
А меж тем, вот прямо сейчас, они пролетают над нами. По состоянию на 2016 год, США экплуатируют по меньшей мере два типа многоразовых космических кораблей, а в 2017 году их странет уже четыре. Или даже пять, в зависимости от того, как считать.
Это, впрочем, не удивительно, российские СМИ выстроили вокруг западных космических программ довольно глухую стену молчания, и если через нее что-то и просачиватеся, то в исключительно отфильтрованном, дозированном и искаженном виде. Вот, большая часть моих знакомых почему-то уверена, что c запуском многоразовых ракет Falcon «у американцев — сплошные сбои», хотя дело обстоит ровно наоборот.
Вот только вчера, например, совершил очередную посадку многоразовый коммерческий космический грузовик «Дракон» (Dragon), который ранее был запущен многоразовой космической ракетой «Сокол 9» (Falcon 9), которая запустив его, вернулась на землю. Вот про многоразовую космическую ракету почти все хоть что-то слышали, а про многоразовый космический корабль — практически никто.
Вот я и подумал. Что было бы неплохо рассказать, как обстоят дела в мировой космической области. Как они на самом деле обстоят там.
Помните, как после закрытия программы «Спейс Шатл» в 2011, все российские СМИ дружно и громогласно писали, что теперь эре многоразовых космических кораблей пришел конец, они себя изжили, возобновятся не скоро, а основным средством доставки грузов и экипажей в космос на МКС станут старые добрые и надежные Союзы и Прогрессы?
Так вот, это была неправда. Вернее — полуправда. Союзы и Прогрессы конечно были и остаются основным средством доставки на российскую часть Международной космической станции.
А на американскую ее часть, после закрытия программы многоразовых Шаттлов, стал летать многоразовый «Дракон». Который, возможно и не такой впечатляющий, как Шаттл, и не такой огромный, но зато устроен намного более просто: надежнее, безопаснее и, главное — существенно дешевле. Дешевле, потому, что использует совсем другие, современные технологии полета и посадки. И потому, что может выводится на орбиту многоразовыми же ракетами, а не одноразовыми ускорителями.
А еще вот прямо сейчас над нами пролетает другой многоразовый американский космический корабль, Боинг X-37 .
Не слышали?
Оно и понятно, владельцем этого космического корабля является не НАСА, а армия США, и потому никто не знает, зачем он там летает и что делает. X-37 — это не просто «многоразовый корабль», это полноценный космоплан, или, как еще говорят — «орбитальный самолёт». То есть он не просто кружится на орбите, на которую его вывели, а свободно маневрирует в космосе, летает куда хочет… Ну, короче, помните аппараты, на которых повстанцы в «Звездных войнах» атаковали «Звезду Смерти». Ну вот это примерно то же самое, только беспилотник.
Boeing X-37
Летают X-37 основательно и подолгу. Так, например, предыдущий полет продолжался 674 дня. А тот, что летает сейчас, летает уже ровно год, с 20 мая 2015.
Но и «Дракон», и «X-37» это бесплотные корабли. Пилотируемые многоразовые полеты начнутся в следующем, 2017 году.
Такое «запаздывание» произошло не потому, что имеются какие-то сложности в реализации программы, а наоборот, потому что наука и техника сейчас развиваются настолько стремительно, что новые возможности появляются быстрее, чем разработчики успевают нарисовать чертежи, и очень хочется включить туда все новое.
Так, например, пилотируемая «пассажирская» версия «Дракона» должна была начать совершать регулярные полеты еще в 2015 году. Она была готова к этому, были проведены испытания, но… в тот момент наука и технологии сделали еще несколько крупных шагов вперед и регулярные полеты перенесли на два года, чтобы дать «Второму Дракону» новые возможности. Пассажиров стало на 2 человека больше (семь вместо пяти), новые двигатели, которые, внимание, изготавливаются методом 3 D печати , при этом обеспечивается мягкая посадка даже при отказе всех восьми двигателей.
Взлет "Дракона 2" с земли (без ракеты-носителя)
Аппарат может свободно маневрировать в космосе, а в условиях земной атмосферы… взлетать и садиться, как вертолет, на своих 8 реактивных напечатанных на 3-D принтерах двигателях.
И да, на орбиту его выводит все та же многоразовая ракета «Сокол» (Falcon ).
Об остальных «многоразовиках», которые уже существуют, испытаны и должны начать регулярно летать в следующем году, я расскажу вкратце, чтобы не утомлять вас.
Орбитальный самолет Dream Chaser (бегущий за мечтой), первый полет которого должен состояться в ноябре 2016 года. Увидев его, вы воскликнете: «да это же Шаттл». Ну да, это так и есть, DreamChaser — это развитие проекта «Спейс Шаттл». Но, конечно, — на новом уровне. Изготовлен он из композитных материалов, может самостоятельно взлетать и садиться в атмосфере (а не только планировать, как Шаттл), и особый цимес — он складной. При старте крылья, стабилизаторы и все выступающие части убираются, корабль как бы «сворачивается в трубочку», которую для вывода аппарата на орбиту можно «всунуть» в любую подходящую по размеру ракету и таким образом избежать стартовых повреждений (напомню, что причиной гибели и Челленджера и Колумбии были повреждения на старте).
Орбитальный самолет Dream Chaser
Из существующих ракет по размеру подходят американская одноразовая Атлас-5 и европейская Ариан 5, но в будущем возможен переход на многоразовые «Falcon», такая техническая возможность существует уже сейчас.
Орион (Orion) — многоразовый многоцелевой космический корабль способный совершать межпланетные перелеты. Махина, жилой дом, диаметром 5 метров. Это не «проект» и не «перспективная разработка». Этот корабль уже создан, уже совершил свой первый полет в космос, но пока не эксплуатируется, так как программы межпланетных перелетов (к Луне и к Марсу) начнутся только в 20-х годах. А потребности «ближнего космоса» сейчас вполне покрываются «Драконами». Впрочем, чтобы проект не «простаивал зазря» планируется, что корабль Orion все же будет летать к МКС в ближайшие годы.
Боинг CST-100 Starliner —многоразовый корабль узкого назначения, для полетов на орбитальные станции, близкий аналог первого «Дракона», но в отличие от него может брать на борт экипаж из семи человек. Создан по заказу НАСА. Ну просто потому, что НАСА сочла, что помимо арендованных у частного подрядчика «Драконов», в лице SpaceX, у нее должны быть и собственные корабли. Характерной особенностью Старлайна является то, что его можно установить практически на любую существующую ныне ракету.
Boeing CST-100 Starliner
Но главный цимес, благодаря чему все эти корабли будут действительно, а не условно «многоразовыми» — это конечно проект «Сокол» (Falcon ), многоразовые ракеты, которые будут выводить (и уже сейчас выводят) все эти многоразовые корабли в космос и возвращаться на землю. Благодаря чему в обозримом времени стоимость вывода груза на орбиту будет сравнима со стоимостью израсходованного топлива.
Falcon
— это модульная линейка ускорителей, которые могут соединяться между собой на манер конструктора Lego, наращивая мощности и возможности получаемых ракет до физических пределов технологии. Причем после реализации задачи, все кубики этого конструктора возвращаются на землю путем мягкой посадки для повторного использования.
В настоящее время самая мощная ракета серии, (первый запуск осенью 2016 года), способна вывести на низкую опорную орбиту 55 тонн груза, что в два с половиной раза больше чем самая мощная российская ракета Протон и в полтора раза больше чем пока еще несуществующая, но заявленная российская Ангара-7.
