История разработки системы "Спейс Шаттл"

История программы "Спейс Шаттл" началась в конце 1960-х годов, на вершине триумфа американской национальной космической программы. 20 июня 1969 года два американца - Нейл Армстронг и Эдвин Олдрин высадились на Луне. Выиграв в "лунной" гонке, Америка блестяще доказала свое превосходство и тем самым решила свою главную задачу в освоении космоса, провозглашенную президентом Джоном Кеннеди в своей знаменитой речи 25 мая 1962 года: "Я верю, что наш народ может поставить себе задачу до конца этого десятилетия высадить человека на Луну и благополучно вернуть его на Землю".


Таким образом, 24 июля 1969 г., когда экипаж "Аполлона-11" вернулся на Землю, американская программа утратила свою цель., что сразу сказалось на пересмотре дальнейших планов и сокращении ассигнований на программу "Аполлон". И хотя полеты к Луне продолжались, Америка встала перед вопросом: а что делать человеку в космосе дальше?

 
То, что такой вопрос встанет, было очевидно задолго до июля 1969 г. И первая эволюционная попытка ответа была естественной и разумной: NASA предложило, используя разработанную для программы "Аполлон" уникальную технику, расширить фронт работ в космосе: провести длительную экспедицию на Луну, построить базу на ее поверхности, создать обитаемые космические станции для регулярного наблюдения за Землей, организовать заводы в космосе, наконец, начать пилотируемое исследование и освоение Марса, астероидов и дальних планет...


Даже начальный этап этой программы требовал сохранения расходов на гражданский космос на уровне не ниже $6 млрд. в год. Но Америка - богатейшая страна мира - не могла себе этого позволить: Президенту Л.Джонсону нужны были деньги на объявленные социальные программы и на войну во Вьетнаме. Поэтому еще 1 августа 1968 г., за год до высадки на Луну, было принято принципиальное решение: ограничить производство ракет-носителей "Сатурн" первым заказом - 12 экземпляров "Сатурн-1В" и 15 изделий "Сатурн-5". Это означало, что лунная техника не будет более использоваться - и от всех предложений дальнейшего развития программы "Аполлон" в итоге осталась только экспериментальная орбитальная станция "Скайлэб". Нужны были новые цели и новые технические средства для доступа людей в космос, и 30 октября 1968 г. два головных центра NASA (Центр пилотируемых космических кораблей - MSC - в Хьюстоне и Космический центр имени Маршалла - MSFC - в Хантсвилле) обратились к американским космическим фирмам с предложением исследовать возможность создания многоразовой космической системы.

До этого все ракеты-носители были одноразовыми - выводя полезный груз (ПГ) на орбиту, они расходовали себя без остатка. Космические аппараты также были одноразового применения, за редчайшим исключением в области пилотируемых кораблей - дважды слетали "Меркурии" с заводскими номерами 2, 8 и 14 и второй "Джемини". Теперь была сформулирована задача: создать систему многоразового применения, когда и ракета-носитель, и космический корабль возвращаются после полета и используются многократно, - и за счет этого снизить стоимость космических транспортных операций в 10 раз, что было очень актуально в условиях бюджетного дефицита.


В феврале 1969 г. были заказаны исследования четырем компаниям, для того, чтобы выявить наиболее подготовленную из них для заключения контракта. В июле 1970 г. уже две фирмы получили заказы на более подробную проработку. Параллельно исследования велись и в техническом директорате MSC под руководством Максима Фаже.

Носитель и корабль задумывались крылатыми и пилотируемыми. Они должны были стартовать вертикально, как и обычная РН. Самолет-носитель работал как первая ступень системы и после отделения корабля садился на аэродром. Корабль за счет бортового топлива выводился на орбиту, выполнял задание, сходил с орбиты и также приземлялся "по-самолетному". За системой закрепилось название "Space Shuttle" - "Космический челнок".

В сентябре Целевая космическая группа под руководством вице-президента С.Агню, образованная для формулирования новых целей в космосе, предложила два варианта: "по максимуму" - экспедицию на Марс, пилотируемую станцию на окололунной орбите и тяжелую околоземную станцию на 50 человек, обслуживаемую кораблями многоразового использования. "По минимуму" - только космическую станцию и космический челнок. Но президент Никсон отверг все варианты, потому что даже самый дешевый требовал 5 млрд. долларов в год.
NASA оказалось перед тяжелым выбором: нужно было или начать новую крупную разработку, позволяющую сохранить кадры и накопленный опыт, или объявить о прекращении пилотируемой программы. Было решено настаивать на создании шаттла, но подать его не как транспортный корабль для сборки и обслуживания космической станции (держа, однако, это про запас), а как систему, способную приносить прибыль и окупить инвестиции за счет выведения на орбиту спутников на коммерческой основе. Проведенная в 1970 г. экономическая оценка показала, что при выполнении ряда условий (не менее 30 полетов шаттлов в год, низкий уровень эксплуатационных расходов и полный отказ от одноразовых носителей) окупаемость в принципе достижима.

