Спейс шаттл

Некоторые интересные данные

Средний срок пребывания космического корабля в космосе – две недели. Самый короткий полет выполнил шаттл «Колумбия», он длился чуть дольше двух дней. Самое продолжительное путешествие корабля «Колумбия» равнялось 17 суткам.

Состав экипажа – от двух до восьми астронавтов, вместе с ними пилот и командир. Орбиты шаттлов находились в интервалах от 185 643 км.

Программа «Спейс Шаттл» была свернута в 2011 году. Она существовала 30 лет. За все время ее выполнения было сделано 135 полетов. Шаттлы прошли 872 млн км и подняли грузов общей массой 1,6 тысячи тонн. Орбиту посетили 355 астронавтов. Стоимость одного полета равнялась примерно 450 млн долларов. Общая стоимость всей программы составила 160 млрд долларов.

Последним стартом стал запуск «Атлантиса». В нем экипаж был уменьшен до четырех человек.

По итогам проекта все шаттлы были аннулированы и направлены в музейное хранилище.

Технические решения

Постепенно концепция превращалась в реальные очер­тания и технические решения. Итак, многоразовая тран­спортная космическая система (МТКС) должна была состоять из трех основных частей. Основа МТКС, ее «хребет» — это внешний топливный бак. По бокам бака расположены два твердотоплив­ных ускорителя. И, наконец, сверху расположен орбитальный ко­рабль. В нем размещаются экипаж и полезный груз. В огромный оранжевый «термос», состоявший из двух отсеков, заправляется топливо — кислород и водород, расходуемое для выведения МТКС на орбиту. Твердотопливные ускорители обеспечивают дополнительную тягу в момент старта, а также гарантирован­ную для спасения корабля скорость в случае отказа основных двигателей I и II ступеней на начальном этапе выведения на ор­биту. При достижении скорости 1390 м/с, через 125 секунд по­сле старта на высоте примерно 50 км ускорители отделяются от МТКС, приводняются в океан на расстоянии 250 км от космодро­ма, буксируются на берег, восстанавливаются и затем повторно используются.

Конструкция системы

Рассмотрим, что такое шаттл с точки зрения его устройства. Его запуск происходит посредством пары ракетных ускорителей и трех двигателей, снабжаемых топливом из наружного бака внушительных размеров.

Лавирования на орбите выполняются с помощью двигателей специальной системы, предназначенной для осуществления орбитальных маневров. Эта система включает в себя такие ступени:

• Два ракетных ускорителя, работающих две минуты с момента включения. Они дают направление кораблю, затем отсоединяются от него и летят в океан с помощью парашютов. После заправки ускорители запускаются снова в работу.
• Заправочный бак с водородным и кислородным питанием для основных двигателей. Бак также отбрасывается, но чуть позже – через 8,5 минуты. Практически весь он подвергается горению в атмосферных толщах, его обломки попадают в океаническое пространство.
• Пилотируемое судно, которое садится на орбиту и является помещением для экипажа и помогает в осуществлении научных изысканий. Выполнив программу, орбитальный аппарат летит на Землю и садится как планер на участок, выделенный для посадки.

Внешне шаттл похож на самолет, но, по сути, он — тяжелый планер. У шаттла нет топливных запасов для двигателей. Двигатели работают, пока шаттл соединен с заправочным баком. Находясь в космосе, а также во время посадки корабль задействует не слишком мощные малые двигатели. Планировалось оснастить шаттл реактивными двигателями, но от идеи отказались из-за высокой стоимости.

Сила подъема корабля невысока, посадка происходит благодаря кинетической энергии. Корабль идет с орбиты на космодром. То есть у него только один шанс осуществить посадку. Возможности развернуться и сделать второй круг, к сожалению, нет. По этой причине НАСА соорудила несколько резервных участков для посадки летательных аппаратов.