Теперь давайте посмотрим, что там «нового космического» в активе Российской Федерации.
Ни-че-го!
Все те же Союзы-Прогрессы, которые безнадежно устарели, летают аж с 60-х годов, но есть явные признаки, что в обозримом будущем летать перестанут .
Да есть еще «Протон», из тех же, 60-х, который по российской документации проходит как «тяжелая» ракета, но по выводимой на орбиту массе относится к средним. Самая аварийная, очень опасная, летающая на чрезвычайно ядовитом гептиле ракета. Запускать которую можно только из одного места в мире, с Байконура, и которая всецело зависит от импортных (в том числе, украинских) комплектующих, с которыми сейчас… ну вы сами понимаете. Собственно, «Протон» планировали снять с производства еще в 80-х и заменить «Энергией». Но, «Энергия» не состоялась, и Протон сейчас летает (постоянно взрываясь) лишь потому, что других «тяжелых» ракет у России нет.
А как же «Ангара»? — спросите вы. — Которой российские СМИ прожужжали нам все уши.
А вот давайте об «Ангаре» и поговорим .
Тем более, что есть с чем сравнивать — «Ангара» в какой-то мере аналог «Falcon». Та же модульная конструкция — кубики Лего — из которых собирается ракета нужной мощности. Но на этом — сходство и кончается!
Прежде всего отличие состоит в том, что Falcon’ы уже летают, а когда начнет летать Ангара — большой вопрос.
Давайте сравним:
Проект Falcon стартовал в 2002 году, а спустя уже 6 лет, в 2008 началась коммерческая эксплуатация ракет. Проект Ангара стартовал в 1995 году, и сейчас спустя 21 (двадцать один!) год совершенно непонятно, когда же начнется эксплуатация этих ракет.
В принципе одного этого факта уже достаточно, чтобы понять все про Ангару, но давайте продолжим для полноты картины.
За 8 лет эксплуатации на «Falcon» сменилось ТРИ (!) поколения двигателей, это не считая «модернизаций». Последнее поколение двигателей, Мерлин 1D+ , позволило перевести «легкую» ракету Falcon 9 в класс «средне-тяжелых», без какой-либо модернизации, просто за счет замены двигателей.
На Ангаре используются якобы «новейшие» двигатели РД-191 — которые на самом деле представляют собой просто упрощенную «четвертинку» (одна камера, вместо четырех) двигателей РД-170, которыми оснащалась ракета «Энергия», но которые были разработаны для ракет «Зенит» (Южмаш, Украина ) аж в конце 70-х.
Предельная нагрузка, которую сможет вывести на низкую опорную орбиту самая тяжелая Ангара-7 (к разработке которой еще даже не приступили, в работе сейчас Ангара-5) — 35 тонн. Для Falcon верхний предел не ограничен, но самая тяжелая на сегодняшний день модификация, Falcon Heavy, выводит на низкую опорную орбиту 55 тонн.
Falcon стартует практически с любого подходящего по размерам стартового комплекса, для запуска Ангары требуется построенный специально для нее сложный комплекс, который сейчас имеется только в Плесецке, откуда коммерческие запуски — невозможны.
Falcon — многоразовый, Ангара — одноразовая.
Ну и главное, повторюсь. Falcon летает уже восемь лет, а когда полетит Ангара — неизвестно. Но известно — другое, в момент начала эксплуатации (если она начнется) — это будет уже безнадежно устаревшая система.
Ну и мой рассказ будет неполным, если я не упомяну «перспективный» российский проект «Федерация », который в какой-то мере является аналогом упоминавшегося выше американского «Ориона», только по размерам и грузоподъёмности уступает Ориону в 4 раза. Ситуация тут ровно такая же: «Орион» уже летает, а что касается «Федерации», то на сегодняшний момент, спустя одиннадцать лет (!) после запуска проекта в работу (2005 год) работы находятся на стадии «начата разработка рабочей документации ».
Ситуацию с «Федерацией» предельно кратко обрисовал бывший космонавт Сергей Крикалев , а ныне — первый заместитель главы ЦНИИмаша на заседании экспертного совета коллегии Военно-промышленной комиссии РФ в 2014 году: «Если продолжать всё делать как сейчас, мы новый корабль не построим вообще никогда, даты всё время переносятся, утвержденного системного графика создания корабля нет, когда будет создана ракета для него, также неясно ».
Это было в 2014 году. С той поры экономика России сильно просела, а санкции сделали недоступными технологии, без которых «Федерация» вряд ли состоится.
На этой специфической ноте и закончим.
Удивительное дело, я тут сделал экспресс-опрос своих знакомых, оказалось, что практически все уверены, что в настоящее время, после закрытия проектов «Спейс Шатл» и «Буран», многоразовые космические корабли человечеством не используются.
А меж тем, вот прямо сейчас, они пролетают над нами. По состоянию на 2016 год, США экплуатируют по меньшей мере два типа многоразовых космических кораблей, а в 2017 году их станет уже четыре. Или даже пять, в зависимости от того, как считать.
Это, впрочем, не удивительно, российские СМИ выстроили вокруг западных космических программ довольно глухую стену молчания, и если через нее что-то и просачиватеся, то в исключительно отфильтрованном, дозированном и искаженном виде. Вот, большая часть моих знакомых почему-то уверена, что c запуском многоразовых ракет Falcon «у американцев - сплошные сбои», хотя дело обстоит ровно наоборот.
Вот только 11.05.2016, например, совершил очередную посадку многоразовый коммерческий космический грузовик «Дракон» (Dragon), который ранее был запущен многоразовой космической ракетой «Сокол 9» (Falcon 9), которая запустив его, вернулась на землю. Вот про многоразовую космическую ракету почти все хоть что-то слышали, а про многоразовый космический корабль - практически никто.
Вот я и подумал. Что было бы неплохо рассказать, как обстоят дела в мировой космической области. Как они на самом деле обстоят там.
Помните, как после закрытия программы «Спейс Шатл» в 2011, все российские СМИ дружно и громогласно писали, что теперь эре многоразовых космических кораблей пришел конец, они себя изжили, возобновятся не скоро, а основным средством доставки грузов и экипажей в космос на МКС станут старые добрые и надежные Союзы и Прогрессы?
Так вот, это была неправда. Вернее - полуправда. Союзы и Прогрессы конечно были и остаются основным средством доставки на российскую часть Международной космической станции.
А на американскую ее часть, после закрытия программы многоразовых Шаттлов, стал летать многоразовый «Дракон». Который, возможно и не такой впечатляющий, как Шаттл, и не такой огромный, но зато устроен намного более просто: надежнее, безопаснее и, главное - существенно дешевле. Дешевле, потому, что использует совсем другие, современные технологии полета и посадки. И потому, что может выводится на орбиту многоразовыми же ракетами, а не одноразовыми ускорителями.
А еще вот прямо сейчас над нами пролетает другой многоразовый американский космический корабль, Боинг X-37.
Не слышали?
Оно и понятно, владельцем этого космического корабля является не НАСА, а армия США, и потому никто не знает, зачем он там летает и что делает. X-37 - это не просто «многоразовый корабль», это полноценный космоплан, или, как еще говорят - «орбитальный самолёт». То есть он не просто кружится на орбите, на которую его вывели, а свободно маневрирует в космосе, летает куда хочет… Ну, короче, помните аппараты, на которых повстанцы в «Звездных войнах» атаковали «Звезду Смерти». Ну вот это примерно то же самое, только беспилотник.
