PopularEditorialNew
BestОбсуждаемое

Космоплан, который был слишком крутым, чтобы стать реальностью

6
Орбитальные аппараты на ранних визуализациях выглядят довольно футуристично. Изображение: NASA

21 июля 2011 года шасси Space Shuttle коснулось взлётно-посадочной полосы —  это стало концом программы полётов знаменитого космического корабля. Этот проект был невероятным достижением, детищем эпохи оптимистов, начавшейся сразу после сворачивания миссий Apollo. Сложности с финансированием, высокие затраты на техническое обслуживание и конструкционные ограничения в конечном итоге превратили его в раздутую программу, которая так и не смогла полностью раскрыть свой потенциал. Но если взглянуть на ранние концепты, то можно увидеть, что этот проект мог достигнуть гораздо больших высот, чем вышло в действительности.

Почти за десять лет до того, как первый Space Shuttle поднялся в воздух, аэрокосмический гигант Rockwell — под влиянием легендарного титана инженерной мысли NASA Максима Фаже — создал потрясающую предварительную концепцию, в рамках которой предполагалось создать орбитальный космоплан, способный приземляться как самолёт, вместе с поистине монструозным ускорителем, который возвращался бы на Землю точно таким же образом. Это, согласно планам компании, позволило бы значительно снизить затраты при сохранении существенного потенциала проекта. Rockwell произвела массу вычислений и создала множество красивых концептуальных изображений, чтобы убедить NASA в реалистичности столь амбициозного плана.

Художественные наброски ранних концептов ошеломляют, а на этом даже изображён пикап Chevy, соответствующий той эпохе. Изображение: NASA

Эти концепции не были столь диковинными, как другие попытки создания космоплана — вспомните одноступенчатый космический аппарат от Chrysler. Если бы технический прогресс в то время ушёл чуть дальше, а ВВС вмешивались в проект чуть меньше, то план Rockwell вполне мог бы состояться. Однако, к сожалению, эта идея была обречена с самого начала.

Ожидания после программы Apollo и бюджетная реальность

После того как в 1969 году начались высадки на Луну, все думали об открывающихся возможностях: они казались безграничными. Отправиться в дальние уголки Солнечной системы, создать постоянную лунную базу и многое другое. Всё это ощущалось как новая реальность. Однако правительство Соединённых Штатов больше не желало финансировать эти программы. К концу 1960-х администрация Никсона и Конгресс постепенно сокращали бюджеты на потенциально новаторские проекты. Вскоре на столе остались лишь самые дешёвые варианты — низкоорбитальная космическая станция и связанный с ней аппарат снабжения.

В конечном итоге всё это вылилось в создание Международной космической станции и программы Space Shuttle, которые мы все знаем и любим. Действительно, 56-метровый космоплан с коротким крылом, который мы в итоге получили, позволил США похвастаться своим собственным космическим флотом. Но до того, как его окончательная спецификация была официально утверждена, несколько аэрокосмических организаций, в том числе Rockwell и даже внутренние команды NASA, представили правительству на рассмотрение другие, более впечатляющие проекты.

Идея заключалась в том, чтобы максимально снизить стоимость как всего запуска, так и одного килограмма, отправленного на орбиту. Экономическая целесообразность должна была встать во главе угла. Было несколько способов осуществить это. Можно было бы разработать недорогие транспортные аппараты, которые были бы одноразовыми (то есть уничтожались после каждого запуска), дорогие транспортные корабли, которые можно было бы использовать повторно несколько раз, или же некий гибрид этих двух идей.

Space Shuttle, который в итоге получился, был гибридом и, из-за ряда неизбежных ограничений, не очень хорошим. Сам орбитальный аппарат можно было использовать повторно, и только относительно дешёвый бак с жидким топливом полностью уничтожался в процессе запуска; однако, чтобы обеспечить финансирование, проект должен был использовать хорошо проверенные существующие технологии. Результатом стали низкие первоначальные затраты, но высокие текущие расходы на техническое обслуживание. Кроме того, в год можно было производить только 24 одноразовых топливных бака для орбитального аппарата. Это наложило досадные ограничения на суровую математическую реальность: при относительно фиксированной цене программы большее количество запусков означало бы меньшую стоимость каждого из них.

