Спейс-Шаттл: рожденный в борьбе

7В закладки
Аудио
Первый полет челнока Колумбия, миссия STS-1

На дворе 2020 год. Прошли 48 лет с последней пилотируемой миссии на Луну (Аполлон — 17). Казалось бы, за эти годы человечество должно было осуществить пилотируемые полеты к Марсу, основать базу на Луне и начать развертывание добычи полезных ископаемых в космосе. Но этого не случилось. Мы застряли на НОО (Низкой Околоземной Орбите), более того, все ещё процветает мнение, что космос невыгоден, что человеку в космическом пространстве делать нечего. Мы радуемся успехам куда меньшим, чем можем осуществить: развитию частного сектора в сфере космических услуг, первому частному космическому кораблю, первым, коммерчески успешным, возвращаемым ступеням ракет-носителей. Разве о таком будущем мечтали энтузиасты космонавтики, работавшие над программой Аполлон? Каким они представляли будущее пилотируемой космонавтики, и что из этого вышло? Да и как шаттл связан с полетами за пределы НОО?

Концепты миссий для многоразовых ядерных челноков с двигателями NERVA

При написании статьи я опирался на книгу «NASA History. SP-4221 The Space Shuttle Decision» (История НАСА. Решение о космическом челноке). Книга проливает свет на то, что изначально задумывалось под проектом челнока и почему далеко не все цели удалось выполнить.

Сразу отмечу, что данную статью хотел написать ещё месяц назад, но из-за экзаменов удалось добраться лишь сейчас. Со статьей моего коллеги по теме, Стивена Лернера, ознакомился, позволю себе подробнее осветить ряд моментов и подискутировать.

Есть ли жизнь после Аполлона?

Ещё в процессе реализации программы Аполлон, НАСА инициировало ряд проектов, который должен был сформировать научно-техническую базу для дальнейшего освоения космического пространства. Это проекты орбитальных станций, ядерных ракетных двигателей и многоразовых транспортных систем. Для начала затронем историю аппарата X-15 и разберемся, какое отношение он имеет к лунным планам и челнокам.

Пилот-испытатель Роберт Уайт после полета на X-15

X-15 — это ракетоплан с жидкостным ракетным двигателем и стартующий с самолета-носителя. X-15 — наследник ракетопланов Bell X-1 и X-2, целью испытаний которых стало исследование поведения летательных аппаратов на сверхзвуковых скоростях. Программы X-1, X-1A и X-2 дали высокие результаты, а потому было решено продолжить исследования. Ещё на этапе работ над ракетопланами Bell, в 1954 году инициирована программа X-15, в результате которой и был создан ракетоплан для суборбитальных полетов.

Конструкцию Х-15 вы видите ниже. Ракетоплан имел кислород-аммиачный двигатель XLR-99, развивающий тягу 254 КН и обладающий удельным импульсом 279 секунд. Двигатель имел расход топлива порядка 4,5 тонн в минуту. В зависимости от модификаций ракетоплана (Х-15А2 имел подвесные баки с топливом) двигатель работал на полной мощности от 83 до 150 секунд.

Устройство ракетоплана Х-15

Однако в свой первый полет Х-15 полетел без двигателя. Это было стандартное испытание, которое в будущем (на тот период времени конечно) будет ждать макет шаттла с именем Интерпрайз. Произошло оно 8 июня 1959 года. Однако в первые полноценные полеты ракетоплан отправлялся не с родным двигателем, а с его временной заменой — двумя XLR-11-RM-13, являющихся форсированной модификацией XLR-11, которые разгоняли предшественников Х-15- ракетопланы Х-1. XLR-11-RM-13 работал на этиловом спирте и кислороде (прям как двигатель легендарной и ужасной V-2), развивая тягу 71 КН. Таким образом, два двигателя от прошлых ракетопланов суммарно выдавали чуть больше половины того, что должен был обеспечивать новый двигатель. И все же это позволило опробовать машину в полете и снять необходимые данные. К 60-ому году основной двигатель был готов и начались полноценные исследования. На первом этапе испытаний Х-15 развил скорость более 6 Махов и достиг высоты более 70 км. В дальнейшем на Х-15 летчику испытателю Джозефу Уокеру удалось достичь рекордной для аппарата такого типа высоты в 107,96 км. И семерым другим летчикам удалось взлететь выше 50 миль (граница атмосферы для ВВС США). И конечно же рекорд скорости — 7274 км/ч на высоте 31 км над землей. Полет выполнял летчик Уильям Найт.

Х-15А2 — увеличенная модификация с подвесными топливными баками

Но к чему все эти цифры про ракетоплан Х-15, спросите вы? А вот к чему: именно опыт эксплуатации данного аппарата подтолкнул руководство и инженеров НАСА к разработке концепции многоразового орбитального аппарата. К тому же можно отметить ряд элементов, которые в том или ином виде были использованы в челноках: это двигатели ориентации, которые находились в крыльях и фюзеляже аппарата (носу) и обеспечивали управление по крену и тангажу соответственно. Другой особенностью является вертикальный стабилизатор, раскрывающий тормозные щитки перед посадкой, что также было перенесено и на челнок. И конечно двигатели: XLR-99 был многоразовым. Тесты показали, что двигатель имел ресурс более часа непрерывной работы, из чего делали вывод о ресурсе в 20-40 полетов. В действительности же осмотр двигателей и статические испытания производились после трех полетов, капитальный ремонт после суммарной работы в полчаса. После полета производились тесты двигателя, с обязательным участием пилота. Он не только отчитывался о возникших неполадках в полете, но и следил за показаниями и управлял системами ракетоплана из кабины на статических испытаниях. Отдельные системы двигателя проверялись гелием под давлением на предмет утечек. После пяти полетов проверялось шасси на наличие микротрещин, также после пяти полетов проверялись системы стабилизации и управляющие аэродинамические поверхности. С теплозащитой корабля было меньше всего проблем. Обшивка корабля была сделана из сплавов нержавеющей стали и титана, а так же из инконеля, хромо-никелевого сплава, хорошо справляющегося с высокими температурами. С проблемой аэродинамического нагрева сталкиваются все сверхзвуковые летательные аппараты, но при движении на гиперзвуке эта проблема встает особо остро.

Небольшое отступление для тех, кто все ещё заблуждается и считает виновной в нагреве силу трения. Что при вхождении в атмосферу с орбиты, что при сверхвуковых и гиперзвуковых скоростях работает совершенно иной эффект. Перед аппаратом, двигающемся на скорости выше звуковой, возникает сжатие воздуха, молекулы которого мгновенно разогреваются и сообщают тепло аппарату. При полете на тройной скорости звука нагрев может быть порядка 400 градусов, при сходе с орбиты порядка полутора тысяч.

Применяются различные решения для того, чтобы защитить аппарат от аэродинамического нагрева. Это и использование жаростойких сплавов, как в случае X-15 и его продолжателя Dyna Soar, и транспирационное охлаждение (применяется для охлаждения камер сгорания жидкостных ракетных двигателей), и абляционные материалы, как на большинстве космических кораблей, и специальное кремнеземное покрытие, те самые плитки теплозащиты челноков.

