Главная » LED лампы » Чем отличаются «Буран» и «Шаттл». Сравнение ТТХ. Что такое шаттл? История создания и фото

Чем отличаются «Буран» и «Шаттл». Сравнение ТТХ. Что такое шаттл? История создания и фото

На днях случайно заметил, что уже пять раз в комментариях отвечал на вопрос о степени успешности программы «Спейс Шаттл». Такая регулярность вопросов требует полноценной статьи. В ней я попытаюсь ответить на вопросы:

Какие цели ставила программа «Спейс Шаттл»?
Что получилось в итоге?

Тема многоразовых носителей очень объемная, поэтому в этой статье я специально ограничиваюсь только этими вопросами.

Что планировали?

Идея многоразовых кораблей занимала умы ученых и инженеров в США ещё с 50-х годов. С одной стороны, жалко разбивать о землю сброшенные отработавшие ступени. С другой стороны, аппарат, сочетающий в себе свойства самолёта и космического корабля, будет в русле самолётной философии, где многоразовость естественна. Рождались различные проекты: X-20 Dyna Soar , Recoverable Orbital Launch System (позже Aerospaceplane). В шестидесятые годы эта достаточно незаметная деятельность продолжалась в тени программ «Джемини» и «Аполлон». В 1965 году, за два года до полёта «Сатурна-V», был создан подкомитет по технологиям многоразовых ракет-носителей при Координационном совете по воздушно-космическим операциям (в котором участвовали ВВС США и NASA). Результатом этой работы был документ, изданный в 1966 году, в котором говорилось о необходимости преодоления серьезных трудностей, но обещалось блестящее будущее для работы на околоземной орбите. У ВВС и NASA было различное видение системы и различные требования, поэтому вместо одного проекта были представлены идеи кораблей различной компоновки и степени многоразовости. После 1966 года NASA стало задумываться о создании орбитальной станции. Такая станция подразумевала необходимость доставки большого количества грузов на орбиту, что, в свою очередь, поднимало вопрос о стоимости такой доставки. В декабре 1968 года была создана рабочая группа, которая стала заниматься т.н. объединенным аппаратом запуска и посадки Integral Launch and Reentry Vehicle (ILRV). Отчет этой группы был представлен в июле 1969 года и утверждал, что ILRV должен уметь:

Снабжать орбитальную станцию
Запускать и возвращать с орбиты спутники
Выводить на орбиту разгонные блоки и полезную нагрузку
Выводить на орбиту топливо (для последующей заправки других аппаратов)
Обслуживать и ремонтировать спутники на орбите
Проводить короткие пилотируемые миссии

В отчете рассматривались три класса кораблей: многоразовый корабль «верхом» на одноразовой ракете-носителе, полутораступенчатый корабль («половинка» ступени - это баки или двигатели, которые сбрасываются в полёте) и двухступенчатый корабль, обе ступени которого многоразовые.
Параллельно, в феврале 1969 года президент Никсон создал рабочую группу, задачей которой было определение направления движения в освоении космоса. Результатом работы этой группы была рекомендация создания многоразового корабля, который мог бы:

Стать фундаментальным улучшением существующей космической техники с точки зрения стоимости и объемов выводимого на орбиту
Транспортировать людей, грузы, топливо, другие корабли, разгонные блоки и прочее на орбиту как самолёт - регулярно, дешево, часто и много.
Быть универсальным для совместимости с широким спектром гражданских и военных полезных нагрузок.

Изначально инженеры двигались в направлении двухступенчатой полностью многоразовой системы: большой крылатый пилотируемый корабль нес на себе небольшой крылатый пилотируемый корабль, который уже выходил на орбиту:

Такая комбинация теоретически была самой дешевой в эксплуатации. Однако требование большой полезной нагрузки делало систему слишком большой (а, следовательно, и дорогой). К тому же военные хотели возможности горизонтального маневра в 3000 км для посадки на космодроме старта на первом витке с полярной орбиты, что ограничивало инженерные решения (например, становились невозможными прямые крылья).

Судя по подписи «high cross-range» (большой горизонтальный маневр) эта картинка нравилась военным

Итоговая компоновка очень сильно зависела от следующих требований:

Размер и емкость грузового отсека
Величина горизонтального маневра
Двигатели (тип, тяга и другие параметры)
Способ посадки (на двигателях или планированием)
Используемые материалы

В итоге на слушаниях в Белом Доме и Конгрессе были приняты финальные требования:

Грузовой отсек 4,5х18,2 м (15х60 футов)
30 тонн на низкую околоземную орбиту, 18 тонн на полярную орбиту
Возможность горизонтального маневра на 2000 км

В районе 1970 года выяснилось, что на орбитальную станцию и шаттл одновременно денег не хватит. И станция, для которой шаттл должен был возить грузы, была отменена.
В то же время в инженерной среде царил ничем не сдерживаемый оптимизм. Опираясь на опыт эксплуатации экспериментальных ракетных самолётов (X-15), инженеры прогнозировали снижение стоимости килограмма на орбиту на два порядка (в сто раз). На симпозиуме, посвященном программе «Спейс Шаттл», который проходил в октябре 1969 года, «отец» шаттла Джордж Мюллер говорил:

«Наша цель - снизить стоимость килограмма на орбиту с $2000 для Сатурна-V до уровня $40-100 за килограмм. Этим мы откроем новую эру освоения космоса. Задачей на будущие недели и месяцы для этого симпозиума, для ВВС и NASA является обеспечение уверенности в том, что мы можем это сделать.»

Б.Е. Черток в четвертой части «Ракет и людей» приводит несколько другие цифры, но того же порядка:

Для различных вариантов на базе «Спейс шаттла» прогнозировалось достижение стоимости выведения в пределах от 90 до 330 долларов на килограмм. Более того, предполагалось, что «Спейс шаттл» второго поколения позволит снизить эти цифры до 33-66 долларов на килограмм.

По расчетам Мюллера запуск шаттла должен будет стоить $1-2,5 миллиона (сравните с $185 млн. для Сатурна-V).
Также были проведены достаточно серьезные экономические расчеты, которые показали, что для того, чтобы хотя бы сравняться по стоимости с ракетой-носителем «Титан-III» при прямом сравнении цен без учета дисконта, шаттлу нужно стартовать 28 раз в год. На фискальный 1971 год президент Никсон выделил $125 миллионов на производство одноразовых ракет-носителей, что составило 3,7% от бюджета NASA. Т.е., если бы шаттл уже был в 1971 году, то он бы сэкономил всего лишь 3,7 процента бюджета NASA. Ядерный физик Ральф Лапп (Ralph Lapp) посчитал, что за период 1964-1971 шаттл, если бы уже был, сэкономил бы 2,9% бюджета. Естественно, такие цифры не могли защитить шаттл, и NASA встало на скользкую дорожку игры с цифрами: «если бы была построена орбитальная станция, и если бы она нуждалась в миссии снабжения каждые две недели, то тогда бы шаттлы экономили миллиард долларов в год». Также продвигалась идея «с такими возможностями пуска полезные нагрузки станут дешевле, и их будет больше, чем сейчас, что ещё увеличит экономию». Только комбинация идей «шаттл будет летать часто и экономить деньги на каждом пуске» и «новые спутники для шаттла будут дешевле существующих для одноразовых ракет» смогла сделать шаттл экономически выгодным.

Экономические расчеты. Обратите внимание, что если убрать «новые спутники» (нижняя треть таблицы), то шаттлы становятся экономически невыгодными.

Экономические расчеты. Платим больше сейчас (левая часть) и выигрываем в будущем (правая заштрихованная часть).

Параллельно шли сложные политические игры с участием фирм-потенциальных производителей, ВВС, правительства и NASA. Например, NASA проиграло офису менеджмента и бюджета Исполнительного офиса Президента США битву за ускорители первой ступени. NASA хотело ускорители на ЖРД, но из-за того, что ускорители на РДТТ были дешевле в разработке, были выбраны последние. ВВС, которые добивались военных пилотируемых программ с X-20 и MOL, фактически получали военные миссии шаттла бесплатно в обмен на политическую поддержку NASA. Производство шаттлов намеренно размазывалось по всей стране между разными компаниями для экономического и политического эффекта.
В итоге этих сложных маневров, контракт на разработку системы «Спейс Шаттл» был подписан летом 1972 года. История производства и эксплуатация выходит за рамки этой статьи.

Что получили?

Сейчас, когда программа закончена, можно с достаточной точностью сказать, какие цели были достигнуты, а какие - нет.

