Мир Знаний

Космические корабли (стр. 2 из 2)

Советский «Буран»подавался в отечественной (да и в зарубежной) печати как безусловный успех.Однако, совершив единственный 6ecпилотный полет 15 ноября 1988 года, этоткорабль канул в Лету. Справедливости ради надо сказать, что «Буран» оказался неменее совершенен, чем Space Shuttle. А в отношении безопасности иуниверсальности применения даже превосходил заокеанского конкурента. В отличиеот американцев советские специалисты не питали иллюзий по поводу экономичностимногоразовой системы - расчеты показывали, что одноразовая ракета эффективнее.Но при создании "Бурана" основным был иной аспект - советский челнокразрабатывался как военно-космическая система. С окончанием «холодной войны»этот аспект отошел на второй план, чего не скажешь про экономическуюцелесообразность. А с ней у «Бурана» было плохо: его пуск обходился, какодновременный старт пары сотен носителей «Союз». Судьба «Бурана» была решена.

Несмотря на то чтоновые программы разработки многоразовых кораблей появляются как грибы последождя, до сих пор ни одна из них не принесла успеха. Ничем окончилисьупомянутые выше проекты Hermes (Франция, ЕКА), HOTOL (Великобритания) и Saпger(ФРГ). "Завис" между эпохами МАКС - советско-российская многоразоваяавиационно-космическая система. Потерпели неудачу и программы NASP (Национальныйаэрокосмический самолет) и RLV (Многоразовая paкета-носитель) - очередныепопытки США создать МТКС второго поколения на замену Space Shuttle. В чем жепричина такого незавидного постоянства. По сравнению с одноразовойракетой-носителем создание «классической» многоразовой транспортной системыобходится крайне дорого. Сами по себе технические проблемы многоразовых системрешаемы, но стоимость их решения очень велика. Повышение кратностииспользования требует порой весьма значительного увеличения массы, что ведет кповышению стоимости. Для компенсации роста массы берутся (а зачастуюизобретаются с нуля) сверхлегкие и сверхпрочные (и более дорогие)конструкционные и теплозащитные материалы, а также двигатели с уникальнымипараметрами. А применение многоразовых систем в области малоизученныхгиперзвуковых скоростей требует значительных затрат на аэродинамическиеисследования.

И все же это вовсе незначит, что многоразовые системы в принципе не могут окупаться. Положениеменяется при большом количестве пусков. Допустим, стоимость разработки системысоставляет 10 миллиардов долларов. Тогда, при 10 полетах (без затрат намежполетное обслуживание), на один запуск будет отнесена стоимость разработки в1 миллиард долларов, а при тысяче полетов - только 70 миллионов! Однако из-заобщего сокращения «космической активности человечества» о таком числе пусковостается только мечтать... Значит, на многоразовых системах можно поставитькрест? Тут не все так однозначно. Во-первых, не исключен рост «космическойактивности цивилизации». Определенные надежды дает новый рынок космическоготуризма. Возможно, на первых порах окажутся востребованными корабли малой исредней размерности «комбинированного» типа (многоразовые версии"классических» одноразовых", такие как европейский Hermes или, чтонам ближе, российский «Клипер». Они относительно просты, могут выводиться вкосмос обычными (в том числе, возможно, уже имеющимися) одноразовымиракетами-носителями. Да, такая схема не сокращает затраты на доставку грузов вкосмос, но позволяет сократить расходы на миссию в целом (в том числе снять спромышленности бремя серийного производства кораблей). К тому же крылатыеаппараты позволяют резко уменьшить перегрузки, действующие на космонавтов приспуске, что является несомненным достоинством. Во-вторых, что особенно важнодля России, применение многоразовых крылатых ступеней позволяет снятьограничения на азимут пуска и сократить затраты на зоны отчуждения, выделяемыепод поля падения фрагментов ракет-носителей.