Посадка Х-15

Всего за программу Х-15 было проведено 198 полетов с потерей одного аппарата. Огромный опыт испытаний впоследствии нашел применение в работе над сверхзвуковыми самолетами и орбитальным челноком. Но прежде чем перейти к шаттлу, стоит упомянуть его брата-близнеца, орбитальный аппарат Х-20 Dyna-Soar.

Прототип «динозаврика»

Судьба этого аппарата весьма показательна. Х-20 — прототип военного орбитального самолета, который мог выполнять широкий спектр задач: от орбитальной бомбардировки (от чего быстро отказались, ибо для этих целей достаточно и МБР Атлас и Титан), до разведывательных миссий и захвата спутников противника на орбите. Как видно из профиля задач, в реальности Х-20 не то, чтобы был нужен. Для разведки достаточно и спутников с самолетами, для доставки оружия — ракеты. Захват спутников же лишь гипотетическое применение. Перейдем к техническим особенностям: аппарат не имел собственных двигателей (если не считать разгонную ступень для многовитковых полетов) и должен был выводиться ракетой Титан. В зависимости от профиля полета предлагалось использовать различные модификации ракеты (ускорители и разгонные блоки для выведения на орбиту опционально). Пожалуй, наиболее интересной особенностью Х-20 было применение горячего входа в атмосферу, для чего предполагалось сделать корпус из тугоплавких металлов и их сплавов. Это молибден, цирконий и др. Скорее всего, нашли бы применение и различные варианты инконеля. Экипаж — один человек.

Варианты запуска в зависимости от профиля полета

Но к 1963 году проект был заморожен, а приоритет по дальнейшему освоению космического пространства получили программы Джемини и Аполлон.

Apollo Applications — что это?

Теперь мы наконец-то переходим к планам по освоению космического пространства после завершения программы Аполлон. Планы эти НАСА начало вынашивать ещё в 50-х, но до некоторых пор они оставались лишь далекими мечтами. Однако, как только агенство начали заливать деньгами, далекие мечты стали казаться реальным будущим если не завтрашнего, то послезавтрашнего дня так точно.

Станция, создаваемая по программе Apollo Applications

Одной из идей, витавших в кулуарах НАСА с 50-х была орбитальная станция. Свой проект предлагал и Вернер фон Браун. С развитием пилотируемых программ облик станции постоянно менялся и к 65-ому появилась идея сделать её, используя в качестве базы верхнюю ступень (S-IVB) ракеты-носителя Сатурн-1В. Выводить себя на орбиту она должна была самостоятельно (на иллюстрации видно двигатель справа), затем астронавты должны были переоборудовать бак на орбите под жилые помещения. На эти работы по плану отводились 4 дня. После чего экипаж ещё 28 дней проводил бы на орбите, проводя исследования. Следующая миссия должна была проработать на орбите 56 дней. Такой план прорабатывался для станции программы Apollo Applications в 1966-67 году. Apollo Applications (Приложения к программе Аполлон) — это программа дальнейшего развития наследия лунной гонки, предусматривающая использование ракет семейства Сатурн и кораблей Аполлон для работ на низкой околоземной орбите. Планы и тут были масштабные: запустить три станции с солнечными обсерваториями (Apollo Telescope Mount) и ещё три станции побольше, которые должны были выводиться Сатурном-5. Данный план НАСА предложило в марте 1966-ого и чиновники Бюджетного бюро выразили явное неудовлетворение этой затеей. Мало того, что военные в это время думали над собственной станцией, так и Аполлон ведь требовал значительных сумм. Две дорогостоящие космические программы были слишком расточительны. А ещё где-то в лесах Вьетнама бравые американские солдаты попадали в капканы вьетнамцев. Там война сжигала миллионы долларов в огне напалма, а здесь их сжигали ракеты Вернера фон Брауна. В итоге на 1967-ой Джордж Миллер (George Mueller прим: читается как Миллер), возглавлявший Управление пилотируемых полетов и курирующий программу космической станции, смог выпросить лишь 42 млн долларов, в то время как предполагал получить в 67-ом 450 млн и миллиард в 68-ом. Но и в 68-ом ситуация вышла не в его пользу. Космическая станция получила 253 млн. Этого с трудом хватало на то, чтобы запустить программу в производство. Ограниченный бюджет сработал как гильотина — проект был значительно переработан и превратился в знакомую нам Skylab. От идеи превращения ступени в станцию прямо на орбите отказались не только по финансовым, но и по техническим соображениям. Вы только представьте: на дворе 1968-ой год, человек только недавно вышел в открытый космос, а теперь астронавтам надо из пустой бочки собрать орбитальную станцию за 4 дня! Впрочем, разговоры о чем-то подобном ведутся и сейчас, компания NanoRacks проводит исследования о возможности автоматического захвата отработавших верхних ступеней ракет-носителей и превращения их в орбитальные станции. Создание станций должно происходить без непосредственного участия людей на орбите, т.е. силами роботизированных аппаратов. Однако вернемся на полвека назад. Чем дальше продвигалось проектирование SkyLab, тем очевиднее становился иной подход к созданию станции. Было решено собрать её на земле из верхней ступени Сатурна-5 и запустить уже в готовом виде на этой же ракете. Этот путь хоть и требовал запуска сверхтяжа, но был проще с технической точки зрения.

Skylab на орбите. По центру видно модуль Apollo Telescope Mount

На создание Skylab в том виде, в котором она была создана, переключились в 69-ом, когда уже была произведена успешная высадка на Луну, а администратор Джеймс Уэбб (человек и телескоп) ушел с поста. К сожалению, финансирования хватило лишь на запуск одной станции и трех пилотируемых миссий. Причем и тут все пошло не совсем по плану. Станция получила повреждения при выведении, из-за чего потеряла одну солнечную панель, а вторую не смогла раскрыть. Экипажу миссии Skylab-2 (первая — это запуск самой станции) пришлось чинить станцию прямо на орбите, ставить теплозащитный экран и восстанавливать электропитание станции. Отличился и экипаж Skylab-4: мало того, что это была самая продолжительная миссия на орбите на то время, так ещё во время неё произошел самый настоящий космический бунт! Из-за плотного графика работ, в том числе постоянных дополнительных нагрузок сверх плана, экипаж принял решение устроить забастовку и целые сутки не выходил на связь с центром в Хьюстоне.

В целом, программу можно назвать успешной. Было поставлено множество экспериментов, изучено влияние космической среды на организм человека. И все же…всего три экспедиции? Неужели только этим бы и ограничились? Вторая, почти законченная станция так и не полетела из-за сворачивания программы. Оригинальная Скайлэб должна была дожить на орбите до первого полета шаттла, но солнечная активность негативно повлияла на её высоту и станция была сведена в 1979-ом.

Примечание: пока я писал эту статью, Стивен Лернер выпустил подробный материал об истории космических станций. Советую обратить внимание) Совпадения между нашими материалами обусловлены общими источниками.

На борту Skylab

Однако Skylab был лишь вершиной айсберга. В те же годы НАСА разрабатывало и другой план, своеобразной репетицией которого программа Skylab и должна была стать. Это масштабный проект, который продвигали Джордж Миллер, директор НАСА Томас Пейн и его заместитель  Гомер Ньюэлл.

