Космические многоразовые

    В начале 70-х годов, после выполнения лунной программы "Аполлон", Национальное управление по аэронавтике и исследованию космического пространства США (НАСА) совместно с министерством обороны развернуло проектирование многоразовой транспортной космической системы (МТКС) "Спейс шаттл". Для сохранения паритета в СССР было принято решение о создании аналогичной по назначению транспортной системы, хотя концепцию многоразовых воздушно-космических аппаратов у нас начали разрабатывать раньше американцев - с начала 60-х годов.

   

    «СПЕЙС ШАТТЛ»

   

   

    Экипаж. 2 летчика-астронавта и до 5 бортспециалистов.

    Состав. В МТКС "Спейс шаттл" входят орбитальный самолет (ОС), внешний топливный бак (ВТБ) и два стартовых твердотопливных ускорителя (СТУ), называемых иногда первой ступенью. Единственным одноразовым элементом системы является ВТБ.

    Схема полета. В момент старта запускаются три маршевых ЖРД ОС и СТУ. МТКС стартует вертикально. Отработавшие СТУ отделяются от ВТБ и на парашютах приводняются в Атлантическом океане. ОС продолжает полет с помощью своих маршевых ЖРД, а после выработки топлива в ВТБ бак отделяется от ОС и сгорает в атмосфере. Довыведение самолета на орбиту осуществляется уже с помощью ЖРД системы орбитального маневрирования (СОМ), работающих на долгохранимом самовоспламеняющемся топливе. На участке выведения управление МТКС обеспечивается качанием маршевых ЖРД в шарнирных подвесах и отклонением сопел СТУ в эластомерном (гибком) подшипнике. На орбите ОС управляется ЖРД малой тяги реактивной системы управления (РСУ), работающими, как и двигатели СОМ, на долгохранимом самовоспламеняющемся топливе и установленными в носовом и двух кормовых отсеках. По завершении орбитальных операций ОС тормозится двигателями СОМ, входит в атмосферу, совершает аэродинамический управляемый спуск, планирование и горизонтальную посадку с неработающими двигателями. При сходе с орбиты и полете в верхних слоях атмосферы используется РСУ, по мере снижения ОС вводятся в действие аэродинамические поверхности управления. На участках планирования и посадки ОС пилотируется экипажем.

    Конструкция ОС. Крыло - низкорасположенное дельтавидное, двойной стреловидности по передней кромке, с разрезными элеронами по задней кромке, средства механизации отсутствуют. Фюзеляж - полумонококовой конструкции с плоскими боковыми сторонами. Состоит из трех частей: в носовой находится двухэтажная гермокабина экипажа и отсек радиоэлектронной аппаратуры; в средней - расположен негерметичный отсек полезной нагрузки (ОПН), под которым проходит центральный кессон крыла; в хвостовой - отсек основной двигательной установки (ОДУ), гондолы СОМ и стреловидный киль с расщепляющимся рулем направления. В нижней задней части хвостового отсека имеется подфюзеляжный балансировочный щиток, который, как и руль направления, при посадке играет роль воздушного тормоза. Конструкция планера выполнена в основном из алюминиевых сплавов. Створки ОПН и обшивка гондол СОМ изготовлены из графитоэпоксидного композиционного материала (КМ); силовые элементы киля - из бороалюминиевого КМ, рама крепления основных ЖРД - из бороэпоксидного КМ; корпуса баллонов высокого давления и некоторые магистрали - из органоволокна типа "кевлар-эпоксидная смола".

    Теплозащита ОС - пассивная, покрывает почти всю поверхность аппарата. Наиболее теплонапряженные места ОС - носки фюзеляжа и крыла - покрыты упрочненным КМ типа "углерод-углерод", далее следуют плитки из двуокиси кремния с боросиликатным покрытием с жаростойкими добавками черного цвета, защищающие нижние поверхности фюзеляжа и крыла, а также его носок и заднюю кромку. На верхние поверхности крыла и фюзеляжа, киль и гондолы СОМ установлены белые плитки из волокон двуокиси кремния с боросиликатным покрытием. Наименее теплонапряженные места - створки ОПН, верхняя поверхность крыла, боковые части фюзеляжа и гондол СОМ - защищены матами из нейлонового войлока, покрытого кремнийорганической резиной.

