Непревзойденный «Спейс Шаттл»

27 ноября 2008 г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

      На 30 ноября запланировано приземление американского корабля «Индевор» (STS-126) с 15-дневного орбитального полета, которому, по объявленным планам NASA, в 2010 году суждено завершить 30-летнюю эксплуатацию системы «Спейс Шаттл» - первых и единственных в мире многоразовых пилотируемых космических кораблей. Всего с 1981 года пять «космических челноков» отправлялись в космос 124 раза. Несомненно, программа «Спейс Шаттл» явилась самым ярким примером технологического превосходства и экономической мощи США.

 

Программа Space Shuttle

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     Разработка системы Space Shuttle началась в 1969 году по линии финансирования двух правительственных ведомств США: Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) и министерства обороны. Основу системы «Шаттл» составляет пилотируемый космический корабль многоразового применения. В систему также входят наземные обеспечивающие комплексы (стартово-посадочный и монтажно-испытательный комплексы космического центра имени Кеннеди на авиабазе Ванденберг, штат Флорида), центр управления полетом в г. Хьюстон (Техас), системы связи и ретрансляции данных через спутники и другие средства. Общие расходы на создание системы «Шаттл» оценивались в 10-12 млрд долларов и более 9 млрд долларов - на изготовление четырех орбитальных кораблей: «Коламбия», «Челленджер», «Дискавери», «Атлантис». Ожидалось, что эксплуатация многоразовых кораблей существенно снизит стоимость вывода полезных нагрузок в космос в расчете на 1 кг веса. В 1988 году стоимость запуска МТКС "Спейс Шаттл" начиная с 1986 года состаляла 69 млн долларов (2500 долл/кг). Программа использования системы «Шаттл» до середины 1990-х годов предусматривала проведение 311 полетов космических кораблей, из них 114 в интересах министерства обороны. По сообщениям иностранной печати предполагалось, что принятие в оперативное использование «Шаттла» связывается с испытанием и развертыванием новых систем оружия. В частности, упоминалось о размещении на его борту боеголовок баллистических ракет, лазерного и лучевого оружия, средств опознавания и уничтожения космических аппаратов, разведывательной аппаратуры и других средств. Всего, не считая прототипа Enterprise, построено 5 орбитальных ступеней: Columbia, Challenger, Discovery, Atlantis, Endeavour).

 

      Космический корабль со стартовым весом около 2040-2055 тонн представляет собой связку из орбитальной ступени с экипажем, двух твердотопливных ускорителей и внешнего топливного бака. Орбитальная ступень рассчитывалась на использование до 100 раз, твердотопливные ускорители – до 20. Единственным элементом одноразового применения является внешний топливный бак, содержащий компоненты топлива для работы основной двигательной установки орбитальной ступени. Корабль стартует вертикально, его высота в сборке 56,1 м.

 