Boeing X-37
Летают X-37 основательно и подолгу. Так, например, предыдущий полет продолжался 674 дня. А тот, что летает сейчас, летает уже ровно год, с 20 мая 2015.
Но и «Дракон», и «X-37» это бесплотные корабли. Пилотируемые многоразовые полеты начнутся в следующем, 2017 году.
Такое «запаздывание» произошло не потому, что имеются какие-то сложности в реализации программы, а наоборот, потому что наука и техника сейчас развиваются настолько стремительно, что новые возможности появляются быстрее, чем разработчики успевают нарисовать чертежи, и очень хочется включить туда все новое.
Так, например, пилотируемая «пассажирская» версия «Дракона» Dragon V2 должна была начать совершать регулярные полеты еще в 2015 году. Она была готова к этому, были проведены испытания, но… в тот момент наука и технологии сделали еще несколько крупных шагов вперед и регулярные полеты перенесли на два года, чтобы дать «Второму Дракону» новые возможности. Пассажиров стало на 2 человека больше (семь вместо пяти), новые двигатели, которые, внимание, изготавливаются методом 3D печати , при этом обеспечивается мягкая посадка даже при отказе всех восьми двигателей.
Взлет Дракона 2 с земли (без ракеты-носителя)
Аппарат может свободно маневрировать в космосе, а в условиях земной атмосферы… взлетать и садиться, как вертолет, на своих 8 реактивных напечатанных на 3-D принтерах двигателях.
И да, на орбиту его выводит все та же многоразовая ракета «Сокол» (Falcon).
Об остальных «многоразовиках», которые уже существуют, испытаны и должны начать регулярно летать в следующем году, я расскажу вкратце, чтобы не утомлять вас.
(бегущий за мечтой), первый полет которого должен состояться в ноябре 2016 года. Увидев его, вы воскликнете: «да это же Шаттл». Ну да, это так и есть, DreamChaser - это развитие проекта «Спейс Шаттл». Но, конечно, - на новом уровне. Изготовлен он из композитных материалов, может самостоятельно взлетать и садиться в атмосфере (а не только планировать, как Шаттл), и особый цимес - он складной. При старте крылья, стабилизаторы и все выступающие части убираются, корабль как бы «сворачивается в трубочку», которую для вывода аппарата на орбиту можно «всунуть» в любую подходящую по размеру ракету и таким образом избежать стартовых повреждений (напомню, что причиной гибели и Челленджера и Колумбии были повреждения на старте).
Орбитальный самолет Dream Chaser
Из существующих ракет по размеру подходят американская одноразовая Атлас-5 и европейская Ариан 5, но в будущем возможен переход на многоразовые «Falcon», такая техническая возможность существует уже сейчас.
Орион (Orion) - многоразовый многоцелевой космический корабль способный совершать межпланетные перелеты. Махина, жилой дом, диаметром 5 метров. Это не «проект» и не «перспективная разработка». Этот корабль уже создан, уже совершил свой первый полет в космос, но пока не эксплуатируется, так как программы межпланетных перелетов (к Луне и к Марсу) начнутся только в 20-х годах. А потребности «ближнего космоса» сейчас вполне покрываются «Драконами». Впрочем, чтобы проект не «простаивал зазря» планируется, что корабль Orion все же будет летать к МКС в ближайшие годы.
Боинг CST-100 Starliner - многоразовый корабль узкого назначения, для полетов на орбитальные станции, близкий аналог первого «Дракона», но в отличие от него может брать на борт экипаж из семи человек. Создан по заказу НАСА. Ну просто потому, что НАСА сочла, что помимо арендованных у частного подрядчика «Драконов», в лице SpaceX, у нее должны быть и собственные корабли. Характерной особенностью Старлайна является то, что его можно установить практически на любую существующую ныне ракету.
Boeing CST-100 Starliner
Но главный цимес, благодаря чему все эти корабли будут действительно, а не условно «многоразовыми» - это конечно проект «Сокол» (Falcon), многоразовые ракеты, которые будут выводить (и уже сейчас выводят) все эти многоразовые корабли в космос и возвращаться на землю. Благодаря чему в обозримом времени стоимость вывода груза на орбиту будет сравнима со стоимостью израсходованного топлива.
Falcon - это модульная линейка ускорителей, которые могут соединяться между собой на манер конструктора Lego, наращивая мощности и возможности получаемых ракет до физических пределов технологии. Причем после реализации задачи, все кубики этого конструктора возвращаются на землю путем мягкой посадки для повторного использования.
В настоящее время самая мощная ракета серии, Falcon Heavy (первый запуск осенью 2016 года), способна вывести на низкую опорную орбиту 55 тонн груза, что в два с половиной раза больше чем самая мощная российская ракета Протон и в полтора раза больше чем пока еще несуществующая, но заявленная российская Ангара-7.
Теперь давайте посмотрим, что там «нового космического» в активе Российской Федерации.
Ни-че-го!
Все те же Союзы-Прогрессы, которые безнадежно устарели, летают аж с 60-х годов,
Да есть еще «Протон», из тех же, 60-х, который по российской документации проходит как «тяжелая» ракета, но по выводимой на орбиту массе относится к средним. Самая аварийная, очень опасная, летающая на чрезвычайно ядовитом гептиле ракета. Запускать которую можно только из одного места в мире, с Байконура, и которая всецело зависит от импортных (в том числе, украинских) комплектующих, с которыми сейчас… ну вы сами понимаете. Собственно, «Протон» планировали снять с производства еще в 80-х и заменить «Энергией». Но, «Энергия» не состоялась, и Протон сейчас летает (постоянно взрываясь) лишь потому, что других «тяжелых» ракет у России нет.
А как же «Ангара»? - спросите вы. - Которой российские СМИ прожужжали нам все уши.
А вот давайте об «Ангаре» и поговорим.
Тем более, что есть с чем сравнивать - «Ангара» в какой-то мере аналог «Falcon». Та же модульная конструкция - кубики Лего - из которых собирается ракета нужной мощности. Но на этом - сходство и кончается!
Прежде всего отличие состоит в том, что Falcon’ы уже летают, а когда начнет летать Ангара - большой вопрос.
Давайте сравним:
Проект Falcon стартовал в 2002 году, а спустя уже 6 лет, в 2008 началась коммерческая эксплуатация ракет. Проект Ангара стартовал в 1995 году, и сейчас спустя 21 (двадцать один!) год совершенно непонятно, когда же начнется эксплуатация этих ракет.
В принципе одного этого факта уже достаточно, чтобы понять все про Ангару, но давайте продолжим для полноты картины.
За 8 лет эксплуатации на «Falcon» сменилось ТРИ (!) поколения двигателей, это не считая «модернизаций». Последнее поколение двигателей, Мерлин 1D+, позволило перевести «легкую» ракету Falcon 9 в класс «средне-тяжелых», без какой-либо модернизации, просто за счет замены двигателей.
На Ангаре используются якобы «новейшие» двигатели РД-191 - которые на самом деле представляют собой просто упрощенную «четвертинку» (одна камера, вместо четырех) двигателей РД-170, которыми оснащалась ракета «Энергия», но которые были разработаны для ракет «Зенит» (Южмаш, Украина) аж в конце 70-х.