Достигнутые цели :

Доставка грузов различного типа (спутники, разгонные блоки, сегменты МКС).
Возможность ремонта спутников на низкой околоземной орбите.
Возможность возврата спутников на Землю.
Возможность отправить в полёт до восьми человек.
Реализована многоразовость.
Реализована принципиально новая компоновка космического корабля.
Возможность горизонтального маневра.
Большой грузовой отсек.
Стоимость и время разработки уложились в сроки, обещанные президенту Никсону в 1971 году.

Не достигнутые цели и провалы :

Качественное облегчение доступа в космос. Вместо снижения цены за килограмм на два порядка, «Спейс Шаттл» стал одним из самых дорогих средств доставки спутников на орбиту.
Быстрая подготовка шаттлов между полётами. Вместо ожидаемого срока в две недели между полётами, шаттлы готовились к пуску месяцами. До катастрофы «Челленджера» рекорд между полётами составлял 54 дня, после «Челленджера» - 88 дней. За все годы эксплуатации шаттлов они запускались в среднем 4,5 раза в год вместо минимально допустимых по расчетам 28 раз в год.
Простота обслуживания. Выбранные технические решения были очень трудоемкими в обслуживании. Главные двигатели требовали демонтажа и много времени на сервис. Турбонасосные агрегаты двигателей первой модели требовали полной переборки и ремонта после каждого полёта. Плитки теплозащиты были уникальны - в каждое гнездо ставилась своя плитка. Всего плиток 35 000, к тому же, они могут быть потеряны или повреждены в полёте.
Замена всех одноразовых носителей. Шаттлы никогда не стартовали на полярные орбиты, что нужно в основном для разведывательных спутников. Велись подготовительные работы, но они были остановлены после катастрофы «Челленджера».
Надежный доступ в космос. Четыре орбитера означали, что катастрофа шаттла - это потеря четверти флота. После катастрофы полёты прекращались на годы. Также, шаттлы были печально известны постоянными переносами пусков.
Грузоподъемность шаттлов оказалась на пять тонн ниже требуемой спецификациями (24,4 вместо 30)
Большие возможности горизонтального маневра никогда не применялись в реальности из-за того, что шаттл не летал на полярные орбиты.
Возврат спутников с орбиты прекратился в 1996 году. С орбиты было возвращено всего пять спутников.
Ремонт спутников тоже оказался слабо востребован. Всего было отремонтировано пять спутников (правда, Хаббл обслуживали пять раз).
Принятые инженерные решения негативно влияли на надежность системы. На взлете и посадке были участки без шансов на спасение экипажа при аварии. Из-за этого погиб «Челленджер». Миссия STS-9 чуть не кончилась катастрофой из-за пожара в хвостовой части, который возник уже на посадочной полосе. Случись этот пожар минутой раньше, шаттл бы упал без шансов на спасение экипажа.
То, что шаттл всегда летал пилотируемым, подвергало риску людей без необходимости - для рутинного запуска спутников хватало автоматики.
Из-за низкой интенсивности эксплуатации шаттлы устарели морально раньше, чем физически. В 2011 году «Спейс Шаттл» был очень редким примером эксплуатации процессора 80386. Одноразовые носители можно было модернизировать постепенно новыми сериями.
Закрытие программы «Спейс Шаттл» наложилось на отмену программы «Созвездие», что привело к потере самостоятельного доступа в космос на многие годы, имиджевым потерям и необходимости покупать места на космических кораблях другой страны.
Новые системы управления и надкалиберные обтекатели позволили запускать большие спутники на одноразовых ракетах.
Шаттл держит печальный антирекорд среди космических систем по количеству погибших людей.

Программа «Спейс Шаттл» дала США уникальные возможности по работе в космосе, но, с точки зрения разницы «что хотели - что получили» приходится сделать вывод о том, что она не достигла своих целей.

Почему так получилось?

Специально подчеркиваю, что в этом пункте я высказываю свои соображения, возможно, какие-то из них неверны.

Шаттлы были результатом множества компромиссов между интересами нескольких больших организаций. Возможно, если бы был один человек или команда единомышленников, которые имели бы четкое видение системы, она могла получиться удачнее.
Требование «быть всем для всех» и заменить все одноразовые ракеты повысило стоимость и сложность системы. Универсальность при объединении разнородных требований приводит к усложнению, удорожанию, излишнему функционалу и худшей эффективности, чем специализация. Легко добавить будильник в мобильный телефон - динамик, часы, кнопки и электронные компоненты уже есть. Но летающая подводная лодка будет сложнее дороже и хуже специализированных самолёта и подлодки.
Сложность и стоимость системы растет с размером экспоненциально. Возможно, шаттл на 5-10 тонн полезной нагрузки (в 3-4 раза меньше реализованного) был бы более успешен. Их можно было бы построить больше, часть флота сделать беспилотными, сделать одноразовый модуль для повышения грузоподъемности редких более тяжелых миссий.
«Головокружение от успехов». Успешная реализация трёх программ последовательно увеличивающейся сложности могла вскружить головы инженерам и менеджерам. В самом деле, что пилотируемый первый пуск без беспилотной отработки, что отсутствие систем спасения экипажа на участках выведения/спуска говорят о некоторой самоуверенности.

Эй, а «Буран»?

Предвидя неизбежные сравнения, придется чуть-чуть сказать и про него. По «Бурану» нет статистики эксплуатации за много лет. С ним получилось в чем-то проще - его накрыло обломками развалившегося СССР, и нельзя сказать, была бы эта программа успешной. Первую часть этой программы - «сделать как у американцев» выполнили, а что было бы дальше - неизвестно.
А желающих устроить в комментах холивар «Что лучше?» прошу предварительно дать определение, что такое по-вашему «лучше». Потому что обе фразы «Буран имеет бОльший запас характеристической скорости (delta-V), чем Спейс Шаттл» и «Шаттл не сбрасывает дорогие маршевые двигатели со ступенью ракеты-носителя» верны.

Список источников (не учитывая википедии):

Ray A. Williamson

История программы "Спейс Шаттл" началась в конце 1960-х годов, на вершине триумфа американской национальной космической программы. 20 июня 1969 года два американца - Нейл Армстронг и Эдвин Олдрин высадились на Луне. Выиграв в "лунной" гонке, Америка блестяще доказала свое превосходство и тем самым решила свою главную задачу в освоении космоса, провозглашенную президентом Джоном Кеннеди в своей знаменитой речи 25 мая 1962 года: "Я верю, что наш народ может поставить себе задачу до конца этого десятилетия высадить человека на Луну и благополучно вернуть его на Землю".

Таким образом, 24 июля 1969 г., когда экипаж "Аполлона-11" вернулся на Землю, американская программа утратила свою цель., что сразу сказалось на пересмотре дальнейших планов и сокращении ассигнований на программу "Аполлон". И хотя полеты к Луне продолжались, Америка встала перед вопросом: а что делать человеку в космосе дальше?

То, что такой вопрос встанет, было очевидно задолго до июля 1969 г. И первая эволюционная попытка ответа была естественной и разумной: NASA предложило, используя разработанную для программы "Аполлон" уникальную технику, расширить фронт работ в космосе: провести длительную экспедицию на Луну, построить базу на ее поверхности, создать обитаемые космические станции для регулярного наблюдения за Землей, организовать заводы в космосе, наконец, начать пилотируемое исследование и освоение Марса, астероидов и дальних планет...

Даже начальный этап этой программы требовал сохранения расходов на гражданский космос на уровне не ниже $6 млрд. в год. Но Америка - богатейшая страна мира - не могла себе этого позволить: Президенту Л.Джонсону нужны были деньги на объявленные социальные программы и на войну во Вьетнаме. Поэтому еще 1 августа 1968 г., за год до высадки на Луну, было принято принципиальное решение: ограничить производство ракет-носителей "Сатурн" первым заказом - 12 экземпляров "Сатурн-1В" и 15 изделий "Сатурн-5". Это означало, что лунная техника не будет более использоваться - и от всех предложений дальнейшего развития программы "Аполлон" в итоге осталась только экспериментальная орбитальная станция "Скайлэб". Нужны были новые цели и новые технические средства для доступа людей в космос, и 30 октября 1968 г. два головных центра NASA (Центр пилотируемых космических кораблей - MSC - в Хьюстоне и Космический центр имени Маршалла - MSFC - в Хантсвилле) обратились к американским космическим фирмам с предложением исследовать возможность создания многоразовой космической системы.

До этого все ракеты-носители были одноразовыми - выводя полезный груз (ПГ) на орбиту, они расходовали себя без остатка. Космические аппараты также были одноразового применения, за редчайшим исключением в области пилотируемых кораблей - дважды слетали "Меркурии" с заводскими номерами 2, 8 и 14 и второй "Джемини". Теперь была сформулирована задача: создать систему многоразового применения, когда и ракета-носитель, и космический корабль возвращаются после полета и используются многократно, - и за счет этого снизить стоимость космических транспортных операций в 10 раз, что было очень актуально в условиях бюджетного дефицита.