    Двигательные установки. Основная двигательная установка состоит из трех маршевых кислородно-водородных ЖРД 85МЕ фирмы "Рокетдайн" тягой по 170 тс на Земле или 213 тс в вакууме. Двигатели замкнутой схемы (оба компонента поступают в камеры сгорания в газообразном виде) с дожиганием отработанного турбогаза в камерах сгорания при высоком давлении установлены на ОС и питаются от ВТБ. Два стартовых твердотопливных ускорителя фирмы "Мортон-Тиокол" тягой по 1203 тс на уровне моря смонтированы по бокам ВТБ. Энергетическая установка ОС состоит из трех батарей водородно-кислородных топливных элементов и трех гидразиновых вспомогательных силовых установок, используемых для отклонения основных ЖРД, а также управления аэродинамическими поверхностями и шасси.

    Состояние. На январь 1993 года МТКС "Спейс шаттл" совершила 53 полета. Построено шесть ОС: "Энтерпрайз" (применялся как аналог ОС для горизонтальных летных испытаний), "Колумбия", "Челленджер" (утрачен при катастрофе в январе 1986 г.), "Атлантис", "Дискавери" и "Индевор". Эксплуатация системы продолжается.

    Дополнительные сведения. Существующая конфигурация МТКС была выбрана к середине 1974 года. Летные испытания начались в апреле 1981-го. В настоящее время МТКС применяется для доставки в космос, обслуживания космонавтами на орбите и возвращения на Землю особо ценных ПН, но министерство обороны к концу 1992 года приняло решение отказаться от использования МТКС для выведения военных ПН и применять с этой целью одноразовые РН семейства "Титан".

   

    «ЭНЕРГИЯ» - «БУРАН»

    Экипаж. 2-4 летчика-космонавта и до 6 бортспециалистов.

    Состав. В МТКС "Энергия"-"Буран" входят ракета-носитель "Энергия" (четыре стартовых ускорителя "Зенит-1" и центральный блок - вторая ступень), способная выводить различные ПН, и орбитальный корабль (ОК) "Буран". Многоразовыми элементами системы являются ОК и стартовые ускорители.

    Схема полета. В момент пуска МТКС включаются четыре кислородно-водородных двигателя РД-0120 центрального блока и кислородно-керосиновые двигатели РД-170 ускорителей. Старт вертикальный. После завершения работы ускорители отделяются от центрального блока, совершают парашютный спуск в атмосфере и приземление. Перед выходом на расчетную орбиту центральный блок прекращает работу, отделяется от ОК и разрушается, входя в плотные слои атмосферы. На орбиту ОК довыводится с помощью двух кислородно-керосиновых ЖРД системы СОМ. На участке выведения управление МТКС обеспечивается качанием камер сгорания ЖРД центрального блока и ускорителей в шарнирных подвесах. Для управления ОК на орбите служат кислородно-керосиновые ЖРД малой тяги, установленные в носовом и двух кормовых блоках РСУ. После выполнения орбитальных операций двигатели СОМ выдают тормозной импульс, и ОК входит в атмосферу, совершает аэродинамический управляемый спуск, планирование и горизонтальную посадку с неработающими двигателями. При сходе с орбиты и полете в верхних слоях атмосферы используется РСУ, по мере снижения ОК вводятся в действие аэродинамические поверхности управления. Пилотирование ОК на участках планирования и посадки может осуществляться как экипажем, так и автоматически.