Катастрофа шаттла

Последний старт челнока был запланирован на утро 28 января 1986 года, затем запуск перенесли на два часа дня из-за того что были найдены мелкие поломки, которые устраняли инженеры. Телевидение вело прямую трансляцию с мыса Канаверал. Чтобы заполнить паузу, вызванную ремонтом корабля, ведущий рассказывал об истории программы Space Shuttle, предсказывая новому чуду ракетной техники большое будущее. 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. Как потом выяснилось, некоторые астронавты были ещё живы, так как носовую часть, где они находились, просто оторвало от остальной части корабля, и как минимум к трём из них началась индивидуальная подача кислорода в шлемы, предусмотренная на случай аварии, но падение с высоты 20 км и колоссальной силы перегрузка (около 200G) при ударе о воду сделали своё дело, все находившиеся на борту астронавты погибли. Первое время многочисленные очевидцы не понимали, что происходит.

Погиб весь экипаж — семь человек, включая и первого астронавта-непрофессионала — бывшую учительницу Кристу Маколифф, которая выиграла общенациональный конкурс на право лететь в космос, организованный по инициативе президента США Рональда Рейгана. Она стала национальной героиней Америки.

Причиной трагедии называют неисправность кольцевого уплотнения твердотопливного ускорителя, вызвавшего утечку раскалённых газов, которые разрушили крепление, а также и то, что запуск осуществлялся при температуре 2 градуса ниже нуля по Цельсию, в то время как рекомендованной температурой воздуха для взлётов является 11 и более градусов тепла. При низкой температуре материал кольцевого уплотнения стал недостаточно эластичным, чтобы обеспечить герметичность в стыке сегментов ускорителя. В связи с этой катастрофой США понесли большие убытки — около 8 млрд долларов, включая и стоимость самого челнока, которая оценивается в 3 млрд. Гибель «Челленджера» — самая крупная на тот момент катастрофа в истории пилотируемых космических полётов, сильный удар по репутации США и программе Space Shuttle.

Начало космической гонки

В 1957-м и 1961-м годах СССР забил два «космических гола» в ворота своего потенциального противника. Уязвленная Америка бросила огромные силы и средства на космическую гонку, и в 1969-м, отправив астронавтов на Луну (оставим в стороне весьма сомнительные измышления о том, что амери­канская лунная программа была целиком и полностью снята и смонтирована в голливудских студиях), смогла забить «ответный мяч». Безусловно, «спортивный интерес», вопросы престижа двух супердержав имели огромное значение. Однако уже в середине 1960-х и в Советском Союзе, и в Соединенных Штатах пришло понимание того, что космическая гонка не может быть бесконечной, хотя бы и потому, что даже для супердержав расходы на космос становились непомерными.

На первый план постепенно выходила эффективность, отдача от космических полетов. Немаловажным, если не определяющим, был и военный аспект — создание всевозможных ракетных и противоракетных щитов всегда было, есть и будет одной из главнейших целей космических исследований.

Полеты на Луну еще только готовились, когда в НАСА задались вполне естественным вопросом: а что дальше и каковы перспективы? Подстегнуло поиск ответов на этот вопрос решение президента Линдона Джонсона от 1 октября 1968 года — ограни­чить производство ракет-носителей «Сатурн», предназначенных для вывода кораблей на окололунную орбиту, только первым заказом: 12 ракет «Сатурн-1В» и 15 — «Сатурн-5». Это означало, что миссия «Аполлон» ограничится, по сути, только начальным этапом: высадкой человека на Луну. Об остальных же проектах, вроде устройства обитаемых лунных станций, пришлось (по крайней мере, временно) забыть. Перед НАСА и космической отраслью была поставлена новая цель: создать корабль много­разового использования.

В октябре 1968 года два головных центра НАСА — Центр пилотируемых космических кораблей (MSC) в Хьюстоне и Кос­мический центр имени Маршалла (MSFC) в Хантсвилле — дали четырем американским космическим корпорациям заказ: ис­следовать возможность создания многоразовой космической системы. Чтобы проект был принят, нужно было сделать упор на экономическую эффективность, а это, в свою очередь, подразу­мевало большую интенсивность полетов. Фирма «Дуглас» в сво­ем проекте «Астро» исходила из 240 полетов в год. Разработчики из компании «Мартин» пошли еще дальше — в их проекте предусматривалось, что при 400 полетах в год их система «Астро- рокет» будет эффективнее любой одноразовой системы, а при 5000 — любого другого многоразового космического комплекса.