     Орбитальная ступень выполнена по самолетной схеме с треугольным в плане крылом. Ее вес на старте около 115-120 тонн (без полезной нагрузки – 69 т), длина 37,19 м, высота 17 м, размах крыла 23,77 м. В передней части ступени расположена кабина экипажа, в задней – основная двигательная установка и двигатели системы орбитального маневрирования. Орбитальная ступень обшита несколькими видами теплозащитных покрытий (в виде 35 тысяч отдельных плиток на основе кремния и кадмия), предохраняющих ее от чрезмерного нагрева и разрушения при прохождении атмосферы Земли при запуске, а также сходе с орбиты и посадке. Основная двигательная установка состоит из трех ЖРД Rocketdyne тягой около 200 т каждый, работающих на жидком водороде и кислороде. Благодаря поворотным соплам управление вектором тяги осуществляется в любом направлении в пределах 8,5-11 градусов. Максимальная продолжительность работы - 8 минут. Общий ресурс - 7,5 часа. ЖРД рассчитан на 55 полетов.  Запас топлива (10,9 т диметилгидразина и азотной кислоты) находится в двух баках с обеих сторон хвостового отсека орбитальной ступени. В хвостовой части орбитальной ступени размещаются еще два двигателя для выполнения маневров ступени на орбите, работающих на четерыхокиси азота и монометилгидразине. Каждый имеет тягу 2,7 т. ЖРД маневрирования обеспечивают доведение ступени на орбиту после отделения центрального топливного бака, коррекцию орбиты, сближение с другими орбитальными объектами и торможение для схода с орбиты. Также имеются 44 ЖРД ориентации тягой 3,9 или 0,11 кН (390 или 11 кгс), работающих на том же топливе, что и двигатели для выполнения маневров на орбите. В грузовом отсеке орбитальной ступени располагаются полезные нагрузки длиной свыше 18 м, диаметром до 4,5 м и максимальным весом (при выводе в космос) до 24-29,5 т. На Землю может быть возвращен вес не более 14,5 т. Для операций с полезной нагрузкой внутри грузового отсека и вблизи орбитальной ступени при ее нахождении на орбите используется дистанционный манипулятор, установленный на кромке грузового отсека. Его длина в вытянутом положении 15,2 м. Для посадки ступень оборудована шасси самолетного типа, воздушным тормозом, расположенным в вертикальном хвостовом оперении, а также другими устройствами и системами, в т.ч. радиотехническими средствами автоматической посадки. Численность экипажа может колебаться от 2 до 7 человек в зависимости от задач, решаемых в полете, состава оборудования и полезной нагрузки.

 

     Внешний топливный бак выполнен из алюминиевых сплавов и рассчитан на 713 т криогенного топлива. Высота бака 47 м, диаметр 8,38 м, сухой вес около 32 т. Для изоляции жидких водорода (-253 град. по Цельсию) и кислорода (-183 град. по Цельсию) внешняя поверхность бака покрывается специальным пенообразным материалом толщиной 1,3-5 м и наносимых методом набрызгивания.

 

     Твердотопливные ускорители разработки компании Thiokol предназначены для разгона корабля на начальном участке траектории. Время их работы несколько больше 2 минут, суммарная тяга свыше 2600 т (23572 kN). В состав топлива входят хлористый аммоний, специальный полимер, порошкообразный алюминий, окись железа и некоторые другие присадки. Сопла ускорителей могут отклоняться в наружном подвесе на угол до 7 градусов. После выгорания топлива ускорители отделяются от корабля на высоте 70-90 км, а затем при достижении плотных слоев атмосферы срабатывает парашютная система, обеспечивающая их приводнение. Длина каждого ускорителя 45,47 м, диаметр 3,7 м, вес в снаряженном состоянии около 590 т, после выгорания топлива – 78 т.

 

     Продолжительность орбитального полета космического корабля рассчитана на 7 сут. Она может быть увеличена до 30 сут за счет размещения в грузовом отсеке дополнительных расходуемых материалов. С помощью собственных двигателей корабль способен выходить на орбиты высотой до 1000-1200 км.

 

