Подробности Категория: Встреча с космосом Опубликовано 10.12.2012 10:54 Просмотров: 7003

Пилотируемые космические корабли имеют только три страны: Россия, США и Китай.

Космические корабли первого поколения

«Меркурий»

Так называлась первая пилотируемая космическая программа США и серия космических кораблей, использовавшихся в этой программе (1959-1963 гг.). Генеральный конструктор корабля - Max Faget. Для полётов по программе «Меркурий» был создан первый отряд астронавтов НАСА. Всего выполнено 6 пилотируемых полетов по этой программе.

Это одноместный орбитальный пилотируемый корабль, выполненный по схеме капсулы. Кабина изготовлена из титано-никелевого сплава. Объем кабины - 1,7м 3 . Астронавт располагается в ложементе и находится в скафандре все время полета. Кабина оснащена средствами информации на приборной доске и органами управления. Ручка управления ориентацией корабля находится у правой руки пилота. Визуальный обзор обеспечивается иллюминатором на входном люке кабины и обзорным широкоугольным перископом с изменяемой кратностью увеличения.

Корабль не предназначен для манёвра с изменением параметров орбиты, он оснащён системой реактивного управления для разворота по трём осям и тормозной двигательной установкой. Управление ориентацией корабля на орбите - автоматическое и ручное. Вход в атмосферу осуществляется по баллистической траектории. Ввод тормозного парашюта происходит на высоте 7 км, основного - на высоте 3 км. Приводнение происходит с вертикальной скоростью порядка 9 м/с. После приводнения капсула сохраняет вертикальное положение.

Особенностью корабля «Меркурий» является широкое использование резервного ручного управления. На орбиту корабль «Меркурий» выводили ракеты «Редстоун» и «Атлас» с весьма небольшой грузоподъемностью. Из-за этого масса и габариты кабины пилотируемой капсулы «Меркурий» были крайне ограничены и существенно уступали по техническому совершенству советским кораблям «Восток.

Цели полетов космических кораблей «Меркурий» были различными: отработка системы аварийного спасения, испытание абляционного теплозащитного экрана, его отстрел, телеметрия и связь по всей траектории полета, суборбитальный полет человека, орбитальный полет человека.

В рамках программы «Меркурий» в США летали шимпанзе Хэм и Энос.

«Джемини»

Космические корабли серии «Джемини» (1964-1966 гг.) продолжили серию кораблей «Меркурий», но превосходили их по возможностям (2 члена экипажа, большее время автономного полёта, возможность изменения параметров орбиты и т. д.). В ходе программы были отработаны методы сближения и стыковки, впервые в истории осуществлена стыковка космических аппаратов. Было произведено несколько выходов в открытый космос, установлены рекорды длительности полёта. Всего по этой программе было совершено 12 полетов.

Корабль «Джемини» состоит из двух основных частей - спускаемого аппарата, в котором размещён экипаж, и негерметичного приборно-агрегатного отсека, где находятся двигатели и другое оборудование. Форма спускаемого аппарата подобна кораблям серии «Меркурий». Несмотря на некоторое внешнее сходство двух кораблей, «Джемини» значительно превосходит «Меркурий» по возможностям. Длина корабля - 5,8 метра, максимальный внешний диаметр - 3 метра, масса - в среднем 3810 килограммов. Корабль выводился на орбиту ракетой-носителем Titan II. На момент появления «Джемини» был самым большим космическим кораблём.

Первый запуск корабля состоялся 8 апреля 1964 года, а первый пилотируемый запуск - 23 марта 1965 года.

Космические корабли второго поколения

«Аполлон»

«Аполло́н» - серия американских 3-местных космических кораблей, которые использовались в программах полётов к Луне «Аполлон», орбитальной станции «Скайлэб» и советско-американской стыковки ЭПАС. Всего по этой программе совершен 21 полет. Основное назначение - доставка астронавтов на Луну, но космические корабли этой серии выполняли и другие задачи. На Луну высаживались 12 астронавтов. На «Аполлоне-11» осуществлена первая посадка на Луну (Н. Армстронг и Б. Олдрин в 1969 г.)

«Аполлон» - единственная на данный момент серия космических кораблей в истории, на которых люди покидали пределы низкой околоземной орбиты и преодолевали притяжение Земли, а также единственная, которая позволила совершить успешную посадку астронавтов на Луну и их возвращение на Землю.

Космический корабль «Аполлон» состоит из командного и служебного отсеков, лунного модуля и системы аварийного спасения.

Командный отсек является центром управления полётом. Все члены экипажа в течение полёта находятся в командном отсеке, за исключением этапа высадки на Луну. Он имеет форму конуса со сферическим основанием.

Командный отсек имеет герметическую кабину с системой жизнеобеспечения экипажа, систему управления и навигации, систему радиосвязи, систему аварийного спасения и теплозащитный экран. В передней негерметизированной части командного отсека размещены стыковочный механизм и парашютная система посадки, в средней части 3 кресла астронавтов, пульт управления полётом и системой жизнеобеспечения и радиооборудование; в пространстве между задним экраном и гермокабиной размещено оборудование реактивной системы управления (РСУ).

Стыковочный механизм и деталь лунного модуля с внутренней нарезкой совместно обеспечивают жёсткую стыковку командного отсека с лунным кораблём и образуют туннель для перехода экипажа из командного отсека в лунный модуль и обратно.

Система жизнеобеспечения экипажа обеспечивает поддержание в кабине корабля температуры в пределах 21-27 °C, влажности от 40 до 70 % и давления 0,35 кг/см². Система рассчитана на 4-суточное увеличение продолжительности полёта сверх расчётного времени, необходимого для экспедиции на Луну. Поэтому предусматривается возможность регулировки и ремонта силами экипажа, одетого в скафандры.

Служебный отсек несёт основную двигательную установку и системы обеспечения корабля «Аполлон».

Система аварийного спасения. Если возникнет аварийная ситуация при старте ракеты-носителя «Аполлон» или потребуется прекратить полет в процессе выведения корабля «Аполлон» на орбиту Земли, спасение экипажа осуществляется отделением командного отсека от ракеты-носителя с последующей посадкой его на Землю на парашютах.

Лунный модуль имеет две ступени: посадочную и взлётную. Посадочная ступень, оборудованная самостоятельной двигательной установкой и шасси, используется для снижения лунного корабля с орбиты Луны и мягкой посадки на лунную поверхность, а также служит стартовой площадкой для взлётной ступени. Взлётная ступень с герметичной кабиной для экипажа и самостоятельной двигательной установкой после завершения исследований стартует с поверхности Луны и на орбите стыкуется с командным отсеком. Разделение ступеней осуществляется при помощи пиротехнических устройств.

«Шэньчжоу»

Программа космических пилотируемых полётов КНР. Работы по программе начались в 1992 г. Первый пилотируемый полёт корабля «Шэньчжоу-5» сделал Китай в 2003 г. третьей в мире страной, самостоятельно отправившей человека в космос. Космический корабль «Шэньчжоу» во многом повторяет российский космический корабль «Союз»: он имеет точно такую же компоновку модулей, что и «Союз» - приборно-агрегатный отсек, спускаемый аппарат и бытовой отсек; примерно такие же размеры, что и «Союз». Вся конструкция корабля и все его системы примерно идентичны советским космическим кораблям серии «Союз», а орбитальный модуль построен с использованием технологий, использовавшихся в серии советских космических станций «Салют».

Программа «Шэньчжоу» включала три этапа:

• запуск беспилотных и пилотируемых космических кораблей на околоземную орбиту при обеспечении гарантированного возвращения спускаемых аппаратов на Землю;
• выход тайкунавтов в открытый космос, создание автономной космической станции для кратковременного пребывания экспедиций;
• создание крупных космических станций для долговременного пребывания экспедиций.

Миссия успешно выполняется (совершено 4 пилотируемых полета) и является в настоящее время открытой.

Многоразовые транспортные космические корабли

Спейс шаттл, или просто шаттл («космический челнок») - американский многоразовый транспортный космический корабль. Шаттлы использовались в рамках государственной программы «Космическая транспортная система». Подразумевалось, что шаттлы будут «сновать, как челноки» между околоземной орбитой и Землёй, доставляя полезные грузы в обоих направлениях. Программа просуществовала с 1981 по 2011 год. Всего было построено пять шаттлов: «Колумбия» (сгорел при посадке в 2003 г.), «Челленджер» (взорвался во время запуска в 1986 г.), «Дискавери» , «Атлантис» и «Индевор» . В 1975 г. был построен корабль-прототип «Энтерпрайз» , но он никогда не запускался в космос.