В феврале 1969 г. были заказаны исследования четырем компаниям, для того, чтобы выявить наиболее подготовленную из них для заключения контракта. В июле 1970 г. уже две фирмы получили заказы на более подробную проработку. Параллельно исследования велись и в техническом директорате MSC под руководством Максима Фаже.

Носитель и корабль задумывались крылатыми и пилотируемыми. Они должны были стартовать вертикально, как и обычная РН. Самолет-носитель работал как первая ступень системы и после отделения корабля садился на аэродром. Корабль за счет бортового топлива выводился на орбиту, выполнял задание, сходил с орбиты и также приземлялся "по-самолетному". За системой закрепилось название "Space Shuttle" - "Космический челнок".

В сентябре Целевая космическая группа под руководством вице-президента С.Агню, образованная для формулирования новых целей в космосе, предложила два варианта: "по максимуму" - экспедицию на Марс, пилотируемую станцию на окололунной орбите и тяжелую околоземную станцию на 50 человек, обслуживаемую кораблями многоразового использования. "По минимуму" - только космическую станцию и космический челнок. Но президент Никсон отверг все варианты, потому что даже самый дешевый требовал 5 млрд. долларов в год.
NASA оказалось перед тяжелым выбором: нужно было или начать новую крупную разработку, позволяющую сохранить кадры и накопленный опыт, или объявить о прекращении пилотируемой программы. Было решено настаивать на создании шаттла, но подать его не как транспортный корабль для сборки и обслуживания космической станции (держа, однако, это про запас), а как систему, способную приносить прибыль и окупить инвестиции за счет выведения на орбиту спутников на коммерческой основе. Проведенная в 1970 г. экономическая оценка показала, что при выполнении ряда условий (не менее 30 полетов шаттлов в год, низкий уровень эксплуатационных расходов и полный отказ от одноразовых носителей) окупаемость в принципе достижима.

Обратите внимание на этот очень важный момент в понимании истории шаттла. На этапе концептуальных исследований облика новой транспортной системы произошла замена принципиального подхода к проектированию: вместо создания аппарата для определенных целей в рамках отпущенных средств разработчики начали любой ценой, путем "притягивания за уши" экономических расчетов и будущих условий эксплуатации, спасать существующий проект челнока, сохраняя созданные производственные мощности и рабочие места. Другими словами, не челнок проектировался под задачи, а задачи и экономическое обоснование подгонялись под его проект ради спасения отрасли и американской пилотируемой космонавтики. Такой подход "продавливало" в Конгрессе "космическое" лобби, состоящее из сенаторов - выходцев из "аэрокосмических" штатов - в первую очередь, Флориды и Калифорнии.

Именно такой подход и сбил с толку советских экспертов, не понимавших истинных мотивов в принятии решения на разработку шаттла. Ведь проверочные расчеты заявленной экономической эффективности шаттла, проведенные в СССР, показали, что затраты на его создание и эксплуатацию никогда не окупятся (так оно и вышло!), а предполагаемый грузопоток "Земля-орбита-Земля" не обеспечивался реальными или проектируемыми полезными нагрузками. Не зная о будущих планах по созданию крупной космической станции, у наших экспертов сформировалось мнение, что американцы к чему-то готовятся - ведь создавался аппарат, возможности которого значительно предвосхищали все обозримые цели в использовании космоса... "Масла в огонь" недоверия, опасений и неопределенности "подливало" участие Министерства обороны США в определении будущего облика челнока. Но иначе и быть не могло, ведь отказ от одноразовых РН означал, что шаттлы должны запускать и все перспективные аппараты Минобороны, ЦРУ и Агентства национальной безопасности США. Требования военных свелись к следующему:

во-первых , шаттл должен был быть способен выводить на орбиту разрабатывавшийся в первой половине 1970-х годов спутник видовой оптико-электронной разведки KH-II (военного прототипа космического телескопа "Хаббл"), обеспечивающий разрешение на местности при съемке с орбиты не хуже 0,3 м; и семейство крио-генных межорбитальных буксиров. Геометрические и весовые габариты секретного спутника и буксиров определили габариты грузового отсека - длину не менее 18 м и ширину (диаметр) не менее 4,5 метра. Аналогично определилась и способность шаттла доставлять на орбиту груз массой до 29500 кг и возвращать из космоса на Землю до 14500 кг. Все мыслимые гражданские полезные грузы укладывались в указанные параметры без проблем. Однако советские эксперты, внимательно следившие за "завязыванием" проекта шаттла и не знавшие о новом американском спутнике-шпионе, выбранные габариты полезного отсека и грузоподъемность шаттла могли объяснить только желанием "американской военщины" иметь возможность инспектировать и при необходимости снимать (точнее сказать, захватывать) с орбиты советские пилотируемые станции серии "ДОС" (долговременные орбитальные станции) разработки ЦКБЭМ и военные ОПС (орбитальные пилотируемые станции) "Алмаз" разработки ОКБ-52 В.Челомея. На ОПС, кстати, "на всякий случай" была установлена автоматическая пушка конструкции Нудельмана-Рихтера.
во-вторых , военные потребовали, чтобы проектируемая величина бокового маневра при спуске орбитального корабля в атмосфере была увеличена с первоначальных 600 км до 2000-2500 км для удобства посадки на ограниченное количество военных аэродромов. Для запуска на околополярные орбиты (с наклонением 56º...104º) ВВС решили построить собственный технический, стартовый и посадочный комплексы на авиабазе Ванденберг в Калифорнии.

Требования военных по полезному грузу предопределили размеры орбитального корабля и величину стартовой массы системы в целом. Для увеличенного бокового маневра требовалась значительная подъемная сила на гиперзвуковых скоростях - так на корабле появилось крыло двойной стреловидности и мощная теплозащита.
В 1971 г. стало окончательно ясно, что NASA не получит $9-10 млрд., необходимых для создания полностью многоразовой системы. Это второй важный поворотный момент в истории создания шаттла. До этого у проектировщиков еще было две альтернативы - потратить много средств на разработку и построить многоразовую космическую систему с небольшой стоимостью каждого запуска (и эксплуатации в целом), либо попытаться сэкономить на этапе проектирования и перенести затраты в будущее, создав дорогую в эксплуатации систему из-за высокой стоимости разового запуска. Высокая стоимость запуска в этом случае обуславливалась наличием в составе МКС одноразовых элементов. Чтобы спасти проект, конструкторы пошли по второму пути, отказавшись от "дорогой" в проектировании многоразовой системы в пользу "дешевой" полумногоразовой, тем самым поставив окончательный крест на всех планах будущей окупаемости системы.

В марте 1972 г. на базе хьюстонского проекта MSC-040С был утвержден тот облик шаттла, который мы знаем сегодня: стартовые твердотопливные ускорители, одноразовый бак компонентов топлива и орбитальный корабль с тремя маршевыми двигателями, лишившийся воздушно-реактивных двигателей для захода на посадку. Разработка такой системы, где многократно используется все, кроме внешнего бака, оценивалась в 5.15 млрд. долларов.

На этих условиях Никсон и объявил о создании шаттла в январе 1972-го. Уже шла предвыборная гонка, и республиканцы были рады заручиться поддержкой избирателей "аэрокосмических" штатов. 26 июля 1972 г. Отделению космических транспортных систем компании North American Rockwell был выдан контракт на $2.6 млрд., включающий проектирование орбитального корабля, изготовление двух стендовых и двух летных изделий. Разработка маршевых двигателей корабля была возложена на Rocketdyne - подразделение все того же "Рокуэлла", внешнего топливного бака - на фирму Martin Marietta, ускорителей - на United Space Boosters Inc. и собственно твердотопливных двигателей - на Morton Thiokol. Со стороны NASA руководство и надзор осуществляли MSC (орбитальная ступень) и MSFC (остальные компоненты).

Первоначально летные корабли обозначались номерами OV-101, OV-102 и так далее. Изготовление первых двух началось на заводе N42 ВВС США в Палмдейле в июне 1974 г. Корабль OV-101 был выпущен 17 сентября 1976 г. и получил название "Энтерпрайз" (Enterprise) по имени звездолета из фантастического телесериала Star Trek. После горизонтальных летных испытаний его планировали переоборудовать в орбитальный корабль, но первым на орбиту должен был подняться OV-102.