Предельная нагрузка, которую сможет вывести на низкую опорную орбиту самая тяжелая Ангара-7 (к разработке которой еще даже не приступили, в работе сейчас Ангара-5) - 35 тонн. Для Falcon верхний предел не ограничен, но самая тяжелая на сегодняшний день модификация, Falcon Heavy, выводит на низкую опорную орбиту 55 тонн.
Falcon стартует практически с любого подходящего по размерам стартового комплекса, для запуска Ангары требуется построенный специально для нее сложный комплекс, который сейчас имеется только в Плесецке, откуда коммерческие запуски - невозможны.
Falcon - многоразовый, Ангара - одноразовая.
Ну и главное, повторюсь. Falcon летает уже восемь лет, а когда полетит Ангара - неизвестно. Но известно - другое, в момент начала эксплуатации (если она начнется) - это будет уже безнадежно устаревшая система.
Ну и мой рассказ будет неполным, если я не упомяну «перспективный» российский проект «Федерация», который в какой-то мере является аналогом упоминавшегося выше американского «Ориона», только по размерам и грузоподъёмности уступает Ориону в 4 раза. Ситуация тут ровно такая же: «Орион» уже летает, а что касается «Федерации», то на сегодняшний момент, спустя одиннадцать лет (!) после запуска проекта в работу (2005 год) работы находятся на стадии «начата разработка рабочей документации».
Ситуацию с «Федерацией» , а ныне - первый заместитель главы ЦНИИмаша на заседании экспертного совета коллегии Военно-промышленной комиссии РФ в 2014 году: «Если продолжать всё делать как сейчас, мы новый корабль не построим вообще никогда, даты всё время переносятся, утвержденного системного графика создания корабля нет, когда будет создана ракета для него, также неясно».
Это было в 2014 году. С той поры экономика России сильно просела, а санкции сделали недоступными технологии, без которых «Федерация» вряд ли состоится.
Стоило мне как меня тут же завалили «примером» отставания США от России в космической сфере. Дескать, американские ракеты летают на Российских двигателях РД-180, и без этих российских двигателей американская космическая программа сразу же заглохнет. С кучей ссылочек. Так что, дескать, никуда американцы без рассеюшки-матери не денутся.
Переход по ссылкам, присланным мне, показал, что вся информация о российско-американском сотрудничестве в области РД-180, которая имеется на русском языке, представляет собой худшую разновидность лжи - полуправду. Где отдельные, совершенно правдивые факты (производство двигателя полностью сосредоточенно в России) переплетены с утаиванием ключевой информации и скреплены точечной малозаметной ложью.
Начнем с того, что никакого «Российского двигателя РД-180» в природе не существует. Есть двигатель РД-180 созданный в рамках российско-американского сотрудничества, который был разработан в России по заказу США, и который в настоящее время производится американской компанией Pratt & Whitney на российских производственных мощностях. Поэтому сама подача материала в Российских СМИ, которые пишут, что «США закупает двигатели в России» 100% густая ложь. Это все равно как написать, что «Apple закупает свои Iphone в Китае» только на том основании, что всё их производство сосредоточенно там.
Впрочем, давайте я расскажу всё по порядку, потому что история там - очень интересная.
В конце 50-х годов на вооружении США стояло несколько сотен баллистических ракет Atlas. Когда случился карибский кризис, американцы сочли, что эти ракеты - недостаточно эффективны, чтобы противостоять Советской угрозе, их сняли с вооружения, но не выбросили, не утилизировали. Согласно концепции, которая тогда была принята в США, и которая действует до сих пор, все баллистические ракеты военного назначения должны иметь возможность использоваться в качестве ракет-носителей для вывода грузов на орбиту.
Поэтому со списанием Атласов космическое ведомство США получило около сотни готовых космических ракет для запуска спутников и космических кораблей в космос. Причем замечу, - это очень важно, - фактически халявных, бесплатных ракет, поскольку Пентагон за них уже заплатил ранее.
Атласы широко использовались в первые годы освоения космоса в качестве основного носителя (именно на Атласе взлетел первый американский космонавт Джон Гленн), а затем - как «резервная» ракета. Когда, например, взорвался Челледжер, то до выяснения причин катастрофы, программа Шаттлов была приостановлена, и все космические запуски делались на Аталасах.
Меж тем в 90-х годах стало ясно, что ракеты «Титан», на которых делались все американские «средние» запуски надо снимать с производства - негативные последствия от использования ядовитого аэрозина в качестве топлива - были слишком сильными.
А на консервации еще оставались сотни халявных Атласов. Было решено оснастить эти Атласы новыми, более мощными двигателями и заменить ими Титаны. Американская компания General Dynamic, в чьем ведении находились Атласы, объявила в 1995 году тендер на разработку нового двигателя, и этот тендер безоговорочно с большим отрывом выиграло российское предприятие «НПО Энергомаш», которое предложило цену в несколько раз более низкую, чем конкуренты.
Времена в России были тяжелые, приходилось демпинговать. Но главное, у Энергомаша был хороший задел. Для того, чтобы получить двигатель с нужными американцам характеристиками, надо было лишь «уполовинить» уже имеющийся двигатель от ракеты «Энергия», сделать вместо четырех камер только две.
В результате Энергомаш «разработал» нужный двигатель, который получил название РД-180, передал все права и всю документацию на его производство американцам, а те, в соотвествии с условиями тендера, разместили производство двигателя в России на заводах Энергомаша, поскольку там уже была вся необходимая технологическая оснастка.
Надо заметить, что этот контракт потом сильно аукнулся российскому ВПК, потому что, когда России самой потребовался «половинный» двигатель для ракет Русь-М и Ангара, оказалось, что по условиям контракта она не может изготавливать РД-180 для своих целей, а должна закупать его у американской компании Pratt & Whitney.
В итоге для Русь-М пришлось делать «альтернативную» разработку, РД-180В (которая так и не была завершена), а на Ангару ставить не «половинный», а «четвертинный» двигатель РД-191.
Ну а что касается американских Атласов, то ракеты, оснащенные РД-180, сначала получили индекс R (это не «Российский двигатель», как пишут у нас, а просто очередной индекс, так совпало), а затем были полностью модернизированы под РД-180. И получили обозначение Атлас-5.
Так что все американские Атлас 5 сейчас имеют первую ступень, оснащенную двигателем РД-180 компании Pratt & Whitney, который собирается в России.
Поэтому, когда Россия попала под санкции, то под санкции попало и это производство. Поначалу было решено перенести производство РД-180 из России на территорию США.
Но тут нарисовался Илон Маск со своей компанией SpaceX и сказал: «Я могу сделать лучше и дешевле». Прикинули, оказалось и вправду, гораздо дешевле и лучше будет отдать подряд Маску.
В России конечно обрадовались бы такому раскладу, но в США больше всего на свете боятся монополизации рынка. Все профильные контролирующие органы тут же выдали заключение, что передача подряда SpaceXvприведет к образованию недопустимой монополии.
Но в результате этих обсуждений попутно выяснилось, что в переносе производства РД-180 в США уже нет никакого резона. То, что было «дешево» в 95-м, сейчас уже стало «дорого».
РД-180 - очень хороший двигатель, но - уже сильно устаревший, для его производства придется возрождать технологии, от которых во всем мире давно отказались. Наука и технологии не стоят на месте, и в самих США есть куча фирм, которые могут сделать то, что требуется, гораздо лучше, гораздо быстрее и главное - уже сильно дешевле по сравнению с Энергомашем.