Пилотируемый ускоритель и орбитальный космоплан запускались бы вертикально, как в конечном итоге и был запущен настоящий Space Shuttle. Изображение: NASA

Схема Rockwell

Совершенно очевидно, что именно Rockwell, которая в конечном итоге и стала генеральным подрядчиком для Space Shuttle, создала его ранний концептуальный дизайн. Предполагалось создать многоразовую систему, которая обеспечила бы большое количество запусков. Первоначальная стоимость была высока — необходимо было разработать передовые материалы и технологии производства для их внедрения  — однако, если это смогло бы в конечном итоге сделать систему надёжной и доступной, то она стала бы победителем среди более дешёвых одноразовых вариантов.

Именно тут и начинается самое интересное. Ровно как и SpaceX, Rockwell хотела создать многоразовый ускоритель, который выводит полезную нагрузку в виде орбитального космоплана вне плотных нижних слоёв атмосферы Земли. При этом не планировалось, что эти ускорители смогут самостоятельно возвращаться на землю, как это реализовано сегодня: это стало бы непосильной задачей для компьютеров 1970-х годов. Вместо этого их хотели оборудовать крыльями. После отстыковки орбитального космоплана, который находился бы сверху, бортовой экипаж вручную пилотировал бы сам ускоритель обратно на взлётно-посадочную полосу, приземляя его, как самолёт.

Сам космоплан летал бы так же, как и Space Shuttle. Но в отличие от него, орбитальный аппарат Rockwell не был бы усыпан тысячами уникальных керамических плиток, защищающих его от избыточного перегрева при входе в атмосферу. Вместо этого он был бы сделан из более экзотических, однако всё же близких к сфере самолётостроения материалов. Он также имел бы развёртываемые реактивные двигатели для увеличения дальности полёта, полезную нагрузку 9 070 кг и параметры грузового отсека 18,3 метра в длину на 4,6 метра в диаметре. Space Shuttle мог перевозить такой же объём груза, но его полезная нагрузка была намного больше — 27 500 кг.

Этот первый проект орбитального космоплана был в значительной степени основан на концепции, разработанной вышеупомянутым аэрокосмическим гением Максимом Фаже. Позднее выяснилось, что его компоновка с прямым крылом оказалась непрактичной для входа в атмосферу, однако Rockwell всё равно создала прототип, якобы в попытке выслужиться перед руководством NASA, где Фаже имел изрядное влияние. Бóльшая часть поздних концепций была основана на более проработанной версии этого аппарата с треугольным крылом.

Так что да, ранняя концепция орбитального космоплана Rockwell нуждалась в небольшой доработке, но на бумаге она выглядела довольно привлекательно. Компания заявила, что эти более прочные и качественные аппараты смогут выполнить до 100 миссий и в долгосрочной перспективе сэкономить огромные средства. В конце концов, не нужно было иметь дело с одноразовыми ракетами-носителями, что позволило бы выполнять большое количество запусков.  Конечно, были препятствия, но компания заверяла, что если бы процесс разработки начался, то все они были бы преодолимы. Оставалось только запустить проект орбитального космоплана в работу.

Невероятный ускоритель

Теперь поговорим о пилотируемом ускорителе, довольно монструозном самом по себе. У него было 12 — да, именно 12 — жидкостных ракетных двигателей, а также четыре воздушно-реактивных турбовентиляторных двигателя. Для справки, Space Shuttle имел всего три маршевых жидкостных ракетных двигателя и два твердотопливных ускорителя. В ранних проектах Rockwell именно ускоритель давал всю тягу, необходимую для вывода двух аппаратов на орбиту. По окончании этого этапа миссии, в работу включались бы турбовентиляторные двигатели, позволяющие существенно увеличить дальность его полёта. В свою очередь, это дало бы возможность использовать больше взлётно-посадочных полос, куда ускоритель смог бы приземлиться.

