Pavel M в обсуждении моей статьи об орбитальных станциях спросил меня: “Спейс Шаттл – удачный проект или неудачный?”
Можно об этом было бы ответить коротко, но в аспекте дискуссий в русскоязычной блогосфере, это было бы односторонним подходом. Именно потому, что в СССР пытались скопировать систему спейс-шаттл, но не получилось. Тем не менее, по сей день, ругательски ругая более, чем успешный проект американского челнока, одновременно, те же люди (или боты) всячески превозносят провальную советскую недо-копию, а заодно, ругают “предателей”, закрывших этот проект.
Начнем с замысла и истории.
Идеи ракетопланов бродили в умах конструкторов, начиная с 30-х годов прошлого века. Так, например, в ГИРДе, Сергей Павлович Королев возглавлял 4-ю группу, которая занималась разработкой именно ракетоплана. Понятно, что, не обладая всей необходимой информацией, не представляя себе всех сложностей создания такого корабля-самолета, это был наивный проект. И не будем за это судить строго.
Реальные проектные работы по теме ракетопланов, наверное надо отнести к американской программе Х-15
Всё началось с концепции Вальтера Дорнбергера о создании исследовательского гиперзвукового пилотируемого аппарата.
30 декабря 1954 года NACA (National Advisory Committee for Aeronautics), предшественник NASA, выдал требования по предложениям на летательный аппарат, а 4 февраля 1955 года – к ракетному двигателю для него. Контракт на двигатель получила компания Reaction Motors, а контракт на летательный аппарат получила знаменитая фирма North American Aviation. Первый полет экспериментального ракетоплана, получившего индекс Х-15 был совершен 8 июня 1959 года, а последний – в декабре 1968.
За это время, 3 построенные машины выполнили более 200 полетов, достигли максимальной высоты 107,8 км (полет №91, пилот Joseph A. Walker, 22 августа 1963 года) и максимальной скорости в горизонтальном полете 7284 км/час (полет №188, пилот William J. “Pete” Knight, 3 октября 1967 года).
Одновременно с этим, с октября 1957 года, по заданию Пентагона, фирмой Боинг, разрабатывался проект X-20 Dyna-Soar.
Изначально, военные стратеги хотели получить пилотируемый орбитальный бомбардировщик, но вскоре они получили межконтинентальные ракеты и смысл в таком бомбере отпал. Его пытались переквалифицировать в орбитальный разведчик, но военные уже понимали, что спутники-шпионы лучше, дешевле и эффективнее.
Проект Х-20 был официально закрыт за ненадобностью министром обороны США Робертом МкНамара в декабре 1963 года.
В те же годы начались работы по концепции несущего корпуса (Lifting Body), в рамках которого было создано несколько летательных аппаратов, у которых подъёмная сила создавалась, в основном, за счет формы фюзеляжа.
Все эти работы, исследования, собранные данные, разработанные материалы сделали возможным задуматься о создании орбитального челнока многоразового использования.
Первые замыслы я встречал в переписке Вернера фон Брауна с его коллегами по НАСА, где шло обсуждение будущих космических программ после окончания лунной программы. Именно тогда впервые мне встретилось упоминание именно space shuttle – космический челнок.
В 1969 году была сформирована комиссия под председательством вице-президента США Спиро Агню (при президенте Ричарде Никсоне), которая приступила к разработке планов и технических концепций космических программ на следующее десятилетие.
Лунная гонка была вызвана соображениями политического престижа в соревновании между СССР и США. Американцы полагали, что, проиграв вчистую лунный этап космической гонки, СССР попробует поднять ставки и взять реванш на “марсианском направлении”. И из этого предположения были разработаны 2 варианта программ.
– Большая программа включала:
- создание большой орбитальной станции (50-100 человек постоянного экипажа) на орбите Земли
- создание орбитальных космических челноков для обслуживания и снабжения большой орбитальной станции
- создание малой орбитальной станции (20 человек экипажа) на орбите Луны
- постройку на орбите Земли межпланетного пилотируемого корабля с ядерным двигателем для полетов между орбитой Земли и орбитой Марса
- создание автоматических космических буксиров
- высадка экспедиции на Марс (конец 70-х или начало 80-х годов)
Малая программа отличалась от Большой тем, что из неё исключалась станция на орбите Луны, а околоземная станция уменьшалась до 20-50 астронавтов постоянного экипажа.
