“Твердо знаю, чего мы делать точно НЕ будем – не будем копировать американский шаттл”!
– академик В.П.Глушко
Приветствую уважаемые обитатели АЦ, эта статья посвящена освещению части истории формирования облика системы Энергия-Буран, о причинах и следствиях отличия от американской системы, или почему Энергия-Буран не копия системы Спейс-Шаттл. Не так давно тема эта была довольно популярна на АЦ, немалую роль в этом сыграл автор Стивен Лернер(земля ему пухом). Статью я задумывал ещё при его жизни и собирался остро с ним дискутировать, но жизнь распорядилась иначе. Как бы то ни было от своей идеи я не отказался, тем более что декларировавшиеся им тезисы достаточно распространены и прочно сидят в головах любителей космонавтики, а некоторые даже можно встретить в Википедии. Для удобства я сначала их процитирую, некоторые перефразирую, а потом подробно разберу. И так:
- “СССР пытались скопировать систему спейс-шаттл, но не получилось
- “тяги 3 РД-0120 не хватало, поэтому двигатели перенесли под бак в кол-ве 4 штук”
- “РД-0120 советская копия RS-25, но больше и тяжелее”
- “Энергия была одноразовая”
Поехали:
– “СССР пытались скопировать систему спейс-шаттл, но не получилось”
Прежде чем объективно оценить подобные утверждения нужно понять, какие задачи ставились перед создателями системы Энергия-Буран и какие цели преследовал весь проект.
В начале 70-х в СССР тщательно следили за созданием МТКС спейс-шаттл, а ВПК занималась анализом возможностей системы в соответствующих институтах. По результатам этих работ был сделан вывод об экономической нецелесообразности подобной системы в качестве средства выведения ПН, а учитывая что размеры грузового отсека позволяли снимать с орбиты весьма габаритные объекты большой массы, то возникли опасения что это могли быть советские спутники или станции Салют (а как мы сейчас знаем половина Салютов были вовсе не Салюты). В СССР не знали что габариты грузового отсека были продиктованы огромными размерами новых разведывательных спутников KH-II. (На самом деле Спейс-Шаттл обладал огромным потенциалом во всех сферах космической деятельности, но ВПК беспокоила в основном военная, Политбюро же требовало аналог ради политической показухи.)
Даже если вышеперечисленные опасения были надуманными, возможности и потенциал системы Спейс-Шаттл могли бы использоваться в разработке и испытаниях орбитальных вооружений в будущем, а т.к. в завтрашний день не все могли смотреть, то именно потенциальные возможности использования шаттла в этом качестве заставили принять решение о симметричном ответе. И как показала практика не зря, т.к. в США в 1983 были развернуты работы по программе СОИ и Буран отлично вписывался в ответную программу СК-1000. Таким образом Бурану изначально предписывалось исключительно военное назначение. Что касается требований предъявляемых к новой системе, то они в основном были продиктованы соответствующими параметрами грузового отсека, выводимой(спускаемой) массой ПН и возможностью вернуться на территорию СССР практически с любого витка. В целях удешевления и сокращения сроков по НИОКР, чтобы не изобретать велосипед, было выбрано лучшее на тот момент решение – компоновка Спейс-шаттла. Иначе говоря, военные хотели чтобы было как у них, не хуже. И работа закипела. Советские конструкторы на скорую руку состряпали эскизный проект ОС-120, а внешняя разведка получила новое направление (кстати практически вся информация по шаттлу черпалась из открытых источников). Шёл 1975 год.
ОС-120 был фактически полной компоновочной копией шаттла, за исключением 1 ступени на жидком топливе и РДТТ САС. Однако на защите проекта ВНЕЗАПНО выяснилось что для атмосферных испытаний планера корабля нет подходящего самолета-носителя. У американцев был 747, в СССР аналога не было, ожидание разработки и испытания нового самолета сдвигало сроки отработки планера далеко вправо – этот вариант был неприемлем. (Использовавшиеся позднее самолеты ВМ-Т транспортировали гораздо более легкий Буран в полусобранном состоянии, о водружении ему на спину потяжелевшей копии шаттла не могло быть и речи.) Вариант с копированием шаттла отпадал.
Однако это была не единственная причина, к различиям вели так же такие факторы как:
– нежелание генерального конструктора копировать МТКС “Спейс-шаттл”. Глушко добивался разделения системы выведения и орбитального корабля т.к. очень хотел создать линейку унифицированных ракет-носителей, включая сверхтяжелые варианты для освоения Луны. Копирование системы Спейс-шаттл не давало такой возможности.