Шаттл запускался в космос при помощи двух твердотопливных ракетных ускорителей и трёх собственных маршевых двигателей, которые получали топливо из огромного внешнего бака. На орбите шаттл осуществлял маневры за счёт двигателей системы орбитального маневрирования и возвращался на Землю как планёр. При разработке предусматривалось, что каждый из шаттлов должен был до 100 раз стартовать в космос. На практике же они использовались значительно меньше, к закрытию программы в июле 2011 г. больше всего полётов совершил шаттл «Дискавери» - 39.

«Колумбия»

«Колумбия» - первый экземпляр корабля системы «Спейс Шаттл», летавший в космос. Ранее построенный прототип «Энтерпрайз» летал, но только в пределах атмосферы для отработки посадки. Строительство «Колумбии» было начато в 1975 г., и 25 марта 1979 г. «Колумбия» была передана в эксплуатацию НАСА. Первый пилотируемый полёт многоразового транспортного космического корабля «Колумбия STS-1» состоялся 12 апреля 1981 г. Командиром экипажа был ветеран американской космонавтики Джон Янг, пилотом - Роберт Криппен. Полёт был (и остается) уникальным: самый первый, фактически испытательный запуск космического корабля, проводился с экипажем на борту.

«Колумбия» была тяжелее шаттлов, построенных позже, поэтому у неё не было стыковочного модуля. «Колумбия» не могла стыковаться ни со станцией «Мир», ни с МКС.

Последний полёт «Колумбии», STS-107, проходил с 16 января по 1 февраля 2003 г. Утром 1 февраля при входе в плотные слои атмосферы корабль разрушился. Все семь членов экипажа погибли. Комиссия по расследованию причин катастрофы пришла к выводу, что причиной стало разрушение наружного теплозащитного слоя на левой плоскости крыла челнока. При старте 16 января этот участок теплозащиты был поврежден падением на него куска теплоизоляции кислородного бака.

«Челленджер»

«Челленджер» - многоразовый транспортный космический корабль НАСА. Изначально он предназначался только для испытательных целей, но затем был переоборудован и подготовлен для запусков в космос. Первый раз «Челленджер» стартовал 4 апреля 1983 г. В общей сложности выполнил 9 успешных полётов. Потерпел катастрофу при десятом запуске 28 января 1986 г., все 7 членов экипажа погибли. Последний старт челнока был запланирован на утро 28 января 1986 г., за стартом «Челленджера» наблюдали миллионы зрителей по всему миру. На 73-й секунде полёта, на высоте 14 км произошёл отрыв левого твердотопливного ускорителя от одного из двух креплений. Провернувшись вокруг второго, ускоритель пробил основной топливный бак. Из-за нарушения симметрии тяги и сопротивления воздуха корабль отклонился от оси и был разрушен аэродинамическими силами.

«Дискавери»

Многоразовый транспортный космический корабль НАСА, третий шаттл. Первый полёт совершил 30 августа 1984 г. Шаттл «Дискавери» доставил на орбиту космический телескоп «Хаббл» и участвовал в двух экспедициях по его обслуживанию.

С «Дискавери» были запущены зонд «Улисс» и три ретрансляционных спутника.

На шаттле «Дискавери» совершил полет и российский космонавт Сергей Крикалев 3 февраля 1994 г. В течение восьми суток экипаж корабля «Дискавери» выполнил много различных научных экспериментов в области материаловедения, биологических экспериментов и наблюдений поверхности Земли. Крикалёв выполнил значительную часть работ с дистанционным манипулятором. Совершив 130 витков и пролетев 5486215 километров, 11 февраля 1994 г. шаттл совершил посадку в космическом центре имени Кеннеди (штат Флорида). Таким образом, Крикалёв стал первым российским космонавтом, совершившим полёт на американском шаттле. А всего с 1994 по 2002 год было выполнено 18 орбитальных полётов космических многоразовых кораблей «Спейс шаттл», в экипажи которых были включены 18 российских космонавтов.

На шаттле «Дискавери» (STS-95) 29 октября 1998 г. отправился в свой второй полёт астронавт Джон Гленн, которому в тот момент было 77 лет.

Шаттл «Дискавери» завершил свою 27-летнюю карьеру последним приземлением 9 марта 2011 г. Он сошел с орбиты, спланировал к космическому центру имени Кеннеди во Флориде и благополучно приземлился. Шаттл был передан в Национальный музей авиации и космонавтики Смитсоновского института в Вашингтоне.

«Атлантис»

«Атла́нтис» - многоразовый транспортный космический корабль НАСА, четвёртый спейс шаттл. При строительстве «Атлантиса» были внесены множество улучшений по сравнению с его предшественниками. Он легче шаттла «Колумбия» на 3,2 тонны и на его строительство потребовалось в два раза меньше времени.

Первый полёт «Атлантис» совершил в октябре 1985 г., это был один из пяти полётов для министерства обороны США. Начиная с 1995 года, «Атлантис» совершил семь полётов к российской космической станции «Мир». Был доставлен дополнительный стыковочный модуль для станции «Мир» и осуществлялась смена экипажей станции «Мир».

С ноября 1997 по июль 1999 года «Атлантис» был модифицирован, в нём было сделано около 165 усовершенствований. С октября 1985 по июль 2011 года шаттл «Атлантис» совершил 33 космических полёта, в состав его экипажей входило 189 человек. Последний 33-й запуск осуществлен 8 июля 2011 г.

«Индевор»

«Индевор» - многоразовый транспортный космический корабль НАСА, пятый и последний космический челнок. Первый полёт «Индевор» совершил 7 мая 1992 г. В 1993 г. на «Индеворе» была совершена первая экспедиция по обслуживанию космического телескопа «Хаббл». В декабре 1998 г. «Индевор» доставил на орбиту первый американский модуль Unity для МКС.

С мая 1992 по июнь 2011 г. шаттл «Индевор» совершил 25 космических полётов. 1 июня 2011г. шаттл в последний раз приземлился на космодроме на мысе Канаверал во Флориде.

Программа «Космическая транспортная система» была завершена в 2011 г. Все действующие шаттлы были списаны после их последнего полёта и отправлены в музеи.

За 30 лет эксплуатации пять шаттлов совершили 135 полётов. На шаттлах в космос было поднято 1,6 тыс. тонн полезных грузов. 355 астронавтов и космонавтов летали на шаттлах в космос.

Так сложилось, что в области космонавтики современной России мало что найдется предъявить мировому сообществу, помимо своей пилотируемой программы. Однако основу этой программы до сих пор составляет техника, разработанная еще на заре космической эры. Эксплуатация кораблей и ракет-носителей семейства «Союз» и «Протон», пусть даже в многократно модернизированных версиях, продолжается много десятилетий, питая разговоры о том, что Россия удерживает статус научно-технической державы за счет наследия прошлых поколений.

Выбьет ли работа над «Федерацией» главный аргумент из рук таких критиков? Ведь случай это не первый: схожая попытка сделать мощный скачок вперед была предпринята более десяти лет назад, когда в РКК «Энергия» проектировали крылатый корабль «Клипер», который, увы, так и остался в виде массогабаритного макета. Повторит ли «Федерация» его печальную судьбу — или все же отправится на орбиту и дальше, дальше?..

Наследуя «Союзу»

В сравнении со старыми добрыми «Союзами» новый пилотируемый транспортный корабль (ПТК) «Федерация» должен заметно вырасти в размерах. Он сможет брать экипаж до четырех человек, доставлять на орбитальную станцию и забирать с нее до 500 кг грузов. Для посадки всей этой массы будут применяться новые технологии и решения. Кроме того, ПТК станет многоразовым. В эксклюзивном интервью «Популярной механике» Николай Брюханов — генеральный конструктор перспективных космических комплексов и систем РКК «Энергия» — назвал несколько принципиальных нововведений, необходимых для приземления «Федерации».

Интерьер и панель управления «Федерации» напоминают «Союзы» меньше, чем кокпит современного электромобиля — приборную панель классических автомобилей 1950-х.

На ПТК будут использоваться трехкупольная парашютная система с горячим резервированием куполов и амортизационные кресла космонавтов с универсальным ложементом. Кроме того, «Федерацию» планируется оснастить твердотопливной посадочной двигательной установкой с регулированием тяги, способной гасить и вертикальную, и горизонтальную составляющие скорости. У тех же «Союзов» двигатели мягкой посадки включаются лишь за пару секунд до касания, смягчая удар, — но и только. На «Федерации» они будут срабатывать на высоте более 50 м над землей, вместе с парашютами обеспечивая плавное торможение корабля.

Николай Брюханов подчеркивает, что посадочная система «Федерации» способна обеспечить приземление возвращаемого аппарата в заданном районе с погрешностью не более 7 км. На земле корабль встанет на три опоры, удерживающие его вертикально даже при сильном ветре, тогда как «Союзы» в таких обстоятельствах нередко заваливаются набок. Но все-таки изюминкой проекта остается многоразовость.

