PopularEditorialNew
BestОбсуждаемое

Останні дні Атомного Шаттла (1971)

3
Погляд художника на запропонований космічний корабель з ядерним двигуном Nuclear Shuttle. Фото: NASA

Липень 1969 року. Програма «Аполлон» досягла свого «апогею» завдяки висадці Аполлона-11 на Місяць. У цей же час відбулися великі зміни у планах США з цивільного використання космічного простору. На тлі цих подій аерокосмічні та астронавтичні компанії Lockheed Missiles and Space (LMSC), McDonnell Douglas Astronautics (MDAC) та корпорація North American Rockwell (NAR) розпочали дослідження під назвою «Концепція ядерних систем польоту» (англ. Nuclear Flight Systems Definition, NFSD). Розроблення проводилися за контрактом із Центром космічних польотів ім. Джорджа Маршалла в Гантсвіллі, штат Алабама, під керівництвом NASA, та в підсумку пройшли три етапи.

На першому з них компаніям було доручено «провести детальний аналіз і надати концептуальний проект» одноразового ядерного ракетного ступеня, оснащеного двигуном NERVA II з тягою 890 кН. Очікувалося, що він буде готовим до польоту до кінця 1977 року.

Передусім роботи було скеровано на вивчення «вимог до створення ядерної силової установки, включаючи її розвиток від стадії льотних випробувань до експлуатації». Як підсумок, ступінь на цьому етапі складався б із NERVA II з одним паливним баком діаметром 10 м і був призначений для запуску із Землі на двоступеневій ракеті Saturn V такої ж ширини. Його основним завданням було б «виштовхнути» пілотований космічний корабель з низької навколоземної орбіти (ННО) до Марса.

Макет ядерного ракетного двигуна NERVA.
Резервуар високого тиску барабаноподібної форми, що містить позначення NERVA, є ядерним реактором. На його вершині встановлено тіньовий (захисний) екран для зниження впливу радіаційного опромінення на екіпаж.
Фото: Atomic Energy Commission 

Другий етап розпочався у жовтні 1969 року, одразу після того, як Космічна цільова група президента Річарда Ніксона схвалила (хоч із застереженнями) радикальний «Комплексний програмний план» для майбутніх місій США. Точніше сказати, ідея його реалізації належить Офісу пілотованих космічних польотів у штаб-квартирі NASA, директором якого на той час був Джордж Міллер. Звідси й проводилося керівництво усіма іншими космічними центрами.

На цьому етапі дослідження трьом компаніям було доручено спроектувати ядерний ракетний ступінь багаторазового використання, оснащений двигуном NERVA I із тягою 334 кН. Він отримав назву «Багаторазовий ядерний човник» («Багаторазовий космічний корабель з ядерним двигуном», англ. Reusable Nuclear Shuttle, RNS) і планувався застосовуватися здебільшого для польотів екіпажу в обидві сторони та перевезення вантажів між космічними станціями, що знаходилися б на низькій навколоземній та місячній орбітах.

Можливі конфігурації Nuclear Shuttle: перший – для перевезення вантажів; другий із космічним буксиром – для польотів екіпажу та перевезення вантажів.
Фото: NASA/David S. F. Portree

У січні 1970 року Центр ім. Джорджа Маршалла в Гантсвіллі представив підрядникам «грандіозний» план використання ядерного ступеня, що передбачав експлуатацію 15 апаратів у 157 польотах за маршрутом Земля-Місяць між 1980 і 1990 роками. Кожен із них перевозив би 50 тонн вантажу. Пілотовані місії на Марс, хоч і вважалися частиною програми, на другому етапі не були об’єктом особливої уваги.

Того ж місяця адміністратор NASA Томас Пейн повністю припинив виробництво Saturn V і скасував політ «Аполлона-20». Його метою було використати ракету з цієї місії для виведення Dry Workshop (паливний бак, спеціально облаштований у житловий модуль орбітальної станції) на орбіту відповідно до програми «Практичне застосування Аполлона» (англ. Apollo Applications Program, AAP). У лютому 1970 року проект отримав нову назву Skylab, а саму концепцію було перейменовано на Skylab Program.