– требование военных к посадке корабля с любого витка, что приводило к установке реактивных двигателей. После этого о маршевых ЖРД в хвосте не могло быть и речи. Наличие двух ВРД позволяло не только осуществлять автономную отработку без использования самолета-носителя – он становился воздушно-космическим самолетом с возможностью самостоятельного перебазирования с запасных аэродромов на аэродром старта. Несмотря на то что на опытном Буране не было ВРД, его конструкция предполагала их возможную установку в будущем( двух у основания вертикального оперения, как на БТС-002 ОК-ГЛИ ). “Родимые пятна” их предполагаемого места установки остались на Буране:
– боязнь повторения истории с Н-1. Люди работавшие по этой теме буквально “вчера” были свидетелями грандиозных аварий Н-1, производивших гнетущее впечатление. Авария носителя, подобная случившимся с Н-1, означала потерю дорогостоящего орбитального корабля, поэтому отдельные испытания носителя с массогабаритными макетами были предпочтительней. В этом контексте я хотел бы добавить что Глушко из соображений надежности при разработке нового носителя не хотел наступать на старые грабли с огромным кол-вом ЖРД и в этом плане ориентировался на американский опыт с Сатурном-5, с максимальной наземной отработкой и рациональным количеством двигателей. Но создание РД-170 затягивалось, насосы горели, а двигатели взрывались. Полной уверенности в успешном завершении разработки нового мощного двигателя не было даже у его создателей и из-за опасений неудачи полезли предложения его “четвертовать”(ныне семейство РД-191) или даже использовать находящиеся на хранении НК-33. Таким образом в случае принятия схемы ОС-120 количество одновременно работающих двигателей увеличивалось до 19, что увеличивало вероятность катастрофического отказа отдельных двигателей и противоречило парадигме Глушко. Иначе говоря, если бы история стерпела, то риски неудачных испытаний существенно увеличились бы…(удобно рассуждать из 21 века когда c НК-33(AJ-26) уже случились аварии на стенде и в полете)
Следствием разделения систем были:
- независимая отработка корабля и носителя. Возможность атмосферных испытаний и отработка автоматической посадки ОК в виде самолета(БТС-002 ОК-ГЛИ)
Этим обеспечивалось уменьшение затрат, рисков и сроков.
- облегчение орбитального корабля вследствие отсутствия маршевых ЖРД выведения в хвосте и соответственно отсутствии необходимости в передаче
существенных тяговых сил от них через конструкцию корабля. - повышение характеристической скорости на орбите
- увеличение массы ПН в грузовом отсеке
- больший разброс допустимых центровок ОК
- получение сверхтяжелого носителя с выводимой массой ≈100т
“тяги 3 РД-0120 не хватало, поэтому двигатели перенесли под бак в кол-ве 4 штук”
Итак, проект ушел на доработку, и в 1976 году появился в виде ОК-92, который уже имел принципиальные отличия от ОС-120. Он ещё имел РДТТ САС, но обзавелся реактивными двигателями в различных вариантах. Главным же отличием был перенос маршевых ЖРД с корабля на центральный блок, и о чудо, двигатели перенесли в количестве 3 штук, наверное забыли что тяги маловато. В 78-ом, после добавления 4 двигателя, требования к тяге действительно снизились, но спешу разочаровать, ни в 76-ом, ни в 78-ом, когда двигателей уже стало 4, никакой тяги ещё не было. Вообще. Первое огневое испытание на 100% режиме тяги состоялось только в 1984! А поставили дополнительный двигатель в целях резервирования на случай отказа. На этот счет хотелось бы сказать что история знает случаи отказа ЖРД в полетах с благополучным исходом, и пилотируемых полетах в том числе. Все обходилось благодаря заложенным возможностям по отказоустойчивости. Пару раз такое случалось при пусках Сатурн-5, в полетах А-6 и А-13. Аварийно мог закончиться полет шаттла STS-51F. Отказ одного из маршевых ЖРД произошел на позднем участке выведения, что позволило вытянуть корабль на орбиту. В одном из первых полетов Фалкон-9, при выведении корабля Dragon, произошел отказ одного из двигателей 1 ступени. В Энергию же была заложена очень высокая отказоустойчивость. Даже при отказе сразу после “контакта подъема” ЖРД одного из блоков А, РН была способна уйти со старта, обеспечить выполнение маневра возврата орбитального корабля и падение блоков в заданных районах. Отказ одного блока А после 60 секунды полета не приводил к фатальному исходу – ПН выводилась на низкую “аварийную орбиту”. А отказ одного из РД-0120 после разделения ступеней не приводил даже к снижению массы ПН, обеспечивая вывод на запланированную орбиту. Если бы подобные программные возможности были заложены в Н-1, то кто знает, может последний полет был бы успешным невзирая на аварию первой ступени…но, всё таки история не терпит.
Ещё хотелось бы добавить что снижение требований по тяге вероятней всего позволило разработчикам повысить удельный импульс в вакууме и увеличить степень расширения сопла по сравнению с RS-25. Учитывая более высокие энергетические возможности первой ступени такой подход был полностью оправдан. SpaceX сейчас наоборот, увеличивают тягу путем снижения УИ в версии двигателя Raptor 2. Достигается это изменением диаметра критического сечения и КБХА в случае необходимости вполне могли пойти на такой шаг.