Политика, застрелившая марсианскую программу. И что забыл шаттл на Марсе?

Томас Пейн — третий директор НАСА

Тут стоит сказать, что Пейн — это политическая сила, продвигавшая амбициозные планы агенства. Сама программа по обширным пилотируемым исследованиям дальнего космоса обязана появлением опять же Джорджу Миллеру. Сделаю очередное отступление, чтобы раскрыть роль этой выдающейся личности: именно Джордж Миллер напрямую связан с испытаниями компонентов программы Аполлон. По его проекту были проведены обширные наземные испытания ракеты Сатурн-5, что позволило сократить число испытательных полетов с 10 (которые предлагал Вернер фон Браун) до 2-ух, что несомненно позволило ускорить продвижение программы. Благодаря ему все полеты Сатурнов были успешными. И именно он считается «отцом» космического челнока.

Джордж Миллер в центре управления запусками на мысе Канаверал

К 68-ому году было разработано множество проектов, которые помогли бы человечеству исследовать дальний космос. К сожалению, несмотря на огромные успехи этих исследовательских программ, найти им применение никак не могли. Агенство было занято Аполлоном и решением постоянно возникающих проблем с ним: то двигатели F-1 взрывались из-за нестабильного горения, то обнаруживались проблемы с командным модулем (что привело к трагедии Аполлона-1), то выяснялись чудовищные недоработки с посадочным модулем. Поэтому агенство тянуло с принятием долгосрочных планов. К тому же, ушел Джеймс Уэбб. От нового главы, Томаса Пейна, почти ничего не ждали. Директор исследовательского центра Эймса, Ханс Марк, так отреагировал на утверждение кандидатуры Пейна: «О Боже, никто не будет обращать на нас никакого внимания«. Томаса Пейна выдвинули лишь с целью скинуть на него возможный провал Аполлона, но история рассудила иначе.

В 68-ом Джордж Миллер начинает активную работу над челноком. Начало положило его выступление на симпозиуме в штаб-квартире НАСА, где вместе с представителями компаний, занятых в ракетно-космической отрасли, обсудил перспективы многоразовой космической системы. Это выступление состоялось в декабре 67-ого и весь 68-ой год Миллер продолжал развивать эту идею. В августе 68-ого он выступил с речью при получении награды от Британского межпланетного общества, где сказал следующее:

(прим. : перевод вольный с сохранением смысла)

«Я считаю, что эксплуатация космоса ограничена высокой стоимостью вывода полезной нагрузки на орбиту и недоступностью выводимых объектов после их запуска. Поэтому я прогнозирую, что следующим важным направлением в космосе станет разработка экономичной ракеты-носителя для перемещения между Землей и такими установками, как орбитальные космические станции…

Эти космические станции будут использоваться в качестве лабораторий на орбите и будут обеспечивать возможности для изучения и понимания природы космоса. Они предоставят обсерватории для изучения солнца, планет и звезд за атмосферной завесой земли. Станции на орбите обеспечат базы для непрерывного наблюдения Земли и ее атмосферы на оперативной основе — для метеорологического и океанографического использования, для сбора и оценки данных о земных ресурсах, для связи и радиовещания, а также для управления наземным движением ….

Одним из применений этих станций, которое интригует планировщиков в течение многих лет, является возможность их использования в качестве баз топлива и снабжения, а также в качестве точек передачи на пути к высоким или дальним орбитам, к Луне или к планетам …

Для непрерывной работы космической станции необходима возможность пополнять запас расходных материалов, а также менять и/или увеличивать экипажи и лабораторное оборудование … Наши исследования показывают, что при использовании современного оборудования стоимость пополнения в течение года равна первоначальной стоимости космической станции ….

Следовательно, существует реальная потребность в эффективной транспортной системе «земля-орбита» — экономичном космическом шаттле … В идеале шаттл будет способен работать в режиме, аналогичном режиму крупных коммерческих воздушных перевозок, и быть совместимым с инфраструктурой крупных аэропортов …. Кабина космического челнока будет аналогична кабине большого межконтинентального реактивного самолета, содержащего все приборы, необходимые для завершения проверки на борту … Интересно, что описанная выше система экономичного космического шаттла может также применяться для перелетов с Земли на Землю.

Спейс Шаттл — это еще один шаг к нашему будущему. Мы пойдем туда, куда мы выберем — на нашей земле — через всю нашу солнечную систему и через нашу галактику — в конце концов, чтобы жить в других мирах нашей вселенной. Человек никогда не будет удовлетворен чем-то меньшим».

Можно сказать, что Джордж Миллер в каком-то смысле Илон Маск своего времени)

Концепция многоразового челнока буквально захватила его, и вскоре он начал проработку масштабного плана, для которого этот самый челнок и пригодился бы. В октябре 68-ого Исследовательский центр Маршалла и Управление пилотируемых полетов объединили усилия в разработке будущего шаттла.

К тому моменту различные компании успели предложить собственные концепции многоразового транспорта: Astrorocket от Martin Marietta, уже упоминавшийся Dyna-Soar, StarClipper от Lockheed, своя идея была и у McDonnell Douglas. Эти проекты разрабатывались совместно с центром Маршалла, и их исследование продолжилось с подачи Миллера в 68-ом.

Но в тот же год консультативная группа, возглавляемая физиком Чарльзом Таунсом, раскритиковала идеи Миллера о космической станции, шаттле и Марсе:

«Мы против любой нынешней приверженности строительству большой космической станции … Концепция «пилотируемой космической станции», предложенная в качестве программы на конец 1970-х годов, вызывает сомнения. Это явно не эффективный способ продолжать демонстрацию наших возможностей пилотируемого изучения космоса … Поэтому кажется преждевременным принимать твердую программу относительно предлагаемой пилотируемой космической станции».

О космическом шаттле: «Удельные затраты на увеличение полезных нагрузок в космос могут быть существенно снижены, но это требует увеличения количества рейсов в сочетании с дорогой программой разработки. Мы не рекомендуем начинать такое развитие событий.

О пилотируемом полете на Марс: «Подавляющее большинство целевой группы в настоящее время не поддерживает создание пилотируемого посадочного аппарата или орбитального спутника. Было бы нежелательно определять в настоящее время новую цель, которая является одновременно очень амбициозной по своим масштабам и весьма ограничительной по графику, как например, пилотируемая посадка на Марс до 1985 года, хотя такая цель и может быть достижима. Такое обязательство, принятое сейчас, может помешать нашей способности установить надлежащий баланс между пилотируемой и научными и прикладными программами. 

Кроме того, эта же группа предложила радикально снизить финансирование пилотируемых программ: до 1,25 млрд долларов к 1972-ому. Такое развитие событий задело даже Томаса Пейна, который решил сразу же спросить дополнительное финансирование. Таким образом он сразу дал понять, что выступает против снижения бюджетов. Пейн вообще проявил себя не так, как того хотели власти. Вместо мягкого и податливого управленца они получили человека, который вместе со своим заместителем  Гомером Ньюэллом и Джорджем Миллером будет отстаивать планы на широкое исследование космоса.