Орбитальные корабли

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

     Прототип (летающая лаборатория) орбитальной ступени «шаттла» Enterprise (OV-101) не предназначался для космических полетов и не имел двигателей и теплозащитных плит. Всего планировалась постройка трех моделей-лабораторий: MPTA-098 Pathfinder (для испытаний основной двигательной установки и рулежных испытаний с постройкой только хвостовой части и каркаса фюзеляжа), STA-099 и OV-101. «Пэтфайндер» построен в 1977 году, в 1979 году передан Центру космических полетов имени Маршалла (Хантсвилл), теперь является экспонатом Ракетно-космического центра в Хантсвилле (штат Алабама). Строительство «Энтерпрайза» начато 4 июня 1974 года и, первоначально, планировалось дать имя Constitution. 31 января 1977 года летающая лаборатория доставлена на авиабазу Эдвардс и 18 февраля того же года начались летные испытания. Всего «Энтерпрайз» совершил 17 испытательных полетов по программе ALT (Approach and Landing Test) на самолете-носителе Boeing 747 SCA (Shuttle Carrier Aircraft), в том числе в 5 - с отделением от самолета-носителя и посадкой в пилотируемом режиме. В июне 1979 года прототип был объединен с внешним топливным баком и стартовыми ускорителями для виброиспытаний на стартовом столе 39А в космическом центре имени Кеннеди. В 1984 году также в полной конфигурации использовался на испытаниях стартового стола SLC-6 (ни разу не применялся по прямому назначению) на авиабазе Ванденберг. Позже прототип орбитальной ступени демонстрировался во Франции, Германии, Италии, Великобритании и Канаде, а также в некоторых штатах США. 18 ноября 1985 года «Энтерпрайз» передан Смитсоновскому институту (Вашингтон), в 2003 году стал экспонатом Национального аэрокосмического музея в международном аэропорту Даллес в Вашингтоне.

 

      Изготовление первого орбитального корабля Columbia (OV-102) началось 1975 году в Палмдейле (Калифорния). По окончании строительства корабль доставлен в космический центр имени Кеннеди 25 марта 1979 года для подготовки к старту. Однако первый полет «шаттла» задержался на два года из-за проблем, связанных с технологией создания основных двигателей и теплозащитного покрытия. На изготовление орбитальной ступени было потрачено 600 млн долларов, что почти в три раза превышало запланированную сумму. Первый полет «Коламбии» (STS-1) состоялся 12 апреля 1981 года, корабль пилотировали ветеран Джон Янг (John Young, летал на КК Gemini и Apollo) и Роберт Гриппен (Robert Grippen). «Коламбия» вернулась на Землю 14 апреля, облетев земной шар 36 раз. Затем последовали еще 3 испытательных полета корабля с экипажем из двух астронавтов (в 3-м полете совершена посадка на Уайт-Сэндз). 11 ноября 1982 года (5-й полет) впервые полетел экипаж с 6 астронавтами на борту. В следующем полете эстафету «шаттлов» взял корабль «Чэлленджер». Самый длительный полет «шаттла» и по сей день принадлежит «Коламбии» (STS-80, 17 дней 15 ч 53 мин 18 с). Всего «Коламбия» отправлялась в космос 28 раз, с последнего которого не вернулась. Корабль, стартовавший 16 января 2003 года (STS-107), 1 февраля сгорел при снижении на посадку на скорости 20000 км/ч на высоте около 63 км и упал примерно в 500 милях от космодрома на мысе Канаверал. Погибли все 7 астронавтов.

 

      Второй орбитальный корабль Challenger (OV-099) отправился в свой первый полет 4 апреля 1983 года (STS-6). В его постройке использован корпус испытательного образца STA-99 (structural test article), который не предназначался для космических полетов (сперва, планировалось использовать корпус прототипа Enterprise OV-101, но такое решение было отклонено из-за больших расходов, чем доработка STA-99). «Челленджер», как и все последующие орбитальные корабли, имел меньшее (до 20 тысяч) количество теплозащитных плит, чем «Коламбия». Теплозащитные плиты на створках грузового отсека, верхней поверхности крыла и задней части фюзеляжа были заменены новым покрытием. Грузоподъемность «Челленджера» увеличилась на 2,5 т. Корабль также был впервые оснащен коллиматорным индикатором системы посадки. В 1983-84 годы «Челленджер» использовался гораздо интенсивнее «Коламбии» и выполнил 85% миссий «шаттлов» (по 3 полета в год). В 1985 году, когда к «шаттлам» присоединился «Дискавери», «Челленджер» также слетал в космос 3 раза. 28 января 1986 года во время 10-го старта (STS-51-L) корабль на 1 минуте 13 секунде взорвался вместе с экипажем из 7 астронавтов. Как установила специальная комиссия, авария произошла из-за недостаточно надежной конструкции соединения сегментов в твердотопливном ускорителе и неправильной организации работ в центре космических полетов им. Маршалла (Хантсвилл, шт. Алабама), который отвечает за двигательные установки. Это была первая авария космического «челнока», приведшая к прекращению полетов «шаттлов» на 2,5 года.