«Оптимальные характеристики корабля обеспечивает сочетание многоразового возвращаемого модуля (ВА) с одноразовым двигательным отсеком (ДО), — объясняет Николай Брюханов. — При выполнении околоземных полетов длительностью до года, а также полетов к Луне продолжительностью до 30 суток ВА можно использовать десятикратно. При длительных полетах по окололунным орбитам — три раза. Это связано с долгим неблагоприятным воздействием на него факторов дальнего космоса, в первую очередь — радиации».

Из тени «Клипера»

И все же при разговоре о «Федерации» возникает ощущение дежавю. Ведь российские разработчики уже однажды брались за создание «Клипера», корабля беспрецедентного по конструкции, который должен был совершать посадки и с помощью крыльев, и на парашютной системе. Однако именно работы над «Клипером» показали: то, что выглядит серьезным шагом вперед, может оказаться движением в ложном направлении.

«Крылатая форма ВА у «Клипера» обеспечивала минимальный уровень перегрузок при спуске в атмосфере, — отмечает генеральный конструктор, — однако дополнительный анализ выявил ряд ограничений по ее практической реализации. Например, крылатый аппарат мог совершать посадку только на аэродромы классом не ниже первого. При этом требование возможности спасти экипаж на любом витке полета приводило к необходимости заблаговременно подобрать достаточное число таких аэродромов не только на территории России, но и в других странах. Однако оснащение зарубежных аэродромов аппаратурой для обеспечения автоматической посадки не представлялось возможным. Кроме того, само наличие крыльев создавало ограничение на максимальную скорость входа ВА в атмосферу. При возвращении с Луны кромки крыла, имеющие малый радиус закругления, могли нагреваться до недопустимых температур».

«Таким образом, было установлено, что в настоящее время оптимальными остаются ВА сегментно-конической формы, — подчеркивает Николай Брюханов. — Реализация такой конструкции — магистральная тенденция развития пилотируемых космических кораблей. Эти выводы были зафиксированы в 2008 году решением Научно-технического совета Федерального космического агентства».

Догоняя Shenzhou

Поскольку Китай в международном партнерстве по МКС не участвует, китайские пилотируемые Shenzhou можно не считать, и «Союзы» остаются единственным доступным средством доставлять людей и грузы на станцию. Это придает им абсолютную ценность для современной космонавтики. Однако в ближайшем будущем она перейдет в разряд относительных: в скором времени легко прогнозировать потерю «Союзами» монополии на обслуживание МКС.

После 2018 года конкурентами действующих «Союзов» и перспективной «Федерации» могут стать американские корабли: Orion (компания Lockheed Martin), Crew Dragon (SpaceX), CST-100 (Boeing) и мини-шаттл Dream Chaser (Sierra Nevada). А с учетом того, что США все активнее присматриваются к Китаю в качестве потенциального партнера в космосе, к ним можно добавить и Shenzhou. Но появление конкурентов — это не самая большая проблема, которую предстоит решить «Федерации» в борьбе за рынок космических транспортных услуг и обслуживание международных орбитальных проектов. Новый корабль априори будет лишен важнейшего преимущества, которым так славен «Союз», — длительного срока успешной эксплуатации. Более того, в этом смысле «Федерации» придется выступать в роли догоняющего: по плану к 2021 году как минимум три американских корабля (Orion, Crew Dragon и CST-100) должны совершить свои первые пилотируемые полеты. Ну а Shenzhou уже сейчас может похвастаться десятью полетами, пять из которых были пилотируемыми.

В 2021 году «Федерация» должна совершить лишь первые беспилотные полеты (на новой ракете «Ангара-5П»), выход на пилотируемый режим ожидается около 2023-го. Таким образом, создателям корабля придется делать ставку на другие достоинства, которые могут выгодно выделить его на фоне зарубежных конкурентов. По словам Николая Брюханова, главным из этих отличий можно назвать универсальность и способность решать значительно более широкий круг практических задач. Американские разработчики пошли по пути создания нескольких специализированных кораблей: CST-100 и Dragon предназначены только для обслуживания орбитальных станций на низкой околоземной орбите; Orion — для полетов к Луне и, возможно, околоземным астероидам. «Федерация» будет способна на всё.

В поисках себя

«"Федерация» будет осуществлять полеты и на околоземную орбиту, и за ее пределы", — подчеркивает генеральный конструктор. Корабль должен стать одним из ключевых элементов российской космической инфраструктуры. Он обеспечит доставку экипажей как на околоземные орбитальные станции, так и на перспективные пилотируемые объекты в окололунном пространстве — включая, например, лунный взлетно-посадочный комплекс и будущую международную посещаемую платформу в окрестности точки либрации L2 системы Земля-Луна, в 61 500 км от спутника.

Впрочем, самым опасным для будущего «Федерации» оказывается стратегически новая ситуация в космонавтике. Уже на нынешнем этапе собственно корабли уже не играют самостоятельной роли, используясь лишь для доставки людей и грузов на какой-либо пилотируемый комплекс — либо околоземный, либо предназначенный для полетов в дальний космос. До окончания работы МКС в 2024 году полноценная эксплуатация «Федерации», видимо, не начнется. А после этого срока в российских космических планах — по крайней мере, в их пилотируемом разделе — царит неопределенность. В дальней перспективе не видно никаких конкретных проектов ни по созданию национальной орбитальной станции, ни по исследованию и освоению Луны. Да, около полутора лет назад звучали идеи о проведении пилотируемых лунных миссий. При этом рассматривались два взаимоисключающих (в том числе и по финансовым соображениям) варианта: строительство окололунной станции и создание лунной базы. Однако в утвержденной в 2016 году Федеральной космической программе до 2025 года никаких полетов на Луну не предусматривается. По словам источников в «Роскосмосе», ждать этого можно не раньше 2035 года. Проект сооружения международной окололунной станции обсуждается рядом стран, включая Россию, но никакого конкретного соглашения по ней пока нет.

Таким образом, не исключено, что в 2020-х и, возможно, в первой половине 2030-х «Федерации» придется идти по стопам «Союзов» 1960-х, когда корабли этого типа отправлялись в космос для совершения автономных полетов и решения конкретных задач. К слову, универсальность, которую разработчики закладывают в конструкцию, позволяет и это.

По словам Николая Брюханова, максимальная продолжительность автономного полета «Федерации» с экипажем из четырех человек составит 14 суток, а с экипажем из двух человек — возможно, и до 30. С учетом того, что управлять новым автоматизированным кораблем сможет и один пилот, «Федерация» будет активно использоваться для полетов космических туристов, хотя к основным областям применения нового корабля это не относится.

Способность российских инженеров, конструкторов и технических специалистов создавать космические корабли на уровне лучших мировых стандартов не вызывает сомнений. И если «Федерация» не найдет дорогу в далекий космос, то это проблема целеполагания, а не технологий, знаний и научных школ, которых мы еще не утратили.

История

Во времена холодной войны космос был одной из арен для борьбы между Советским Союзом и США. Геополитическое противостояние сверхдержав - главный стимул в те годы для развития космической отрасли. На осуществление программ освоения космоса было брошено огромное количество ресурсов. В частности, на реализацию проекта «Аполлон», главной целью которого была высадка человека на поверхность Луны, правительство США потратило около двадцати пяти миллиардов долларов. Для 70-х годов прошлого века эта сумма была просто гигантской. Лунная программа СССР, которой так и не суждено было осуществиться, обошлась бюджету Советского Союза в 2,5 млрд. рублей. Разработка отечественного космического корабля многоразового использования «Буран» стоила шестнадцать миллиардов рублей. При этом «Бурану» судьба уготовила совершить лишь один космический полет.

Гораздо больше повезло его американскому аналогу. «Спейс шаттл» совершил сто тридцать пять запусков. Но американский шаттл оказался не вечен. Корабль, созданный по государственной программе «Космическая транспортная система», 8 июля 2011-го года осуществил свой последний космический старт, который завершился ранним утром 21-го июля того же года. За время реализации программы американцы произвели на свет шесть «шаттлов», один из которых был прототипом, никогда не осуществлявшим космических полетов. Два корабля и вовсе потерпели катастрофу.

Отрыв от земли «Аполлона 11»

С точки зрения экономической целесообразности программу «Спейс шаттл» едва ли можно назвать успешной. Космические корабли одноразового использования оказались гораздо экономичней своих, казалось бы, более технологически продвинутых многоразовых собратьев. Да и безопасность полетов на «шаттлах» вызывала сомнения. За время их эксплуатации, в результате двух катастроф, жертвами стали четырнадцать астронавтов. Но причина столь неоднозначных итогов космических путешествий легендарного корабля заключается не в его техническом несовершенстве, а в сложности самой концепции космических аппаратов многоразового использования.

