Закат эры шаттлов
Антон Первушин.
Крылатые корабли
До Второй мировой войны многие пионеры ракетостроения полагали, что магистральным направлением развития космонавтики будут ракетопланы — герметичные самолёты с жидкостными ракетными двигателями, которые, постепенно совершенствуясь, выйдут на космический уровень высот и скоростей. Это казалось логичным: в 1930-е годы задел по авиационным технологиям был уже велик, и единственной проблемой виделось создание работоспособного двигателя. Однако массированное использование в ходе войны немецких тяжёлых баллистических ракет Фау-2 (А-4) кардинально изменило довоенные представления. В Советском Союзе изучение немецкого опыта привело к тому, что была построена линейка ракет (Р-1, Р-2, Р-5) и сконструирована «великолепная семёрка» (Р-7) — ракета-носитель, которая позволила вывести на орбиту первый искусственный спутник Земли и корабль «Восток» с Юрием Гагариным на борту, закрепив приоритет Советского Союза в освоении околоземного пространства.
Чтобы догнать и перегнать СССР, американцы были вынуждены также взять на вооружение немецкий опыт. В результате появились ракеты «Юпитер» и «Сатурн», созданные под руководством Вернера фон Брауна. Однако не прекращались и работы в рамках альтернативной программы по созданию ракетопланов, которые запускались бы в космос с помощью ракет, а возвращались на Землю по-самолётному. Целью программы было проектирование боевого космоплана «Х-20 Dyna-Soar», но дело ограничилось двумя сотнями пилотируемых полётов ракетопланов Х-15, которые, хотя и сумели преодолеть условную отметку в 100 км (эта высота юридически отделяет атмосферу от космического пространства), на орбиту так и не вышли.
К авиакосмической концепции конструкторы NASA вернулись в начале 1972 года, когда подходила к финалу лунная программа. Амбициозные планы по завоеванию других планет пришлось отложить — американцам просто не хватало средств для продолжения активной космической экспансии. Ситуация требовала развития околоземной инфраструктуры, в том числе и для решения оборонных задач, поэтому было принято решение сменить приоритеты в пользу многоразовых систем самолётного типа.
С самого начала шаттлы задумывались как крылатые пилотируемые космические аппараты. Создавался корабль, на котором в космос мог отправиться любой здоровый человек, а не только специально подготовленный астронавт. При этом ожидалось, что эксплуатация нового корабля позволит значительно снизить удельную стоимость полезной нагрузки, выводимой на орбиту. Экономические расчёты подтверждали, что при выполнении определённых условий (тридцать полётов в год, полный отказ от одноразовых носителей, выведение коммерческих спутников и научно-исследовательских аппаратов) можно будет полностью окупить расходы.
Свои требования выдвинули и американские военные. На орбиту должны были выводить полезную массу 29,5 т при массе возвращаемого на Землю груза 14,5 т; предусматривалась возможность бокового манёвра при спуске в атмосфере (до 2000—2500 км). Интересно, что позднее умение шаттлов совершать боковой манёвр было воспринято советскими экспертами как угроза: дескать, американский корабль способен за счёт этого совершить «нырок» над Москвой и сбросить ядерную бомбу на столицу нашей Родины. В качестве ответа на «агрессивные» планы был создан советский многоразовый корабль «Буран».
К марту 1972 года утвердили тот облик шаттла, который известен сегодня: стартовые твердотопливные ускорители, бак с топливом и орбитальный корабль с тремя маршевыми двигателями. Разработка такой системы, в которой многократно используется всё, кроме внешнего бака, оценивалась в 5,15 млрд долларов.
26 июля 1972 года Отделение космических транспортных систем «North American Rockwell» заключило с правительством США контракт на сумму 2,6 млрд долларов на проектирование космического корабля, изготовление двух стендовых и двух лётных моделей. Контракт на создание маршевых двигателей получила фирма «Rocketdyne», внешнего топливного бака — «Martin Marietta», стартовых ускорителей — «United Space Boosters Inc.», твердотопливных двигателей к ускорителям — «Morton Thiokol». К сожалению, с самого начала работ над шаттлами пошли накладки. Стало ясно, что правительство не готово обеспечить требуемый бюджет. Конструкторам постоянно приходилось экономить, однако им всё равно не удалось уложиться в заданные рамки — перерасход средств составил 29%.