В ходе испытаний "Энтерпрайз" - атмосферных в 1977 и вибрационных в 1978 г. - выяснилось, что крылья и среднюю часть фюзеляжа надо значительно усилить. Эти решения были частично внедрены на OV-102 в процессе сборки, но грузоподъемность корабля пришлось ограничить 80% номинальной. Второй летный экземпляр нужен был уже полноценный, способный запускать тяжелые спутники, а чтобы усилить конструкцию OV-101, его пришлось бы почти полностью разобрать. В конце 1978 г. родилось решение: быстрее и дешевле будет довести до летной кондиции машину для статических испытаний STA-099. 5 и 29 января 1979 г. NASA выдало Rockwell International контракты на доработку STA-099 в летный корабль OV-099 ($596.6 млн. в ценах 1979 г.), на модификацию "Колумбии" после летных испытаний ($28 млн.) и на строительство OV-103 и OV-104 ($1653.3 млн.). А 25 января все четыре орбитальные ступени получили собственные имена: OV-102 стала "Колумбией" (Columbia), OV-099 получил имя "Челленджер" (Challenger), OV-103 - "Дискавери" (Discovery) и OV-104 - "Атлантис" (Atlantis). Впоследствии, для пополнения флота шаттлов после гибели "Челленджера", был построен ВКС OV-105 "Эндевор" (Endeavour).

Итак, что же такое "Space Shuttle"?
Конструктивно многоразовая транспортная космическая система (МТКС) "Спейс Шаттл" состоит из двух спасаемых твердотопливных ускорителей, являющихся фактически I ступенью, и орбитального корабля с тремя маршевыми кислородно-водородными двигателями и подвесным топливным отсеком, образующими II ступень, при этом топливный отсек является единственным одноразовым элементом всей системы. Предусматривается двадцатикратное использование твердотопливных ускорителей, стократное - орбитального корабля, а кислородно-водородные двигатели рассчитываются на 55 полетов.

При проектировании предполагалось, что такая МТКС при стартовой массе 1995-2050 т сможет выводить на орбиту с наклонением 28.5 град. полезный груз массой 29.5 т на солнечно-синхронную орбиту - 14.5 т и возвращать на Землю с орбиты полезный груз массой 14.5 т. Предполагалось также, что количество запусков МТКС может быть доведено до 55-60 в год. В первом полете стартовая масса МТКС "Спейс Шаттл" составляла 2022 т, масса пилотируемого орбитального корабля при выведении на орбиту - 94.8 т, при посадке - 89.1 т.

Разработка такой системы - весьма сложная и трудоемкая проблема, о чем говорит тот факт, что на сегодня оказались не выполненными заложенные в начале разработки показатели по общим затратам на создание системы, стоимости ее запуска и сроки создания. Так, стоимость возросла с 5,2 млрд. дол. (в ценах 1971 г.) до 10,1 млрд. дол. (в ценах 1982 г.), стоимость пуска - с 10,5 млн. дол. до 240 млн. дол. Не удалось выдержать срок и намечавшегося на 1979 г. первого экспериментального полета.

Всего на сегодняшний день построено семь шаттлов, пять кораблей были предназначены для космических полетов, два из которых потеряны в катастрофах.

В любом онлайн-обсуждении компании SpaceX обязательно появляется человек, который заявляет, что -де на примере Шаттла все уже с этой вашей многоразовостью понятно. И вот, после недавней волны обсуждений успешной посадки первой ступени Фалькона на баржу, я решил написать пост с кратким описанием надежд и чаяний американской пилотируемой космонавтики 60-х, как эти мечты потом разбились о суровую реальность, и почему из-за всего этого Шаттл не имел никаких шансов стать экономически эффективным. Картинка для привлечения внимания: последний полет Шаттла "Индевор":

Планов громадье

В первой половине шестидесятых, после обещания Кеннеди высадиться на Луну до конца десятилетия, на НАСА полился денежный дождь бюджетных средств. Это, конечно же, вызвало там определенное головокружение от успехов. Не считая текущей работы над Аполлоном и над "практическим применением программы Аполлон" (Apollo Applications Program), работа шла над следующими перспективными проектами:

- Космические станции. По планам их должно было быть три: одна на низкой опорной орбите у Земли (НОО), одна на геостационаре, одна на лунной орбите. Экипаж каждой составлял бы двенадцать человек (в дальнейшем предполагалось строительство еще бОльших станций, с экипажем в пятьдесят-сто человек), диаметр основного модуля был девять метров. Каждому члену экипажа выделялась отдельная комната с кроватью, столом, стулом, телевизором, и кучей шкафов для личных вещей. Предусматривалось две ванных комнаты (плюс у командира в каюте был личный туалет), кухня с духовкой, посудомойкой и обеденными столами со стульями, отдельная зона отдыха с настольными играми, медпункт с операционным столом. Предполагалось что выведет центральный модуль оной станции сверхтяжелый носитель Сатурн-5, а для снабжения её необходимо будет десять полетов гипотетического тяжелого носителя ежегодно. Не будет преувеличением сказать, что по сравнению с этими станциями нынешняя МКС смотрится конурой.

Лунная база . Вот пример проекта НАСА конца шестидесятых. Насколько я понимаю, предполагалась унифицация с модулями космической станции.

Ядерный челнок . Корабль предназначенный для перемещения грузов с НОО на геостационар или на лунную орбиту, с ядерными ракетным двигателем (ЯРД). В качестве рабочего тела использовался бы водород. Также челнок мог служить разгонным блоком марсианского корабля. Проект, кстати, был весьма интересный и был бы полезен и в сегодняшних условиях, да и с ядерным двигателем в результате продвинулись довольно далеко. Жаль что ничего не вышло. можно про него почитать подробнее.

Космический буксир . Предназначался для перемещения груза с космического челнока на ядерный челнок, или с ядерного челнока на требуемую орбиту или на лунную поверхность. Предлагалась большая степень унификации при выполнении различных задач.

Космический челнок . Многоразовый корабль предназначенный для поднятия грузов с поверхности Земли на НОО. На иллюстрации космический буксир перевозит груз с него на ядерный челнок. Собственно это и есть то, что мутировало со временем в Спейс Шаттл.

Марсианский космический корабль . Показан тут с двумя ядерными челноками, выполняющими функцию разгонных блоков. Предназначался для полета к Марсу в начале восьмидесятых годов, с двухмесячным пребыванием экспедиции на поверхности.

Если кому интересно, и подробнее написано про все это, с иллюстрациями (англ.)

Космический челнок

Как видим выше, космический челнок был всего лишь одной из частей задуманной циклопической космической инфраструктуры. В комплексе с базирующимися в космосе ядерным челноком и буксиром он должен был обеспечить доставку грузов с земной поверхности в любую точку пространства вплоть до лунной орбиты.

До этого все ракеты космического назначения (РКН) были одноразовыми. Космические аппараты также были одноразового применения, за редчайшим исключением в области пилотируемых кораблей -- дважды слетали "Меркурии" с заводскими номерами 2, 8, 14 и также второй "Джемини". В силу гигантских планируемых объемов вывода полезной нагрузки (ПН) на орбиту, руководством НАСА была сформулирована задача: создать систему многоразового применения, когда и ракета-носитель, и космический корабль возвращаются после полета и используются многократно. Такая система стоила бы гораздо больше в разработке нежели обычные РКН, но в счет меньших расходов при эксплуатации быстро окупилась бы при уровне планируемого грузопотока.

Умами большинства овладела идея создания многоразового ракетоплана -- в середине шестидесятых было немало причин думать, что создание такой системы это не слишком сложная задача. Пусть проект космического ракетоплана Dyna-Soar и был отменен МакНамарой в 1963 году, но случилось это не из-за того, что программа была технически невозможной, а просто потому что для КК не было задач -- "Меркурии" и создаваемые тогда "Джемини" справлялись с доставкой астронавтов на околоземную орбиту, а выводить значительную ПН или долго находиться на орбите X-20 не мог. А вот экспериментальный ракетоплан X-15 отлично показал себя во время эксплуатации. В ходе 199 полетов на нем был отработан выход за линию Кармана (т.е. за условную границу космоса), гиперзвуковой вход назад в атмосферу и управление в условиях вакуума и невесомости.

Естественно, для предполагаемого космического челнока понадобился бы куда более мощный многоразовый двигатель и более совершенная теплозащита, но проблемы эти не видились непреодолимыми. Жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) RL-10 показал к тому времени отличную многоразовость на стенде: в одном из испытаний оный ЖРД был успешно запущен более пятидесяти раз подряд, и проработал в общей сложности два с половиной часа. Предполагаемый ЖРД Шаттла, Space Shuttle Main Engine (SSME) так же как и RL-10 предполагалось создать на топливной паре кислород-водород, но повысить при том его эффективность, увеличив давление в камере сгорания и введя схему закрытого цикла с дожиганием топливного генераторного газа.