К 69-ому году марсианские проекты несколько раз успели как профинансировать, так и зарубить на корню. Джордж Миллер не мог игнорировать то, что было создано в рамках проекта NERVA и вписал их в собственную программу. Так, проект ядерных челноков получил очередную возможность на реализацию…

Вариант ядерного шаттла с двигателем NERVA

Что такое NERVA? Это проект ядерного ракетного двигателя, разработанный в Лос-Аламосской лаборатории, Нью-Мексико. Толчком к старту программы стала статья физика-ядерщика Роберта Бассарда, в которой он, на основе недавних исследований по сокращению размеров реакторов, предположил возможность создания ядерного ракетного двигателя. Исследования длились до 1972 года. За время работы удалось построить несколько реакторов разных мощностей и испытать их. Первая версия реактора Kiwi была тяжелой и вырабатывала только 70 мегаватт. В 59-ом реактор проработал пять минут, в 62-ом его смогли вывести на мощность 500 мегаватт. Но во время испытания двигатель был разрушен: «параллельно с быстрым увеличением мощности было быстрое увеличение частоты вспышек света из сопла. При достижении 500 МВт вспышки были настолько впечатляющими и такими частыми, что испытание было прекращено <…>  Быстрая разборка подтвердила, что вспышки света были частями реактора, выбрасываемыми из сопла. Дальнейшая разборка и анализ показали, что более 90 процентов деталей реактора были повреждены, в основном на горячей части активной зоны» (цит. Джеймс Дьюар)

Причиной аварии стали вибрации, создаваемые газом, протекающим через сердечник, который раскалывает урановые топливные элементы. А уже в 64-ом двигатель успешно проработал 8 минут на мощности 900 мегаватт и продемонстрировал эффективную скорость выхлопа 24 450 футов в секунду. Затем последовали испытания реактора NERVA и других компонентов двигателя.  В декабре 1967 года экспериментальная версия NERVA прошла 60-минутный тест и вышла на мощность 1100 мегаватт. Это был большой успех, однако пока тесты шли, политики продолжали грызню за бюджет.

Испытания ЯРД на полигоне в Неваде

На протяжении 68-ого и 69-ого годов Джордж Миллер и заместитель директора НАСА Гомер Ньюэлл разрабатывают план развития агенства. К 70-ому году он оформился в следующее:

Космический шаттл, который будет доставлять грузы и астронавтов на орбиту.

Космический буксир : он будет служить транспортным средством общего назначения, которое будет базироваться в космосе и возвращаться на Землю только через редкие интервалы, если вообще будет. Это будет опираться на способность шаттла нести пропелленты в значительных количествах. Буксир будет функционировать как «вспомогательный силовой модуль, способный транспортировать людей, космические корабли и оборудование по всему цислунному пространству». Это также обеспечило бы переправу с орбитальной станции Луны на поверхность Луны.

Ядерный шаттл : эта многоразовая ракета будет опираться на ядерный двигатель NERVA. Он будет работать на низкой околоземной орбите, на лунной орбите и на геосинхронной орбите, благодаря исключительно высокой производительности, позволяющей переносить тяжелые грузы и выполнять значительные объемы работы с ограниченными запасами жидко-водородного топлива. В свою очередь, ядерный челнок получит это топливо от космического челнока.

Эти аппараты должны были обслуживать различные орбитальные станции и станции на Луне и Марсе. Кроме того, говорилось и о возможности вывода и обслуживания с помощью шаттлов дорогостоящих исследовательских аппаратов, таких как космические телескопы.

У заместителя директора была своя программа, которая была проработана раньше и именно она была представлена в финансовом отчете Космической целевой группы — комитета, который рассматривал вопрос дальнейшего будущего агенства, в то время как план Миллера остался приложением. Но с подачи Пейна агенство стало подробнее рассматривать интегрированный план Миллера и именно он стал основой видения путей развития НАСА.

Теперь предстояло отвоевать деньги под обозначенные задачи. План Миллера предполагал высадку на Марс в 1986 году, для чего Томас Пейн смело запрашивал колоссальные 10 млрд в год. Этот план Космическая целевая группа и хотела представить на слушаниях в Конгрессе. В то же время глава Бюджетного бюро Роберт Мейо, уже зная о том, что Никсон желает сократить расходы на космос после Аполлона, тоже разрабатывает несколько вариантов финансирования агенства. Согласно первому плану ядерные челноки сворачиваются, но сохраняется SkyLab с тремя полетами Аполлонов к ней, сохраняются 6 посадок на Луну, после чего программа Аполлон сворачивается, а производство её компонентов останавливается. В то же время рекомендуется начать разработку челнока и большой станции к 1979 году. Бюджет первого плана — 3,5 млрд в год. Два последующих плана урезают программы ещё сильнее: 2,5 млрд в год, SkyLab,три полета к станции, 6 посадок на Луну, станция Титан-Джемини к 1980 году. НО НИКАКИХ ЧЕЛНОКОВ. А урезание челнока грозит закрытием исследовательского центра Маршалла.

Однако настоящим кошмаром НАСА мог стать план на 1,5 млрд — полное закрытие пилотируемой программы после Аполлона-14 и переход на автоматические межпланетные станции. Это и чудовищные сокращения, закрытие исследовательского центра Маршалла и центра пилотируемых полетов, уничтожение всего задела пилотируемых программ. Но этот крайний вариант был нужен лишь для того, чтобы напугать как власть, так и приструнить непокорного Томаса Пейна — никто не захочет закрывать пилотируемую программу, но само то, что это рассматривали, должно было умерить аппетиты агенства.

Сам Мейо не хотел сильно сокращать бюджеты НАСА, он даже писал Пейну, что была возможность постепенного увеличения бюджета, но и ввязываться в дорогостоящие программы по типу Аполлона никто больше не собирался. Аполлон к 70-ому году сожрал 23,85 млрд долларов, каждая миссия требовала порядка 400 млн долларов (по курсу тех лет) и к тому времени программа подвергалась критике за такое «пустое» растрачивание средств. В стране проходили массовые протесты, требовались средства на социальные программы, да и пресловутый Вьетнам бомбить надо — Конгрессу и президенту было не до марсианских мечтаний директора НАСА.

Финансовые войны продолжались несколько лет. Пейн искал способы сохранить свои планы и особенно челнок и в новых реалиях принял решение сократить количество миссий Аполлон, отменив Аполлон — 18 и 19 (освободив тем самым 800 млн), закрыть производство ракет Сатурн-5 (одна из оставшихся как раз и вывела SkyLab, а другие отправились в музеи), а после миссий к станции закрыть и производство Сатурн-1 (т.к. она вступала в конкуренцию с армейской Титан-III), кроме того Пейн сдвинул миссии Викингов на Марс (с 1973 на 1975). Вследствие всех урезаний сокращалась и численность сотрудников: со 190 тысяч до 140 (а ведь в 66-ом НАСА задействовало под Аполлон 400 тысяч человек!) Но даже эти жертвы были недостаточны. На слушаниях в Конгрессе активно говорили о том, что на деньги, выделяющиеся на поиск микроба на Марсе можно построить тысячи домов, решить проблемы сельского хозяйства и т.д. Вот, например, что говорил сенатор штата Миннесота Уолтер Мондейл:

«Этот пункт включает фундаментальное и глубокое решение о будущем направлении эры пилотируемых космических полетов. Это, по сути, следующая программа типа луны. Я считаю, что было бы бессовестно начинать проект с такими ошеломляющими затратами, когда многие из наших граждан недоедают, когда наши реки и озера загрязняются и когда наши города и сельские районы умирают. Каковы наши ценности? Что мы считаем более важным?»