В итоге, российские космические корабли одноразового использования «Союз», разработанные ещё в 60-е годы прошлого века, стали единственным типом аппаратов, осуществляющим ныне пилотируемые полеты на Международную космическую станцию (МКС). Нужно сразу отметить, что это отнюдь не говорит об их превосходстве над «Спейс шаттлом». Корабли «Союз», как и беспилотные «космические грузовики» «Прогресс», созданные на их базе, обладают рядом концептуальных недостатков. Они весьма ограничены в грузоподъемности. А еще использование подобных аппаратов приводит к накоплению орбитального мусора, оставшегося после их эксплуатации. Космические полеты на кораблях типа «Союз» очень скоро станут частью истории. В то же время, на сегодняшний день, не существует реальных альтернатив. Огромный потенциал, заложенный в концепции кораблей многоразового использования, зачастую остается технически нереализуемым даже в наше время.

Первый проект советского многоразового орбитального самолета ОС-120 «Буран», предложенного НПО "Энергия" в 1975 году и представлявшего собой аналог американского Space Shuttle

Новые космические корабли США

В июле 2011-го года американский президент Барак Обама заявил: полет на Марс является новой и, насколько можно полагать, главной целью американских астронавтов на ближайшие десятилетия. Одной из программ, осуществляемых NASA в рамках освоения Луны и полета на Марс, стала масштабная космическая программа «Созвездие».

В её основе - создание нового пилотируемого космического корабля «Орион», ракет-носителей «Арес-1» и «Арес-5», а также лунного модуля «Альтаир». Несмотря на то что в 2010-м году правительство США приняло решение о сворачивании программы «Созвездие», NASA получило возможность продолжить разработку «Ориона». Первый беспилотный испытательный полет корабля планируется реализовать в 2014-м году. Предполагается, что во время полета аппарат удалится на шесть тысяч километров от Земли. Это примерно в пятнадцать раз дальше, чем находится МКС. После тестового полета корабль возьмет курс на Землю. В атмосферу новый аппарат сможет входить со скоростью 32 тыс. км/ч. По этому показателю «Орион» на полторы тысячи километров превосходит легендарный «Аполло». Первый беспилотный экспериментальный полет «Ориона» призван продемонстрировать его потенциальные возможности. Испытание корабля должно стать важным шагом к осуществлению его пилотируемого запуска, который намечен на 2021-й год.

Согласно планам NASA, в роли ракет-носителей «Ориона» будут выступать «Дельта-4» и «Атлас-5». От разработки «Арес» было решено отказаться. Кроме того, для освоения дальнего космоса американцы проектируют новую сверхтяжёлую ракету-носитель SLS.

«Орион» - корабль частично многоразового использования и концептуально находится ближе к аппарату «Союз», чем к космическому челноку «шаттл». Частично многоразовыми являются большинство перспективных космических кораблей. Такая концепция предполагает, что после осуществления посадки на поверхность Земли жилую капсулу корабля можно будет повторно использовать для запуска в космическое пространство. Это позволяет совместить функциональную практичность многоразовых космических кораблей с экономичностью эксплуатации аппаратов типа «Союз» или «Аполло». Такое решение- переходный этап. Вероятно, в отдаленном будущем все космические аппараты станут многоразовыми. Так что американский «Спейс шаттл» и советский «Буран» в каком-то смысле опередили своё время.

«Орион» – многоцелевой капсульный частично многоразовый пилотируемый космический корабль США, разрабатываемый с середины 2000-х годов в рамках программы «Созвездие»

Похоже, слова «практичность» и «предусмотрительность» как нельзя лучше характеризуют американцев. Правительство США решило не взваливать все свои космические амбиции на плечи одного «Ориона». В настоящее время сразу несколько частных компаний по заказу NASA разрабатывают собственные космические корабли, призванные заменить используемые сегодня аппараты. В рамках «Программы развития коммерческих пилотируемых кораблей» (CCDev) компания Boeing разрабатывает частично многоразовый пилотируемый космический корабль CST-100. Аппарат предназначен для совершения коротких путешествий на околоземную орбиту. Его главной задачей станет доставка экипажа и грузов на МКС.

Экипаж корабля может составлять до семи человек. При этом, во время проектирования CST-100 особое внимание было уделено комфорту астронавтов. Жилое пространство аппарата куда обширней кораблей прошлого поколения. Запуск его, вероятно, будет производиться с помощью ракет-носителей «Атлас», «Дельта» или «Фалькон». При этом, «Атлас-5» является наиболее подходящим вариантом. Посадка корабля будет осуществляться с помощью парашюта и воздушных подушек. Согласно планам компании Boeing, в 2015-м году CST-100 ждет серия испытательных запусков. Первые два полета будут беспилотными. Главная их задача- вывод аппарата на орбиту и тестирование систем безопасности. Во время третьего полета планируется пилотируемая стыковка с МКС. В случае успеха испытаний CST-100 очень скоро будет способен прийти на замену российским кораблям «Союз» и «Прогресс», монопольно осуществляющим пилотируемые полеты на Международную космическую станцию.

CST-100 – пилотируемый транспортный космический корабль

Ещё одним частным кораблем, который будет выполнять доставку грузов и экипажа на МКС, станет аппарат, разработанный компаний SpaceX, входящей в состав Sierra Nevada Corporation. Частично многоразовый моноблочный корабль «Дракон» разработан по программе NASA «Коммерческая орбитальная транспортировка» (COTS). Планируется построить три его модификации: пилотируемую, грузовую и автономную. Экипаж пилотируемого корабля, как и в случае с CST-100, может составлять семь человек. В грузовой модификации корабль будет брать на борт четыре человека и две с половиной тонны груза.

А в будущем «Дракон» хотят использовать и для полетов на Красную планету. Для чего разработают специальную версию корабля - «Рэд драгон». Согласно планам американского космического руководства, беспилотный полет аппарата на Марс состоится в 2018-м году, а первый испытательный пилотируемый полет корабля США рассчитывают осуществить уже через несколько лет.

Одна из особенностей «Дракона» - его многоразовость. После осуществления полета часть энергетических систем и топливные баки будут спускаться на Землю вместе с жилой капсулой корабля и могут быть вновь использованы для космических полетов. Эта конструктивная способность выгодно отличает новый корабль от большей части перспективных разработок. В ближайшем будущем «Дракон» и CST-100 будут дополнять друг друга и выступать в роли «подстраховки». В случае, если один тип корабля по какой-то причине не сможет выполнять поставленные перед ним задачи, другой возьмет на себя часть его работы.

Dragon SpaceX – частный транспортный космический корабль (КК) компании SpaceX, разработанный по заказу NASA в рамках программы «Коммерческая орбитальная транспортировка» (COTS), предназначенный для доставки полезного груза и, в перспективе, людей на МКС

«Дракон» на орбиту вывели впервые в 2010-м году. Беспилотный испытательный полет завершился успешно, и уже через несколько лет, а именно 25 мая 2012-го года, аппарат пристыковался к МКС. На корабле к тому моменту не было системы автоматической стыковки, и для её осуществления пришлось использовать манипулятор космической станции.

Этот полет рассматривался в качестве первой в истории стыковки частного корабля к Международной космической станции. Сразу оговоримся: едва ли «Дракон» и ряд других космических кораблей, разрабатываемых частными компаниями, можно назвать частными в полном смысле слова. Например, на разработку «Дракона» NASA выделило 1,5 млрд. долларов. Другие частные проекты также получают финансовую поддержку со стороны NASA. Поэтому речь идет не столько о коммерциализации космоса, сколько о новой стратегии развития космической отрасли, основанной на кооперации государства и частного капитала. Некогда секретные космические технологии, ранее доступные лишь государству, отныне - достояние ряда частных компаний, вовлеченных в сферу космонавтики. Обстоятельство это - само по себе мощный стимул для роста технологических возможностей частных компаний. К тому же такой подход позволил устроить в частную сферу большое количество специалистов космической отрасли, уволенных ранее государством в связи с закрытием программы «Спейс шаттл».

Когда речь идет о программе разработки космических кораблей частными компаниями, едва ли не наибольший интерес представляет проект компании SpaceDev, получивший название «Дрим Чейзер». В его разработке также принимали участие двенадцать партнёров компании, три американских университета и семь центров NASA.