Первоначально кораблям присвоили обозначения OV-101, OV-102 и так далее. Постройка первого корабля OV-101 была закончена 17 сентября 1976 года, и его назвали «Энтерпрайз» (Enterprise) в честь легендарного звездолёта из фантастического телесериала «Star Trek». После лётных испытаний в атмосфере его должны были переоборудовать в космический вариант, но первым на орбиту всё равно должен был подняться OV-102.
В ходе испытаний «Энтерпрайза», которые проходили в 1977 и 1978 годах, выяснилось, что крылья и фюзеляж необходимо значительно усилить, а это требовало полной разборки корабля. Тогда первый шаттл оставили на Земле, а вместо него довели до лётной кондиции машину для статических испытаний STA-099 (OV-099).
25 января 1979 года NASA объявило имена четырёх орбитальных кораблей: OV-102 стал «Колумбией» (Columbia), OV-099 — «Челлен-джером» (Challenger), OV-103 —«Дискавери» (Discovery) и OV-104 — «Атлантисом» (Atlantis). Ранее эти названия принадлежали морским исследовательским судам США.
Триумфы и трагедии
Подготовка к полёту STS-1 (все миссии шаттлов обозначались аббревиатурой STS, то есть Space Transport System — космическая транспортная система, а число указывало на порядковый номер полёта) шаттла «Колумбия» началась в ноябре 1980 года. Путь нового корабля к звёздам был омрачён трагедией. 19 марта 1981 года при заполнении азотом хвостового отсека корабля шестеро оказавшихся в нём рабочих получили сильное отравление и двое из них умерли.
Первый старт «Колумбии» пришёлся на 12 апреля 1981 года — ровно через 20 лет после полёта Юрия Гагарина! Впоследствии утверждалось, что это было сделано специально, однако на самом деле старт планировался на 10 апреля и был перенесён из-за серьёзного сбоя компьютерных систем.
Пилотировали корабль астронавты Джон Янги Роберт Криппен. Проблемы начались сразу после вывода корабля на орбиту — она оказалась слишком низкой для продолжения полёта: 148 км в апогее и только 24 км в перигее. Астронавтам пришлось выполнить довыведение, дважды включив двигатели. Если бы двигатели не сработали, полёт мог закончиться катастрофой уже на первом витке. Кроме того, после возвращения на Землю инженеры обнаружили заметные повреждения тепловой защиты корабля. И всё же испытательный полёт был признан успешным.
На тридцать лет шаттлы стали основным транспортным средством американского космического агентства (NASA). Перечислим некоторые этапы новой эры в исследовании космоса.
В июне 1983 года в состав экипажа корабля «Челленджер» (миссия STS-7) вошла первая американка — Салли Райд, ставшая третьей женщиной, побывавшей на орбите, после Валентины Терешковой и Светланы Савицкой. С тех пор американки регулярно летают на шаттлах, а в июле 1999 года Айлин Коллинз даже выступила в роли командира экипажа «Колумбии» (STS-93).
В ноябре 1983 года корабль «Колумбия» (STS-9) впервые вышел на орбиту с исследовательской лабораторией «Спейслэб» (Spacelab), разработанной европейцами по заказу NASA. Этот модуль включал герметичный отсек для проведения опытов в невесомости и открытую платформу для изучения околоземного пространства. Лаборатория использовалась неоднократно, позволив провести сотни экспериментов в интересах фундаментальных наук.
В апреле 1990 года кораблём «Дискавери» (STS-31) был доставлен на орбиту телескоп «Хаббл» (Hubble Space Telescope), с помощью которого сделано много удивительных открытий в области строения и истории Вселенной. Кроме того, телескоп стал полигоном для отработки процедуры многократного ремонта на орбите. На шаттлах были осуществлены четыре экспедиции по обслуживанию телескопа, что позволило заметно продлить его ресурс. Последняя, на корабле «Атлантис», состоялась в мае 2009 года.
В1990-е годы шаттлы принимали участие в российско-американской программе «Мир-NASA». Программа была принята, когда стало ясно, что Международная космическая станция (МКС), задуманная ещё в 1970-е годы, не может быть построена без участия России. В феврале 1993 года корабль «Дискавери» (STS-63) подошёл к российской станции «Мир» на расстояние 11 м, а уже 29 июня 1995 года корабль «Атлантис» впервые пристыковался к ней (STS-71). Всего было осуществлено девять стыковок шаттлов с орбитальной станцией «Мир».
