PopularEditorialNew
BestОбсуждаемое

Космоплан, який виявився надто крутим для втілення в життя

Ця грандіозна концепція орбітального шаттла стала нездійсненною мрією після «Аполлона», яку США так і не реалізували.

Ранні візуалізації апаратів сталевого кольору виглядають напрочуд футуристично. Джерело NASA

Коли 21 липня 2011 року шасі космічного корабля торкнулося злітно-посадкової смуги, це визначило кінець епохи космічних кораблів Space Shuttle. Сам по собі проєкт шатла був неймовірним досягненням, але він був породженням оптимістичної постаполлонівської епохи. Складнощі з фінансуванням, високі витрати на технічне обслуговування і конструктивні обмеження врешті-решт перетворили його на дуже роздуту програму, яка так і не змогла по-справжньому розкрити весь свій потенціал. Але поглянувши на ранні концепції, усвідомлюємо, що проєкт був покликаний досягти ще більших висот, розкрити ще більший потенціал, однак ми так і не осягнули його меж.

Майже за десять років до польоту першого Space Shuttle аерокосмічний гігант Rockwell — за безпосередньої участі легендарного інженерного гуру NASA Максима Фагета — створив приголомшливі ескізи, які розкривали концепцію витонченого орбітального корабля, здатного повертатися на Землю подібно до літака, у парі зі справді монструозним бустером (розгінним блоком), який можна було б повернути у такий же спосіб. На думку Роквелла, така конструкція дозволила б знизити витрати, водночас зберігши неабияку кількість можливостей. Конструктори провели чимало розрахунків та чудових концептів, щоб довести NASA, що цей амбітний план варто реалізувати.

Графічні візуалізації ранніх концептів просто вражають, а на цій навіть зображений пікап від Шевроле, ікона тієї епохи. Джерело NASA

Ці концепції не такі вже й дивні, порівняно з іншими спробами створити шатл — згадаймо хоча б одноступеневе чудовисько компанії Chrysler. Якби конструктори запропонували цей проєкт у часи трохи більшого технологічного прогресу і зустріли трохи менше протидії з боку ВПС, ніхто не сказав би, що план Роквелла з шатлом і ракетою-носієм такий вже нездійсненний. Проте, на жаль, ця ідея була приречена з самого початку.

Пост-аполлонівські очікування проти бюджетної реальності

Після того, як у 1969 році стартували польоти на Місяць, в США замислилися над тим, що їм робити далі. Перспективи здавалися безмежними. Подорож до далеких куточків Сонячної системи, створення постійної місячної бази та багато іншого — все це здавалося цілком реальним. Проте в уряді Сполучених Штатів бажання фінансувати ці програми поступово слабшало. До кінця 1960-х років адміністрація Ніксона і Конгрес поступово урізали бюджети на фінансування перспективних проєктів. Незабаром на порядку денному залишилися лише найдешевші варіанти — низькоорбітальна космічна станція і пов’язаний з нею транспортний корабель для перевезення припасів.

Такий підхід врешті-решт призвів до появи Міжнародної космічної станції й космічного корабля Space Shuttle, який ми всі добре знаємо і любимо. Щоправда, 56-метровий літак з дельтоподібним крилом, який ми отримали в підсумку, дозволив США претендувати на єдину реальну можливість коли-небудь володіти власним космічним флотом. Але до того як цей фінальний конструкторський задум був офіційно затверджений, кілька аерокосмічних компаній, зокрема Rockwell і навіть внутрішні команди NASA, представили на розгляд уряду різні, більш грандіозні, проєкти.

Ідея полягала в тому, щоб зробити вартість запуску і собівартість кожного кілограма, відправленого на орбіту, якомога нижчою. Економія мала запрацювати. Досягти цього можна було кількома способами. Наприклад, розробити недорогі ракети, які будуть одноразовими (тобто втрачатимуться після кожного запуску), дорогі ракети, які можна буде використовувати декілька разів, або запропонувати щось середнє між цими двома підходами. 

Space Shuttle, який ми врешті-решт отримали, був гібридом. І ба більше, через низку неминучих конструктивних обмежень, не дуже вдалим гібридом. Сам орбітальний корабель був багаторазовим, і лише відносно дешевий головний бак з рідким паливом щоразу повністю руйнувався в атмосфері після запуску; проте, щоб отримати фінансування, проєкт мав спиратися на вже відомі, відносно поширені технології. Як наслідок — низькі початкові, але високі експлуатаційні витрати. Крім того, за рік можна було виготовити лише 24 одноразових паливних баки для орбітального корабля. Це накладало неприємні обмеження на економічність експлуатації такої схеми: За відносно фіксованої вартості програми, більша кількість запусків означала б меншу вартість одного запуску.