Концепт многоразового пилотируемого космического корабля Dream Chaser, разрабатываемый американской компанией SpaceDev, подразделением Sierra Nevada Corporation

Этот корабль сильно отличается от всех остальных перспективных космических разработок. Многоразовый «Дрим Чейзер» внешне напоминает миниатюрный «Спейс шаттл» и способен осуществлять посадку, как обыкновенный самолет. И все равно основные задачи корабля схожи с задачами «Дракона» и CST-100. Аппарат послужит для доставки грузов и экипажа (до тех же семи человек) на низкую околоземную орбиту, куда он будет выводиться с помощью ракеты-носителя «Атлас-5». В этом году корабль должен осуществить свой первой беспилотный полет, а к 2015-му планируется подготовить к запуску его пилотируемую версию. Еще одна важная деталь. Проект «Дрим Чейзер» создается на базе американской разработки 1990-х годов – орбитального самолета HL-20. Проект последнего стал аналогом советской орбитальной системы «Спираль». Все три аппарата имеют схожий внешний вид и предполагаемые функциональные возможности. Отсюда вытекает вполне закономерный вопрос. Стоило ли Советскому Союзу сворачивать наполовину готовую авиационно-космическую систему «Спираль»?

Что у нас?

В 2000-м году РКК «Энергия» начала проектирование многоцелевого космического комплекса «Клипер». Этот многоразовый космический аппарат, внешне чем-то напоминающий уменьшенный в размерах «шаттл», предполагалось использовать для решения самых разнообразных задач: доставка груза, эвакуация экипажа космической станции, космический туризм, полеты на другие планеты. На проект возлагались определенные надежды. Как всегда, благие намерения накрылись медным тазом отсутствия финансирования. В 2006-м году проект был закрыт. При этом технологии, разработанные в рамках проекта «Клипер», предполагается использовать для проектирования «Перспективной пилотируемой транспортной системы» (ППТС), также известной как проект «Русь».

Крылатый вариант «Клипера» в орбитальном полете. Рисунок веб-мастера на основе 3D-модели «Клипера»

©Вадим Лукашевич

Именно ППТС (конечно, это пока лишь «рабочее» название проекта), как полагают российские специалисты, будет суждено стать отечественной космической системой нового поколения, способной заменить стремительно устаревающие «Союзы» и «Прогрессы». Как и в случае с «Клипером», разработкой космического корабля занимается РКК «Энергия». Базовой модификацией комплекса станет «Пилотируемый транспортный корабль нового поколения» (ПТК НК). Его главной задачей, опять-таки, будет доставка грузов и экипажа на МКС. В отдалённой перспективе - разработка модификаций, способных осуществлять полеты на Луну и выполнять продолжительные исследовательские миссии. Сам корабль обещает стать частично многоразовым. Жилая капсула может быть повторно использована после осуществления посадки. Двигательно-агрегатный отсек – нет. Любопытная особенность корабля - возможность посадки без использования парашюта. Для торможения и мягкого приземления на поверхность Земли будет применяться реактивная система.

В отличие от «Союзов», взлетающих с территории космодрома «Байконур» в Казахстане, новые корабли будут запускать с нового космодрома «Восточный», строящегося на территории Амурской области. Экипаж составит шесть человек. Пилотируемый аппарат также способен брать груз - пятьсот килограммов. В беспилотной версии корабль сможет доставлять на околоземную орбиту «гостинцы» посолиднее- весом в две тонны.

Одна из основных проблем проекта ППТС - отсутствие ракет-носителей, обладающих необходимыми характеристиками. Сегодня главные технические аспекты космического корабля проработаны, но отсутствие ракеты-носителя ставит его разработчиков в весьма затруднительное положение. Предполагается, что новая ракета-носитель станет технологически близкой к «Ангаре», разработанной ещё в 1990-е годы.

Макет ППТС на выставке МАКС-2009

©sdelanounas.ru

Как ни странно, но ещё одной серьёзной проблемой является сама цель проектирования ППТС (читай: российская действительность). Россия едва ли сможет себе позволить осуществление программ по освоению Луны и Марса, аналогичные по своим масштабам тем, которые претворяют в жизнь США. Даже в случае успеха разработки космического комплекса, скорее всего, его единственной реальной задачей будет доставка грузов и экипажа на МКС. Но начало летных испытаний ППТС отложено до 2018-го года. К этому времени перспективные американские аппараты, скорее всего, уже смогут взять на себя те функции, которые сейчас выполняют российские корабли «Союз» и «Прогресс».

Туманные перспективы

Современный мир лишен романтики космических полетов- это факт. Конечно, речь не идет о запуске спутников и космическом туризме. За эти сферы космонавтики можно не беспокоиться. Полеты на Международную космическую станцию имеют огромное значение для космической отрасли, но срок пребывания МКС на орбите ограничен. Станцию планируется ликвидировать в 2020-м году. Современный пилотируемый космический аппарат – это, прежде всего, составная часть определенной программы. Нет смысла разрабатывать новый корабль, не имея представления о задачах его эксплуатации. Новые космические аппараты США проектируются не только для доставки грузов и экипажей на МКС, но и с целью полетов на Марс и Луну. Однако эти задачи настолько далеки от повседневных земных забот, что в ближайшие годы нам едва ли стоит ожидать сколько-нибудь значительных прорывов в области космонавтики.

Пилотируемый космический корабль - это космический аппарат, предназначенный для полета людей и имеющий все необходимые средства для работы при выведении на орбиту (с помощью РН), выполнения задач полета в космосе и возвращения экипажа на Землю. Обязательными признаками пилотируемого космического корабля (КК) являются наличие на борту экипажа и способность осуществлять полет по замкнутому циклу: Земля - космос - Земля.

Задачи полетов и направления использования

Первые космические корабли - советский «Восток» и американский «Меркурий» - предназначались для первых полетов человека в космос и были относительно просты по конструкции и используемым системам.

Разработка КК «Восход» и «Джемини» позволила провести серию технических экспериментов, а создание и эксплуатация КК «Союз» и «Аполлон», включая их совместный полет, положили начало использованию пилотируемых КК в транспортных полетах к долговременным орбитальным станциям, в дальних космических полетах, в операциях по спасению в космосе и т. п. Таким образом, на первый план вышла практическая направленность космических полетов, а решаемые при этом задачи стали определяющим фактором в разработке пилотируемых КК.

Космическая техника является относительно молодой и бурно развивающейся отраслью промышленности, а фундаментальные задачи освоения космоса находятся в стадии становления. Это затрудняет четкую классификацию пилотируемых КК, однако одним из признаков классификации можно считать уже сложившиеся или прогнозируемые на будущее основные направления использования КК: полеты одиночных кораблей; экспериментальные орбитальные полеты; транспортные полеты пилотируемых КК; дальние полеты КК; полеты космических кораблей - спасателей; полеты пилотируемых КК для ремонта или сборки на орбите.

Полеты одиночных кораблей (автономные полеты) по орбитам искусственного спутника Земли начинали освоение космического пространства. КК «Восток» и «Меркурий» были специально разработаны для таких полетов. В настоящее время для автономных полетов используются КК, созданные в других целях и доработанные для выполнения конкретной задачи полета. Так, при полете доработанного корабля «Союз-13» (1973 г.) был проведен ряд исследований, включая астрофизические, а при полете КК «Союз-22» (1976 г.) - фотографирование территории СССР в интересах народного хозяйства.

Экспериментальные орбитальные полеты имеют целью проведение технических экспериментов. Например, на КК «Восход» и «Джемини» отрабатывались средства выхода человека в космическое пространство (1965 г.), а на КК «Джемини-8» совместно с ракетной ступенью - методы сближения и стыковки (1966 г.). Большое значение имел полет КК «Союз-4» и «Союз-5» (1969 г.), в котором была выполнена их стыковка и переход двух космонавтов из корабля в корабль через открытый космос.

Транспортные полеты пилотируемых КК к долговременным станциям предназначены для доставки на борт станций экипажа и. его возвращения на Землю, а также транспортирования небольшого груза. Такими были полеты КК «Союз» к станциям «Салют» и транспортного варианта КК «Аполлон» к станции «Скайлэб».

Дальние полеты КК проводились по американской программе «Аполлон», в ходе которой была осуществлена первая посадка на Луну пилотируемого КА (20 июля 1969 г.). В Советском Союзе был разработан КК-станция «Зонд», который впервые совершил после облета Луны вход в атмосферу Земли со второй космической скоростью сначала по баллистической траектории с посадкой в Индийский океан («Зонд-5», сентябрь 1968 г.) и затем по траектории управляемого спуска с приземлением на территории СССР («Зонд-6», ноябрь 1968 г.). Этот экспериментальный корабль мог быть оборудован и как пилотируемый.