Реальность, конечно, оказалась несколько иной. Космиче­ские вокзалы, откуда пригородные электрички отправлялись бы на Луну и Марс, а поезда дальнего следования — к Юпитеру и Сатурну, пока остаются мечтами. «Шаттлы» за всю свою тридцатилетнюю историю не совершили и полу­тора сотен полетов. Впрочем, идея «многоразовости» достаточно быстро начала обретать реальные черты.

Ракето-самолет Х-15 — прародитель «шаттлов». В общих чертах концепция Х-15 похожа на ту, что впоследствии была реализована в космических челноках

Советская разработка

Вслед за американским кораблем в Советском Союзе был создан шаттл «Буран». Он предназначался для выполнения военных и мирных задач.

Сначала корабль задумывался как точная копия американского изобретения. Но в процессе разработки возникли некоторые трудности, поэтому советским конструкторам пришлось искать собственные решения. Одним из препятствий стало отсутствие двигателей подобных американским. Точнее, в СССР двигатели имели совсем другие технические параметры.

Полет «Бурана» состоялся в 1988 году. Это произошло под управлением бортового компьютера. Посадка шаттла определила успех полета, в который не верили многие высокопоставленные лица. Принципиальная разница «Бурана» и американских шаттлов состояла в том, что советский аналог смог сесть самостоятельно. Такой возможности у американских кораблей не было.

Первые полеты

15 февраля 1977 года «Энтерпрайз», водруженный на самолет-носитель, в роли которого выступал «Боинг-747», впервые проехался по рулежной дорожке, а спустя три дня поднялся в воздух. С 18 февраля по 2 марта были совершены пять полетов без отделения от самолета-носителя и без экипажа в кабине «шаттла», затем еще три испытания, в ходе которых в «Энтерпрайзе» находились пилоты, следившие за по­казаниями приборов. В первый свободный полет «шаттл» отправился 12 августа. На высоте 7,3 км он отделился от «Боинга», а спустя 5 мин 21 сек пилоты Фред Хейз (опытный астронавт, участвовавший в том числе и в лунной программе) и Гордон Фуллертон посадили его на расположен­ную на дне высохшего озера полосу.

Испытательные полеты «Энтерпрайза», уже отдельно от «Боинга-747», 1977 г.

После окончания испытаний НАСА планировало отправить «Энтерпрайз» в космос, однако от этих планов пришлось отказаться — переоборудование OV-101 в «боевой» корабль обошлось бы неоправ­данно дорого. «Энтерпрайз» был частично разобран, его компоненты использовались на других «шаттлах». В дальнейшем «Эн­терпрайз» был превращен в выставочный экспонат и ныне демонстрируется в Наци­ональном институте космоса.

Испытания «Энтерпрайза» показали, что «шаттл» вполне успешно может летать в атмосфере и приземляться в режиме планирования на землю. Впрочем, почи­вать на лаврах было рано. Восьмимесяч­ные вибрационные испытания в Центре космических полетов в Хантсвилле пока­зали, что конструкция «шаттла» во многих местах нуждается в усилении. И это при том, что на «Энтерпрайзе» отсутствовала большая часть исследовательского обо­рудования и, самое главное, термоизоля­ционная обшивка — элемент конструкции, доставивший очень много проблем созда­телям «челноков».

Похищенный корабль

Компанией «Лего» создан также шаттл «Тайдириум», напоминающий нам о многочисленных эпизодах «Звездных войн». Всего компания выпустила шесть таких кораблей, начиная с 2001 года. Все они отличаются размерами.

Имперский шаттл был украден повстанцами, и теперь предстоит его вернуть. Увлекательные приключения вместе с героями звездных путешествий ждут маленьких игроков.