Станція Skylab — перша орбітальна лабораторія NASA подібного типу. Джерело: NASA

Невдовзі після цього Центр космічних польотів ім. Джорджа Маршалла доручив компанії Lockheed Missiles and Space розглянути можливість запуску «ядерного човника» всередині запропонованого багаторазового крилатого Space Shuttle. Останній повинен був мати циліндричний вантажний відсік щонайменше 4,6 м завширшки та 18 м завдовжки. Загалом збірний ядерний ступінь складався б із двигуна NERVA I та кількох баків із воднем, які окремо запускалися б на ННО та з’єднувались разом у «лабіринт труб». Водночас корпорація North American Rockwell продовжувала роботу над однобаковим RNS, призначеним для запуску на майбутній важкій ракеті, тоді як компанія McDonnell Douglas Astronautics розподілила свої дослідницькі зусилля між двома проектами.

У травні 1970 року другий етап плавно перейшов у третій. За новим дорученням із Центру підрядникам було наказано обрати дату готовності до польоту NERVA I у 1978 або 1979 роках. Зміни у часі відобразили очікуване скорочення бюджету на двигун у 1971 фінансовому році. Окрім цього, у плані зазначалося про обмеження кількості рідкого водневого палива, яке нестиме кожен ядерний ступінь, до 150 тонн.

У лютому 1971 року до завершення досліджень залишалось менш ніж два місяці. Д. Дж. Осіас, аналітик Bellcomm (організація з надання технічних консультацій NASA) і виконувач обов’язків із планування програми «Аполлон», розглянув і підсумував звіти, підготовлені трьома підрядниками. Він почав із вивчення того, як компанії підійшли до проблеми протирадіаційного захисту.

«Ядерний реактивний двигун, – писав Осіас, – ускладнює операції в космосі, утворюючи радіоактивне середовище».

За підсумками усі проекти ядерного ступеня включали радіаційний щит вагою 1 360 кг, який встановлювався на вершині NERVA I для створення конічної протирадіаційної «тіні» із метою захисту екіпажу. До того ж, до уваги було взято тип палива та будову додаткового екранування транспортного засобу. У висновку Осіас заявив, що «стосовно цього питання … ми отримали досить позитивні результати, тому увага до проблеми зменшується».

Дослідник також зазначив, що оскільки рідкий водень використовувався б як паливо, він перестав би слугувати «щитом від радіації». У міру спорожнення одного або кількох баків «ядерного човника» доза опромінення екіпажу постійно зростала б. Щоб розв’язати цю проблему, корпорація NAR розробила концепцію однобакового ступеня із вертикальною трубою всередині, що проходила б вздовж основного бака та знаходилася між екіпажем і NERVA I. Ця центральна «колона» залишалася б заповненою воднем до того часу, доки навколо не спорожнів би головний резервуар. Компанія MDAC, зі свого боку, підготувала «гібридну захисну конструкцію», яка включала б невелику ємність із воднем між нижньою частиною основного бака та верхньою частиною двигуна.

Оптимальний спосіб перевезення вантажу у космосі на «Багаторазовому ядерному човнику»:
I – використання маніпуляторів (роботизованих рук) космічного буксира для вилучення вантажного модуля з вантажного відсіку Space Shuttle;
II – стикування вантажного модуля з космічним буксиром;
III – запалення хімічних ракетних двигунів космічного буксира для зближення з «ядерним човником» із обережним рухом у межах конічної «тіні», що створюється радіаційним щитом NERVA;
IV – передача вантажу на «ядерний човник».
Фото: NASA

Спочатку Осіас припускав, що максимально допустима доза опромінення для астронавта від джерел, відмінних від космічних променів, становила б від 0,1 до 0,25 зіверта (10 до 25 бер) на рік. Однак члени екіпажу всередині RNS отримували б 0,1 зіверта щоразу при роботі двигуна, а на відстані 16 км позаду або збоку від апарату при його повній потужності – від 0,25 до 0,3 зіверта (25 до 30 бер) на годину. Тому при аналізі дослідження було наголошено, щоб жоден пілотований космічний корабель не наближався ближче ніж на 161 км до ввімкненого NERVA I.