Космические корабли-спасатели предназначены для спасения экипажей терпящих бедствие пилотируемых КК и станций и представляют новое возможное направление использования. В задачи программы «Союз» - «Аполлон» входила разработка и проверка в полете экспериментальных совместимых средств сближения и стыковки, необходимых не только для совместных полетов, но и для операций по спасению.

Полеты пилотируемых кораблей для ремонта или сборки на орбите - обязательный компонент будущих программ. Создание больших конструкций на орбите (например, электростанций или антенн) может потребовать прямого участия человека в операциях сборки или ремонта.

Особенности пилотируемых КК

Появление человека на борту существенно изменяет облик космического аппарата, его характеристики, подход к проектированию и разработке. Это связано не только с необходимостью обеспечения человека всем необходимым для жизни в необычных для него условиях космического полета, но и с возможностью организации ручного управления полетом космического корабля (КК) и работой его систем. Иные основы лежат в подходе к постановке и реализации целей полета, так как необходимо учитывать различные аспекты деятельности экипажа и его безопасность. Особенности пилотируемых КК определяются, в частности, следующими основными факторами: возвращением на Землю; условиями жизни и деятельности экипажа; безопасностью полета.

Возвращение на Землю является обязательной операцией для каждого пилотируемого КК. При выполнении орбитального полета в этих целях осуществляется торможение КК для перехода на траекторию спуска. Для дальних полетов необходимы коррекции траектории возвращения. Это требует наличия у КК силовой установки для изменения траектории движения и ряда других систем (например, системы ориентации и управления движением, системы ее исполнительных органов, системы электропитания).

Для возвращения на Землю пилотируемый КК должен иметь средства защиты от аэродинамического нагрева и средства посадки. Обычно спуск и приземление экипажа осуществляются в специализированном отсеке - спускаемом аппарате (СА). При его разработке должны быть обеспечены устойчивость его движения, достаточная точность посадки и переносимость экипажем перегрузок (см. раздел 3.5).

Условия жизни экипажа в космическом полете могут быть обеспечены только внутри герметичной оболочки, для чего каждый пилотируемый КК имеет герметичный отсек с атмосферой, пригодной для дыхания и постоянно обновляемой. Наилучшими являются давление и состав газа, естественные для человека и соответствующие земным на уровне моря. Такие условия выдерживаются на КК «Союз» и «Союз Т» и станции «Салют», на КК «Аполлон» принята чисто кислородная атмосфера с пониженным давлением.

Объем и размеры жилого отсека должны позволять человеку делать привычные движения (например, распрямляться в полный рост) и соответствовать задачам и длительности полетов. Первые космические корабли «Восток», «Меркурий», «Восход» и «Джемини» из-за жестких требований по снижению их массы имели тесные кабины, кабины КК «Союз» и «Аполлон» были существенно увеличены. В жилом отсеке должны поддерживаться нормальные условия по температуре, что приводит к необходимости разработки систем терморегулирования.

Жизнь человека связана с питанием, отправлением естественных нужд, личной гигиеной и сном. Это предопределяет наличие на борту достаточных запасов пищи и воды, средств санитарно-гигиенического обеспечения, различных предметов туалета и гигиены, а также соответствующих принадлежностей и приспособлений для сна. Причем все это должно быть рассчитано на использование в условиях замкнутого объема и невесомости.

В полете экипаж подвергается различным воздействиям, изменяющимся по этапам полета. Одной из главных задач при проектировании пилотируемого КК является защита экипажа от этих воздействий и снижение их уровня, т. е. обеспечение переносимости условий космического полета.

Деятельность экипажа, связанная с управлением полетом КК и выполнением ручных операций, существенно влияет на конструкцию и системы КК. Управление полетом требует наличия рабочих мест, рационально организованных и позволяющих наблюдать внешнюю обстановку, получать информацию о работе систем КК, вести радиосвязь с Землей и другими пилотируемыми КА, пользоваться бортовой документацией, выбирать режимы работы систем КК, включать и выключать их, осуществлять ориентацию и маневрирование на орбите, сближение и стыковку, а при наличии на борту вычислительных машин - управлять их работой. Традиционно рабочее место состоит из кресла, пульта и ручек управления, иллюминаторов и оптических приборов для наблюдения.

В полете экипаж работает со многими элементами бортового оборудования, расположенными в объеме кабины экипажа (некоторые агрегаты системы обеспечения жизнедеятельности, снаряжение экипажа, ручные механизмы, научная аппаратура и т. п.).

В транспортных полетах (например, полет КК «Союз» к станции «Салют») с переходом экипажа необходимы стыковочные агрегаты с жестким соединением КК и станции и с герметизацией образующегося переходного туннеля, люк в стыковочном агрегате и система контроля герметичности стыка. Эти же особенности присущи КК «Аполлон», где предусмотрен переход из орбитального корабля в экспедиционный модуль и обратно. В экспериментальной программе «Союз»-«Аполлон» американской стороной был разработан специальный стыковочный модуль для перехода экипажей при несовместимых атмосферах внутри космических кораблей.

Если предусматривается выход человека в открытый космос, на борту корабля должны быть скафандры с соответствующей системой обслуживания, а сам корабль должен иметь шлюзовую камеру (КК «Восход»). В качестве шлюзовой камеры может использоваться один из отсеков корабля или станции (КК «Союз», станция «Салют»); выход может осуществляться и непосредственно из кабины экипажа (КК «Джемини»); в этом случае должна иметься система сброса и восстановления атмосферы и открываемый в космосе люк.

Безопасность полета имеет принципиальное значение при создании пилотируемого КК и обеспечении его высокой надежности. Для любого КА в начале разработки задается и затем подтверждается вероятность успешного выполнения задачи, или надежность выполнения программы полета, а для пилотируемых КК в дополнение к этому - вероятность обеспечения безопасности экипажа, или степень безопасности полета. Оба критерия определяются некоторыми контрольными значениями и обычно задаются - первый - на уровне 95 - 98%, второй - 99% и выше. Эти значения, не выражая степень действительного риска, являются расчетной оценкой эффективности комплекса мероприятий, проводимого в процессе разработки КК, их экспериментальной отработки и эксплуатации ради успешного выполнения программы полета и максимального исключения влияния опасных для жизни человека происшествий и условий.

Требования по безопасности влияют на облик корабля, характеристики его систем, на ракетно-космическую систему в целом и на схему полета. Помимо обеспечения надежности систем проводится их функциональное резервирование, автоматические режимы работы дополняются ручными, вводятся специальные средства спасения экипажа при авариях, устанавливаются дублирующие приборы, механизмы и т. д. Так, особенностями КК «Союз» по сравнению с беспилотными КА являются резервирование парашютной системы, ручные режимы ориентации, комплекс средств спасения при разгерметизации жилых отсеков и т. п.

При создании пилотируемого КК большое внимание уделяют анализу нештатных ситуаций (отказы, отклонения от заданных режимов или аварии) и путей выхода из них. В процессе разработки такой анализ позволяет обосновать выбор решений по резервированию и необходимым дополнительным энергетическим запасам (топливо, электроэнергия), а при подготовке полета - разработку планов действий в нештатных ситуациях (см. главу 11).

Космический корабль и ракетно-космический комплекс

Пилотируемый КК существенно влияет на весь ракетно-космический комплекс (РКК), вызывая определенные изменения в его структурных элементах по сравнению с беспилотными КА. Эти изменения связаны с установкой систем, характерных для пилотируемого полета, необходимостью работ по обслуживанию экипажа, повышенными требованиями по оперативному контролю и планированию полета и с обеспечением деятельности и безопасности экипажа на всех этапах полета.

Ракета-носитель пилотируемого КК оснащается специальными элементами для распознавания отказов и отклонений от нормальных режимов работы. Для спасения экипажа в случаях, когда необходимо своевременное прекращение полета при возникновении опасных ситуаций или выведение становится невозможным, устанавливается система аварийного спасения (подробнее см. главу 10). Эти особенности заметно влияют на конструкцию РН и решение таких вопросов, как расчетные нормы нагружения, прочность, аэродинамические характеристики, параметры траектории выведения, зоны падения отделяемых элементов и т. д. К РН предъявляются высокие требования по надежности как в целях повышения вероятности выведения КК на орбиту, так и по соображениям безопасности экипажа. Кроме мер технологического характера при изготовлении и сборке вводится резервирование систем и агрегатов, например систем управления и электропитания. На ступенях РН, имеющих несколько двигателей, могут устанавливаться системы диагностики, способные обнаружить отказ двигателя и обеспечить его выключение. Дальнейший полет в этом случае продолжается на пониженной общей тяге.