Но не все экспедиции шаттлов были успешными. Хотя в ходе эксплуатации корабли неоднократно модифицировались, однако в самой конструктивной схеме этой космической системы были заложены «мины замедленного действия». Первая из них «рванула» 28 января 1986 года. В тот день в свой десятый полёт (STS-51 L) отправился корабль «Челленджер». Он должен был доставить в космос спутник-ретранслятор и аппарат для наблюдений за кометой Галлея. Ещё одной особенностью миссии было то, что впервые на орбиту в составе экипажа отправлялся непрофессиональный астронавт — 37-летняя учительница Криста МакОлифф, победившая в президентском конкурсе. Предполагалось, что «Челленджер» пробудет на орбите шесть суток. Однако уже на 59-й секунде полёта прогорел твердотопливный ускоритель, пламя ударило в топливный бак, и на высоте 14 км корабль взорвался. Кабина шаттла упала в океан, семеро астронавтов погибли при ударе о воду.
Экипаж можно было бы спасти, если бы кабина шаттла была снабжена системой аварийного спасения, и такая система разрабатывалась на этапе эскизного проектирования. Однако она сильно утяжеляла корабль, и конструкторы в конце концов отказались от неё, понадеявшись на высокую надёжность космических челноков.
Катастрофа и гибель астронавтов потрясли Америку. В те дни была поставлена под сомнение правильность стратегического выбора NASA: получалось, что многоразовые авиакосмические средства менее надёжны, чем чисто баллистические одноразовые. Тогда руководство США ещё не было готово пересмотреть национальную космическую программу. Вместо «Челленджера» был построен новый шаттл OV-105 — «Индевор» (Endeavour).
Но безжалостный космос нанёс новый удар. 1 февраля 2003 года при возвращении на Землю корабль «Колумбия» разрушился из-за того, что была повреждена тепловая защита на левом крыле. Все члены экипажа погибли, включая первого космонавта Израиля — Илана Рамона.
Плитки теплозащиты отваливались от обшивки шаттлов и раньше, на это даже перестали обращать внимание, что в конечном итоге и привело к страшной катастрофе.
После этого участь шаттлов была предрешена. 14 января 2004 года в штаб-квартире NASA в Вашингтоне выступил президент США Джордж Буш. В своей речи он провозгласил программу «Новые горизонты» (New Horizons), включающую полный пересмотр стратегии в пользу космических кораблей капсульного типа. Авиакосмические системы дискредитированы, и все масштабные проекты по их дальнейшему развитию, включая российский корабль «Клипер», законсервированы на неопределённый срок.
К марту 2010 года шаттлы совершили 130 полётов, из них: «Дискавери» — 37, «Атлан-тис» — 31, «Колумбия» — 28, «Индевор» — 24, «Челленджер» — 10.
Последний полёт «Атлантиса»
14 мая 2010 года в свой последний полёт (STS-132) отправится шаттл «Атлантис». Это будет 34-й запуск к Международной космической станции.
Кораблём будет управлять экипаж из шести астронавтов. Командиром «Атлантиса» назначен Кеннет Хэм, пилотом — Энтони Антонелли,специалисты полёта— Стивен Бовен, Карен Ниберг, Гаррет Рейсман и Пирс Селлерс. Кеннет Хэм и Карен Ниберг совершили космический полёт в мае 2008 года на «Дискавери» (STS-124), на нём же в марте 2009 года летал Энтони Антонелли (STS-119). Стивен Бовен побывал в космосе в ноябре 2008 года на шаттле «Индевор» (STS-126). Гаррет Рейсман был участником 16-й экспедиции МКС. А Пирс Селлерс летит уже в третий раз — до этого он был участником миссий «Атлантиса» (STS-112) и «Дискавери» (STS-121).
Экспедиции предстоит завершить строительство МКС. Туда будут доставлены запасные части для канадского робота-манипулятора «Декстр» (Dextre), запасной радиатор, шлюзовая камера и европейский манипулятор «ЭРА» (European Robotic Arm) для российской многоцелевой лаборатории.