Варианты конструктивнойреализации многоразовых систем весьма разнообразны. При их обсуждении не стоитограничиваться только кораблями, надо сказать и о многоразовых носителях -грузовых многоразовых транспортных космических системах (МТКС). Очевидно, чтодля снижения стоимости разработки МТКС надо создавать беспилотными и неперегружать их избыточными, как у шаттла, функциями. Это позволит существенноупростить и облегчить конструкцию. С точки зрения простоты эксплуатациинаиболее привлекательны одноступенчатые системы: теоретически они значительнонадежнее ыногоступенчатык, не требуют никаких зон отчуждения (например, проектVentureStar, создававшийся в США по программе RLV в середине 1990-х годов). Ноих реализация находится «на грани возможного»: для создания таковых требуетсяснизить относительную массу конструкции не менее чем на треть по сравнению ссовременными системами. Впрочем, и двухступенчатые многоразовые системы могутобладать вполне приемлемым и эксплуатационными характеристиками, еслииспользовать крылатые первые ступени, возвращаемые к месту стартапо-самолетному.

Вообще МТКС в первомприближении можно классифицировать по способам старта и посадки: горизонтальномуи вертикальному. Часто думают, что системы с горизонтальных стартом имеют преимущество,поскольку не требуют сложных пусковых сооружений. Однако современные аэродромыне способны принимать аппараты массой более 600-700 тонн, и это существенноограничивает возможности систем с горизонтальным стартом. Кроме того, труднопредставить себе космическую систему, заправленную сотнями тонн криогенныхкомпонентов топлива, среди гражданских авиалайнеров, взлетающих и садящихся нааэродром по расписанию. А если учесть требования к уровню шума, то становитсяочевидным, что для носителей с горизонтальным стартом все равно придется строитьотдельные высококлассные аэродромы. Так что у горизонтального взлета здесьсущественных преимуществ перед вертикальным стартом нет. Зато, взлетая и садясьвертикально, можно отказаться от крыльев, что существенно облегчает иудешевляет конструкцию, но вместе с тем затрудняет точный заход на посадку нведет к росту перегрузок при спуске.

В качестве двигательныхустановок МТКС рассматриваются как традиционные жидкостные ракетные двигатели(ЖРД), так и различные варианты и комбинации воздушно-реактивных (ВРД). Средипоследних есть турбопрямоточные, которые могут разгонять аппарат «с места» доскорости, 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 доМ=15, а по оптимистичным оценкам американских ученых, даже до М=24) иракетно-прямоточные, способные функционировать во всем диапазоне скоростейполета - от нулевых до орбитальных. Воздушно-реактивные двигатели на порядокэкономичнее ракетных (из-за отсутствия окислителя на борту аппарата), но приэтом имеют и на порядок большую удельную массу, а также весьма серьезныеограничения на скорость и высоту полета. Для рационального использования ВРДтребуется совершать полет при больших скоростных напорах, защищая при этомконструкцию 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 применениев относительно небольших многоразовых аппаратах горизонтального старта.

Наиболее реалистичными,то есть простыми и относительно дешёвыми в разработке, пожалуй, являются двавида систем. Первый - типа уже упомянутого «Клипера», в которых принципиальноновым оказался только пилотируемый крылатый многоразовый аппарат (или большаяего часть). Небольшие размеры хоть и создают определенные трудности в частитеплозащиты, зато уменьшают затраты на разработку. Технические проблемы длятаких аппаратов практически решены. Так что «Клипер» - это шаг в правильномнаправлении. Второй - системы вертикального пуска с двумя крылатыми ракетнымиступенями, которые могут самостоятельно вернуться к месту старта. Особыхтехнических проблемы при их создании не ожидается, да и подходящий стартовыйкомплекс можно, наверное, подобрать из числа уже построенных. Подводя итог,можно полагать, что будущее многоразовых космических систем безоблачным небудет. Им придется отстаивать право на существование в суровой борьбе спримитивными, но надежными идешевыми одноразовыми ракетами.