В набор входят минифигурки: принцесса Лея, Хан Соло, Чубакка, повстанцы – 2 шт. Сам шаттл изготовлен в белом цвете с серыми вставками. В кабине умещаются две фигуры, открывается она через верхнюю часть носа. За кабиной имеется отсек для груза. Производители говорят, что процесс сборки шаттла может занять от 2 до 6 часов. С помощью минифигурок появляется возможность разыграть множество увлекательных сцен.

«Колумбия» готовится в космос

Меж тем фирма «Рокуэлл» полным ходом строила еще один «шаттл» — второй по порядковому номеру (OV-102) и первый, которому предстояло отправиться в космос. Он был назван «Колумбия» — в честь корабля капитана Роберта Грея, в 1792 году исследовавшего внутренние воды Британской Колумбии, которые ныне примыкают к штатам США Орегон и Вашингтон. 25 марта 1979 года «Колумбия» была доставлена в космический центр имени Кеннеди, на острове Меррит в штате Флорида, на­ходящийся недалеко от мыса Канаверал.

Начиналась непосредственная подготовка к старту, который был назначен на этот же, 1979 год. Но его пришлось отложить на два года, из-за уже упоминавшихся недостатков теплозащиты орбитального корабля, а также из-за отказов основных двига­телей. Работы по установке теплозащитного покрытия были в основном завершены в конце ноября 1980 года. 24 ноября «Ко­лумбия» была переведена из монтажно-испытательного корпуса в корпус вертикальной сборки VАВ (Vert^al Assembly Building). На следующий день корабль был подвешен в вертикальном положении, а 26 ноября состыкован с внешним топливным баком и твердотопливными ускорителями.

В декабре 1980 года специалисты НАСА приступили к про­верке собранной МТКС. 29 декабря она, проделав путь длиной в 5,5 км, была доставлена на стартовую площадку 39А. 22 января была проведена пробная заправка топливного бака кислородом и водородом. Через пять дней топливо было слито. Бак и ма­гистрали выдержали проверку на герметичность, однако снова подвела теплозащита — было обнаружено отклеивание теплои­золяционных плиток на площади более 8 м2. При заполнении топливом, охлажденным до экстремально низких температур (кислород — минус 183°C, водород — минус 253°C), не выдержали внутрен­них напряжений тонкий слой грунта, покрывавший алюминие­вую поверхность топливного бака, и клеевой состав, на котором к корпусу крепились термопанели.

20 февраля 1981 года непосредственно на стартовой пло­щадке были проведены испытания трех основных двигателей МТКС. 56,7 м3 жидкого водорода и 212 м3 кислорода сгорели за 20 секунд. Испытания были признаны успешными. Опасения снова вызывала термозащита — на примерно ста плитках были обнаружены небольшие трещины и щербины, однако в целом она выдержала запуск двигателей.

«Энтерпрайз» OV-101 доставлен в музей

Работы по устранению неисправностей и доработке «Колум­бии» продолжались. После очередного переноса старт был на­значен на 10 апреля. 6 апреля в 4 часа 30 минут начался обрат­ный предстартовый отсчет. В день старта подготовка к полету шла без проблем, астронавты заняли свои места в кабине. С мыса Канаверал велась прямая телетрансляция, на стартовой площадке присутствовал президент Рейган. Но за 20 минут до старта произошел сбой в программном обеспечении. Старт «Ко­лумбии» снова был отложен…

Последний полёт

Последний полёт «Колумбии», STS-107, состоялся с 16 января по 1 февраля 2003 года. Экипаж корабля: командир Рик Хасбанд, пилот Уильям МакКул, бортинженер Майкл Андерсон, научные специалисты Лорел Кларк, Дэвид Браун, Калпана Чавла и первый израильский астронавт Илан Рамон.

Утром 1 февраля, около 9 часов утра по EST, 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-го января этот участок теплозащиты был повреждён падением на него куска теплоизоляции кислородного бака.