Короче, выяснилось, что РД-180 больше не нужен.
Поэтому General Dynamic провело новый тендер, который выиграли две американские компании. United Launch Services которая, начиная с 2019 года начнет поставлять двигатель Vulcan BE-4, который заменит РД-180. И Aerojet Rocketdyne, которая разработает следующее поколение принципиально новых двигателей, которое в свою очередь заменит Vulcan BE-4.
Ну и чтобы было понятно, что произошло, упомяну только одну деталь - весь контракт с United Launch Services стоит 46 миллионов долларов - это стоимость всего пяти РД-180.
А конгресс США, чтобы подстраховаться и создать запас на переходный период разрешил Энергомашу выпустить еще 18 штук РД-180. Последних РД-180 в истории.
Вот, собственно, что кроется за заголовками Российских СМИ «Америка не может обойтись без российских двигателей».
|
|||||||||||||||||||||
|
100 лет назад отцы — основатели космонавтики вряд ли могли себе представить, что космические корабли будут выбрасывать на свалку после одного-единственного полета. Неудивительно, что первые проекты кораблей виделись многоразовыми и зачастую крылатыми. Долгое время — до самого начала пилотируемых полетов — они конкурировали на чертежных досках конструкторов с одноразовыми «Востоками» и «Меркуриями». Увы, большинство многоразовых кораблей так и остались проектами, а единственная система многократного применения, принятая в эксплуатацию (Space Shuttle), оказалась страшно дорогой и далеко не самой надежной. Почему так получилось?
Ракетостроение имеет в своей основе два источника — авиацию и артиллерию. Авиационное начало требовало многоразовости и крылатости, тогда как артиллерийское было склонно к одноразовому применению «ракетного снаряда». Боевые ракеты, из которых выросла практическая космонавтика, были, естественно, одноразовыми. Когда дело дошло до практики, конструкторы столкнулись с целым комплексом проблем высокоскоростного полета, в числе которых — чрезвычайно высокие механические и тепловые нагрузки. Путем теоретических исследований, а также проб и ошибок инженеры смогли подобрать оптимальную форму боевой части и эффективные теплозащитные материалы. И когда на повестку дня встал вопрос о разработке реальных космических кораблей, проектанты оказались перед выбором концепции: строить космический «самолет» или аппарат капсульного типа, похожий на головную часть межконтинентальной баллистической ракеты? Поскольку космическая гонка шла в бешеном темпе, было выбрано наиболее простое решение — ведь в вопросах аэродинамики и конструкции капсула куда проще самолета.
 |
|
"Зенгер" Так виделся запуск космического самолета немецким инжинерам в середине 1980-х годов. Первая ступень - самолет-разгонщик с прямоточными воздушнымо-реактивными двигателями. Вторая орбитальная ступень стартует на высоте более 30 км при скорости 6,8 Маха. стартовая масса системы - 340 т, из них 100 т водорода. Вторая ступень несет 65,5 т ракетного топлива. Экипаж - 2 пилота, 4 пассажира, груз - 2-3 тонны. первая ступень проектировалась как гиперзвуковой пассажирский самолет на 250 мест. Орбитальная допускала модификацию на 36 пассажиров. |
|
"Гермес", Франция/ЕКА, 1979-1994. Орбитальный самолет, запускаемый вертикально ракетой Ариан-5, садящийся горизонтально с боковым маневром до 1500 км. Стартовая масса - 700 т, орбитальная ступень - 10-20 т. Экипаж 3-4 человека, вывозимый груз - 3 т, возвращаемый 1,5 т. |
 |
Быстро выяснилось, что на техническом уровне тех лет сделать капсульный корабль многоразовым практически нереально. Баллистическая капсула входит в атмосферу с огромной скоростью, а ее поверхность может нагреваться до 2 500—3 000 градусов. Космический самолет, обладающий достаточно высоким аэродинамическим качеством, при спуске с орбиты испытывает почти вдвое меньшие температуры (1 300—1 600 градусов), но материалы, пригодные для его теплозащиты, в 1950—1960-е годы еще не были созданы. Единственной действенной теплозащитой была тогда заведомо одноразовая абляционная обмазка: вещество покрытия оплавлялось и испарялось с поверхности капсулы потоком набегающего газа, поглощая и унося при этом тепло, которое в противном случае вызвало бы недопустимый нагрев спускаемого аппарата. Попытки разместить в единой капсуле все системы — двигательную установку с топливными баками, системы управления, жизнеобеспечения и энергопитания — вели к быстрому росту массы аппарата: чем больше размеры капсулы, тем больше масса теплозащитного покрытия (в качестве которой использовались, например, стеклотекстолиты, пропитанные фенольными смолами с довольно большой плотностью). Однако грузоподъемность тогдашних ракет-носителей была ограниченна. Решение было найдено в делении корабля на функциональные отсеки. «Сердце» системы обеспечения жизнедеятельности космонавта размещалось в относительно небольшой кабине-капсуле с тепловой защитой, а блоки остальных систем были вынесены в одноразовые отделяемые отсеки, естественно, не имевшие никакого теплозащитного покрытия. К такому решению конструкторов, как представляется, подталкивал и небольшой ресурс основных систем космической техники. Например, жидкостный ракетный двигатель «живет» несколько сотен секунд, а чтобы довести его ресурс до нескольких часов, нужно приложить очень большие усилия.
И все же идея многоразовости ракетно-космической техники оказалась живучей. К концу 1960-х годов в США и несколько позднее в СССР и Европе был накоплен изрядный задел в области гиперзвуковой аэродинамики, новых конструкционных и теплозащитных материалов. А теоретические исследования подкрепились экспериментами, н том числе полётами опытных летательных аппаратов, самым известным из которых был американский Х-15. В 1969 году NASA заключило первые контракты с аэрокосмическими компаниями США на исследование облика перспективной многоразовой транспортной космической системы Space Shuttle (англ. - «космический челнок»). По прогнозам того времени, к началу 1980-х годов грузопоток "Земля-орбита-Земля" должен был составить до 800 тонн в год, и шаттлам предстояло ежегодно совершать 50-60 полетов, доставляя на околоземную орбиту космические аппараты различного назначения, а также экипажи и грузы для орбитальных станций. Ожидалось, что стоимость выведения грузов на орбиту не превысит 1 000 долларов за килограмм. При этом от космического челнока требовалось умение возвращать с орбиты достаточно большие нагрузки, например дорогие многотонные спутники для ремонта на Земле. Надо отметить, что задача возврата грузов с орбиты в некоторых отношениях сложнее вывода их н космос. Например, на кораблях «Союз» космонавты, возвращаясь с Международной космической станции, могут взять менее сотни килограммов багажа.
