Ровно 15 лет назад завершилась эпоха космических челноков — последний полет совершил шаттл Atlantis в рамках миссии STS-135. Его задачей была транспортировка модуля Raffaello на МКС, после чего тридцатилетнюю программу закрыли окончательно. Изначально концепция многоразовых кораблей предполагала создание экономичных орбитальных авиалайнеров, но реализовать эту идею не удалось. Значительную роль в провале сыграли военные, настаивавшие на превращении шаттла в гигантский грузовой корабль-разведчик с возможностью захвата советских станций. Подробнее о причинах неудачи и забытых преимуществах программы — в материале «Газеты.Ru».
Орбитальный авиалайнер.
Программа Space Shuttle зародилась в 1960-х, еще до лунных миссий. Руководство NASA размышляло о дальнейших шагах после завершения «лунной гонки» и пришло к выводу, что будущее космонавтики — в освоении околоземного пространства с опорой на орбитальные станции. Их регулярное снабжение одноразовыми кораблями оказалось бы слишком затратным, поэтому возникла идея создания многоразовых систем по аналогии с гражданской авиацией, где один самолет совершает тысячи рейсов.
Одним из главных идеологов этого подхода стал Вальтер Дорнбергер — немецкий генерал, курировавший ракетную программу нацистов вместе с Вернером фон Брауном и перебравшийся после войны в США. Он представлял шаттл как «доступный космический самолет, который сможет ежедневно доставлять свежие яйца к завтраку каждого члена экипажа орбитальной станции».
Воплощением этой концепции стал проект DC-3, разработанный инженером Максимом Фаже. Конструкция напоминала грузовой самолет с компактными крыльями, установленный на носовой части более крупного воздушного судна. При старте связка занимала вертикальное положение. Основной самолет выполнял функции первой ступени, отделяясь на высоте нескольких десятков километров, после чего возвращался на аэродром. Сам челнок выходил на орбиту за счет собственных двигателей, а затем также совершал посадку. Хотя система потенциально могла стать орбитальным авиалайнером, ее разработка требовала колоссальных затрат.
Однако в начале 1970-х произошли события, заставившие отказаться от DC-3.
Во-первых, проект оказался настолько дорогостоящим, что для его финансирования пришлось привлекать военных. Они выдвинули два жестких условия. Первое — шаттл должен был выполнять функции фоторазведчика, способного вернуться на аэродром после одного витка вокруг Земли. Из-за вращения планеты точка старта смещалась примерно на 1500 км, что требовало оснащения корабля огромными крыльями для маневрирования.
Второе условие — создание грузового отсека размером 18,3 на 4,6 метра для вывода на орбиту разведывательных спутников габаритами с автобус. Возможность быстрых одновитковых миссий в сочетании с вместительным отсеком открывала перспективу захвата советских станций до того, как в СССР успели бы среагировать. Военные настаивали на включении этой опции «на всякий случай».
Эти требования сложно назвать разумными. Необходимость в пилотируемом разведчике возникла из-за временных трудностей с космическим наблюдением за Шестидневной войной 1967 года и вводом войск в Чехословакию, но к середине 1970-х о ней забыли. Спутники-гиганты запускаются редко, и проектировать под них регулярный транспорт не имело смысла — сама идея «разведывательно-грузового аппарата» звучала как военный казус.
В результате компактный челнок превратился в гигантскую тяжелую машину, реализовать которую в формате DC-3 стало невозможно. Кроме того, после лунной программы бюджет NASA сократили, что вынудило отказаться от многоразовой первой ступени. Та же участь постигла и орбитальную станцию, ради которой изначально задумывался шаттл.
Франкенштейн космической эры.
На поздних этапах проектирования шаттл превратился в нечто монструозное — сборную солянку из противоречивых идей. Огромные габариты и массивные крылья потребовали покрытия значительной площади керамической теплозащитой. Хотя отдельные плитки были недорогими, их индивидуальное изготовление для больших поверхностей резко увеличивало стоимость.
Все это привело к колоссальному весу конструкции, для подъема которой потребовались двигатели беспрецедентной мощности. Три водородно-кислородных RS-25 развивали по 181 тонне тяги на уровне моря. Для понимания масштаба: один из двух турбонасосов, подающих топливо в камеру сгорания, имел мощность 75 000 лошадиных сил — больше, чем все двигатели «Титаника» вместе взятые, при габаритах подвесного лодочного мотора. Турбина работала при давлении 540 атмосфер и 36 000 оборотах в минуту без смазки, которая бы замерзла с одной стороны вала и испарилась с другой.