   

    Конструкция ОК. "Буран" по устройству в основном аналогичен ОС "Спейс шаттл", но крыло его сдвинуто несколько вперед. В хвостовой части фюзеляжа ОК кроме киля и подфюзеляжного щитка находятся двигательная установка СОМ, блоки РСУ и контейнер с тормозным парашютом.

    Теплозащита ОК - пассивная, плиточная. Носки фюзеляжа и крыла покрыты упрочненным КМ типа "углерод-углерод", менее теплонапряженные места - плитками из спеченного кварцевого волокна с защитным покрытием. В отличие от американского аппарата теплозащита ОК "Буран" "всепогодная" - выдерживает пребывание под дождем и градом.

    Двигательные установки. Основные ЖРД носителя и корабля выполнены по замкнутой схеме (водород поступает в камеру сгорания в газообразном виде, а кислород - в жидком) с дожиганием отработанного турбогаза в камерах сгорания при высоком давлении. Двигатели РД-170 имеют тягу по 740 тс, РД-0120 - по 156 тс (в вакууме - 205 тс), ЖРД СОМ - по 8,5 тс в пустоте. Энергетическая установка ОК "Буран" аналогична системе ОС "Спейс шаттл".

    Состояние. РН "Энергия" совершила два полета - 15 мая 1987 года с модулем "Скиф-ДМ" ("Полюс") в качестве ПН и 15 ноября 1988 года с ОК "Буран" без космонавтов. К началу 1993-го ОК № 1 законсервирован, ОК № 2 готовился к орбитальному полету, изготовление ОК № 3 было прекращено.

    Дополнительные сведения. Постановление о разработке МТКС "Энергия" - "Буран" вышло в феврале 1976 года после отмены программы Н1-ЛЗ. Предполагалось изготовить пять ОК "Буран". МТКС должна была обеспечить потребность страны в выведении на орбиту средних и тяжелых ПН гражданского и оборонного назначения с возвращением некоторых из них на Землю. Для перевозки крупногабаритных элементов системы с заводов-изготовителей на техническую позицию создали специальную модификацию бомбардировщика ВМ-Т, обеспечивающего поблочную транспортировку РН и ОК на внешней подвеске над фюзеляжем самолета. Впоследствии для этих же целей разработали сверхтяжелый транспортный самолет Ан-225 "Мрия". Для отработки аэродинамики и теплозащиты ОК в диапазоне высоких гиперзвуковых скоростей использовались его малоразмерные модели ("БОР-4" и "БОР-5"), запускавшиеся с помощью РН "Космос". связи с сокращением ассигнований и потерей интереса к программе со стороны Министерства обороны летные испытания системы "Энергия"-"Буран" приостановлены. В 1993 году предполагается выполнить беспилотный полет ОК "Буран" № 2 с последующей консервацией всей МТКС до тех пор, пока не будут найдены области ее рационального использования.

ГАБАРИТНО-МАССОВЫЕ И ЛЕТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МТКС

Параметры	«Спейс шаттл»	«Энергия» - «Буран»
Размеры, м:
высота МТКС на старте	56	58,77
максимальный поперечный размер	23,8	17,9 (РН)
длина ОС (ОК)	37,3	36,37
высота ОС (ОК)	17,3	16,45
размах крыла ОС (ОК)	23,8	23,9
длина ВТБ (центрального блока)	47	58,77
диаметр ВТБ (центрального блока)	8,9	7,75
длина СТУ (ускорителя)	45,5	39,67
диаметр корпуса СТУ (ускорителя)	3,7	3,9
Масса, т:
общая стартовая МТКС	2020	2400
стартовая ОС (ОК)	114	105
ПН на низкой околоземной орбите	29,5	30
ПН, возвращаемой на Землю	14,5	20
Летные характеристики:
Стартовая тяга двигательной установки МТКС, тс	2920	3600
Высота околоземной орбиты, км	200-1200	200-1200
Дальность бокового маневра при спуске в атмосфере, км	до 2000	до 2000