Такие мнения не снискали популярности, но свой вклад в сокращения бюджетов внесли. По итогу, к 75-ому году бюджет агенства сократился до 3,255 млрд долларов, из которых 110 млн можно было потратить на исследование по программе челноков. К тому времени с поста ушел Томас Пейн — он сделал что мог, у него получилось сохранить минимальный уровень финансирования, но дальше бороться не было смысла. Перед уходом он наметил долгосрочный план для НАСА до 2000 года, в котором были и базы на Луне и Марсе, и даже боевые космические корабли — в общем, Звездные войны в реальной жизни. Затем ему предложили выгодный контракт с General Electric и он подал в отставку. Ушел и Джордж Миллер. И все-же шаттл уцелел.

Где же найти поддержку, если мирные концепции никому не интересны? Какое ведомство тратит миллиарды ежегодно? У кого огромное политическое влияние? С кем НАСА сотрудничает долгие годы? Конечно же военные, а именно ВВС.

НАСА сотрудничало с ВВС со времен основания агенства. Они согласовывали разработку ракет-носителей, НАСА участвовало в проектировании и анализе данных при испытаниях различных летательных аппаратов, от Х-15 до ХВ-70 Валькирии и SR-71. Военные были заинтересованы в инженерах и ученых агенства, а оно в свою очередь было заинтересовано финансовыми и техническими возможностями ВВС. Сотрудничество безусловно выгодное для обеих сторон.

Как было отмечено ранее в этом материале, ВВС в свое время активно думали над разработкой такого аппарата как X-20. Он был не то разведчиком, не то вообще бомбардировщиком — в общем, как-то не сложилось тогда. Да и предпочтение отдали гражданской программе Джемини. Затем новый конфликт — военная станция MOL и проект станции по программе Apollo Aplications. Предпочтение сначала отдавалось военной станции, но масштабные изменения её под совместное с НАСА пользование подняли стоимость и от неё было решено отказаться в пользу SkyLab.

Так зачем ВВС челнок? С одной стороны военные хотели свой пилотируемый аппарат на орбите, а с другой им нужен был хороший носитель для своих спутников: Корона, Гамбит и КН-11. Кроме того, можно было и вернуть спутник с орбиты (как свой, так и гипотетически чужой). Итого, шаттл может запускать как гражданские, так и военные грузы, осуществлять разведку и т.д. Неплохое предложение на первый взгляд. И все же ВВС имели достаточно выгодные ракеты Титан для запуска спутников, они более чем отвечали требованиям ведомства. Челнок же был бы приятным приобретением, если бы был сделан так, как военные того хотели.

Концепция челнока от конструктора Макса Фаже (участвовал в разработке кораблей Меркурий, Джемини, Аполлон)

До 1969 года в НАСА думали над проектом Макса Фаже — двухступенчатого, полностью многоразового ракетоплана с прямыми крыльями на обеих кораблях. Большой ракетоплан, выполняющий роль первой ступени тоже был пилотируемым. Полная многоразовость должна была обеспечить максимальное снижение расходов. Но и затраты на разработку были велики. Другой проблемой были крылья. Бытует мнение, что прямые крылья для челнока были бы предпочтительнее и искания с дельтовидным крылом были переусложнением. Но это не совсем так. Прямое крыло очень плохо ведет себя на сверхзвуке и гиперзвуке, что было выявлено в ходе испытаний различных сверхзвуковых аппаратов (например Bell X-1). Фаже придумал оригинальную схему взлета и посадки кораблей, но ВВС отклонили эти решения, посчитав их слишком опасными. с дельтой было проще. Кроме того, военные, раз уж им позволили решать вопрос конфигурации челнока, захотели иметь возможность одновиткового полета и того самого бокового маневра — все это было возможно лишь с дельтовидным крылом. Одновитковый полет был нужен не только для разведки — на случай нештатной ситуации он тоже мог пригодится. В целом, возможности дельтовидного крыла были больше, да и опыта на сверхзвуковых самолетах уже было достаточно, поэтому было решено дать челноку именно дельтовидное крыло. Был вопрос и с грузовым отсеком, о котором Джорджу Миллеру ещё в 69-ом на неофициальной встрече сказал Михаил Яримович (главный научный сотрудник ВВС США в 70-х годах):

«НАСА нуждалось в поддержке ВВС, как для полезных нагрузок, так и в Конгрессе. Я сказал Миллеру, что мы поддержим Шаттл, но только если он даст нам большой отсек полезной нагрузки и возможность бокового маневра, чтобы мы могли вернуться в Ванденберг после одной орбиты. Миллер знал, что это означало бы превращение любимого дизайна Макса Фаже с прямым крылом в дельта-крыло, но у него не было выбора. Он согласился«.

В это время НАСА пытается определиться с вариантами будущего корабля, параллельно ведя неформальные переговоры с ВВС и воюя с Бюджетным бюро:

Варианты челнока. Как видим, ещё далеко от того, что вышло в итоге. На 4-ой иллюстрации концепция Фаже

НАСА все ещё хотело делать огромный челнок по концепции Фаже, но ВВС к 71-ому настояли на иной концепции. Подрядчики НАСА — NorthAmerican Rockwell, McDonnell-Douglas, Grumman — предлагали множество проектов будущего челнока. Варианты различались компоновкой ускорителей, крыльями, размерами систем, все были очень разные, но одно оставалось неизменным: самолетная посадка и возможность вывода большого количества груза. Но вскоре внимание было приковано к Rockwell:

Один из проектов NorthAmerican Rockwell
Сравнение размеров различных вариантов челнока: полностью многоразовый с внутренними баками, вариант с внешним водородным и внутренним кислородным баком, вариант с большим внешним баком для обоих компонентов топлива

Чем меньше челнок — тем меньше затраты на дорогую теплозащиту. Вариант от Rockwell в итоге и станет основой будущего шаттла, а сама компания станет главным подрядчиком.

Стоял вопрос и о материалах. Изначально челнок хотели делать из титана, как некоторые военные самолеты. С титаном можно сделать меньшую теплозащиту с одной стороны и увеличить прочность с другой. НО! Титан был не дешевым, требовал высококвалифицированных специалистов, которые уже заняты на военных предприятиях, необходимы специфические технологии сварки и обработки металла. Минусов много, а прорыв в материаловедении позволил сделать отличную теплозащиту, те самые кремнеземные плитки — легкие и способные выдержать 2500 градусов по Фаренгейту. Было решено выбрать алюминий — материал, хорошо зарекомендовавший себя в аэрокосмической отрасли.