В любом случае, космические челноки являлись одним из ключевых пунктов программы
После высадки экспедиции Аполлон-11 на Луну, стало очевидным, что СССР проиграл лунный этап космической гонки и “советская гордость” была зело ущемлена. Келдыш с Феоктистовым пошли в ЦК и стали просить разрешения развернуть лунную программу СССР по направлению к Марсу. Но на советских олимпах уже знали, что американцы готовы к такому повороту, понимали, что гонка за Марсом не сулит СССР ничего хорошего, а главное, что народное хозяйство СССР просто не выдержит. Косыгин и так уже нервно вздрагивал, едва заслышав про космические амбиции. И всё это на фоне очередных проблем с орбитальными кораблями Союз, с бесконечными отказами и взрывами Протонов, с авариями ракеты Н1.
Решение высшего руководства было предельно ясным и обоснованным. Гонки – закончить. Будем зависать на орбите Земли. Орбитальные станции – наш ответ на американские лунные экспедиции. Всё. Точка.
В США такие вопросы решаются не столь тайно и кулуарно. Вице-президент является, по традиции, куратором и главой космических программ США. Вице-президент вносит на рассмотрение Конгресса предложения по новым программам. Конгресс принимает решение дать ли финансирование на предложенные программы и в каком объёме.
Есть только 2 повода, по которым государство может согласиться расходовать бюджетные средства в космическую пустоту: нужды обороны и политический престиж. После отказа СССР от продолжения космической гонки, у Конгресса не осталось резонов выделять гигантские бюджетные средства на космические программы. А с другой стороны, Конгресс не мог допустить ухода США из космоса.
И тогда был найден минимальный компромисс: оставить из всех программ только систему спейс-шаттл, как самостоятельное и самодостаточное средство продолжения пилотируемых полетов, а также, как средство выведения космических аппаратов на орбиты, систему техобслуживания, дозаправки, ремонта и возвращения с орбиты космических аппаратов. При условии, что система спейс-шаттл будет эксклюзивной системой доступа в космос, шаттлы будут совершать много полетов ежегодно, что должно снизить эксплуатационные расходы и удешевить доступ к орбите во много раз. Со стороны военного ведомства было только одно требование – шаттлы должны иметь грузовой отсек достаточно большой и должны иметь достаточную грузоподъёмность, чтобы выводить на орбиту их спутники оптической разведки серии КН (Замочная Скважина). Кстати, один из таких спутников позже превратился в любимый всеми нами телескоп Хаббл.
В мае 1972 года Конгресс утвердил финансирование программы спейс-шаттл.
Созданные по этой программе челноки, совершили в общей сложности 135 полетов (при 2 авариях), перевезли под 9 сотен пассажиров, доставили на орбиту и вернули на Землю тысячи тонн грузов, выводили на орбиту космические аппараты, производили ремонты и техобслуживание КА, включая телескоп Хаббл. В конце концов, шаттлы построили Международную Космическую Станцию (МКС). Именно шаттлы сделали возможным постройку МКС в таком виде и таких размеров, какой мы её знаем.
Спейс-шаттл открыл новую эру в космической экономике. Одноразовые ракетно-космические системы 100% утилизируются в каждом запуске и все расходы, связанные со строительством ракет амортизируются сразу, полностью, на 100%.
В экономике многоразовых систем появилось понятие “добавленные расходы”. Это те средства, которые необходимо потратить для осуществления очередной миссии. К концу полетов спейс-шаттл в 2011 году эта сумма составляла около $450 миллионов.
Что мог делать шаттл за эти деньги?
Шаттл мог доставить на МКС до 28 т грузов в грузовом отсеке и, одновременно, до 7 человек экипажа. На самом деле, максимально доставленный на орбиту груз – 22753 кг, телескоп Чандра в миссии STS-93, а на МКС – около 20 тонн.
Если не говорить о том, что челнок – это не ракета, тупо забрасывающая груз куда-нибудь на заданную орбиту, а космический корабль, доставляющий груз с точностью до миллиметра по адресу, если не вспоминать, что шаттлы могли возить такие грузы по форме и габаритам, как никакие другие средства доставки, например, секции ферм внешней архитектуры станции, то…
Для замены одного рейса шаттла с 7 астронавтами и 20 тоннами груза к МКС, понадобилось бы потратить на 7 билетов (по расценкам не Роскосмоса, а СпейсХ) 55*7=385 миллионов, плюс 8 рейсов Драконов по 120 миллионов за рейс = 960 миллионов. Итого, почти втрое дороже, чем один полет шаттла. Если же считать по расценкам Роскосмоса, то замена одного рейса шаттла обошлась бы НАСА более, чем в 2 миллиарда.
А такие работы шаттлов, как продление жизни телескопа Хаббл – просто бесценны.