 |
|
"Клипер", Россия, с 2000 года. Разрабатываемый новый космический корабль с многоразовой кабиной для доставки экипажа и грузов на околоземную орбиту и орбитальную станцию. Вертикальный запуск ракетой "Союз-2", посадка горизонтальная либо парашютная. Экипаж - 5-6 человек, стартовая масса корабля - до 13 т, посадочная масса - до 8,8 т. Ожидаемый срок - 2015 год. |
|
Космодромы и ракеты нашего времени - XXI |
|
Venture Star, США, 1993-2001. Проект одноступенчатой многоразовой транспортной космической системы с вертикальным стартом и горизонтальной посадкой. Работы были свернуты на стадии прототипа (проект Х-33) из-за многочисленных технических проблем. Основная - недостаточная прочность конструкции при жестких ограничениях на массу аппарата в целом. |
 |
В мае 1970 года, после анализа полученных предложений, NASA выбрало систему с двумя крылатыми ступенями и выдало контракты на дальнейшую проработку проекта фирмам North American Rockwell и McDonnel Douglas. При стартовой массе около 1 500 тонн она должна 6ыла выводить на низкую орбиту от 9 до 20 тонн полезного груза. Обе ступени предполагалось оснащать связками кислородно-водородных двигателей тягой по 180 тонн каждый. Однако в январе 1971 года требования были пересмотрены - выводимая масса выросла до 29,5 тонны, а стартовая - до 2 265 тонн. По расчетам, пуск системы стоил не более 5 миллионов долларов, но вот разработка оценивалась в 10 миллиардов долларов - больше, чем был готов выделить конгресс США (не будем забывать, что США вели в то время войну в Индокитае). Перед NASA и фирмами-разработчиками встала задача - снизить стоимость проекта по крайней мере вдвое. В рамках полностыо многоразовой концепции этого добиться не удалось: слишком сложно было разработать теплозащиту ступеней с объемистыми криогенными баками. Возникла идея сделать баки внешними, одноразовыми. Затем отказались и от крылатой первой ступени в пользу повторно используемых стартовых твердотопливных ускорителей. Конфигурация системы приобрела знакомый всем вид, а ее стоимость, около 5 миллиардов долларов, укладывалась в заданные пределы. Правда, затраты на запуск при этом выросли до 12 миллионов долларов, но это считалось вполне приемлемым. Как горько пошутил один из разработчиков, «челнок спроектировали бухгалтеры, а не инженеры».
Полномасштабная разработка Space Shuttle, порученная фирме North American Rockwell (позднее Rockwell International), началась в 1972 году. К моменту ввода системы в эксплуатацию (а первый полет «Колумбии» состоялся 12 апреля 1981 года - ровно через 20 лет после Гагарина) это был во всех отношениях технологический шедевр. Вот только затраты на его разработку превысили 12 миллиардов долларов. На сегодня стоимость одного пуска достигает и вовсе фантастических 500 миллионов долларов! Как же так? Ведь многоразовое в принципе должно быть дешевле одноразового (по крайней мере, в пересчете на один полет)? Во-первых, не оправдались прогнозы по объемам грузопотока - он оказался на порядок меньше ожидавшегося. Во-вторых, компромисс между инженерами и финансистами не пошел на пользу эффективности челнока: стоимость ремонтно-восстановительных работ для ряда агрегатов и систем достигла половины стоимости их производства! Особенно дорого обходилось обслуживание уникальной керамической теплозащиты. Наконец, отказ от крьлатой первой ступени привел к тому, что для повторного использования твердотолливных ускорителей пришлось организовывать дорогостоящие поисково-спасательные операции.
Кроме того, шаттл мог работать только в пилотируемом режиме, что существенно удорожало каждую миссию. Кабина с астронавтами не отделяется от корабля, из-за чего на некоторых участках полета любая серьезная авария чревата катастрофой с гибелью экипажа и потерей челнока. Это случилось уже дважды - с «Челленджером» (28 января 1986 года) и «Колумбией» (1 февраля 2003 года). Последняя катастрофа изменила отношение к программе Space Shuttle: после 2010 года «челноки» будут выведены из эксплуатации. На смену им придут «Орионы», внешне весьма напоминающие своего дедушку - корабль "Аполлон" - и обладающие многоразовой спасаемой капсулой экипажа.
Челноки нового поколения
С момента начала реализации программы Space Shuttle в мире неоднократно предпринимались попытки создания новых многоразовых кораблей. Проект "Гермес" начали разрабатывать во Франции в конце 1970-х годов, а потом продолжили в рамках Европейского космического агентства. Этот небольшой космический самолет, сильно напоминавший проект DynaSoar (и разрабатываемый в России "Клипер"), должен был выводиться на орбиту одноразовой ракетой «Ариан-5», доставляя к орбитальной станции несколько человек экипажа и до трех тонн грузов. Несмотря на достаточно консервативную конструкцию, «Гермес» оказался Европе не по силам. В 1994 году проект, на который израсходовали около 2 миллиардов долларов, был закрыт. Куда более фантастично выглядел проект беспилотного воздушно-космического самолета с горизонтальным взлетом и посадкой HOTOL (Horizontal Take-Off and Landing), предложенный в 1984 году фирмой British Aerospace. По замыслу, этот одноступенчатый крылатый апnарат предполагалось оснастить уникальной двигательной установкой, сжижающей в полете кислород из воздуха и использующей его в качестве окислителя. Горючим служил водород.
Финансирование работ со стороны государства (три миллиона фунтов стерлингов) через три года прекратилось из-за необходимости огромных затрат на демонстрацию концепции необычного двигателя. Промежуточное положение между "революционным" HOTOL и консервативным "Гермесом" занимает проект воздушно-космической системы "Зенгер" (Sanger), разработанный в середине 1980-х годов в ФРГ. Первой ступенью в нем служил гиперзвуковой самолет-разгонщик с комбинированными турбопрямоточными двигателями. После достижения 4-5 скоростей звука с его спины стартовали либо пилотируемый воздушно-космический самолет "Хорус", либо одноразовая грузовая ступень «Каргус». Однако и этот проект не вышел из "бумажной" стадии, в основном по финансовым причинам. Американский проект NASP был представлен президентом Рейганом в 1986 году как национальная програма а воздушно-космического самолета. Этот одноступенчатый аппарат, который в прессе часто называли "Восточным экспрессом", имел фантастические летные характеристики. Их обеспечивали прямоточные воздушно-реактивные двигатели со сверхзвуковым горением, которые, по утверждениям специалистов, могли работать при числах Маха от 6 до 25. Однако проект столкнулся с техническими проблемам и, и в начале 1990-х годов его закрыли.
 |
|
Эскиз стартовой компоновки космического корабля "Клипер" (один из вариантов) |
|
Космодромы и ракеты нашего времени - XXI |
|
"Буран", СССР, 1976-? (не закрыт). Многоразовый космический корабль, аналог системы Space Shuttl. Вертикальный старт, горизонтальная посадка с боковым маневром 2000 км. Стартовая масса (с ракетой "Энергия") - 2375 т, орбитальная ступень 105 т. Экипаж - 10 человек, полезная нагрузка - 30 т. На снимке крупнейший в мире транспортный самолет Ан-225 "Мрия" перевозит Буран. |
 |
Советский «Буран» подавался в отечественной (да и в зарубежной) печати как безусловный успех. Однако, совершив единственный 6ecпилотный полет 15 ноября 1988 года, этот корабль канул в Лету. Справедливости ради надо сказать, что «Буран» оказался не менее совершенен, чем Space Shuttle. А в отношении безопасности и универсальности применения даже превосходил заокеанского конкурента. В отличие от американцев советские специалисты не питали иллюзий по поводу экономичности многоразовой системы - расчеты показывали, что одноразовая ракета эффективнее. Но при создании "Бурана" основным был иной аспект - советский челнок разрабатывался как военно-космическая система. С окончанием «холодной войны» этот аспект отошел на второй план, чего не скажешь про экономическую целесообразность. А с ней у «Бурана» было плохо: его пуск обходился, как одновременный старт пары сотен носителей «Союз». Судьба «Бурана» была решена.