Пілотована ракета-носій і орбітальний корабель все одно мали запускати вертикально, як зрештою стартував і Space Shuttle. Джерело NASA

План від Rockwell

Rockwell, який зрештою став головним підрядником фінального космічного шатла, визначив його ранні проєкти. Спочатку компанія запропонувала багаторазову систему, яка дозволила б здійснювати велику кількість запусків. Початкові витрати були б досить високими — потрібно було створити надсучасні матеріали і технології виробництва для використання деяких дивовижних речовин. Однак завдяки цим інноваціям система стала надійною і доступною за ціною, то вона була б кращою за дешеві, але одноразові проєкти.

І ось тут починається найцікавіше. Подібно до того, що робить SpaceX сьогодні, у Rockwell планували відновлювати розгінний блок, який виводить корисне навантаження орбітального корабля вище нижніх щільних шарів земної атмосфери. Вони звісно не прагнули, щоб ракети-носії самостійно поверталися на стартові майданчики, як ступені Falcon 9 роблять зараз; це було б занадто складною задачею для комп’ютерів 1970-х років. Замість цього сам розгінний блок отримав би крила. Після відділення меншого орбітального апарата, який він ніс на «спині», ступінь вручну пілотувався б екіпажем на злітно-посадкову смугу та сідав вже як літак. 

Орбітальний апарат мав би приземлятися за схемою Space Shuttle. На відміну від шатла, зовнішній вигляд орбітального корабля від Rockwell не передбачав використання тисяч унікальних кварцових керамічних плиток, які б мали захистити апарат від високої температури при входженні в атмосферу. Натомість космоплан мали виготовляти з більш екзотичних, авіаційних матеріалів.
Він також мав би реактивні двигуни для збільшення дальності польоту, зміг би виводити корисне навантаження 9 070 кілограмів і загальний об’єм вантажу 18,3 метра на 4,6 метра в перерізі. Згодом Space Shuttle зміг перевозити аналогічний об’єм вантажу, але його корисне навантаження виявилось набагато більшим і складало 27 500 кілограмів.

Конструкція проєкту першого орбітального корабля значною мірою ґрунтувалася на розробках вищезгаданого аерокосмічного генія Максима Фейгета. Його проєкт апарату з прямим крилом згодом виявився непридатним для входження в атмосферу, але Rockwell все одно створив його, нібито намагаючись догодити керівництву NASA, де Фейгет мав неабиякий вплив. Подальші технічні розробки ґрунтувалися на більш реалістичній версії цього апарату з дельтаподібним крилом.

Так, рання концепція орбітального корабля від Rockwell потребувала деякого доопрацювання, але на папері вона виглядала цілком прийнятною. Компанія заявила, що такі міцніші, якісніші апарати зможуть виконати до 100 польотів і заощадити колосальні кошти в довгостроковій перспективі. Зрештою, не потрібно було мати справу з одноразовими носіями, які не здатні виконати великий об’єм місій. Звичайно, складнощі були, але якщо розпочати процес розробки, стверджували в компанії, то їх можна подолати. Потрібно було тільки зрушити роботу над проєктом корабля.

Неймовірний розгінний блок

Далі поговоримо про омріяний пілотований розгінний блок (бустер), який сам по собі був справжнім монстр. Він мав 12 — так, саме 12 — рідинних ракетних двигунів, а також чотири турбогвинтові авіаційні двигуни. Space Shuttle, для порівняння, мав лише три основні ракетні двигуни на рідкому паливі, плюс два твердопаливні прискорювачі. У ранніх проєктах Rockwell, двигуни прискорювача мали згенерувати всю необхідну тягу для виведення обох апаратів на орбіту. Після розділення апаратів, вмикали турбогвинтові двигуни, які працюючи вже в атмосфері збільшували дальність польоту. Відтак бустер мав подібні до орбітального корабля посадкові спроможності, і відповідно, міг сідати на більшу кількість злітно-посадкових смуг.