Немалое значение имеет вид применяемого на РН топлива. Известно, что двухкомпонентные высококипящие топлива типа «азотная кислота - диметилгидразин» обладают высокой токсичностью, которая при авариях на старте, а также па участке выведения в случае посадки СА в районе падения ракетного блока создает повышенную опасность для экипажа и обслуживающего персонала. Поэтому для пилотируемых РКС используются «благородные» компоненты топлива: «керосин - кислород» или «водород - кислород», обеспечивающие в то же время высокий удельный импульс двигателей.

Техническая позиция пилотируемых КК оснащена большим количеством контрольно-испытательной аппаратуры и монтажно-стыковочного оборудования, комплектуемого с учетом особенностей КК, и отличается повышенными требованиями по чистоте. В монтажно-испытательном корпусе или отдельном здании предусматривается помещение для подготовки экипажей. Для доставки экипажей на стартовую позицию используется специальный автотранспорт.

Стартовая позиция так же, как и техническая, оборудуется с учетом особенностей конструкции и подготовки пилотируемого КК к пуску. В частности, такими особенностями являются подъем экипажа на уровень КК с помощью лифтов, его посадка в КК со специальной площадки, выполнение обслуживающим персоналом заключительных операций, включая контроль герметичности, и подготовка системы аварийного спасения.

Для срочной эвакуации экипажа и персонала с верхних уровней стартового сооружения предусматриваются специальные средства (подробнее см. книгу «Космодром»).

Для командно-измерительного комплекса во время пилотируемого полета характерно максимальное использование наземных пунктов, плавучих командно-измерительных средств и связи через спутники-ретрансляторы. Работу Центра управления полетом отличает ведение радиосвязи с экипажем, контроль и планирование его деятельности и отдыха и обязательный круглосуточный посменный режим работы персонала.

Поисково-спасательный комплекс приводится в готовность еще до старта пилотируемого КК, исходя из необходимости поиска СА и эвакуации экипажа при возможных авариях РН. Особенностью работы комплекса по сравнению с обслуживанием беспилотных КА является резкое увеличение привлекаемых средств (самолеты, вертолеты, плавсредства и др.), организация радиосвязи с экипажем, его медицинское обеспечение и эвакуация.

Под многоразовым космическим кораблём подразумевается такой аппарат, конструкция которого позволяет повторно использовать весь корабль или его основные части. Первым опытом в этой сфере стал «космический челнок» Space Shuttle. Затем задачу создания аналогичного аппарата поставили советским учёным, в результате чего появился «Буран».

В обеих странах проектируют и другие аппараты. На данный момент самым заметным примером проектов такого типа является частично многоразовый Falcon 9 от компании SpaceX с возвращаемой первой ступенью.

Сегодня поговорим о том, зачем подобные проекты разрабатывали, как они показали себя с точки зрения эффективности и какие перспективы у этого направления космонавтики.

История космических челноков началась в 1967 году, до первого пилотируемого полёта по программе «Аполлон». 30 октября 1968 года НАСА обратилось к американским космическим компания с предложением проработать многоразовую космическую систему с целью снижения затрат на каждый пуск и на каждый килограмм полезного груза, выведенного на орбиту.

Правительству предложили несколько проектов, но каждый из них стоил не менее пяти миллиардов долларов США, так что Ричард Никсон отверг их. Планы у НАСА были крайне амбициозные: проект подразумевал работу орбитальной станции, на которую, и с которой, челноки постоянно возили бы полезные грузы. Также челноки должны были запускать и возвращать спутники с орбиты, обслуживать и ремонтировать спутники на орбите, проводить пилотируемые миссии.

Финальные требования к кораблю выглядели так:

• Грузовой отсек 4,5х18,2 метра
• Возможность горизонтального маневра на 2000 км (маневр самолета в горизонтальной плоскости)
• Грузоподъёмность 30 тонн на низкую околоземную орбиту, 18 тонн на полярную орбиту

Решением стало создание шаттла, инвестиции в который должны были окупиться благодаря выводу на орбиту спутников на коммерческой основе. Для успеха проекта было важно максимально снизить стоимость вывода каждого килограмма груза на орбиту. В 1969 году создатель проекта говорил о снижении стоимости до 40-100 американских долларов за килограмм, в то время как для Сатурн-V этот показатель составлял 2000 долларов.

Для запуска в космос шаттлы использовали два твердотопливных ракетных ускорителя и три собственных маршевых двигателя. Твердотопливные ракетные ускорители отделялись на высоте 45 километров, затем приводнялись в океан, ремонтировались и использовались повторно. Главные двигатели используют жидкий водород и кислород в подвесном топливном баке, который отбрасывался на высоте 113 километров, после чего частично сгорал в атмосфере.

Первым прототипом «Спейс Шаттла» стал «Энтерпрайз», названный так в честь корабля из сериала «Звёздный путь». Корабль проверяли на аэродинамичность и тестировали на способность приземлиться при планировании. В космос первым отправилась «Колумбия» 12 апреля 1981 года. Фактически это тоже был испытательный пуск, хотя при этом на борту находился экипаж в составе двух астронавтов: командира Джона Янга и пилота Роберта Криппена. Тогда всё сложилось удачно. К сожалению, именно этот шаттл потерпел крушение в 2003 году с семью членами экипажа, на 28 пуске. Такая же судьба была у «Челленджера» - он выдержал 9 пусков, а на десятом - потерпел крушение. 7 членов экипажа погибли.

Хотя НАСА в 1985 году планировали по 24 запуска ежегодно, за 30 лет использования шаттлов они взлетали и вернулись 135 раз. Два из них - неудачно. Рекордсменом по количеству пусков стал шаттл «Дискавери» - он пережил 39 стартов. «Атлантис» выдержал 33 пуска, «Колумбия» - 28, «Индевор» - 25 и «Челленджер» - 10.

«Челленджер», 1983 год

Шаттлы «Дискавери», «Атлантис» и «Индевор» использовались для доставки грузов на Международную космическую станцию и на станцию «Мир».

Стоимость доставки грузов на орбиту в случае со Спейс шаттлами оказалась самой высокой за всю историю космонавтики. Каждый пуск стоил от 500 миллионов до 1,3 миллиардов долларов, каждый килограмм - от 13 до 17 тысяч долларов. Для сравнения, одноразовая ракета-носитель «Союз» способна выводить в космос грузы по цене до 25 тысяч долларов за килограмм. Программа «Спейс Шаттл» планировалась как самоокупаемая, но в итоге стала одной из самых убыточных.

Шаттл «Атлантис», готовый к экспедиции STS-129 по доставке оборудования, материалов и запчастей на Международную космическую станцию. Ноябрь 2009 года

Последний полёт по программе «Спейс Шаттл» состоялся в 2011 году. 21 июля того года Землю вернулся «Атлантис». Последняя посадка «Атлантиса» ознаменовала собой конец целой эпохи. Подробно о том, что планировали, и что получилось в программе «Спейс Шаттл», читайте в этой статье.

В СССР решили, что характеристики «Спейс шаттла» позволяют похищать с орбиты советские спутники или целую космическую станцию: челнок мог выводить на орбиту 29,5 тонн груза, а спускать - 14,5 тонн. С учётом планов в 60 пусков в год это 1770 тонн ежегодно, хотя на тот момент США не отправляли в космос и 150 тонн за год. Спускать предполагалось 820 тонн в год, хотя обычно с орбиты ничего не спускалось. Чертежи и фото шаттла позволяли предположить, что американский корабль может с помощью ядерных боеприпасов атаковать СССР из любой точки околоземного пространства, находясь вне зоны радиовидимости.

Для защиты от возможного нападения на станциях «Салют» и «Алмаз» установили модернизированную автоматическую 23-миллиметровую пушку НР-23. А чтобы не отставать от американских братьев в военнизированном космосе, в Союзе начали разработку орбитального корабля-ракетоплана многоразовой космической системы «Буран».

Разработка многоразовой космической системы началась в апреле 1973 года. Сама идея имела множество сторонников и противников. Руководитель института Минобороны по военному космосу подстраховался и сделал сразу два отчёта - в пользу и против программы, и оба эти отчёта оказались на столе Д. Ф. Устинова, Министра обороны СССР. Он связался с Валентином Глушко, ответственным за программу, но тот отправил на встречу вместо себя своего сотрудника в «Энергомаше» - Валерия Бурдакова. После разговора на тему военных возможностей «Спейс Шаттла» и советского аналога, Устинов подготовил ршение, по которому разработка многоразового космического корабля получила самый высокий приоритет. За создание корабля принялось созданное для этих целей НПО «Молния».

Задачами «Бурана» по плану Минобороны СССР были: противодействие мероприятиям вероятного противника по расширению использования космического пространства в военных целях, решение задач в интересах обороны, народного хозяйства и науки, проведение военно-прикладных исследований и экспериментов с использованием оружия на известных и новых физических принципах, а также выведение на орбиту, обслуживание и возвращение на землю космических аппаратов, космонавтов и грузов.