Эта особенность стала одной из ключевых проблем программы и привела к одному из самых вопиющих обманов в истории аэрокосмической техники. В рекламных материалах NASA изображали шаттл как обычный самолет, проходящий быстрый техосмотр между рейсами. В реальности же корабль приходилось полностью разбирать, устанавливая вокруг него строительные леса. Турбонасосы RS-25 вручную перебирали в поисках усталостных дефектов, а постоянная замена расходных деталей из 45 000 компонентов требовала непрерывного производства запчастей.
Проблемы на этом не заканчивались. Даже с топливным баком шаттл оставался слишком тяжелым для отрыва одними RS-25. Для решения добавили два боковых ускорителя на твердом топливе — это удешевляло программу и позволяло повторно использовать компоненты. Твердотопливные ракеты вытеснили жидкостные в военной сфере благодаря простоте производства, эксплуатации и надежности, а американские технологии в этой области на десятилетия опережали советские.
Однако у твердого топлива есть особенности. Его заливают в ускоритель (по сути, стальную трубу) на заводе в виде пасты, причем делать это нужно за один прием из одного миксера. Перевозка огромных заправленных ускорителей целиком была сложной, поэтому их собирали из нескольких цилиндров, заправляемых отдельно и соединяемых на космодроме. Стыки изолировали резиновыми прокладками, от которых требовалась абсолютная надежность: в противном случае раскаленные газы прожгли бы бак с жидким водородом, вызвав взрыв.
Обслуживание ускорителей между полетами тоже оказалось крайне дорогим, а отказ прокладки привел к катастрофе Challenger в 1986 году. Хотя главной причиной стал запуск при низкой температуре, затвердевшей резину, NASA не перенесло старт из-за колоссальных затрат на программу.
При таком подходе о свежих яйцах на орбите не могло быть и речи, как и о десятках ежегодных запусков. Максимальная частота составляла три полета в год по стоимости, сопоставимой с запуском одноразовой ракеты. После второй катастрофы в 2003 году, унесшей жизни экипажа Columbia, стало очевидно, что шаттлы не только дороги, но и опасны. Программу решили закрыть, и миссия STS-135 в 2011 году стала последней в ее истории.
Были ли у шаттла преимущества?
Программа Space Shuttle провалилась, если оценивать ее по первоначальной цели — создать дешевую систему доставки грузов на низкую орбиту. Ожидаемого бума орбитальных станций не произошло, а существующие и планируемые комплексы не требуют такого объема снабжения, с которым не справились бы обычные ракеты.
Безусловно, шаттл остается инженерным чудом, оказавшим влияние на космонавтику. Например, разрабатываемый SpaceX Starship использует теплозащиту на основе плиток челнока и в целом опирается на полученный опыт.
Однако у программы было еще одно малоизвестное преимущество, частично компенсировавшее недостатки. Шаттл остался единственным космическим грузовиком в полном смысле слова, способным доставить на орбиту как спутник, так и бетонные блоки.
Это позволило построить МКС в ее нынешнем виде. Российские сегменты, созданные по образцу станции «Мир», представляют собой автономные корабли, стыкуемые между собой. Американская же часть собрана из простых модулей и ферм, доставленных в грузовом отсеке шаттла и смонтированных его манипулятором. Легкие конструкции позволили разместить на станции множество оборудования, доставка которого без челнока была бы невозможна.
Кроме того, шаттл совершил уникальные миссии по ремонту телескопа Hubble. Его запуск с серьезными доработками теоретически возможен и без челнока, как был запущен James Webb. Однако в 1990 году, вскоре после начала работы, выяснилось, что телескоп собрали с дефектом, размывавшим изображения. Для исправления разработали корректор («очки»), установленный в 1993 году экипажем шаттла Endeavour.
Ничего подобного нельзя было бы сделать ни на «Союзах», ни на «Аполлонах», ни на современных Crew Dragon. Сегодня при поломке Hubble астрономам придется смириться с потерей или ждать, пока какая-либо страна создаст аналогичный грузовой корабль.
Читать дальше