С теплозащитой также не ожидалось особых проблем. Во-первых велась уже работа над новым типом теплозащиты на основе волокон двуокиси кремния (именно из нее состояли плитки созданных потом Шаттла и Бурана). В качестве запасного варианта оставались абляционные панели, которые можно было за сравнительно небольшие деньги менять после каждого полета. А во-вторых для уменьшения тепловой нагрузки предполагалось сделать вход аппарата в атмосферу по принципу "тупого тела" (blunt body) -- т.е. с помощью формы летательного аппарата создавать перед тем фронт ударной волны, которая охватывала бы большую область нагретого газа. Таким образом кинетическая энергия корабля интенсивно нагревает окружающий воздух, уменьшая нагрев летательного аппарата.

Во второй половине шестидесятых несколько аэрокосмических корпораций представили свое видение будущего ракетоплана.

Стар Клиппер Локхида был космопланом с несущим корпусом -- благо к тому времени летательные аппараты (ЛА) с несущим корпусом были неплохо уже отработаны: ASSET, HL-10, PRIME, M2-F1/M2-F2, X-24A/X-24B (к слову, создающийся сейчас Дримчейсер это тоже космоплан с несущим корпусом). Правда Стар Клиппер не был полностью многоразовым, топливные баки диаметром в четыре метра по краям ЛА сбрасывались во время взлета.

Проект МакДоннелл Дуглас также имел сбрасываемые баки, и неcущий корпус. Изюминкой проекта были выдвигаемые из корпуса крылья, которые должны были улучшить взлетно-посадочные характеристики космоплана:

Дженерал Дайнэмикс выдвинул концепцию "триамского близнеца". Аппарат в середине был космопланом, два аппарата по бокам служили первой ступенью. Планировалось, что унификация первой ступени и корабля поможет сэкономить средства в ходе разработки.

Сам ракетоплан должен был быть многоразовым, а вот насчет бустера уверенности не было довольно долго. В рамках этого рассматривалось немало концептов, часть из них которых балансировала на грани благородного безумия. Как вам например вот этот концепт многоразовой первой ступени, с массой на старте в 24 тысячи тонн (слева МБР Атлас, для масштаба). Посла пуска ступень должна была плюхаться в океан и буксироваться в порт.

Впрочем наиболее серьезно рассматривались три возможных варианта: дешевая одноразовая ракетная ступень (т.е. Сатурн-1), многоразовая первая ступень с ЖРД, многоразовая первая ступень с гиперзвуковым прямоточным двигателем. Иллюстрация 1966 года:

Примерно в то же время были начаты исследования в техническом директорате Manned Spacecraft Center под руководством Макса Фаже. У него, на мой личный взгляд, был самый элегантный проект созданный в рамках разработки Спейс Шаттла. И носитель и корабль космического челнока задумывались крылатыми и пилотируемыми. Стоит отметить что Фаже отказался от несущего корпуса, рассудив что тот значительно усложнит процесс разработки -- изменения в компоновке челнока могли сильно влиять на его аэродинамику. Самолет-носитель стартовал вертикально, работал как первая ступень системы и после отделения корабля садился на аэродром. При сходе с орбиты космоплан должен был тормозить так же как и X-15, входом в атмосферу со значительным углом атаки, создавая тем самым обширный фронт ударной волны. После входа в атмосферу челнок Фаже мог планировать около 300-400км (так называемый горизонтальный маневр, "cross-range") и приземляться на вполне комфортной посадочной скорости в 150 узлов.

Над НАСА сгущаются тучи

Тут небходимо сделать краткое отступление об Америке второй половины шестидесятых, дабы читателю стало более понятным дальнейшее развитие событий. Шла чрезвычайно непопулярная и дорогостоящая война во Вьетнаме, в 1968 году там погибло почти семнадцать тысяч американцев -- больше чем потери СССР в Афганистане за все время конфликта. Движение за гражданские права чернокожих в США в том же 1968 году кульминировалось убийством Мартина Лютера Кинга и последовавшей за ним волной бунтов в крупных американских городах. Стали чрезвычайно популярными масштабные государственные социальные программы (Медикэр был принят в 1965), президент Джонсон обявил "войну против бедности" и расходы на инфраструктуру -- все это потребовало значительных государственных расходов. В конце шестидесятых началась рецессия.

В то же время значительно притупился страх перед СССР, мировая ракетно-ядерная война уже не казалось столь неизбежной как в пятидесятые годы и в дни Карибского кризиса. Программа Аполлон выполнила свое назначение, выиграв в американском общественном сознании космическую гонку с СССР. Причем выигрыш этот у большинства американцев неизбежно ассоциировался с морем денег, которым буквально залили НАСА для выполнения этой задачи. По результатам опроса Харриса 1969 г. 56% американцев считали, что стоимость программы "Аполлон" была слишком велика, а 64% -- что 4 млрд. долл. в год на разработки НАСА это слишком много.

И в НАСА, похоже, многие этого всего попросту не понимали. Уж точно этого не понимал не слишком опытный в политических делах новый директор НАСА Томас Пейн (а может просто не хотел понимать). В 1969 году им был выдвинут план действий НАСА на следующие 15 лет. Предусматривалась лунная орбитальная станция (1978 год) и лунная база (1980 год), пилотируемая экспедиции к Марсу (1983 год) и орбитальная станция на сто человек (1985 год). По среднему (т.е. базовому) варианту предполагалось, что финансирование НАСА должно будет быть увеличено с текущих 3.7 миллиардов в 1970 году до 7.65 миллиардов к началу восьмидесятых:

Все это вызвало острейшую аллергическую реакцию в Конгрессе и, соответственно, и в Белом Доме тоже. Как писал один из конгрессменов, в те годы ничего не резалось так легко и непринуждённо, как космонавтика, если сказал на заседании "эту космическую программу надо прекратить" -- популярность тебе обеспечена. В течении относительно малого периода времени один за одним были формально упразднены практически все масштабные проекты НАСА. Само собой были отменены пилотируемая экспедиция к Марсу и база на Луне, отменили даже полеты Аполло 18 и 19. Зарезали РКН Сатурн V. Отменили все гигантские космические станции, оставив только обрубок Apollo Applications в виде Скайлэба -- впрочем и там отменили второй Скайлэб. Заморозили, а потом и отменили ядерный челнок и космический буксир. Под горячую руку попал даже ни в чём неповинный Вояджер (предшественник Викинга). Космический челнок почти было попал под нож, и чудом уцелел в Палате представителей с перевесом в один-единственный голос. Вот так выглядел бюджет НАСА в реальности (постоянные доллары 2007 года):

Если посмотреть на выделяемые им средства как на % от федерального бюджета, то все еще грустней:

Практически все планы НАСА по развитию пилотируемой космонавтики оказались в мусорной корзине, а еле-еле выживший Шаттл из не самого большого элемента некогда грандиозной программы превратился во флагмана американской пилотируемой космонавтики. НАСА все еще боялась отмены программы, и для её обоснования начала убеждать всех, что Шаттл будет дешевле существующих тогда тяжелых носителей, причем без бешеного грузопотока который должен был генерироваться почившей в бозе космической инстраструктурой. Потерять челнок НАСА позволить себе не могла -- организация фактически была создана пилотируемой космонавтикой, и хотела продолжать посылать в космос людей.

Альянс с ВВС

Враждебность Конгресса сильно впечатлила функционеров НАСА, и заставила тех искать союзников. Пришлось идти на поклон в Пентагон, а точнее -- к ВВС США. Благо НАСА и ВВС довольно неплохо сотрудничали с начала шестидесятых, в частности над XB-70 и над упомянутым выше X-15. НАСА даже пошла на отмену свой Сатурн I-B (внизу справа), чтобы не создавать ненужную конкуренцию тяжелой РКН ВВС Титан-III (внизу слева):

Генералов ВВС весьма заинтересовала идея дешевого носителя, да и иметь возможность посылать людей в космос им тоже хотелось -- примерно тогда же была окончательно зарублена военная космическая станция Manned Orbiting Laboratory, примерный аналог советского "Алмаза". Еще им понравилась декларируемая возможность возврата грузов на Шаттле, рассматривались даже варианты похищения советских космических аппаратов.

Однако в целом ВВС были куда меньше НАСА заинтересованы в этом союзе, ибо свой отработанный носитель у них был и так. Из-за этого они были в состоянии легко прогнуть дизайн Шаттла под свои требования, чем и незамедлительно воспользовались. Размер грузового отсека для полезной нагрузки был по настояниям военных увеличен с 12 x 3.5 метров до 18.2 x 4.5 метров (длина x диаметр), дабы туда помещались перспективные спутники-шпионы видовой оптико-электронной разведки (конкретно -- KH-9 Hexagon и, возможно, KH-11 Kennan). Полезную нагрузку челнока надо было увеличить до 30 тонн при полете на низкую околоземную орбиту, и до 18 тонн на полярную орбиту.