И все же вопрос с компоновкой системы был очень сложен. В НАСА разрабатывался даже вариант с крылатой версией первой ступени Сатурна-5. Но как видим, в 71-ом идея внешнего бака и твердотопливных ускорителей по бокам уже появилась. Справедливости ради, стоит отметить, что сходные концепции отмечались ещё в наработках Grumman (Thrust Assisted Hydrogen-Oxygen) и McDonnell-Douglas (Rocket Assisted Take-Off)

Крылатая версия первой ступени Сатурна. Эскиз Боинг

Не без давления со стороны военных (уже использующих твердотопливные ускорители на Титан-III), и ограничений бюджета, НАСА было вынуждено отложить (закрыть) разработки по концепции Фаже с пилотируемым разгонным аппаратом и принять твердотопливные ускорители. Поспособствовал в этом и доклад Клауса Хейса, который работал в фирме Mathematica. До этого в этой фирме заказывали расчет стоимости запуска полностью многоразовой версии. Хейс же пересмотрел отчеты и сделал собственный анализ с расходуемыми компонентами (баками и ускорителями). Выходило в те же суммы по запуску и намного дешевле в разработке. А сэкономить агентству надо было. Программа опасно переходила рубеж в 11 млрд и стремилась к суммам Аполлона. Но благодаря решению с ускорителями и внешним баком сумма сократилась до 6 млрд (но конечно же лишь на бумаге, в реальности же, к моменту первого полета Колумбии стоимость разработки подошла к 10 млрд). Та же фирма Mathematica дала и экономическое обоснование необходимости челнока, сравнив его с ракетой Титан. Сравнение вышло спорным, для того, чтобы окупиться, шаттлу нужно было минимум 39 полетов в год, а иначе шаттл едва ли был дешевле Титана. Однако в первых полетах скорее всего суммы были сходны, но последующие проблемы программы резко увеличили стоимость запуска, доведя её 700 миллионов к последним запускам. Здесь играют роль и проблемы отдельных миссий, и увеличенное количество процедур при межполетном обслуживании, и инфляция, и увеличивающиеся расходы на поддержание челноков в рабочем состоянии, и многие другие составляющие.

Отдельная проблема касалась и двигателей. У Rocketdyne был большой опыт работы с двигателями J-2 и в какой-то момент даже велись разговоры о возможности использования их в качестве главных двигателей челноков. Они могли перезапускаться, работали надежно, отдельные экземпляры показывали более 6 часов работы без ремонта. Но все же их показатели были не велики и в качестве главных двигателей они не годились. Было решено модернизировать J-2 и превратить его в аэроспайк — двигатель, одинаково эффективно работающий как в атмосфере, так и в вакууме.

Клиновоздушный двигатель на основе J-2. Тридцать лет спустя компания построит опытный образец для нового челнока Venture Star, но программа закроется, не дойдя до летных испытаний

Тем временем, компания Pratt & Whitney получает контракт от ВВС на разработку двигателя XLR-129. Его тяга по контракту должна составлять 250 000 фунтов (113,4 тонн). Компания начинает долгие исследования и берет за основу схему обычного сопла-колокола, но делает ставку на использование восстановительного газогенератора.

Схема XLR-129 с одним газогенератором

в 69-ом году Вернер фон Браун написал письмо этим двум компаниям, в котором задал ключевые вопросы, касательно двигателя шаттла:

Готова ли индустрия взяться за жесткое проектирование и разработку, двигателя, работающего, скажем, с тягой на уровне моря 800 тыс. Фунтов, который будет отвечать требованиям космического челнока?

 Является ли это технически возможным, и может ли быть организована упорядоченная программа развития в соответствии с датой PFRT (Предварительного испытания готовности к полету) в середине 1974 года с одновременной поставкой первых двигателей для полета?

 Сформулируйте 10 основных технически проблемных областей которые можно ожидать при реализации программы развития двигателя. 

Если после фиксации конструкции двигателя необходимо повысить тягу на 15–25%, какие изменения в конструкции потребуются и как вы оцениваете возникшие проблемы?

К 1970-ому про аэроспайк тихонько забыли (чтобы вернуться через 30 лет и снова забыть) и поддержали концепцию двигателей с соплом-колоколом. С того же года началась борьба между Rocketdyne и Pratt & Whitney за контракт на поставки двигателей для челноков. К тому моменту у Pratt & Whitney были наработки по XLR-129, а Rocketdyne потратили время впустую. Но они быстро нагнали и перегнали конкурентов, успешно испытав отдельные узлы будущего двигателя при расчетных показателях тяги в 505 700 фунтов (229,38 тонн). Т.к. полноценный двигатель собрать не успевали, вместо турбонасосных агрегатов использовали резервуары с топливом под высоким давлением (вытеснительная подача топлива). Это сработало и НАСА выбрало Rocketdyne для поставки двигателей челноков.

Испытания двигателя Rocketdyne

В 1972 году челнок наконец-то получил проработанный эскизный проект, какое-никакое обоснование эффективности и поддержку со стороны военных. Да и Никсон не хотел все-же закрывать пилотируемые программы насовсем. Шаттл был и в его интересах тоже: шаттл вдохновит общество, отвлечет от провалов на других фронтах. 5 января 1972 года Ричард Никсон одобряет программу Space Shuttle. НАСА после внутренних исследований запрашивает сумму 5,15 млрд. Конгресс выделяет деньги. Тем временем идеи о скором полете на Марс отправляются на дальнюю полочку и покрываются пылью.

Директор НАСА Джеймс Флетчер и Ричард Никсон утверждают программу челноков

Коротко о техническом устройстве шаттла

Запуск шаттла Атлантис

Стыдно признаться, но в детстве (не таком-то и далеком к слову) я удивился тому, что из большого оранжевого бака не торчат ракетные двигатели. Ведь мы привыкли, что ракета — это баки с топливом, а внизу располагаются огнедышащие реактивные монстры. Но шаттл… Он был таким странным, казалось, что он вот-вот завалится, особенно, когда на старте выполнял разворот. Но он летел и был прекрасен. Красивый белый орбитальный самолет. Жаль, мы больше не увидим их в действии, но когда-нибудь я попробую увидеть их в живую в музее. Но закончим с этим лирическим отступлением.

Главный компонент системы — орбитер, сам корабль. Планер сделан из алюминия и покрыт различными вариантами теплозащиты. Для защиты наиболее уязвимых частей корабля (нос, кромки крыльев) использовались плитки из композита «углерод-углерод», плитки из кремнезема, покрывающие нижнюю часть челнока, волокнистые огнеупорные покрытия, гибкие изоляционные покрытия и ещё несколько вариантов теплозащиты в местах с низкой температурой.

Шаттл Дискавери перед разворотом на подлете к МКС. Видны варианты теплозащиты и двигатели системы орбитального маневрирования

Корабль имеет дельтовидные крылья с небольшим размахом, из-за чего стабильный полет возможен лишь при больших скоростях. Прим.: в ролике «Как посадить Спейс Шаттл» Брет Коупленд говорил, что аэродинамика шаттла была… как у кирпича)

Корабль имеет систему орбитального маневрирования, которая работает на монометилгидразине и тетраоксиде диазота. И конечно САМОЕ ГЛАВНОЕ: три SSME (Space Shuttle Maine Engine) RS-25. Пожалуй, это она из самых спорных частей челнока. RS-25 — это кислород-водородные двигатели закрытого цикла с восстановительным газогенератором. Главные двигатели челнока были созданы компанией Aerojet Rocketdyne. Это двигатели обладают наибольшим показателем удельного импульса, они доказали свою надежность при эксплуатации, но есть у них один недостаток — цена. Они слишком сложны и дороги в производстве, кроме того, после каждого полета двигатели снимали и отправляли в центр Стенниса для проверок и стендовых испытаний. По данным Тима Додда, автора канала Everyday Astronaut, цена одного экземпляра RS-25 больше 50 млн долларов (по текущему курсу). Но совсем недавно НАСА заключило контракт с Rocketdyne, по которому стоимость модифицированного под SLS двигателя составляет 146 млн за единицу.