Несмотря на то что новые программы разработки многоразовых кораблей появляются как грибы после дождя, до сих пор ни одна из них не принесла успеха. Ничем окончились упомянутые выше проекты Hermes (Франция, ЕКА), HOTOL (Великобритания) и Saпger (ФРГ). "Завис" между эпохами МАКС - советско-российская многоразовая авиационно-космическая система. Потерпели неудачу и программы NASP (Национальный аэрокосмический самолет) и RLV (Многоразовая paкета-носитель) - очередные попытки США создать МТКС второго поколения на замену Space Shuttle. В чем же причина такого незавидного постоянства. По сравнению с одноразовой ракетой-носителем создание «классической» многоразовой транспортной системы обходится крайне дорого. Сами по себе технические проблемы многоразовых систем решаемы, но стоимость их решения очень велика. Повышение кратности использования требует порой весьма значительного увеличения массы, что ведет к повышению стоимости. Для компенсации роста массы берутся (а зачастую изобретаются с нуля) сверхлегкие и сверхпрочные (и более дорогие) конструкционные и теплозащитные материалы, а также двигатели с уникальными параметрами. А применение многоразовых систем в области малоизученных гиперзвуковых скоростей требует значительных затрат на аэродинамические исследования.
И все же это вовсе не значит, что многоразовые системы в принципе не могут окупаться. Положение меняется при большом количестве пусков. Допустим, стоимость разработки системы составляет 10 миллиардов долларов. Тогда, при 10 полетах (без затрат на межполетное обслуживание), на один запуск будет отнесена стоимость разработки в 1 миллиард долларов, а при тысяче полетов - только 70 миллионов! Однако из-за общего сокращения «космической активности человечества» о таком числе пусков остается только мечтать... Значит, на многоразовых системах можно поставить крест? Тут не все так однозначно. Во-первых, не исключен рост «космической активности цивилизации». Определенные надежды дает новый рынок космического туризма. Возможно, на первых порах окажутся востребованными корабли малой и средней размерности «комбинированного» типа (многоразовые версии "классических» одноразовых", такие как европейский Hermes или, что нам ближе, российский «Клипер». Они относительно просты, могут выводиться в космос обычными (в том числе, возможно, уже имеющимися) одноразовыми ракетами-носителями. Да, такая схема не сокращает затраты на доставку грузов в космос, но позволяет сократить расходы на миссию в целом (в том числе снять с промышленности бремя серийного производства кораблей). К тому же крылатые аппараты позволяют резко уменьшить перегрузки, действующие на космонавтов при спуске, что является несомненным достоинством. Во-вторых, что особенно важно для России, применение многоразовых крылатых ступеней позволяет снять ограничения на азимут пуска и сократить затраты на зоны отчуждения, выделяемые под поля падения фрагментов ракет-носителей.
Варианты конструктивной реализации многоразовых систем весьма разнообразны. При их обсуждении не стоит ограничиваться только кораблями, надо сказать и о многоразовых носителях - грузовых многоразовых транспортных космических системах (МТКС). Очевидно, что для снижения стоимости разработки МТКС надо создавать беспилотными и не перегружать их избыточными, как у шаттла, функциями. Это позволит существенно упростить и облегчить конструкцию. С точки зрения простоты эксплуатации наиболее привлекательны одноступенчатые системы: теоретически они значительно надежнее ыногоступенчатык, не требуют никаких зон отчуждения (например, проект VentureStar, создававшийся в США по программе RLV в середине 1990-х годов). Но их реализация находится «на грани возможного»: для создания таковых требуется снизить относительную массу конструкции не менее чем на треть по сравнению с современными системами. Впрочем, и двухступенчатые многоразовые системы могут обладать вполне приемлемым и эксплуатационными характеристиками, если использовать крылатые первые ступени, возвращаемые к месту старта по-самолетному.
 |
|
МАКС, СССР/Россия, с 1985 года. Многоразовая система с воздушным стартом, посадка горизонтальная. Взлетная масса - 620 т, вторая ступень с топливным баком - 275 т, орбитальный самолет - 27 т. Экипаж - 2 человека, полезная нагрузка - до 8 т. По утверждению разработчиков (НПО Молния). МАКС - наиболее близкая к реализации проект многоразового корабля. |
|
Космодромы и ракеты нашего времени - XXI |
|
"Орион". США. Новый корабль для доставки экипажа и грузов на околоземную и окололунную орбиты и обратно. Многоразовым является только модуль экипажа с теплозащитой. Старт вертикальный, спуск управляемый с использованием подъемной силы корпуса, приземление на парашюте. Масса орбитальной ступени - 25 т, масса при посадке - 7,5 т. Экипаж 4-6 человек. Первый пилотируемый полет - 2014 год, первый полет к Луне - 2020 год. |
 |
Вообще МТКС в первом приближении можно классифицировать по способам старта и посадки: горизонтальномy и вертикальномy. Часто думают, что системы с горизонтальных стартом имеют преимyщество, поскольку не требуют сложных пусковых сооружений. Однако современные аэродромы не способны принимать аппараты массой более 600-700 тонн, и это существенно ограничивает возможности систем с горизонтальным стартом. Кроме того, трудно представить себе космическую систему, заправленную сотнями тонн криогенных компонентов топлива, среди гражданских авиалайнеров, взлетающих и садящихся на аэродром по расписанию. А если учесть требования к уровню шума, то становится очевидным, что для носителей с горизонтальным стартом все равно придется строить отдельные высококлассные аэродромы. Так что у горизонтального взлета здесь существенных преимуществ перед вертикальным стартом нет. Зато, взлетая и садясь вертикально, можно отказаться от крыльев, что существенно облегчает и удешевляет конструкцию, но вместе с тем затрудняет точный заход на посадку н ведет к росту перегрузок при спуске.
В качестве двигательных установок МТКС рассматриваются как традиционные жидкостные ракетные двигатели (ЖРД), так и различные варианты и комбинации воздушно-реактивных (ВРД). Среди последних есть турбопрямоточные, которые могут разгонять аппарат «с места» до скорости, соответствующей числу Маха 3,5-4,0, прямоточные с дозвуковым горением (работают от М=1 до М=6), прямоточные со сверхзвуковым горением (от М=6 до М=15, а по оптимистичным оценкам американских ученых, даже до М=24) и ракетно-прямоточные, способные функционировать во всем диапазоне скоростей полета - от нулевых до орбитальных. Воздушно-реактивные двигатели на порядок экономичнее ракетных (из-за отсутствия окислителя на борту аппарата), но при этом имеют и на порядок большую удельную массу, а также весьма серьезные ограничения на скорость и высоту полета. Для рационального использования ВРД требуется совершать полет при больших скоростных напорах, защищая при этом конструкцию от аэродинамических нагрузок и перегрева. То есть, экономя топливо - самую дешевую компоненту системы, - ВРД увеличивают массу конструкции, которая обходится гораздо дороже. Тем не менее ВРД, вероятно, найдут применение в относительно небольших многоразовых аппаратах горизонтального старта.