Также ВВС потребовали горизонтальный маневр шаттла минимум в 1800 километров. Тут дело было вот в чем: в ходе Шестидневной войны американская разведка получила спутниковые фотографии уже после того как боевые действия конились, ибо использовавшиеся тогда спутники разведки Гамбит и Корона не успели вернуть отснятую пленку на Землю. Предполагалось, что Шаттл сможет стартовать из Ванденберга на западном побережье США на полярную орбиту, отснять что надо, и сразу же сесть после одного витка -- обеспечивая тем самым высокую оперативность получения разведданных. Необходимая дистанция бокового маневра при том определялась сдвигом Земли за время витка, и составляла как раз упомянутые выше 1800 километров. Чтобы выполнить это требование пришлось во-первых поставить на Шаттл более подходящее для планирования треугольное крыло, а во-вторых весьма сильно усилить теплозащиту. На графике ниже показан расчетный темп нагрева космического челнока с прямым крылом (концепт Фаже), и с треугольным крылом (т.е. то что оказалось на Шаттле в результате):

Ирония тут в том, что вскоре на спутники-шпионы стали ставить ПЗС-матрицы, способные передавать снимки прямо с орбиты, без необходимости возвращать пленку. Надобность в посадке после одного витка орбиты отпала, хотя потом эту возможность еще оправдывали возможностью быстрой аварийной посадки. А вот треугольное крыло и связанные с ним проблемы теплозащиты у Шаттла остались.

Впрочем дело было сделано, и поддержка ВВС в Конгрессе позволила отчасти обезопасить будущее Шаттла. В НАСА окончательно утвердили в качестве проекта двухступенчатый полностью многоразовый Шаттл, имеющий 12(!) SSME на первой ступени и разослали контракты на прорабатку его компоновки.

Проект Норт Американ Рокуэлл:

Проект МакДоннелл Дуглас:

Проект Грумман. Любопытная деталь: несмотря на требование НАСА о полной многоразовости, у челнока тем ни менее предполагались одноразовые баки для водорода по бокам:

Экономические обоснования

Выше я упомянул, что после того как Конгресс выпотрошил космическую программу НАСА, тем пришлось начать обосновывать создание челнока с экономической точки зрения. И вот, в начале семидесятых чиновники из Управления менеджмента и бюджета (The Office of Management and Budget, OMB) попросили их доказать декларируемую экономическую эффективность Шаттла. Причем надо было продемонстрировать не тот факт, что запуск челнока будет дешевле запуска одноразового носителя (это воспринималось как должное); нет, надо было сравнить выделение потребных для создания Шаттла средств с продолжением использования существующих одноразовых носителей и инвестицией высвободившихся денег под 10% годовых -- т.е. по сути в OMB дали Шаттлу "мусорный" рейтинг. Это сделало любые экономические обоснования создания челнока в качестве коммерческой ракеты-носителя нереальными, особенно после того как его "раздуло" из-за требований ВВС. И все же НАСА попыталась это сделать, ибо повторюсь, на кону стояло существование американской пилотируемой программы.

Было заказано исследование экономической целесообразности у фирмы Mathematica. Нередко упоминаемая цифра стоимости запуска Шаттла в районе $1-2.5 млн это лишь обещания Мюллера на конференции в 1969 году, когда еще не была ясна окончательная его конфигурация, и до вызванных требованиями ВВС изменений. Для проектов приведенных выше стоимость полета была следующей: 4.6 миллиона долларов образца 1970г. для челноков Норт Американ Рокуэлл и МакДоннелл Дуглас, и 4.2 миллиона долларов для челнока Груммана. Составители отчета худо-бедно смогли натянуть сову на глобус, показав, что якобы уже к середине восьмидесятых Шаттл выглядел более привлекательно с финансовой точки зрения нежели уже существующие носители, даже с учетом 10% требований OMB:

Однако дьявол кроется в деталях. Как я упомянул выше, не было никакой возможности продемонстрировать, что Шаттл, с его предполагаемой стоимостью разработки и производства в двенадцать миллиардов долларов, будет дешевле одноразовых носителей при учете 10% дисконта OMB. Так что пришлось в ходе анализа сделать допущение, что более низкая стоимость вывода позволит производителям спутников тратить значительно меньше времени и средств на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР), а также на производство спутников. Декларировалось, что они предпочтут воспользоваться возможностью дешевого вывода спутников на орбиту и ремонта оных. Далее, было предположено весьма большое количество запусков в год: базовый сценарий, показаннный на графике выше, постулировал 56 пусков Шаттла каждый год с 1978 по 1990 (736 всего). Причем в качестве предельного сценария рассматривался даже вариант с 900 полетами в указанный период, т.е. старт каждые пять дней в течении тринадцати лет!

Стоимость трех различных программ в базовом сценарии -- две одноразовые ракеты и Шаттл, 56 пусков в год (млн. долларов):

	Существующая РКН	Перспективная РКН	Спейс Шаттл
Расходы на РКН
НИОКР	960	1 185	9 920
Стартовые сооружения, производство шаттла	584	727	2 884
Суммарная стоимость пусков	13 115	12 981	5 510
Всего	14 659	14 893	18 314

Расходы на ПН
НИОКР	12 382	11 179	10 070
Производство и постоянные расходы	31 254	28 896	15 786
Всего	43 636	40 075	25 856

Расходы на РКН и ПН	58 295	54 968	44 170

Само собой, представителей OMB этот анализ не устроил. Они совершенно справедливо указали, что даже если стоимость полета Шаттла и впрямь будет такой как указано (4.6 миллиона/полет), все равно нет никаких оснований считать будто производители спутников пойдут на снижение надежности в угоду стоимости производства. Наоборот, существующие тенденции свидетельствовали о предстоящем значительном росте средней жизни спутника на орбите (что в итоге и произошло). Далее, чиновники не менее справедливо указали, что количество космических пусков в базовом сценарии экстраполировалось из уровня 1965-1969 годов, когда немалую их долю обеспечивало НАСА, с её тогдашним гигантским бюджетом, и ВВС, с их тогдашними короткоживущими спутниками оптической разведки. До того как была порезаны все смелые планы НАСА еще можно было предполагать, что количествово пусков вырастет, но без расходов НАСА оно наверняка начало бы падать (что тоже оказалось правдой). Также, совершенно не был учтен сопутствующий всем государственным программам рост расходов: так, увеличение расходов программы Аполлон в период с 1963 по 1969 год составило 75%. Финальный вердикт OMB был следующим: предполагаемый полностью многоразовый двухступенчатый Штаттл не является экономически оправданным в сравнении с Titan-III, при учете 10% ставки.

Извиняюсь, что так много пишу о финансовых деталях которые, возможно, не всем интересны. Но это все крайне важно в контексте обсуждения многоразовости Шаттла -- тем более что упомянутые выше и, скажем честно, высосанные из пальца цифры можно до сих пор увидеть в обсуждениях про многоразовость космических систем. На самом деле, без учета "эффекта ПН" даже по принятым Mathematica цифрам и без всяких 10% дисконтов Шаттл становился выгоднее Титана только начиная с ~1100 полетов (реальные шаттлы слетали 135 раз). Но не забываем -- речь идет о "раздутом" требованиями ВВС Шаттле с треугольным крылом и сложной теплозащитой.

Шаттл становится полу-многоразовым

Никсону не хотелось быть президентом, который полностью прикроет американскую пилотируемую программу. Но и просить Конгресс выделить прорву денег на создание Шаттла он также не хотел, тем более после заключения чиновников из OMB конгрессмены все равно на это не согласились бы. На разработку и производству Шаттлов было решено выделить около пяти c половиной миллиардов долларов (т.е. более чем в два раза меньше чем тем надо было для полностью многоразового Шаттла), с требованием тратить не больше миллиарда в любой отдельно взятый год.

Дабы суметь в рамках выделенных средств создать Шаттл, было сделать систему частично многоразовой. Сначала был творчески переосмыслен концепт Грумман: размер челнока сумели уменьшить поместив обе топливные пары во внешний бак, заодно уменьшился и потребный размер первой ступени. На схеме ниже показан размер полностью многоразового космоплана (reusable), космоплана со внешним баком для водорода (LH2) и космоплана со внешним баком и для кислорода и для водорода (LO2/LH2).

