100 великих тайн космонавтики - Станислав Славин

Как же так? Ведь многоразовое в принципе должно быть дешевле одноразового (по крайней мере, в пересчете на один полет)? А все дело в том, что, 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 обходилась уникальная керамическая теплозащита, которую приходилось обновлять после каждого рейса. Наконец, отказ от крылатой первой ступени привел к тому, что для повторного использования твердотопливных 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 и отношение к программе Space Shuttle: ныне «челноки» ставят на прикол.

Советский «Буран» подавался в отечественной (да и в зарубежной) печати как безусловный успех. Однако, совершив единственный беспилотный 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. Причем 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».

«Клипер», «Русь» и иные варианты

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). Они относительно просты, могут выводиться в космос обычными (в том числе, возможно, уже имеющимися) одноразовыми ракетами-носителями. К тому же крылатые аппараты позволяют уменьшить перегрузки, действующие на космонавтов при спуске, что является несомненным достоинством.

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.

Модель российского многоразового космического корабля «Клипер»

Вообще МТКС в первом приближении можно классифицировать по способам старта и посадки – горизонтальному и вертикальному. Часто думают, что системы с горизонтальных стартом имеют преимущество, поскольку не требуют сложных пусковых сооружений. Однако современные аэродромы не способны принимать аппараты массой более 600–700 т. Да и трудно представить себе космолет, заправленный сотнями тонн криогенных компонентов топлива, среди гражданских авиалайнеров, взлетающих и садящихся на аэродром по расписанию. А если учесть требования к уровню шума, то становится очевидно: 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.

В качестве двигательных установок МТКС рассматриваются как традиционные жидкостные ракетные двигатели (ЖРД), так и различные варианты и комбинации воздушно-реактивных (ВРД). Последние 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 скоростях, 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 дешевыми в разработке, пожалуй, являются два вида систем. Первый – типа «Клипера», пилотируемого крылатого многоразового летательного аппарата.

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.

Тем не менее шаг этот, похоже, оказался преждевременным. И, поразмыслив хорошенько, показав макет крылатого «Клипера» на нескольких выставках, конструкторы все же повернули свои взоры в сторону систем 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.

Ныне наши специалисты перешли к разработке космического аппарата с предварительным названием «Русь». Президент ракетно-космической корпорации «Энергия» Виталий Лопота рассказал: «Наименование “Русь” присвоено одному из проектов ракеты-носителя, а по кораблю мы с такой инициативой не выходили, потому что сейчас идет эскизный проект и поиск облика. Мы надеемся, что к 2015 году начнем летные испытания».

Бывший руководитель Федерального космического агентства Анатолий Перминов отмечал в одном из своих выступлений, что в 2015 году первый полет должен быть осуществлен в грузовом варианте, а в 2018 году – с экипажем.

Пока что рабочее название корабля – «Перспективная пилотируемая транспортная система», сокращенно ППТС. Виталий Лопота рассказал, что по внешнему виду новый корабль будет напоминать усеченный конус. «Он будет более технологичным в изготовлении, будет использовать принципиально новые материалы и будет достаточно легким», – отметил президент РКК «Энергия».

Форма конуса выбрана потому, что она оптимальна для прохождения плотных слоев атмосферы. Спускаемый аппарат врезается в них на первой космической скорости – более 7 км/с и его поверхность нагревается до 2000–2500 °С. Поэтому пришлось отказаться от крыльев – уж слишком сложно защищать их плоскости от перегрева. Посадка тоже будет осуществлять по-старому – на парашютах, с включением в самый последний момент ракетных двигателей.

Примерно по такому же принципу пошло американское НАСА, создавая свой будущий корабль «Орион». Его первый полет запланирован на 2014 год.

Про корабли новой системы известно, что они будут весом от 18 до 20 т в зависимости от назначения, смогут вывозить на околоземную орбиту до 6 членов экипажа и не менее 500 кг грузов. На окололунную орбиту они будут способны доставить четырех космонавтов и 100 кг грузов. Предполагается, что беспилотный вариант ППТС сможет вывести на околоземную орбиту не менее 2 т грузов и около полутоны вернуть на Землю.

Виталий Лопота рассказал, что корабль можно будет использовать как для полетов на орбиту, так и к другим планетам либо для выполнения задач на орбите. В последнем варианте к нему будет добавляться еще и бытовой отсек.

Еще один вариант для стартов, например, к Луне – сборка на базе МКС небольшого космического аппарата. Отсюда он и будет совершать рейсы хоть на лунную орбиту, хоть в погоню за очередным астероидом. Слетал и вернулся обратно к станции.