Обратите внимание на этот очень важный момент в понимании истории шаттла. На этапе концептуальных исследований облика новой транспортной системы произошла замена принципиального подхода к проектированию: вместо создания аппарата для определенных целей в рамках отпущенных средств разработчики начали любой ценой, путем "притягивания за уши" экономических расчетов и будущих условий эксплуатации, спасать существующий проект челнока, сохраняя созданные производственные мощности и рабочие места. Другими словами, не челнок проектировался под задачи, а задачи и экономическое обоснование подгонялись под его проект ради спасения отрасли и американской пилотируемой космонавтики. Такой подход "продавливало" в Конгрессе "космическое" лобби, состоящее из сенаторов - выходцев из "аэрокосмических" штатов - в первую очередь, Флориды и Калифорнии.

Именно такой подход и сбил с толку советских экспертов, не понимавших истинных мотивов в принятии решения на разработку шаттла. Ведь проверочные расчеты заявленной экономической эффективности шаттла, проведенные в СССР, показали, что затраты на его создание и эксплуатацию никогда не окупятся (так оно и вышло!), а предполагаемый грузопоток "Земля-орбита-Земля" не обеспечивался реальными или проектируемыми полезными нагрузками. Не зная о будущих планах по созданию крупной космической станции, у наших экспертов сформировалось мнение, что американцы к чему-то готовятся - ведь создавался аппарат, возможности которого значительно предвосхищали все обозримые цели в использовании космоса... "Масла в огонь" недоверия, опасений и неопределенности "подливало" участие Министерства обороны США в определении будущего облика челнока. Но иначе и быть не могло, ведь отказ от одноразовых РН означал, что шаттлы должны запускать и все перспективные аппараты Минобороны, ЦРУ и Агентства национальной безопасности США. Требования военных свелись к следующему:

  • во-первых, шаттл должен был быть способен выводить на орбиту разрабатывавшийся в первой половине 1970-х годов спутник видовой оптико-электронной разведки KH-II (военного прототипа космического телескопа "Хаббл"), обеспечивающий разрешение на местности при съемке с орбиты не хуже 0,3 м; и семейство крио-генных межорбитальных буксиров. Геометрические и весовые габариты секретного спутника и буксиров определили габариты грузового отсека - длину не менее 18 м и ширину (диаметр) не менее 4,5 метра. Аналогично определилась и способность шаттла доставлять на орбиту груз массой до 29500 кг и возвращать из космоса на Землю до 14500 кг. Все мыслимые гражданские полезные грузы укладывались в указанные параметры без проблем. Однако советские эксперты, внимательно следившие за "завязыванием" проекта шаттла и не знавшие о новом американском спутнике-шпионе, выбранные габариты полезного отсека и грузоподъемность шаттла могли объяснить только желанием "американской военщины" иметь возможность инспектировать и при необходимости снимать (точнее сказать, захватывать) с орбиты советские пилотируемые станции серии "ДОС" (долговременные орбитальные станции) разработки ЦКБЭМ и военные ОПС (орбитальные пилотируемые станции) "Алмаз" разработки ОКБ-52 В.Челомея. На ОПС, кстати, "на всякий случай" была установлена автоматическая пушка конструкции Нудельмана-Рихтера.
  • во-вторых, военные потребовали, чтобы проектируемая величина бокового маневра при спуске орбитального корабля в атмосфере была увеличена с первоначальных 600 км до 2000-2500 км для удобства посадки на ограниченное количество военных аэродромов. Для запуска на околополярные орбиты (с наклонением 56º...104º) ВВС решили построить собственный технический, стартовый и посадочный комплексы на авиабазе Ванденберг в Калифорнии.

Требования военных по полезному грузу предопределили размеры орбитального корабля и величину стартовой массы системы в целом. Для увеличенного бокового маневра требовалась значительная подъемная сила на гиперзвуковых скоростях - так на корабле появилось крыло двойной стреловидности и мощная теплозащита.
В 1971 г. стало окончательно ясно, что NASA не получит $9-10 млрд., необходимых для создания полностью многоразовой системы. Это второй важный поворотный момент в истории создания шаттла. До этого у проектировщиков еще было две альтернативы - потратить много средств на разработку и построить многоразовую космическую систему с небольшой стоимостью каждого запуска (и эксплуатации в целом), либо попытаться сэкономить на этапе проектирования и перенести затраты в будущее, создав дорогую в эксплуатации систему из-за высокой стоимости разового запуска. Высокая стоимость запуска в этом случае обуславливалась наличием в составе МКС одноразовых элементов. Чтобы спасти проект, конструкторы пошли по второму пути, отказавшись от "дорогой" в проектировании многоразовой системы в пользу "дешевой" полумногоразовой, тем самым поставив окончательный крест на всех планах будущей окупаемости системы.