Обслуживание главных двигателей шаттла

Ну и немного характеристик по размерам: длина челнока — 37,24 м, размах крыльев — 23,79 м, размер грузового отсека — 18,3 м на 4,6 м.

Челноки собирали буквально всей Америкой. Тысячи субподрядчиков трудились над каждым кораблем. Все это также вносило лепту в дороговизну каждого корабля.

Но сам корабль себя не выведет на орбиту. Ему нужны ускорители и внешний бак, чтобы питать три SSME. Ускорители делала фирма Thiokol, а бак Martin Marietta (Lockheed Martin). И именно эти компоненты сыграли роль в двух катастрофах челноков.

Отработавший топливный бак миссии STS-114
Устройство ускорителя шаттла

Первый полет

Колумбия на стартовом столе. Первый полет программы, STS-1, 1981 год

12 апреля 1981 года, именно в День Космонавтики, шаттл Колумбия отправился в свой первый полет. Вы можете увидеть, что бак ещё белый и немного отличается по размерам. В испытательный полет отправились астронавты Джон Янг и Роберт Криппен. Полет длился 2 дня, 6 часов и 20 минут (и 53 секунды). Посадка была осуществлена на авиабазе Эдвардс на самую длинную полосу (грунтовая полоса). Все системы корабля функционировали исправно, но…уже в первом полете обнаружилась проблема с теплозащитой — 148 плиток были утеряны! Так и не удалось точно выяснить когда они отвалились, но тогда повезло, что это не вызвало критических повреждений. Плитки, в небольшом количестве, продолжали отваливаться ещё не раз. А помимо плиток отваливались и куски пены с внешнего бака.

Челленджер. Преступная халатность менеджеров программы

Экипаж миссии STS-51L. На переднем плане: Майкл Смит, Фрэнсис Скоби, Роналд МакНейр. На заднем плане: Эллисон Онидзука, Криста Маколифф, Грегори Джарвис, Джудит Резник

Этот запуск должен был вдохновить нацию, вдохновить детей на покорение и исследование космоса. Первый запуск гражданского человека в космос. Первая учительница в космосе — Криста Маколифф. Она была предана своему делу, любила учеников и мечтала провести урок с орбиты для своих воспитанников и миллионов школьников, которые будут смотреть эфир. Она пять месяцев тренировалась, чтобы полететь на самом надежном из челноков — Челленджере, но 28 января 1986 года запомнилось не радостью Кристы, увидевшей Землю из космоса, а ужасной трагедией, случившейся на 73 секунде полета.

Файл из Википедии (потому что схема понятная)
Разрез соединения двух секций твердотопливного ускорителя челнока: A — стальная стенка толщиной 12,7 мм, B — основное уплотнительное кольцо, C — резервное уплотнительное кольцо, D — укрепление оболочки, E — секции ускорителя, F — теплозащитная изоляция, G — покрытие, H — герметизирующая паста, I — ракетное топливо

Причиной гибели челнока стал правый ускоритель…Нет, правильнее будет сказать — причиной гибели экипажа стала халатность менеджеров программы. Инженер компании Thiokol Роджер Божоли не раз пытался обратить внимание руководства на проблему соединения секций ускорителя. Об этой проблеме было известно даже до первого полета. В компании McDonnell Douglas обсуждали этот момент, хоть и с иной перспективы. Они писали о том, что прожиг твердотопливного ускорителя (а это было не таким редким явлением) приведет с гибели корабля и экипажа, ведь в разрабатываемой конфигурации челнока система аварийного спасения не предусмотрена. Компания Thiokol раньше делала твердотопливные ракеты — ускорители для Титана, но там секции соединялись иначе. Предложенный ими вариант соединения был раскритикован НАСА. От проходящей по ускорителю ударной волны, при зажигании, соединение может перестать быть герметичным, раскаленные газы проникнут в него, прожгут уплотнительные кольца и газы выйдут наружу, повреждая внешний топливный бак. Возможность такого развития событий показали тесты с водой при повышенном давлении. Но в Thiokol особо не прислушивались. В результате при вскрытии ускорителей миссии STS-2 обнаружилось опасное повреждение ускорителей. А потом это произошло с предшествующей запуску Челленджера миссией шаттла Атлантис — STS-61B. Тот самый Роджер Божоли заметил эту проблему и пытался отменить старт. Но менеджеры программы не придали значения опасности и дали добро на старт. Холодная погода, значительно снизившая эластичность резиновых уплотнительных колец ускорителя, изначальный конструкционный дефект и наплевательское отношение руководства привели к трагедии.

Выброс черного дыма от прогорания колец из правого ускорителя. Первые две секунды после зажигания ускорителей

Две секунды шел дым из ускорителя. Затем он исчез. На 58 секунде по челноку ударил сильный боковой ветер. Затем упало давление в правом ускорителе и пламя прожгло его корпус. Оно било в крепление. Затем ускоритель отсоединился, ударил по баку и корабль был разрушен в огненном шаре. Кабина уцелела при взрыве и трое членов экипажа (Майкл Дж. Смит, Эллисон С. Онидзука и Джудит А. Резник) были живы те несколько минут, пока она падала в океан со скоростью более 300 км/ч. Шансов на спасение у них не было.

73 секунда полета

Взрыв произошел не на стартовом столе, вероятно, из-за состава топлива, в которое в качестве катализатора добавляют алюминий. Окислы алюминия закупорили место прожига и шаттл смог оторваться от стартовой площадки. Но сильный порыв бокового ветра выбил пробку из шлаков и прогорание продолжилось.

Катастрофа Челленджера имела ряд последствий:

Во-первых, была изменена конструкция боковых ускорителей. Было добавлено третье кольцо (что также критиковалось впоследствии), усилены стенки в местах соединений.

Во-вторых, после Челленджера на борт шаттлов больше не брали гражданских.

В-третьих, стало больше предстартовых и межполетных проверок.

В-четвертых, отменена программа запусков шаттлов на полярные орбиты с космодрома Ванденберг, которую планировали начать после того полета. Но теперь никто не хотел рисковать людьми из-за военных спутников. Но до катастрофы шаттлы успели запустить несколько военных аппаратов.

В-пятых, отменен проект орбитальной станции из внешнего топливного бака. НАСА планировали использовать один из баков в качестве станции. Дело в том, что оранжевый бак практически выводится на орбиту и обладает 98% орбитальной скорости. Если бы можно было придать ему бОльшую скорость, то из него было бы возможно сделать просторную станцию, превосходящую SkyLab. Это должен был быть возврат к идее «влажной мастерской», которую хотели реализовать ещё в Apollo Aplications. Эксперименты с баком должны были начаться после Челленджера. Но и их катастрофа сгубила.