Окрім цього, Осіас описав інші проблеми при експлуатації апарату. Зрозуміло, що космічний корабель міг стикуватися з RNS, наближаючись крізь конічну радіаційну «тінь», яка захищала б людей на борту. Однак з’єднання з великим транспортним засобом, наприклад, космічною станцією або орбітальним складом із рідким воднем, що виступає за межі «тіні», викликало б значні труднощі. У цьому разі астронавти могли б зазнати впливу радіації не тільки від двигуна, а й сама масивна конструкція відбивала б випромінювання назад на RNS, наражаючи їх на ще більшу небезпеку.

Дозаправлення «Багаторазового ядерного човника». Фото: NASA

Ще одна проблема полягала в тому, що NERVA I виділяв би радіацію не тільки у процесі роботи, а й генерував би відпрацьоване ядерне паливо, яке залишалося б небезпечним протягом десятиліть чи навіть століть. Корпорація NAR «неодноразово підкреслювала, що ремонтопридатність має важливе значення для використання RNS в економічному відношенні». Однак астронавт у відкритому космосі, який наблизився б на 122 м до бічної сторони ядерного ступеня через 10 днів після його десятого (й, зважаючи на модель перевезення, останнього) польоту Земля-Місяць, отримував би 0,01 зіверта за годину з відпрацьованого палива, яке містилося в ньому. Тому для вирішення питання з технічним обслуговуванням було запропоновано застосовувати роботизовані системи; однак вони потребували б великих витрат на дослідження та проектування.

Аналітик також повідомив, що «компанії доклали недостатньо зусиль для вивчення несправностей та дій у випадках надзвичайних ситуацій». Він наголосив, що «ядерні системи більшою мірою здатні «залучити» усе населення Землі до аварій у космосі, ніж апарати з хімічним ракетним двигуном». Наприклад, вибух NERVA I на ННО міг би призвести до «падіння великих шматків радіоактивного матеріалу», які, ймовірно, пережили б нагрівання при входженні в атмосферу та вдарилися б об поверхню планети у випадкових місцях. Він закликав, щоб запобігання «поверненню NERVA із космосу … було основним правилом планування ядерних рушіїв».

До того ж, компанія LMSC на другому етапі досліджень підрахувала, що лише після одного польоту Земля-Місяць у двигуні накопичилося б достатньо відпрацьованого палива для його перебування на безпечній високій орбіті протягом 135 років. До кінця терміну експлуатації, а саме після десяти таких польотів, «найбільш оптимальним методом утилізації RNS», як писав науковець, було б «відправити його в односторонню безпілотну місію в далекий космос».

Тоді ж у лютому Осіас завершив свій аналіз дослідження. Одразу після цього ветеран Нью-Мексико, близький друг колишнього президента Ліндона Джонсона і давній прихильник ядерних ракет, Клінтон Андерсон скликав слухання, щоб обговорити план адміністрації Ніксона щодо скорочення фінансування NERVA зі 110 мільйонів доларів у 1972 фінансовому році до 30 мільйонів.

На засіданні виконувач обов’язків адміністратора NASA Роберт Сіменс, член Космічної цільової групи, пояснив, що розробка Space Shuttle має вищий пріоритет над NERVA, оскільки корабель є важливим транспортним компонентом, який виводитиме в космос усі інші елементи, затверджені у «Комплексному програмному плані» (включаючи «ядерний човник»). Його відповідь Андерсону була наступною:

«NERVA потребує Shuttle, але Shuttle не потребує NERVA».

Через шість місяців після того, як компанії завершили свої звіти, Білий дім оприлюднив бюджетний запит на 1973 рік. Як багато хто і побоювався, у ньому не було фінансування для подальшого розвитку NERVA. Андерсон був хворий і не міг належним чином відстоювати майбутнє проекту. Група з понад 30 конгресменів, які виступали за його продовження, намагалася вплинути на адміністрацію Ніксона, але безрезультатно. 

Останні наземні випробування NERVA відбулися у червні та липні 1972 року. Після цього програму припинили, поклавши край майже 20-річним намаганням просунути розвиток ядерних двигунів у США.

Джерело

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

28
Войдите, чтобы видеть комментарии, участвовать в обсуждении и не видеть рекламу.
Показать скрытые комментарии

Загружаем комментарии...

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Отправить Отмена
[X]
Зарегистрируйтесь на сайте, чтобы не видеть рекламу, создавать и отслеживать темы, сохранять статьи в личные закладки и участвовать в обсуждениях
If you were unable to log in, try this link.