Но стоимость разработки все еще сильно превышала количество выделенных из бюджета средств. В результате НАСА пришлось еще и отказаться от многоразовой первой ступени. К вышеупомянутому баку было решено присоединить некий простой бустер, либо в параллель, либо внизу бака:

После недолгих обсуждений было утверждено размещение бустеров в параллель с внешним баком. В качестве бустеров рассматривалось два основных варианта: твердотопливные (ТТУ) и ЖРД ускорители, последние либо с турбокомпрессором, либо с вытеснительной подачей компонентов. Было решено остановится на ТТУ, опять же в силу более низкой стоимости разработки. Иногда можно услышать что якобы имелось некое обязательное требование использовать ТТУ которые -де все и испортило -- но, как видим, замена ТТУ на бустеры с ЖРД уже ничего бы не смогла исправить. Более того, у плюхающихся в океан бустеров на ЖРД, пусть и с вытеснительной подачей компонентов, проблем на деле было бы еще больше чем с твердотопливными ускорителями.

В результате получился тот Спейс Шаттл, который мы и знаем сегодня:

Ну и краткая история эволюции оного (кликабельно):

Эпилог

Шаттл не был столь неудачной системой какой его принято нынче выставлять. В восьмидесятых годах Шаттл вывел на околоземную орбиту 40% от всей доставленной в то десятилетие массы ПН, несмотря на то что его пуски составляли лишь 4% из общего количеств пусков РКН. Он также доставил в космос львиную долю из побывавших там на сегодняшний день людей (другое дело, что сама необходимость наличия людей на орбите по-прежнему неясна):

В ценах 2010 год стоимость программы составляла 209 миллиардов, если разделить это на количество пусков выйдет где-то 1.5 миллиарда за пуск. Правда основная часть расходов (проектирование, модернизация и др.) не зависит от числа запусков -- поэтому по оценкам НАСА к конце нулевых стоимость каждого полёта составляла около 450 миллионов долларов. Впрочем это ценник уже под завершение программы, да еще и после катастроф Челленджера и Колумбии, которые привели к дополнительным мерам безопасности и росту стоимости пуска. По идее в середине 80-ых, до катастрофы Челленджера, стоимость пуска была гораздо меньше, но конкретных цифр у меня нет. Разве что укажу на тот факт, что у Titan IV Centaur стоимость пуска в первой половине девяностых годов составляла 325 миллионов тех долларов, что даже слегка превышает указанную выше стоимость пуска Шаттла в ценах 2010 года. А ведь именно тяжелые РН из семейства Титан были конкурентом Шаттла в ходе его создания.

Разумеется, Шаттл не был экономически эффективным с коммерческой точки зрения. К слову, экономическая нецелесообразность оного весьма взволновала в свое время руководство СССР. Они не понимали политических причин которые привели к созданию Шаттла, и придумывали ему различные предназначения, чтобы хоть как-то увязать в голове его существование со своими взглядами на действительность -- тот самый знаменитый "нырок на Москву", или базирование оружия в космосе. Как вспоминал в 1994-м году директор головного в ракетно-космической промышленности Центрального НИИ машиностроения Ю.А.Мозжорин: "Челнок выводил на околоземную орбиту 29,5 т, и мог спускать с орбиты груз до 14,5 т. Это очень серьезно, и мы начали изучать, для каких целей он создается? 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. И действительно, в это время начали говорить о создании мощных лазеров, лучевого оружия, оружия на новых физических принципах, которое - теоретически - позволяет уничтожать ракеты противника на расстоянии в несколько тысяч километров. Как раз вот создание такой системы и предполагалось для отработки этого нового оружия в космических условиях ". Свою роль в этой ошибке сыграло то, что Шаттл делался с учётом требований ВВС, но в СССР не поняли причин, по которым ВВС был втянут проект. Они думали, что проект изначально инициирован военными, и делается с военными целями. На самом деле, НАСА позарез нужен был Шаттл чтобы остаться на плаву, и если бы поддержка ВВС в Конгрессе зависела от того, что ВВС потребовал бы покрасить Шаттл в зелёный цвет и украсить его гирляндами -- они бы это сделали. В восьмидесятых Шаттл уже попытались притянуть к программе СОИ, но когда его проектировали в семидесятых ни о чем таком и речи еще не шло.

Надеюсь теперь читателю понятно, что судить о многоразовости космических систем на примере Шаттла это крайне неудачная затея. Грузовые потоки под которые делался челнок никогда не материализовались из-за урезания расходов НАСА. Дизайн Шаттла пришлось серьезным образом менять дважды -- сначала из-за требований ВВС, политическая поддержка которых нужна была НАСА, а затем из-за критики OMB и недостаточного размера ассигнований на программу. Все экономические обоснования, отсылки к котором иногда попадаются в обсуждениях многоразовости, появились в период когда НАСА нужно было любой ценой спасти и так уже сильно мутировавший из-за требований ВВС челнок, и являются попросту притянутыми за уши. Причем все участники программы это все понимали -- и Конгресс, и Белый Дом, и ВВС, и НАСА. Например Michoud Assembly Facility мог от силы производить двадцать с чем-то внешних топливных баков в год, то есть ни о каких пятидесяти шести или даже тридцати с чем-то полетах в год, как в отчете Mathematica, и речи не могло идти.

Почти всю информацию я взял из замечательной книги , которую я рекомендую к прочтению всем интересующимся вопросом. Также некоторые отрывки текста были позаимствованы из постов ув. Tico в этом топике.

25 декабря 1909 года родился Глеб Лозино-Лозинский — патриарх отечественной авиационно-космической техники, создатель многоразового космического корабля «Буран». По этому случаю мы решили вспомнить о пяти самых необычных проектах космических «челноков»

"Буран"

Глеба Лозино-Лозинского — лауреата Ленинской (1962 год) и двух Государственных премий (1950 и 1952 годы), генерального конструктора НПО «Молния» в России почти не знают. Между тем, его без натяжек можно поставить на одну ступень с Сергеем Королевым — как по масштабу конструкторского дара, так и по таланту организатора.

В 1940-е Лозино-Лозинский возглавил в ОКБ Микояна работы по комплексному повышению эффективности реактивных силовых установок. Результатом стал МиГ-19 — первый в мире серийный сверхзвуковой истребитель. В 1971 году Лозино-Лозинского назначили главным конструктором сверхзвукового перехватчика, который весь мир узнал как МиГ-31, в 1972-м он представил проект МиГ-29.

Но вершиной конструкторского успеха Лозино-Лозинского стало создание «советского шаттла» — корабля «Буран», способного поднимать на 200 километров 30 тонн полезного груза, а возвращать с орбиты 20 тонн. В отечественной ракетно-космической технике не было аналогов, по сложности равных «Бурану»: его конструкция включала 600 единиц бортовой аппаратуры, более 50 бортовых систем, более 1500 трубопроводов, около 15000 электрических соединителей. Над проектом работали более 1200 предприятий и научных центров страны — в общей сложности более полутора миллионов человек.

Результатом стал триумфальный двухвитковый беспилотный полет «Бурана» с автоматической посадкой 15 ноября 1988 года. Полет продолжался 206 минут, потом корабль со скоростью 27330 км/ч вошел в атмосферу над Атлантикой на расстоянии 8270 км от Байконура. В 9 час 24 мин 42 сек, опережая всего на секунду расчетное время, «Буран», преодолевая штормовые порывы бокового ветра, на скорости 263 км/ч коснулся посадочной полосы и через 42 сек, пробежав 1620 м, замер в ее центре с отклонением от осевой линии всего на 3 м!

«Спираль»

Главным делом жизни сам Лозино-Лозинский считал создание компактного космического ракетоплана, который мог бы стартовать не с Байконура, а со сверхзвукового стратегического бомбардировщика Ту-95. Такой ракетоплан мог бы уничтожать в космосе американские «шаттлы», а также баллистические ракеты. В 1965 году практические работы по орбитальным и гиперзвуковым самолетам были поручены ОКБ-155 Микояна, где их возглавил 55-летний главный конструктор ОКБ Лозино-Лозинский. Тема по созданию двухступенчатой воздушно-космической системы получила название «Спираль». Боевой пилотируемый одноместный корабль многоразового применения предусматривался в нескольких вариантах: разведчика, перехватчика или ударного самолета с ракетой класса «Орбита-Земля».

В рамках проекта «Спираль» были построены модели боевого аппарата в масштабе 1:3, получившие название «БОР-4». Он представлял собой экспериментальный аппарат длиной 3.4 м, размахом крыла 2.6 м и массой 1074 кг на орбите. В период с 1982−84 годы было произведено шесть запусков таких аппаратов ракетами-носителями «Космос» с космодрома Капустин-Яр на различные траектории.

Всего на программу «Спираль» было затрачено более 75 миллионов рублей, но дальше запусков в космос моделей дело не пошло — программа была свернута.