Программа шаттл показала себя абсолютно успешной и самой экономически выгодной. Не зря и сейчас в НАСА постанывают, что переход к коммерческому космосу не стал дешевле полетов шаттлов. Да это и невозможно, при той структуре и тех требованиях, которые предъявляет НАСА к коммерческим партнерам.
Почему НАСА закрыла программу спейс-шаттл в 2011 году
В 2005 году президент Джордж Буш потребовал от НАСА объяснить, чем они занимаются на МКС, что это дает США и почему Америка должна ежегодно вливать бесконечные миллиарды в эту программу. Понятно, что вразумительно ответить на поставленный вопрос администраторы НАСА не смогли. Ну не стоят все работы и достижения на МКС тех миллиардов и миллиардов ежегодных вливаний из бюджета.
И тогда Буш решил изменить вектор движения: орбитальный космос отдать коммерческим компаниям, а НАСА заниматься только новыми космическими технологиями и дальним космосом.
С этим связано и решение прекратить полеты челноков, как только строительство МКС будет завершено. Эта станция слишком маленькая, её потребности слишком малы, чтобы гонять к ней гигантские шаттлы даже раз в год. Тем более, что содержание наземной инфраструктуры шаттлов тоже ежегодно требует огромных денег.
Из решения Буша вышли 2 программы – программа Созвездие (благополучно проваленная НАСА и отмененная Обамой) и успешная программа Commercial Orbital Transportation Systems (COTS), которая вывела на свет божий СпейсХ и весь так называемый Новый Космос.
Но хватит об этом. Поговорим про советский проект
БУРАН-ЭНЕРГИЯ
Советский проект Буран-Энергия возник, как “наш ответ Чемберлену”. Как раз, когда в США Конгресс утвердил финансирование программы Спейс-Шаттл, в СССР происходил перелом в ракетно-космической отрасли. В мае 1972 Конгресс выделил деньги на шаттлы, а 23 ноября того же года в очередном, четвертом, запуске опять грохнула Н-1. Терпение властей не выдержало и Мишин был отстранен от руководства королёвским наследием. Вместо ученика и соратника Сергея Павловича, на его наследство был посажен злейший враг Королева, Валентин Глушко. Работы по Н-1 были немедленно прекращены и у Глушко спросили, мол, что-ж мы будем делать теперь? Валентин Петрович ответил кратко “Точно не шаттл”. Но по копированию шаттла уже велись предварительные проработки.
Твердотопливные боковые ускорители “не светили” ни в каком варианте. А у Глушко уже был проект 4-камерного РД-170. И, когда ему подсказали, что его “царь-двигатель” можно использовать для боковых ускорителей, он “сломался”.
Теперь под советский челнок надо было выбить деньги. А деньги для космоса были в руках ВПК (Военно-Промышленного Комитета). Разработчики пошли к Устинову и нарисовали ему страшную картинку, что, на самом деле, шаттл – это орбитальный ядерный бомбардировщик, который может сбрасывать атомные бомбы прямо на дачу Брежневу.
Устинов не шибко понимал в небесной механике, а ему докладывали специалисты. И он поверил. Устинов поддержал проект, как, прежде всего, систему вооружений. Но, потребовал Устинов, советский челнок должен быть таким же по размерам и функциональным возможностям, а также, быть многоразового использования, как у супостатов.
И первый проект советского шаттла был почти точной копией американского. Сам челнок назывался ОС-120 (Орбитальный Самолет 120 тонн). Также, как в американском, в советском челноке предусматривалась установка 3 перспективных многоразовых кислородно-водородных РД-0120 (разработки КБХА), а к внешнему баку цеплялись 4 жидкостных бустера с двигателями РД-170.
Но оказалось, что советский Байконур расположен севернее американской Флориды, а потому, для той же грузоподъёмности нужна несколько большая тяга. К тому же, несмотря на все старания, советская копия американских RS-25 оказалась с чуть меньшей тягой (155,6 тс против 181,4 тс), да и собственный вес потяжелее (3450 кг против 3390 кг). Соответственно, и тяговооруженность хромала (58 против 72). Внешний топливный бак в советском исполнении оказался, при той же вместимости, тяжелее американского.
Подсчитали – прослезились. Трех РД-0120 не хватает, а четвертый в челнок не всадишь, места нет…
Приняли решение.
Двигатели РД-0120 перенести с челнока на внешний бак, превратив его тем самым в ракету-носитель. И поставить все 4 движка.
Это решение стало катастрофой для проекта.
У американцев в каждом запуске теряется только пустой топливный бак. Оболочка. Самая дешевая часть системы. Может и его бы стали как-то возвращать, но он работает до достижения шаттлом первой космической – после этого, для входа в атмосферу, потребовалась бы тяжелая теплозащита. Овчинка выделки не стоила.