Наиболее реалистичными, то есть простыми и относительно дешёвыми в разработке, пожалуй, являются два вида систем. Первый - типа уже упомянутого «Клипера», в которых принципиально новым оказался только пилотируемый крылатый многоразовый аппарат (или большая его часть). Небольшие размеры хоть и создают определенные трудности в части теплозащиты, зато уменьшают затраты на разработку. Технические проблемы для таких аппаратов практически решены. Так что «Клипер» - это шаг в правильном направлении. Второй - системы вертикального пуска с двумя крылатыми ракетными ступенями, которые могут самостоятельно вернуться к месту старта. Особых технических проблемы при их создании не ожидается, да и подходящий стартовый комплекс можно, наверное, подобрать из числа уже построенных. Подводя итог, можно полагать, что будущее многоразовых космических систем безоблачным не будет. Им придется отстаивать право на существование в суровой борьбе с примитивными, но надежными н дешевыми одноразовыми ракетами.
Предыстория многоразовых систем Одним из первых технически проработанных проектов космического челнока был ракетоплан конструкции Ойгена Зенгера. В 1929 году он выбрал этот проект для докторской диссертации. По замыслу австрийского инженера, которому было всего 24 года, ракетоплан должен был выходить на околоземную орбиту, например, для обслуживания орбитальной станции, а затем возвращаться на Землю с помощью крыльев. В конце 1930-х - начале 1940-х годов в специально созданном закрытом научно-исследовательском институте он выполнил глубокую проработку ракетного самолета, известного как «антиподный бомбардировщик». К счастью, в Третьем рейхе проект реализован не был, но стал отправной точкой для многих послевоенных работ как на Западе, так и в СССР. Так, в США, по инициативе В. Дорнбергера (руководителя программы V-2 в фашистской Германии), в начале 1950-х годов проектировался ракетный бомбардировщик Bomi, двухступенчатый вариант которого мог бы выходить на околоземную орбиту. |
Как вы помните, последний запуск американского шаттла был осуществлен Nasa в 2011 году. Таким образом, Соединенные Штаты лишились возможности доставки своих астронавтов и грузов в открытый космос. Но это продлилось недолго.
На горизонте начало появляться новое поколение частных орбитальных и суборбитальных космических аппаратов. Предлагаем вам взглянуть на самые перспективные частные космические корабли, предназначенные для перевозки экипажа и груза.
Космический аппарат Lynx
XCOR Aerospace’s Lynx является рассчитанным на 2-х человек суборбитальным космическим самолетом. Он сделан таким образом, чтобы взлетать и садиться на обычную взлетно-посадочную полосу аэропорта. Дополнительно к платным туристическим рейсам, это космическое средство предназначается также для проведения научных экспериментов во время кратковременных перелетов.
После успешного окончания испытаний космический корабль Lynx даст возможность туристам, заплатившим $95 000, подняться вместе с пилотом на высоту 100 километров над поверхностью земного шара и полюбоваться видами Земли на границе между космосом и атмосферой, а также побывать в состоянии невесомости.
SpaceShipTwo является частным суборбитальным космическим кораблем, который может перевозить 6 пассажиров и 2-х членов экипажа. Максимальная высота полета этого судна, по словам авиаконструктора Берта Рутана, предполагается 160-320 км. Это даст возможность увеличить время пребывания в невесомости до 6 минут. Цена билета для путешествия на космическом корабле SpaceShipTwo примерно будет составлять $200 000. Первый тестовый полет был произведен в 2010 году. Его коммерческая эксплуатация состоится после проведения ряда испытаний.
Компания Armadillo Aerospace, разработавшая космический корабль для суборбитальных полетов, была основана крупнейшим мультимиллионером, Джоном Кармаком, являющегося соучредителем фирмы, выпустившей популярные компьютерные игры Quake, Wolfenstein 3D и DOOM. В этом космическом средстве будет находиться комната для двух пассажиров. Space Adventures совместно с Armadillo Aerospace планируют продавать билеты на корабль по цене $110 000, и даже можно будет совершить полет вокруг Луны за $100 000 000.
Американской компанией Bigelow Aerospace разрабатывается частный орбитальный космический комплекс, вывод на орбиту которого запланирован в конце 2015 года. Эта станция предназначается не только для космического туризма, а также и для проведения научных исследований. Два экспериментальных модуля уже были запущены в 2006 и в 2007 годах. Технология изготовления новой станции от Bigelow Aerospace держится в строжайшем секрете. Известно только то, что в составе поверхности модуля присутствует 20 слоев, оболочка может выдержать температуру от -120 до +120 градусов Цельсия, а также эта станция способна устоять при ударе очень крупного космического тела.
Проект самолета, предназначенного для запуска ракет, Stratolaunch совместно начали один из основателей знаменитой компании Microsoft Пол Аллен и специалист в области космических технологий Берт Рутэн. Размах крыльев этого громадного летального аппарата будет составлять целых 117 метров, а вес – около 544 тонн. Его предназначение заключается в том, чтобы поднять в космос ракету, которая весит 222 тонны. Основное предназначение конструкции Stratolaunch состоит в доставке грузов и спутников в открытый космос, а также планируется отправлять на этом самолете астронавтов. Первый операционный запуск самолета предполагается в 2016 году.
Разработку системы запуска космонавтов на низкую орбиту начала компания Liberty Launch Vehicle совместно с Lockheed Martin и Astrium. Усовершенствованная ракета Liberty величиной в 91 метр будет производить доставку на орбиту капсулы с пассажирами в количестве до 7 человек. Запуск первого астронавта запланирован в конце этого года. Если этот проект будет успешным, то с 2016 года могут осуществляться коммерческие полеты.
Blue Origin является частной аэрокосмической компанией, созданной с целью осуществления космического туризма Джефри Безосом, основателем Amazon.com. Его Space Vehicle сможет перевозить около 7 человек, а, кроме того, грузы. Также компанией ведутся разработки многоразовой первой ступени ракеты-носителя для того, чтобы удешевить запуск. Регулярные коммерческие полеты запланированы на 2016-2018 года. Кроме того, компания Blue Origin занималась созданием суборбитального корабля New Shepard, рассчитанного на экипаж из 3-х человек и груз. Летные испытания этого корабля уже были проведены в штате Техас.
Этот корабль был представлен компанией Sierra Nevada, получившей от NASA больше 100 миллионов долларов на поддержку своих проектов. Dream Chaser является небольшим космическим кораблем, способным вместить 7 астронавтов и доставить их на низкую орбиту. В основе этого проекта лежат разработки NASA, которым насчитывается более 20 лет. Старт корабля предполагается вертикальный, а посадка – горизонтальная, как у шаттла. В 2016 году космический аппарат Dream Chaser, возможно, уже будет готов к полетам.
Космический аппарат для низких орбит CST-100 разрабатывает компания Boeing. Он способен вместить 7 астронавтов. NASA активно финансирует этот проект. Государством в него уже вложено более $100 000. Корабль CST-100 сможет осуществлять мягкую посадку при возникновении внештатной ситуации. Начало беспилотных полетов планируется уже в этом году, а в 2017 году будет осуществлен пилотируемый орбитальный полет с экипажем в составе 2-х человек.
Аппарат Dragon является пока что единственным в мире действующим космическим грузовым кораблем, который способен к возвращению на Землю. Его разработала компания SpaceX по заказу NASA, вложившего в этот проект более миллиарда долларов. Основное предназначение корабля Dragon состоит в доставке и возвращении полезных грузов на Международную космическую станцию. В перспективе планируется доставлять на станцию и людей.
Спасибо что рассказали о нас друзьям!