Невеликі прямі крила та хвіст прямої стрілоподібності прискорювача надають йому чудернацького вигляду. Джерело NASA

Сам бустер мав бути більшим за Боїнг 747, а його злітна маса — понад 1,2 мільйона кілограмів, що удвічі більше, ніж у знищеного росіянами Антонова Ан-225 «Мрія». Хоча з першого погляду весь цей проєкт здається все більш безглуздим, ідея використовувати турбореактивні двигуни для польоту космопланів у нижніх шарах атмосфери Землі насправді не була такою вже й оригінальною. Зрештою, таку розробку згодом випробували на радянському «Бурані», хоча прототип, котрий пройшов ці експерименти, так і не здійснив жодного входження в атмосферу.

Після того, як проєкт Rockwell запрацював, найбільш реалістичною причиною мати гігантський пілотований бустер могла стати логістика, адже бустер міг перевозити орбітальний шатл з однієї злітної смуги на іншу (а не летіти на спині Боїнга 747, як це зрештою і зробили), інша причина — вищезгадана дальність польоту. 

Бустер був би значно більшим, ніж 747-й, хоча і мав набагато коротший розмах крил. Джерело NASA

Принаймні теоретично на пілотованому бустері можна було встановити такі турбореактивні двигуни, і фактично, не навантажений рідким паливом, апарат був би доволі легким, щонайменше. так стверджували конструктори. Навіть легшим за 747-й при посадці. Бустер мав стартувати вертикально, виводити орбітальний корабель на орбіту, а потім знову входити в атмосферу на гіперзвуковій швидкості, поступово сповільнюючись до швидкості нижче 1 Маха і на останній ділянці польоту запустити двигуни. Щоб уможливити такі піруети, в конструкції бустера мали використати такі матеріали, як титан, колумбій (ніобій), інконель тощо.

Ви коли-небудь бачили шатл з реактивними двигунами? Ні? Джерело NASA

До речі, турбореактивні двигуни деякий фігурували у концептах шатла, поки їх все ж не «вирізали» з кінцевого проєкту.

То що ж сталося?

Гроші врешті-решт надійшли до Rockwell, але не на будівництво пілотованого бустера і легкого орбітального корабля. Річ у тім, що після завершення місій «Аполлон» у 1970-х роках загальний інтерес до космічних програм згас, а політичної волі продовжувати витрачати чималі кошти на невійськові космічні програми просто не стало. Аби обґрунтувати створення будь-якого шатла, а не лише того, який прагнув створити Rockwell, потрібно було піти на серйозні обмеження і поступки перед ВПС, які погодилися публічно підтримати проєкт лише за умови, що він буде здатний нести певне корисне навантаження.

Потім постало питання двигунів. Використовувати лише рідинні ракетні двигуни було гарним рішенням, але лише на папері. Аби скоротити витрати, додали твердопаливні прискорювачі, з можливістю повторного використання. Це, а до того ще інтеграція системи одноразових паливних баків, яку запозичили з іншого конкурентного проєкту шатла, Lockheed Star Clipper, привело до того, що дорожчий, пілотований бустер здавався недоцільним. Одноразовий паливний бак і тверді прискорювачі заощаджували занадто багато грошей вже зараз, щоб нехтувати такою конструкцією.

Зрештою, вартість пілотованого бустера зруйнувала увесь задум. Проте сьогодні це вже не просто наші роздуми на теми «а що, якби». Амбітна аерокосмічна компанія Stratolaunch використовує величезний літак-ракетоносій, з шістьма авіаційними двигунами, щоб спростити космічним апаратам, зокрема космопланам, вихід на низьку навколоземну орбіту. Так само бустери SpaceX на рідкому паливі, опціонально багаторазового використання, підтверджують, що ідея може спрацювати. 

Жоден з них не схожий на той монструозний прискорювач з вертикальним злетом та стартовою вагою у понад 1,2 мільйона кілограмів з десятком ракетних двигунів і чотирма реактивними двигунами, але, якщо відкинути прискіпливість, ідеї всіх гравців ринку дещо подібні. Зрештою, як виявилось, інженери Rockwell не загнали себе в глухий кут. Їм просто не вистачало технологій для того, щоб зробити вирішальний крок.

Автор: Пітер Холдеріт / The Drive | Опубліковано 18 серпня 2022 року

Джерело

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

20
Войдите, чтобы видеть ещё 1 комментарий, участвовать в обсуждении и не видеть рекламу.
Расточительный Инопланетянин
Вечность назад

Ага, теж колись поглядав у бік ТРД. Щопрада, трохи іншим макаром. Для польотів платформи "первинного підскоку" https://thealphacentauri.net/70282-navishcho-povitryanomu-startu-krila/

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.