Оба боковых ускорителя с твердотопливными моторами, как и челнок с тремя водородными двигателями RS-25, возвращаются и являются многоразовыми.
Топливный бак Бурана превратился в ракету Энергия, невозвращаемую принципиально. 4 дорогущих водородных двигателя – расходный материал.
Кроме того…
Компоновка спейс-шаттл – это челнок со своими двигателями и ТТУ на внешнем баке – центр тяги легко балансируется с центром масс дросселированием водородных движков. Эффективность тяги по-максимуму.
А Буран без двигателей и это боковая нагрузка Энергии. Центр масс с самого начала смещен в сторону корабля, в сторону боковой нагрузки. Балансировать приходится вектором тяги двигателей, снижая, по закону Ньютона, эффективность тяги. Причем, по мере выработки топлива, центр масс смещается в сторону Бурана всё больше и больше, а значит угол вектора тяги должен нарастать, снижая эффективность.
Ключевое требование начальства, сделать аналог шаттла с такой же многоразовостью, оказалось недостижимым.
Движки убрали и ОС-120 превратили в ОК-92
Дальше – хуже.
ТТУ шаттла спускались с небес на парашютах и достаточно мягко плюхались в воду. При этом, твердотопливный мотор значительно проще ЖРД и не такой хрупкий.
А как сделать жидкостные ракеты многоразовыми? Маск ещё Фальконов не делал…
Для отвода глаз руководства нарисовали картинки – в будущем, когда-нибудь, может быть, мы приделаем к этим ракетам крылышки и они будут садиться по-самолетному.
Зато, у нас есть сверх-тяжелая ракета, способная выводить на орбиту целых 100 тонн! А если добавить боковушек, так и все 200!
Правда, нахрена попу гармонь объяснить не смогли. Если не Буран на боковой подвеске – что выводить на орбиту этой ракетой?
Сверх тяжи – ракеты дорогущие. Просто так, “на вырост” их не делают. Под них нужна какая-то осмысленная программа применения.
И есть ещё одна проблема. Чисто инженерно-техническая.
Никакого Вулкана, просто добавлением боковушек, сделать не получится. Силовой набор каркаса Энергии сделан для боковой, а не осевой нагрузки. Поставь даже 100 тонн на голову Энергии – раздавит, как орех. Если добавить боковые бустеры, то для боковой нагрузки не останется места. Полезную нагрузку придется мастырить сверху. Значит, нужна совершенно другая конструкция силового каркаса, с другими характеристиками и значительно более тяжелая.
То есть, создатели Буран-Энергия погнали туфту.
Военные морщились, но деньги продолжали платить, пока не заинтересовались, а как, собственно, с этого чуда бомбы кидать? Надо же тактику разрабатывать, военные игры играть…
В это-то момент все и обвалилось. Оказалось, кто бы мог подумать, что корабли не зависают над целью, а летают по строго определенным орбитам, да ещё проекции этих орбит на Землю смещаются с вращением нашей планеты. Помните? “А всё-таки она вертится!”. Изменение наклонения орбиты – штука энергоемкая, на боевое маневрирование горючки не напасешься. Зато перехватить корабль на определенной орбите – как 2 пальца об асфальт!
Лозино-Лозинский и Микоян стали впаривать военным старые разработки Спирали, но…
Военные поняли, что их развели как лохов. Что шаттл никакой не бомбер, что из Бурана бомбер не лучше, чем из шаттлов, что система почти полностью одноразовая (кроме самого челнока), безумно дорогая и… Нахрен им такая дура?
Военные в продолжении финансирования отказались, хотя потрачено было уже немеряно. Не говоря уже о том, как ГРУ из кожи вон лезло, добывая “секреты” шаттла.
Оставался последний шанс – “развести комбайнера”. Втюхать недо-шаттл Горбачеву.
В это время, на Байкодроме имелась полностью готовая к полету Энергия и один недостроенный Буран. Там много чего ещё не было достроено. Например, ещё не открывались люки грузового отсека. А на их внутренних поверхностях – радиаторы охлаждения. Электроника, особенно советская, она имеет свойство греться, а при превышении допустимых температур любит портиться. Без работающей системы охлаждения, Буран мог выдержать не больше пары витков вокруг Земли.
Но делать нечего.
Договорились меж собой, прицепили к Энергии недостроенный Буран и позвали Горбачева полюбоваться на их творение.
Пустой челнок взлетел на Энергии 15 ноября 1988 года. Сделал свои пару витков и сел в автоматическом режиме на ВПП космодрома.