Однако главным грузом шаттла будет на этот раз российский научный модуль МИМ-1 («Рассвет»), который планируется пристыковать к нижнему порту российского же модуля «Заря».
МИМ-1 создан специалистами Ракетно-космической корпорации «Энергия». Стартовая масса модуля 7,9 т, объём для грузов и научной аппаратуры 5 м3.
МИМ-1 и доставленный ранее МИМ-2 — это первые специализированные исследовательские модули в российском сегменте (PC) станции. До сих пор наши космонавты проводили эксперименты либо в служебном отсеке, либо в функционально-грузовом блоке, что в прямом смысле затрудняло им жизнь.
В гермоотсеке МИМ-1 организовано пять универсальных рабочих мест. Все они будут востребованы в ходе реализации долгосрочной программы научно-прикладных исследований и экспериментов, планируемых на PC МКС. Пока что необходимое оборудование в МИМ-1 не установлено, поэтому программа стартует только после доставки соответствующих приборов на грузовых кораблях «Прогресс».
О характере будущих исследований немного рассказал Виталий Лопота, президент и генеральный конструктор РКК «Энергия»: «По биотехнологии — это всякие ростовые технологии, включая и стволовые клетки, а по материаловедению — исследования в околокритических состояниях тепло- и массопереноса в жидкостях, в полимерах. По сути, это исследования и создание новых материалов в условиях космического пространства и микрогравитации».
После стыковки с МКС модуль извлекут из грузового отсека шаттла и с помощью манипулятора станции пристыкуют к «Заре».
Вся операция займёт от четырёх до шести часов. Ещё около двух месяцев уйдёт на проверку всех систем и «оживление» модуля. Для этого потребуется несколько выходов в открытый космос. Снаружи модуля установят радиатор и ещё одну шлюзовую камеру — для пристыковки уже следующего исследовательского модуля, запуск которого намечен на 2012 год.
14 декабря 2009 года упакованный МИМ-1 отвезли по железнодорожной ветке в подмосковный аэропорт Раменское. Там контейнер погрузили на самый большой в мире транспортный самолёт Ан-124 «Руслан», который 17 декабря и доставил его на мыс Канаверал.
Космонавтика на распутье
Астронавты «Атлантиса» возьмут с собой лазерный диск, на котором записаны десятки эскизов эмблемы, созданных сотрудниками NASA в рамках конкурса, учреждённого к 30-летней годовщине эры шаттлов, — она, как легко догадаться, совпадёт с празднованием 50-летия полёта Юрия Гагарина. Этот символический жест исполнен глубокой печали, ведь пока никто не может сказать, что ждёт американскую космонавтику.
До последнего времени шли активные работы в рамках программы «Созвездие» (Constellation), предусматривавшей создание новых ракет-носителей «Арес I» (Ares) и «Арес V», сконструированных на основе технологий, используемых в шаттлах, и новых кораблей «Орион» (Orion), которые могли бы добраться не только до околоземных орбит, но и до Луны. Однако в настоящий момент программа свёрнута решением президента Барака Обамы. Причина — недостаток финансирования, вызванный мировым финансовым кризисом и рекордным дефицитом бюджета США.
Закрыв «Созвездие», Барак Обама призвал активнее привлекать к космическим делам частный бизнес. И действительно, уже есть две компании, которые не скрывают своих амбициозных планов по освоению космоса. «SpaceX» и «Orbital» по контракту с NASA разрабатывают ракеты и грузовые космические корабли, предназначенные для снабжения МКС. Так, «SpaceX» создаёт ракету-носитель «Falkon 9» и космический корабль «Dragon», a «Orbital» — ракету-носитель «Taurus II» и космический корабль «Cygnus». Ориентировочно корабли отправятся на орбиту уже в 2011 году. Но эксперты вполне резонно указывают, что полагаться в столь важном вопросе на «частников» недальновидно, ведь у последних заниженные критерии безопасности полётов.
Будущее космонавтики туманно. Определённо можно сказать только одно: после того как шаттлы встанут на вечный прикол, основная нагрузка по продолжению работы человечества на околоземной орбите ляжет на плечи российских учёных и космонавтов.
Статьи по теме
- После шаттла
- Шаттл приземлился навсегда
- «Караваны ракет помчат нас вперёд от звезды до звезды...»
- На самолете в космос
Читайте в любое время