– “РД-0120 советская копия RS-25, но больше и тяжелее”
Разработка двигателя началась в 1976 сразу после начала работ по Энергии-Буран, и было бы странно если бы СССР обладая уникальной собственной школой ЖРД строения занялся бы копированием американского двигателя. Задача создания аналогичного по тяге ЖРД была вполне по силам советским инженерам, тем более что в СССР уже был опыт создания водородного двигателя (правда небольшой тяги), не говоря о создании целого ряда ЖРД с удельными параметрами вызывающими уважение даже сегодня. Для них концептуально нового особо ничего не было. На самом деле это американские инженеры при создании своего двигателя применили передовые решения разрушившие на тот момент “традиции” американского ЖРД-строения, в том числе замкнутый цикл и фрезерованную камеру сгорания. А в конце 90-х даже рассматривали возможность модификации сопла RS-25, по советскому типу, но сейчас не об этом. RS-25 сложнее. Наличие двух турбонасосов, двух газогенераторов и сложной системы управления, его усложняло. В СССР уже был опыт стендовой отработки РД-270 с двумя турбонасосами и советские инженеры не хотели связываться с подобными схемами из-за сложностей с синхронизацией их работы. РД-0120 имел одновальный ТНА, и был конструктивно проще и дешевле RS-25. Но несмотря на это, он так же допускал возможность многократного применения, и в случае принятия схемы ОС-120 ничто не помешало бы разместить 3 таких двигателя в хвосте орбитального корабля.
Что касается массы и габаритов, то двигатели отличались очень не существенно, что было продиктовано одинаковыми требованиями:
RS-25:
Масса 3390 кг
Высота 4240 мм
Диаметр 2400 мм
РД-0120:
Масса 3450 кг
Высота 4550 мм
Диаметр 2420 мм
– “Энергия была одноразовая”
Читающий наверняка знает что блоки А Энергии предполагались многоразовыми (они изначально уже имели отсеки и обтекатели под элементы спасения, только в испытательных полетах в эти отсеки помещалась измерительная аппаратура). Но горячие головы сразу же начинают сравнивать блоки А, с ТТУ шаттла. Мол американцы добились многоразовости, а вот советы нет. Это две огромные разницы!!! РДТТ шаттла приводнялись, и приводнялись достаточно жестко, обеспечить таким же образом спасение жидкостных ступеней на суше было невозможно, схема их спасения была на порядок сложнее. При всего лишь двух полетах Энергии задачи спасать первую ступень даже не было, что вполне логично. Сначала требовалось отработать носитель, спасение боковых блоков было следующим этапом летной отработки, который как известно не наступил. SpaceX начали попытки спасения первой ступени только с 6-го пуска, когда убедились что она нормально выполняет свои первоочередные задачи. При грядущем старте SuperHeavy задач спасения также не ставится.
Исходя из всего вышеперечисленного легко сделать вывод что подобные тезисы являются манипуляцией, а различия в системах продиктованы не технологической отсталостью СССР (хотя оно несомненно имело место быть), а изначальным нежеланием полного копирования и преследованием несколько иных целей( прежде всего военных) с их достижением в максимально сжатые сроки. Технологический уровень СССР при всей отсталости от США вполне позволял сделать копию шаттла с двигателями в челноке, но у советских конструкторов было свое видение такой системы.
Хотелось бы добавить что многим людям тяжело представить военное применение МТКС, и некоторые считают подобное применение профанацией, особенно читая советские мемуары с заявлениями типа :”США, введя в эксплуатацию свою многоразовую систему “Space Shuttle”, смогут получить решающее военное преимущество в плане нанесения превентивного ракетно-ядерного удара по жизненно-важным объектам на территории нашей страны”. Обыватель начинает представлять летящий челнок с бомбами на борту, однако это одно из последних гипотетически возможных его применений. Американские вояки прекрасно представляли военные возможности Спейс-Шаттла. По их представлениям шаттл мог бы совершать одновитковые полеты на полярных орбитах с инспекцией и похищением советских военных спутников, при этом избегая обнаружения. Но главное – возможность космических испытаний оружия на новых физических принципах. Именно военные по сути определили облик шаттла, но это тема для отдельной статьи…
Несмотря на похожую компоновку , размеры, сплав для Энергии, технологии изготовления плитки и клея, Буран не был копией шаттла, по многим причинам. Но не потому что “не смогли”. Технические решения примененные в Буране советскими инженерами иногда достаточно сильно отличались от шаттловских, а некоторые были намного прогрессивней. Так была ли Энергия-Буран копией системы Спейс-шаттл? Для ответа на этот вопрос я предлагаю следующий критерий, если вы считаете Ту-144 копией Конкорда, Ан-124 копией С-5, Ту-160 копией B-1, Су-24 копией F-111 и т.д. то ответ очевиден. Спасибо что дочитали, очень много хотелось бы добавить, но тема необъятная…
При написании статьи я использовал материалы с сайтов :
- buran.ru ( настоящий кладезь информации по системе, с мемуарами и воспоминаниями участников создания системы таких как Б.И.Губанов, В.М.Филин, В.Е.Гудилин, интересны воспоминания Дмитрия Воронцова (активный участник форума НК))
- lpre.de (кладезь информации по ракетным двигателям и истории их создания)
а также использовал некоторые англоязычные источники в частности
Бурление ON )))