Выглядело это как-то не очень убедительно. Развести комбайнера не вышло.
Каждый запуск Энергии стоил безмерно. Экономика страны развалилась, финансы пели романсы. Если бы военные сильно захотели это “чудо-юдо”, то, может быть, ещё что-нибудь бы и выкрутили, но именно военные первыми от него отказались. А гражданскому космосу проект Буран-Энергия был не только не по карману, но торчал как кость в горле – из за него задерживалось и сокращалось финансирование орбитальных станций.
Один полет и закрытый проект – это фиаско. Провал. С треском. Один раз НАСА успешно запустили Арес и закрыли проект. Провалились. По сей день очухаться не могут – всяк им в нос Аресами тычет.
Сын Анастаса Микояна, того самого, что “от Ильича до Ильича без инфаркта и паралича”, Степан Анастасович, был летчиком-испытателем и руководил группой подготовки пилотов для Бурана от “Молнии”, если не ошибаюсь. Он был глубоко, что называется, “в теме”. Степан Микоян в своих мемуарах написал:
Как ни обидно создателям этой исключительно сложной, необычной системы, вложившим душу в работу и решившим массу сложных научных и технических проблем, но, по моему мнению, решение о прекращении работ по теме “Буран” было правильным. Успешная работа над системой “Энергия” – “Буран” – большое достижение наших ученых и инженеров, но стоила она очень дорого и сильно затянулась. Предполагалось, что будет выполнено еще два беспилотных пуска и только потом (когда?) – вывод корабля на орбиту с экипажем. И чего бы мы достигли? Лучше американцев сделать мы уже не могли, а сделать намного позже и, может быть, хуже не имело смысла. Система очень дорога и окупиться не смогла бы никогда, в основном из-за стоимости одноразовой ракеты “Энергия”.
Теперь, про главную гордость – автоматическую посадку.
Системы автоматической посадки пассажирских авиалайнеров начали активно использовать примерно лет за 15 до Бурана. Ничего особо сложного в приводе по радио-маякам нет и давно не было. Американские шаттлы, теоретически, могли садиться автоматически, но утвержденные процедуры безопасности требовали, чтобы пилот отключал автомат управления и брал посадку на себя после прохождения первой трети глиссады. Американцы вообще больше доверяют людям, качественно подготовленным профессионалам. К примеру, НАСА с большим трудом согласилась на автоматическую стыковку Crew Dragon с МКС. В каждой лунной экспедиции проводилось минимум 2 стыковки лунного и командного модулей. И все в режиме ручного управления.
Изначально, в Буране вообще не было ручного управления. Советские конструктора категорически не доверяли “человеческому фактору”. Тот же Степан Микоян в мемуарах вспоминает, какую войну с конструкторами “птички” они выдержали за то, чтобы пилоту все же доверили возможность сажать корабль в ручном режиме.
В своем первом и последнем полете Буран садился автоматически.
С точки зрения автоматики, это гроша ломанного не стоит – посадить планирующую леталку на неподвижную широченную и длиннющую ВПП. Вот попробуйте посадить довольно большой дрон на довольно короткую, неширокую угловую посадочную палубу раскачивающегося на океанских волнах и прущего полным ходом авианосца!!! Вот это задачка для умов! Тем не менее, американцы её решили. Беспилотник типа летающее крыло Х-47В уверенно садился в автоматическом режиме на палубу авианосца.
Помню, как в какой-то телепередаче нам поведали, что, якобы, при посадке Буран отклонился от полосы и уже думали, что автоматика сошла с ума, хотели его подорвать. Но, оказалось, что автоматика учла боковой ветер и корабль четко вышел на полосу.
И я этому восторгался.
Пока не узнал, что эта история цельно-тянутая. Событие действительно имело место, но лет на 30 раньше и не в СССР, а в США.
Это произошло на испытаниях инерциальной системы управления полетом, разработанной в MIT. Для испытаний, они установили эту систему гироскопов с вычислителями в бомбардировщик, который в режиме автопилота пролетел из Нью Йорка в Лос Анжелес. А при заходе на посадку действительно произошла такая вот история. Там дело чуть до мордобоя не дошло, когда массачусетская профессура удерживала пилотов от перехвата управления. Прибор действительно учел сильный боковой ветер и вывел тяжеленную машину точно на ось ВПП.
Идея космопланов, конечно, не умерла. Летают Х-37В, свой челнок строят европейцы и индусы, вроде бы и китайцы делают космоплан. А недавно и в Роскосмосе начали поговаривать о “возвращении к Бурану”.