В отличие от НАСА, которое рискнуло экипажем во время первого пилотируемого полёта шаттла, свой первый полёт «Буран» совершил в автоматическом режиме с помощью бортового компьютера на базе IBM System/370. 15 ноября 1988 года состоялся пуск, ракета-носитель «Энергия» вывела космический корабль на околоземную орбиту с космодрома Байконур. Корабль совершил два витка вокруг Земли и произвёл посадку на аэродроме «Юбилейный».

Во время посадки произошло происшествие, которое показало, насколько умной получилась автоматическая система. На высоте 11 километров корабль совершил резкий манёвр и описал петлю с разворотом на 180 градусов - то есть сел, зайдя с другого конца посадочной полосы. Это решение автоматика приняла после получения данных о штормовом ветре, чтобы зайти по наиболее выгодной траектории.

Автоматический режим был одним из главных отличий от шаттла. Кроме того, шаттлы садились с неработающим двигателем и не могли несколько раз заходить на посадку. Для спасения экипажа в «Буране» предусмотрели катапульту для первых двух пилотов. По сути конструкторы из СССР скопировали конфигурацию шаттлов, чего не отрицали, но сделали ряд крайне полезных нововведений с точки управления аппаратом и безопасности экипажа.

К сожалению, первый полёт «Бурана» стал последним. В 1990 году работу приостановили, а в 1993 - полностью закрыли.

Как иногда случается с предметами гордости нации, версия 2.01 «Байкал», которую хотели отправить в космос, гнил долгие годы на причале Химкинского водохранилища.

К истории вы могли прикоснуться в 2011 году. Более того, тогда от этой истории люди даже куски обшивки и теплозащитного покрытия могли оторвать. В том году корабль доставили из Химок в Жуковский, чтобы реставрировать и представить на МАКСе через пару лет.

«Буран» изнутри

Доставка «Бурана» из Химок в Жуковский

«Буран» на МАКСе, 2011 год, через месяц после начала реставрации

Несмотря на экономическую нецелесообразность, которую показала программа «Спейс Шаттл», США решили не отказываться от проектов по созданию многоразовых космических кораблей. В 1999 году НАСА вместе с Boeing начало разработку беспилотника X-37. Существуют версии, по которым аппарат предназначен для обкатки технологий будущих космических перехватчиков, способных выводить из строя другие аппараты. К такому мнению склоняются эксперты в США.

Аппарат совершил три полёта максимальной продолжительностью 674 суток. В данный момент он совершает четвёртый полёт, дата запуска - 20 мая 2015 года.

Орбитальная летающая лаборатория Boeing X-37 несёт массу полезного груза до 900 килограммов. По сравнению со «Спейс Шаттлом» и «Бураном», способными нести до 30 тонн при взлёта, Boeing - малыш. Но у него и цели другие. Начало минишаттлам положил австрийский физик Эйген Зенгер, когда в 1934 году приступил к разработке дальнего ракетного бомбардировщика. Проект закрыли, вспомнив о нём в 1944 году, к концу Второй мировой войны, но спасать Германию от поражения с помощью такого бомбардировщика было поздно. В октябре 1957 года идею продолжили американцы, запустив программу X-20 Dyna-Soar.

Орбитальный самолёт X-20 был способен после выхода на суборбитальную траекторию нырнуть в атмосферу до высоты 40-60 километров с целью сделать фото или сбросить бомбу, после чего вернуться в космос на подъёмной силе от крыльев.

Проект закрыли в 1963 году в пользу гражданской программы Gemini и военного проекта орбитальной станции MOL.

Ракеты-носители Titan для вывода X-20 на орбиту

Макет X-20

В СССР в 1969 году начали строить «БОР» - беспилотный орбитальный ракетоплан. Первый пуск провели без теплозащиты, из-за чего аппарат сгорел. Второй ракетоплан разбился из-за нераскрывшихся парашютов после успешного торможения об атмосферу. В следующих пяти пусков только один раз БОР не вышел на орбиту. Несмотря на потери аппаратов, каждый новый старт приносил важные для дальнейшей разработки данные. С помощью БОР-4 в 1980-х годах тестировали теплозащиту для будущего «Бурана».

В рамках программы «Спираль», для которой строили «БОР», предполагалось разработать самолёт-разгонник, который бы поднимался на высоту 30 километров на скорости до 6 скоростей звука, чтобы вывести орбитальный аппарат на орбиту. Эта часть программы не состоялась. Минобороны требовала аналог американского шаттла, так что силы бросили на «Буран».

БОР-4

БОР-4

Если советский «Буран» был частично скопирован с американского «Спейс Шаттла», то в случае с «Dream Chaser» всё произошло с точностью до наоборот: заброшенный проект «БОР», а именно ракетоплан версии «БОР-4», стал основой для создания многоразового космического корабля от компании SpaceDev. Вернее, «Space Chaser» основан на скопированном орбитальном самолёте HL-20.

Работы над «Бегущим за мечтой» начались в 2004 году, а в 2007 году SpaceDev договорились с United Launch Alliance об использовании для запуска ракет «Атлас-5». Первые успешные испытания в аэродинамической трубе прошли в 2012 году. Первый лётный прототип сбросили с вертолёта с высоты 3,8 километра 26 октября 2013 года.

Грузовая версия корабля по планам конструкторов сможет доставлять на Международную космическую станцию до 5,5 тонн, а возвращать до 1,75 тонны.

Свой вариант многоразовой системы в 1985 году начали разрабатывать немцы - проект назывался «Зенгер». В 1995 году, после разработки двигателя, проект закрыли, так как он дал бы выгоду только в 10-30% по сравнению с европейской ракетой-носителем «Ариан 5».

Летательный аппарат HL-20

«Dream Chaser»

На смену одноразовым «Союзам» в России с 2000 годов начали разрабатывать многоцелевой космический корабль «Клипер». Система стала промежуточным звеном между крылатыми шаттлами и баллистической капсулой «Союза». В 2005 году в целях сотрудничества с Европейским космическим агентством была представлена новая версия - крылатый «Клипер».

Аппарат может выводить на орбиту 6 человек и до 700 килограммов груза, то есть превосходит по этим параметрам «Союз» в два раза. На данный момент нет информации о том, что работа проекта продолжается. Вместо этого в новостях пишут о новом многоразовом корабле – «Федерация».

Многоцелевой космический корабль «Клипер»

Пилотируемый транспортный корабль «Федерация» должен придти на смену пилотируемым «Союзам» и грузовикам «Прогрессам». Его планируют использовать в том числе для полёта на Луну. Первый запуск запланирован на 2019 год. В автономном полёте аппарат должен будет способен находиться до 40 суток, а при стыковке с орбитальной станции он сможет работать до 1 года. На данный момент завершена разработка эскизного и технического проектов, идёт разработка рабочей документации по созданию корабля первого этапа.

Система состоит из двух основных модулей: возвращаемого аппарата и двигательного отсека. В работе применят идеи, которые ранее использовали для «Клипера». Корабль сможет доставлять до 6 человек на орбиту и до 4 человек на Луну.

Параметры аппарата «Федерация»

Одним из самых заметных в СМИ на данный момент многоразовых проектов являются разработки SpaceX - транспортный корабль Dragon V2 и ракета-носитель Falcon 9.

Falcon 9 является частично возвращаемым аппаратом. Ракета-носитель состоит из двух ступеней, первая из которых имеет систему для возврата и вертикального приземления на посадочную площадку. Последний запуск не был удачным - 1 сентября 2016 года произошла авария.

Многоразовый пилотируемый корабль Dragon V2 сейчас готовят к тестированию на безопасность для астронавтов. В 2017 году планируют провести беспилотный запуск аппарата на ракете Falcon 9.

Многоразовый пилотируемый корабль Dragon V2

В рамках подготовки к полёту экспедиции на Марс в США разработали многоразовый космический корабль Orion. Сборку корабля завершили в 2014 году. Первый беспилотный полёт аппарата состоялся 5 декабря 2014 года и прошёл успешно. Теперь НАСА готовится к дальнейшим пускам, в том числе с экипажем.

Авиация, как правило, подразумевает многоразовое использование летательных аппаратов. Таким же свойством в будущем должны будут обладать и космические аппараты, но для этого предстоит решить ряд проблем, включая экономические. Каждый запуск многоразового корабля должен выходить дешевле, чем строительство одноразового. Необходимо использовать такие материалы и технологии, которые позволят повторно запускать аппараты после минимального ремонта, а в идеале - вообще без ремонта. Возможно, космические корабли в будущем станут обладать одновременно как характеристиками ракеты, так и самолёта.