Дополнительные возможности

Поговорим об обеих программах сразу. Система безопасности, предложенная советскими конструкторами, гораздо серьёзнее. Катапультные кресла для двух членов экипажа, страховавшие их на малых высотах, возможность отделенияБурана» от ракеты-носителя, атмосферные полёты, которые могли спасти систему и людей в случае посадки.

Отдельно стоит поговорить и омногоразовости» системы. Американцы по идее могли использовать повторно и ускорители и сам орбитальный челнок. Топливный бак сгорал в атмосфере, спасти его было невозможно. В реальности же ремонт повреждённых при посадке ускорителей сводил на нет это преимущество. Если бы советским конструкторам удалось реализовать возвращаемые боковые блоки первой ступениЭнергии», итоговая многоразовость была бы даже в пользуБурана». Увы, программу закрыли раньше.

(Фото: Вадим Лукашевич)

Конечно, не стоит забывать о полностью автоматической системе посадки наБуране»: первый и единственный полёт прошёл полностью в автоматическом режиме, без космонавтов. УШаттлов» подобного не было, каждый раз в запуске участвовал экипаж.

ОценкаSpace Shuttle — 4Буран» — 4,5

Итого:Space Shuttle — 12,5Буран» — 14

Да, благодаря некоторым конструкторским решениям можно сказать, что если бы системуБуран» полностью реализовали, она бы утёрла нос заокеанским коллегам. Увы, бюджеты не резиновые даже в Америке — что уж говорить о России начала 90-х годов.

История не терпит сослагательного наклонения — а жаль.

Некоторые факты

• Во время полёта «Колумбии» STS-75 впервые на одном из вспомогательных компьютеров (ноутбуке) была использована операционная система Debian на основе Linux.
• «Колумбия» в 1996 году снялась в американском фильме «Армагеддон»: «„Армагеддон“ снимался у меня на глазах, когда я проходил подготовку в США. Однажды мы приехали на мыс Канаверал, на очередную тренировку, и там проходили съёмки. Наш корабль „Колумбия“ был живой декорацией в этом фильме».
• Шаттл «Колумбия» встречается в 19-м эпизоде аниме «Ковбой Бибоб» (Wild Horses) и испытывает жёсткую посадку из-за обсыпавшейся термозащиты.
• В фильме «Жизненная сила» (Life Force, 1985) шаттл «Колумбия» стартует к терпящему бедствие английскому шаттлу «Черчилль». (15-я мин.).
• С одного из жёстких дисков, использовавшихся в полёте для фиксации информации о проводившихся на борту научных экспериментах, значительно повреждённого в результате катастрофы, впоследствии удалось восстановить 90 % информации, что сделало возможным окончание 20-летнего научного исследования. Восстановление информации заняло около 5 лет.

История создания

Прежде чем ответить на вопрос, что такое шаттл, рассмотрим историю его создания. Она начинается в конце 60-х годов XX века в США, когда был поставлен вопрос о проектировании многоразового космического механизма. Это объяснялось экономической выгодой. Интенсивная эксплуатация космических шаттлов должна была понизить высокие расходы на космос.

В рамках концепции предусматривалось формирование орбитального пункта на Луне, а также экспедиции на Марс. Задания на земной орбите должны были выполняться многократно используемыми суднами, получившими наименование «Спейс Шаттл».

В 1972 году были подписаны документы, определившие облик будущего шаттла.

Программа проектирования готовилась фирмой North American Rockwell по заданию НАСА с 1971 года. Во время разработки программы применялись технологические идеи системы «Аполлон». Были спроектированы пять челноков, два из них не сохранились после крушений. Полеты проводились с 1981 по 2011 год.

По планам НАСА ежегодно должны были осуществляться 24 старта, и каждый борт должен был выполнить до 100 полетов. Но в процессе работы были выполнены всего 135 пусков. Самым большим количеством полетов отличился шаттл «Дискавери».