В марте 1972 г. на базе хьюстонского проекта MSC-040С был утвержден тот облик шаттла, который мы знаем сегодня: стартовые твердотопливные ускорители, одноразовый бак компонентов топлива и орбитальный корабль с тремя маршевыми двигателями, лишившийся воздушно-реактивных двигателей для захода на посадку. Разработка такой системы, где многократно используется все, кроме внешнего бака, оценивалась в 5.15 млрд. долларов.

На этих условиях Никсон и объявил о создании шаттла в январе 1972-го. Уже шла предвыборная гонка, и республиканцы были рады заручиться поддержкой избирателей "аэрокосмических" штатов. 26 июля 1972 г. Отделению космических транспортных систем компании North American Rockwell был выдан контракт на $2.6 млрд., включающий проектирование орбитального корабля, изготовление двух стендовых и двух летных изделий. Разработка маршевых двигателей корабля была возложена на Rocketdyne - подразделение все того же "Рокуэлла", внешнего топливного бака - на фирму Martin Marietta, ускорителей - на United Space Boosters Inc. и собственно твердотопливных двигателей - на Morton Thiokol. Со стороны NASA руководство и надзор осуществляли MSC (орбитальная ступень) и MSFC (остальные компоненты).

Первоначально летные корабли обозначались номерами OV-101, OV-102 и так далее. Изготовление первых двух началось на заводе N42 ВВС США в Палмдейле в июне 1974 г. Корабль OV-101 был выпущен 17 сентября 1976 г. и получил название "Энтерпрайз" (Enterprise) по имени звездолета из фантастического телесериала Star Trek. После горизонтальных летных испытаний его планировали переоборудовать в орбитальный корабль, но первым на орбиту должен был подняться OV-102.

В ходе испытаний "Энтерпрайз" - атмосферных в 1977 и вибрационных в 1978 г. - выяснилось, что крылья и среднюю часть фюзеляжа надо значительно усилить. Эти решения были частично внедрены на OV-102 в процессе сборки, но грузоподъемность корабля пришлось ограничить 80% номинальной. Второй летный экземпляр нужен был уже полноценный, способный запускать тяжелые спутники, а чтобы усилить конструкцию OV-101, его пришлось бы почти полностью разобрать. В конце 1978 г. родилось решение: быстрее и дешевле будет довести до летной кондиции машину для статических испытаний STA-099. 5 и 29 января 1979 г. NASA выдало Rockwell International контракты на доработку STA-099 в летный корабль OV-099 ($596.6 млн. в ценах 1979 г.), на модификацию "Колумбии" после летных испытаний ($28 млн.) и на строительство OV-103 и OV-104 ($1653.3 млн.). А 25 января все четыре орбитальные ступени получили собственные имена: OV-102 стала "Колумбией" (Columbia), OV-099 получил имя "Челленджер" (Challenger), OV-103 - "Дискавери" (Discovery) и OV-104 - "Атлантис" (Atlantis). Впоследствии, для пополнения флота шаттлов после гибели "Челленджера", был построен ВКС OV-105 "Эндевор" (Endeavour).

Итак, что же такое "Space Shuttle"?
Конструктивно многоразовая транспортная космическая система (МТКС) "Спейс Шаттл" состоит из двух спасаемых твердотопливных ускорителей, являющихся фактически I ступенью, и орбитального корабля с тремя маршевыми кислородно-водородными двигателями и подвесным топливным отсеком, образующими II ступень, при этом топливный отсек является единственным одноразовым элементом всей системы. Предусматривается двадцатикратное использование твердотопливных ускорителей, стократное - орбитального корабля, а кислородно-водородные двигатели рассчитываются на 55 полетов.

При проектировании предполагалось, что такая МТКС при стартовой массе 1995-2050 т сможет выводить на орбиту с наклонением 28.5 град. полезный груз массой 29.5 т на солнечно-синхронную орбиту - 14.5 т и возвращать на Землю с орбиты полезный груз массой 14.5 т. Предполагалось также, что количество запусков МТКС может быть доведено до 55-60 в год. В первом полете стартовая масса МТКС "Спейс Шаттл" составляла 2022 т, масса пилотируемого орбитального корабля при выведении на орбиту - 94.8 т, при посадке - 89.1 т.

Разработка такой системы - весьма сложная и трудоемкая проблема, о чем говорит тот факт, что на сегодня оказались не выполненными заложенные в начале разработки показатели по общим затратам на создание системы, стоимости ее запуска и сроки создания. Так, стоимость возросла с 5,2 млрд. дол. (в ценах 1971 г.) до 10,1 млрд. дол. (в ценах 1982 г.), стоимость пуска - с 10,5 млн. дол. до 240 млн. дол. Не удалось выдержать срок и намечавшегося на 1979 г. первого экспериментального полета.

Всего на сегодняшний день построено семь шаттлов, пять кораблей были предназначены для космических полетов, два из которых потеряны в катастрофах:

Отправить