После гибели Челленджера НАСА заказали постройку пятого челнока на замену погибшему. Он получил имя Индевор.

Катастрофа Колумбии

Колумбия подходит к старту в последний раз

16 января 2003 года шаттл Колумбия отправился в свой последний полет. Миссия STS-107 продлилась 15 дней и первого февраля шаттл вошел в атмосферу Земли. Второй челнок за 17 лет погиб. 14 человек за 17 лет. И так же как с катастрофой Челленджера, о неполадках Колумбии знали заранее.

Экипаж Колумбии, миссия STS-107
Передний план: Рик Хасбанд, Калпана Чавла, Уильям МакКул
Задний план: Дэвид Браун, Лорел Кларк, Майкл Андерсон, Илан Рамон
Распадающийся шаттл в небе над Техасом

О проблеме отваливающихся кусков теплоизоляции от внешнего топливного бака руководство НАСА знало хорошо. Это было частое явление, иногда эти куски били по обшивке, но критических повреждений не наносили. В день запуска кусок пены размером с чемодан и весом 800 грамм отделился от бака и пробил теплозащиту кромки левого крыла. Повреждение было нанесено в районе 8 защитной панели. Конкретное место удалось установить благодаря данным бортового самописца, который был установлен на Колумбию ещё для первого испытательного полета. На других шаттлах бортовых самописцев не было.

Моделирование ситуации после катастрофы показало, что пробоина могла иметь диаметр порядка сорока сантиметров.

Повреждение восьмой панели в результате эксперимента

О том, что Колумбия была повреждена, в НАСА знали ещё в день старта, когда просматривали записи запуска челнока. Одна из камер смогла зафиксировать момент удара пены о кромку крыла. Но консультанты НАСА решили, что ничего серьезного не произошло. Экипаж узнал об этом лишь 23 января, но им не сообщили, насколько серьезными могут быть последствия. Всего лишь один выход в открытый космос и можно было бы начать спасение экипажа. Но не было ни выхода, ни данных со спутников.

Можно ли было спасти шаттл? Скорее всего нет. Но можно было попытаться спасти экипаж. После катастрофы был разработан план спасения экипажа на случай подобных аварий. Согласно нему, для спасения Колумбии можно было отправить шаттл Атлантис и произвести стыковку. Экипаж Колумбии бы спасся на Атлантисе и вернулся на Землю, а сам поврежденный шаттл был бы сведен с орбиты.

После катастрофы Колумбии количество предстартовых процедур снова увеличилось. Едва не была отменена (вернее была отменена, но потом возвращена) последняя миссия по обслуживанию телескопа Хаббл. Следующий полет STS-114 (Атлантис) произошел 26 июля 2005 года. И с тех пор шаттлы выполняли маневр переворота на подходе к МКС, чтобы экипаж станции мог осмотреть теплозащиту челнока. Но дни шаттла были сочтены. Как только МКС будет полностью достроена, программу Спейс Шаттл закроют.

Атлантис выполняет первый маневр переворота

Итоги:

Может показаться, что я хотел показать лишь негативные стороны шаттла. Да, система Спейс Шаттл — это осколок масштабной программы, под нужды которой он и должен был разрабатываться и должен он был выглядеть иначе. И все же эта программа полна и успехов. Шатллы запускали телескопы, спутники, сами служили орбитальными станциями. Шаттлы сыграли огромную роль в постройке МКС, собственно для чего изначально и планировались в далекие 60-е. Конечно станцию можно было сделать и без челноков, но она была бы другой. Нынешняя конфигурация большой станции с ферменными конструкциями невозможна без челноков.

В конце-концов именно благодаря создателям челноков и отважным людям, летавшим на них, мы можем наслаждаться снимками телескопа Хаббл. Без них эта громадина могла бы остаться слепой. Без них телескоп, даже если бы был полностью рабочим, давно бы сошел с орбиты. Благодаря программе челноков и аппаратам, которые они выводили, мы узнали множество тайн Вселенной. Но все же программа далека от идеала. Во многом из-за того, что шаттл был способен на большее.

Первая экспедиция к Хабблу. STS-61. 1993 год. Фрэнклин Масгрейв работает в открытом космосе с помощью манипулятора Канадарм

У шаттла были очевидные проблемы с безопасностью. Сама конструкция не позволяла адекватной реализации системы аварийного спасения. Единственный вариант — прыгнуть с парашютом — был практически неосуществим в подавляющем большинстве чрезвычайных ситуаций. Шаттл был допущен к полетам с явными техническими недоработками, получившимися как вследствие недостатка финансирования, так и по попустительству руководства. Хрупкая теплозащита, отваливающаяся изоляция бака, слабые соединения секций ускорителей — все это не раз могло погубить экипаж и многие миссии были на грани катастрофы, что выяснялось уже после полетов.

Да и экономичным челнок не был. При недостаточном количестве тестов — возможно. Но как только его стали разбирать до винтика экономичность растаяла и обнаружилась высокая стоимость запуска. Запускали их не так часто, как хотелось (да и потребности в частых запусках не было), запускать коммерческие спутники после гибели Челленджера было запрещено, часто запуски переносили то из-за погоды, то из-за технических проблем (запуск миссии STS-107 переносили 13 раз), да и главный плюс — возможность работы на орбите с полезной нагрузкой оказался главным минусом. Рисковать экипажем ради вывода аппарата — слишком большая цена. Огромное количество подрядчиков также не дает создать экономичную систему. С увеличением количества подрядчиков увеличивается стоимость проекта, добавляются все большие и большие издержки, а шаттл — это проект , созданный тысячами людей. Правда экономика запуска видимо была лишь способом протолкнуть программу, в НАСА понимали, что для реализации изначальных планов нужен иной уровень финансирования.

В 2011 году свой последний полет завершил шаттл Атлантис. Миссия STS-135 стала последним полетом программы.

Шаттл Атлантис приземляется на взлетно-посадочную полосу космического центра имени Кеннеди

Помимо вышеупомянутой книги об истории разработки Спейс-Шаттла пользовался следующими материалами:

Перевод Alpha Centauri «Как посадить Спейс-Шаттл»:

Ролик с канала Авиасмотр об испытаниях X-15:

Документальный фильм НАСА об истории челноков:

Серия документальных фильмов «За секунды до катастрофы».

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

53
Войдите, чтобы видеть ещё 10 комментариев, участвовать в обсуждении и не видеть рекламу.
Майор Том
Вечность назад

Спасибо автору за отлично поданный материал...

Весёлый Илон
Вечность назад

Автор тебе респект. Спасибо за огромную работу. Я ни капельки не разочарован в этом кирпичике). Жаль что халатность некоторых людей, алчность конгрессменов привела к гибели людей и программы. Я очень рад, что, не один в своих личных рассуждения о космосе, его освоении, и важности этого для будущих поколений. И очень жалею что такая точка зрения не популярна. И не знал, что люди ещё тогда хотели быть на Марсе, так быстро... А остался лишь осколочек этих грёз... Спасибо ещё раз.

Марк Уотни
Вечность назад

Спасибо за такой огромный материал!

Показать скрытые комментарии

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам:

Отправить Отмена
[X]
Если не получается зайти отсюда, попробуйте по ссылке.