Проект Dyna-Soar

Этот проект — первая попытка американцев построить пилотируемый орбитальный космический корабль многократного использования. 4 октября 1957 года Советский Союз вывел на орбиту первый искусственный спутник Земли. А меньше чем через неделю ВВС США объединили несколько авиационно-космических проектов в единую программу, названную Dyna-Soar (от Dynamic Soaring — разгон и планирование)

Полноразмерный макет «челнока» был представлен ВВС и NASA в Сиэтле 11 сентября 1961 года. Типичный одновитковый полет предусматривал следующее: Dyna-Soar стартует с помощью ракеты-носителя «Титан-IIIC» со стартового комплекса на мысе Канаверал, и достигает орбиты через 9,7 минут после запуска на высоте 97,6 км и скорости 7457 м/с. Аппарат Dyna-Soar делает виток вокруг Земли, возвращается в атмосферу и совершает посадку на авиабазе Эдвардс через 107 минут после запуска.

Однако 10 декабря 1963 года министр обороны США Макнамара закрыл проект Dyna-Soar. Одна из причин такого решения — пилотируемый аппарат был одноместным, что не устраивало военных. Dyna-Soar оставалось всего три года до первого полета. На научные исследования были потрачены 410 миллионов долларов, и требовалось еще 373 миллиона, чтобы довести проект до реального полета в космос.

«Спейс Шаттл»

История программы «Спейс Шаттл» началась в конце 1960-х годов, на вершине триумфа американской национальной космической программы. 20 июня 1969 года два американца — Нейл Армстронг и Эдвин Олдрин высадились на Луне. Выиграв в «лунной» гонке, Америка доказала свое превосходство в освоении космоса. Нужны были новые цели и новые технические средства для доступа людей в космос, и 30 октября 1968 года два головных центра NASA (Центр пилотируемых космических кораблей — MSC — в Хьюстоне и Космический центр имени Маршалла — MSFC — в Хантсвилле) обратились к американским космическим фирмам с предложением исследовать возможность создания многоразовой космической системы.

В марте 1972 года на базе хьюстонского проекта MSC-040С был утвержден тот облик шаттла, который мы знаем сегодня: стартовые твердотопливные ускорители, одноразовый бак компонентов топлива и орбитальный корабль с тремя маршевыми двигателями. Разработка такой системы, где многократно используется все, кроме внешнего бака, оценивалась в 5,15 млрд. долларов.

Изготовление первых двух «шаттлов» началось на заводе ВВС США в Палмдейле в июне 1974 года. Корабль OV-101 был выпущен 17 сентября 1976 года и получил название «Энтерпрайз» по имени звездолета из фантастического телесериала Star Trek. В январе 1979-го флотилия шаттлов пополнилась четырьмя кораблями: «Колумбией», «Челленджером», «Дискавери» и «Атлантис». После гибели в 1986 году «Челленджера» был построен еще один шаттл — «Эндевор».

Программа «Спейс Шаттл» оказалась более дорогостоящей, чем планировалось: ее стоимость возросла с 5,2 млрд. долларов (в ценах 1971 года) до 10,1 млрд. долларов (в ценах 1982 года), а стоимость пуска — с 10,5 млн. долларов до 240 млн. долларов. При разработке предусматривалось, что шаттлы будут совершать по 24 старта в год, и каждый из них совершит до 100 полетов в космос. На практике они использовались значительно реже — к закрытию программы летом 2011 года было произведено 135 пусков, больше всего полетов (39) совершил «Дискавери».

Частный челнок SpaceShipTwo

Компания Virgin Galactic, основанная британским миллиардером сэром Ричардом Брэнсоном в 2004 году, предложила частные пассажирские полеты в космос. Для этого она принялась разрабатывать собственный космический челнок. Спустя пять лет специалисты компании представили корабль SpaceShipTwo.

10 октября 2010 года на аэродроме в пустыне Мохаве состоялся первый испытательный полет ракетоплана. Аппарат был поднят самолетом-носителем WhiteKnightTwo на высоту 15 км, и после отделения от носителя и 15-минутного свободного полета совершил посадку. А 30 апреля 2013 года были произведены испытания реактивного двигателя. Отделившись от носителя на высоте около 14 км, SpaceShipTwo включил двигатель, и через 16 секунд достиг скорости 1,2 Маха и высоты 17 км. Это значит, до суборбитальных пассажирских полетов осталось всего ничего.

Как только SpaceShipTwo будет готов полностью, самолет-носитель вынесет его до высоты в 15,24 километров, после чего произойдет расстыковка, космический аппарат ускорится до 4023 км/час и поднимется до высоты 100 километров. Предполагается, что билет на борт космического челнока будет стоить 200 тысяч долларов. На сегодняшний момент желание стать космическими туристами выразили более 550 человек.

Человечество научилось строить очень мощные и высокоскоростные объекты, которые собираются десятилетиями, чтобы потом достигнуть самых отдаленных целей. «Шаттл» на орбите движется со скоростью более 27 тысяч км в час. Ряд космических зондов НАСА, такие как «Гелиос 1», «Гелиос 2» или «Воджер 1» достаточно мощны, чтобы достичь Луны за несколько часов.

☛ Эта статья была переведена с англоязычного ресурса themysteriousworld.com и, конечно же, не совсем соответствует действительности. Многие российские и советские ракетоносители и космические аппараты преодолевали барьер в 11000 км/ч, но на западе, видимо, привыкли этого не замечать. Да и информации о наших космических объектах в свободном доступе довольно немного, во всяком случае о скорости многих российских аппаратов мы так и не смогли узнать.

Вот список из десяти самых быстрых объектов, произведенных человечеством:

✰ ✰ ✰

Ракетная тележка

Скорость: 10 385 км/ч

Ракетные тележки фактически используются для тестирования платформ, используемых для ускорения экспериментальных объектов. Во время испытаний тележка имеет рекордную скорость 10385 км/час. На этих устройствах вместо колес используются раздвижные колодки, чтобы можно было развить такую молниеносную скорость. Ракетные тележки приводятся в движение с помощью ракет.

Эта внешняя сила придает начальное ускорение экспериментальным объектам. У тележек также есть длинные, более 3 км, прямые участки пути. Танки ракетных тележек заполнены смазочными материалами, такими как газообразный гелий, так что это помогает экспериментальному объекту развить необходимую скорость. Эти устройства обычно используются для ускорения ракет, авиационных деталей и аварийно-спасательных секций воздушных судов.

✰ ✰ ✰

NASA X-43 A

Скорость: 11 200 км/ч

ASA X-43 А представляет собой беспилотный сверхзвуковой летательный аппарат, который запускается с большего самолета. В 2005 году, книга рекордов Гиннеса признала NASA X-43 А самым быстрым самолетом из когда-либо сделанных. Он развивает максимальную скорость 11 265 км/ч, это примерно в 8,4 раза быстрее, чем скорость звука.

NASA X-13 А использует технологию запуска при падении. Сначала этот сверхзвуковой самолет попадает на большую высоту на более крупном самолете, а затем падает. Необходимая скорость достигается с помощью ракеты-носителя. На заключительном этапе, после достижения заданной скорости NASA X-13 работает на своем собственном двигателе.

✰ ✰ ✰

Шаттл «Колумбия»

Скорость: 27 350 км/ч

Шаттл «Колумбия» был первым успешным многоразовым космическим кораблем за всю историю освоения космоса. С 1981 года он успешно выполнил 37 миссий. Рекордная скорость шаттла «Колумбия» — 27 350 км/ч. Корабль превысил свою нормальную скорость, когда упал 1 февраля 2003 года.

Обычно шаттл движется со скоростью 27 350 км/ч, чтобы оставаться на нижней орбите Земли. При такой скорости, экипаж космического корабля может увидеть восход и заход солнца несколько раз в течение одного дня.

✰ ✰ ✰

Шаттл «Дискавери»

Скорость: 28 000 км/ч

Шаттл «Дискавери» имеет рекордное число успешных миссий, больше, чем любой другой космический корабль. С 1984 года «Дискавери» осуществил 30 успешных рейсов, и его рекорд скорости — 28 000 км/ч. Это в пять раз быстрее, чем скорость пули. Иногда космические аппараты должны двигаться быстрее, чем их обычная скорость 27 350 км/ч. Все зависит от выбранной орбиты и высоты космического аппарата.

✰ ✰ ✰

Спускаемый аппарат «Аполлон 10»

Скорость: 39 897 км/ч

Запуск «Аполлон 10» был репетицией миссии НАСА перед прилунением. Во время обратного пути, 26 мая 1969 года аппарат «Аполлон 10» приобрел молниеносную скорость 39 897 км/ч. Книга рекордов Гиннеса зафиксировала рекорд скорости спускаемого аппарата «Аполлон 10» как максимальный рекорд скорости пилотируемого транспортного средства.

На самом деле, модулю «Аполлон 10» была нужна такая скорость, чтобы с лунной орбиты достигнуть атмосферы Земли. Свою миссию «Аполлон 10» также завершил миссию за 56 часов.