Тем временем в СССР

Все эти пертурбации с «шаттлом» привели в замешатель­ство советских экспертов. В СССР прекрасно знали о том, что американцы собираются делать «космический челнок», знали и о его параметрах, но не понимали, зачем «оно» нужно. Эко­номические расчеты, проведенные в СССР, показали, что та­кая система никогда себя не окупит (так, собственно говоря, и случилось). Тогда зачем все это? …Мы начали изучать, для каких целей он создается, — вспоминал директор Центрального научно-исследовательского института машиностроения Юрий Мозжорин. — Ведь все было очень необычно: вес, выводимый на орбиту при помощи одноразовых носителей в Америке, даже не достигал 150 т/год, а тут задумывалось в 12 раз больше; ничего с орбиты не спускалось, а тут предполагалось возвращать 820 т/год… Это была не просто программа создания какой-то кос­мической системы под девизом снижения затрат на транспортные расходы (наши, нашего института проработки показали, что никакого снижения фактически не будет наблюдаться), она имела явное целевое военное назначение».

Вывод о том, что «шаттл» есть по сути своей продукт американской «военщины», напрашивался сам собой. Собственно, советские эксперты отчасти были правы — как мы уже отмечали, требования Пентагона учитывались в программе «Спейс шаттл». Другое дело, что в СССР не знали, во-первых, о существовании спутника KH-II, а во-вторых — что в итоге не «шаттл» создавался под конкретные программы, а задачи и требования эффективности подгонялись под уже определенную концепцию «космического челнока».

«Энтерпрайз», он же OV-101 — прототип первого космического челнока. Торжественная выкатка из цехов завода Рокуэлл 17 сентября 1976 года, Палмдейл, Калифорния

ГРУ сумело получить первые чертежи и фотографии «шаттла» в конце 1975 года.

Сразу же в Институте проблем механики под руководством Мстислава Келдыша и нескольких военных НИИ была проведена экспертиза, выводы которой были следу­ющими: «Будущий корабль многоразово­го использования сможет нести ядерные боеприпасы и атаковать ими территорию СССР практически из любой точки околоземного космическо­го пространства… Американский шаттл грузоподъемностью 30 тонн в случае его загрузки ядерными боеголовками способен совершать полеты вне зоны радиовидимости отечественной системы предупреждения о ракетном нападении. Совершив аэ­родинамический маневр, например, над Гвинейским заливом, он может выпустить их по территории СССР». Была и еще одна версия советских экспертов: «шаттл» мог использоваться для инспектирования и захвата пилотируемых орбитальных станций серии «ДОС» и военных орбитальных станций «Алмаз» разра­ботки ОКБ-52 В. Челомея. На последних проектом даже пред­усматривалась установка авиационной автоматической пушки конструкции Нудельмана-Рихтера. Все это подтолкнуло СССР к созданию ответа — системы «Буран».

Особенности конструкции

«Буран» обладал внушительными размерами, как и его заокеанские собратья. В кабине помещались десять человек.

Важной особенностью конструкции была теплозащитная оболочка, вес которой был выше 7 тонн. В просторном грузовом отсеке могли поместиться грузы больших размеров, в том числе космические спутники

В просторном грузовом отсеке могли поместиться грузы больших размеров, в том числе космические спутники.

Запуск корабля был двухступенчатым. Сначала от корабля отделялись четыре ракеты и двигатели. Вторая ступень – двигатели с кислородом и водородом.

При создании «Бурана» одним из главных требований была его многоразовость. Одноразовым был только топливный бак. Американские ускорители имели возможность приводниться в океане. Советские ускорители садились в степях неподалеку от Байконура, так что вторичное их использование не представлялось возможным.

Второй особенностью «Бурана» было то, что двигатели располагались на топливном баке и поэтому сгорали в воздухе. Перед конструкторами стояла задача сделать двигатели многоразовыми, что могло бы удешевить программу по освоению космоса.

Если посмотреть на шаттл (фото его демонстрирует) и его советский аналог, складывается впечатление об идентичности этих кораблей. Но это лишь внешняя схожесть с принципиальными внутренними различиями двух систем.

Итак, мы рассмотрели, что такое шаттл. Но в наши дни этим словом называются не только корабли для внеземных полетов. Идея шаттла нашла свое воплощение во многих изобретениях науки и техники.