Небольшие прямые крылья и загнутая назад хвостовая часть ускорителя придают ему интересную эстетику. Изображение: NASA

Ускоритель был бы больше, чем Boeing 747. Его полная взлётная масса составляла бы 1,2 тысячи тонн, более чем в два раза превышая таковую  у уничтоженного Ан-225 «Мрия». Хотя на первый взгляд вся эта идея кажется всё безумнее, сама концепция использования реактивных двигателей для приведения в движение космопланов в нижних слоях атмосферы Земли на самом деле не была такой уж необычной. В конечном итоге она будет проверена на советском «Буране», хотя прототип, прошедший испытания, так никогда и не был протестирован на вход в атмосферу. 

Поскольку проект Rockwell всё же сошёл на нет, наиболее реальной причиной иметь гигантский пилотируемый ускоритель была сама возможность переправлять космоплан с одной взлётно-посадочной полосы на другую (в отличие от его перевозки на задней части Boeing-747, как это и происходило в конечном итоге), а также уже упомянутая дальность полёта.

Ускоритель стал бы значительно больше, чем Boeing 747, хотя размах крыла у него был бы намного меньше. Изображение: NASA

По крайней мере, теоретически можно было бы установить реактивные двигатели на пилотируемый ускоритель. При этом незаправленный аппарат, по словам его конструкторов, был бы относительно лёгким — легче Boeing-747 при посадке. Запускаясь вертикально, ускоритель бы отстыковывался от орбитального космоплана, а затем снова входил бы в атмосферу на гиперзвуковых скоростях, постепенно замедляясь до скорости ниже 1 Маха и запуская реактивные двигатели для короткого горизонтального полёта перед посадкой. Чтобы всё это стало возможным, в его конструкции планировалось использовать такие материалы, как титан, колумбий (ниобий), инконель и др.

Вы когда-нибудь видели Space Shuttle с реактивными двигателями? Нет? Изображение: NASA

Так что же произошло?

Rockwell в конце концов получила финансирование, но не для создания концепции пилотируемого ускорителя и лёгкого орбитального космоплана. Проблема заключалась в том, что после полётов по программе «Аполлон», затянувшихся до 1970-х годов, общий интерес к космическим инициативам угас, а политической воли продвигать значительное финансирование подобных невоенных космических программ просто больше не было. Чтобы пролоббировать любой космоплан (а не только тот, который Rockwell действительно хотела построить), нужны были серьёзные сокращения и уступки ВВС, которые соглашались публично поддерживать проект только в том случае, если он добьётся нужной с их точки зрения полезной нагрузки.

Затем встал вопрос о двигателях. Использование только жидкостных ракетных двигателей было бы лучшим вариантом на бумаге, однако для сокращения затрат были добавлены возвращаемые твёрдотопливные ускорители. К этому прибавилось внедрение системы одноразовых топливных баков, позаимствованных в проекте космоплана Star Clipper от конкурирующей Lockheed. И в итоге более дорогой пилотируемый ускоритель оказался попросту нецелесообразным. Одноразовый топливный бак и твёрдотопливные ускорители могли бы сэкономить слишком много средств, чтобы эту идею можно было проигнорировать.

В конце концов, именно стоимость концепции пилотируемого ускорителя погубила весь проект. Сегодня, однако, это уже не просто лишь концепция, так и оставшаяся на бумаге. Амбициозная аэрокосмическая компания Stratolaunch использует массивный, безракетный, исключительно воздушно-реактивный самолёт-ускоритель, потенциально способный помочь доставить аппараты на низкую околоземную орбиту.. Точно так же возвращаемые первые ступени SpaceX на жидком топливе доказывают, что подобная идея действительно реализуема.

Хотя ни один из этих проектов не представляет собой огромного вертикально запускаемого монстра весом 1,2 тысячи тонн с дюжиной ракетных двигателей и четырьмя реактивными двигателями в придачу, их цель — сделать фактически то же самое.. Как оказалось, инженеры Rockwell вовсе не загоняли себя в угол. Им просто были нужны более совершенные технологии, чтобы продвинуться чуть дальше.

Источник

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

26
Войдите, чтобы видеть ещё 1 комментарий, участвовать в обсуждении и не видеть рекламу.
Полезный Армстронг Н.
Вечность назад

Уявив вертикально злітаючу Мрію. Що ж, концепт вражає

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.