 

      Наибольшее количество космических миссий у третьего орбитального корабля Discovery (OV-103) - 35 полетов. В первый раз в космос «Дискавери» отправился 30 августа 1984 года (STS-41D). Наряду с «Челленджером» модернизировался под установку верхней ступени ракеты-носителя Centaur-G в грузоотсеке. В 10-м полете (STS-31) в 1990 году с помощью «Дискавери» на орбиту был выведен космический телескоп «Хаббл» (Hubble). «Рабочая лошадка» NASA первой отправлялась в космос (STS-26 и STS-114) после катастроф «Челленджера» и «Колумбии». На «Дискавери» в 1998 году (STS-95) летал ветеран Джон Гленн, которому тогда было 77 лет, первый российский космонавт на американском космическом корабле Сергей Крикалев (STS-60). 100-й полет (STS-92, доставлена ферменная конструкция Z1 массой 8,755 т для МКС), последний запуск «шаттла» со стартового комплекса LC-39B также был выполнен на «Дискавери» (STS-118). В декабре 2006 г. (STS-116) на МКС доставлена ферменная конструкция массой P5 массой 1,864 т, октябре 2007 г. (STS-120) – модуль Harmony (Node 2) массой 14,288 т (длина 7,2 м, диаметр 4,4 м, пристыкован к модулю Destiny). Во время 35-го полета (STS-124), стартовавшего 1 мая 2008 года, была доставлена и смонтирована на МКС вторая секция (Pressurized Module) японского исследовательского модуля «Кибо» (Kibo) массой 14,8 т (длина 11,19 м, диаметр 4,39 м). До окончания программы «Шаттл» планируется еще 3 полета «Дискавери» (STS-119/128/132).

 

      Следующий орбитальный корабль - Atlantis (OV-104), в активе которого 29 космических полетов. «Атлантис» легче «Коламбии» на 3,2 тонны и его строительство заняло в два раза меньше времени. Четвертый в серии «шаттл» отправился в космос 3 октября 1985 года (STS-51-J). Этот полет также был первым из пяти полетов, в которых экипажи «Атлантиса» выполняли задания в военных целях. С 1995 года совершил 7 полетов к российской орбитальной станции «Мир» по программе «Шаттл-Мир». На счету «Атлантиса» и самый короткий промежуток времени между предыдущим полетом и последующим стартом– 50 дней. С ноября 1997 по июль 1999 года на «Атлантисе» были введены около 165 усовершенствований, в т.ч. многофункциональная электронная дисплейная система или т.н. «стеклянная кабина». В феврале 2001 года «Атлантис» (STS-98 - 23-й полет) доставил на международную космическую станцию лабораторный модуль «Дестини» (Destiny) массой 14,52 т (длина 8,53 м, диаметр 4,27 м), июле того же года (STS-104) – стыковочный шлюзовый модуль Quest массой 6,064 т (длина 5,5 м, диаметр 4 м), апреле 2002 г. (STS-110) – ферменную конструкцию S0 массой 13,971 т., октябре 2002 г. (STS-112) – ферменную конструкцию S1 массой 14,124 т, сентябре 2006 г. (STS-115) – ферменную конструкцию P3/P4 с солнечными панелями массой 15,824 т, июне 2007 г. (STS-117) – ферменную конструкцию S3/S4 с солнечными панелями массой 15,824 т. В 29-м полете (STS-122) был доставлен и соединен к боковому стыковочному узлу модуля Node 2 (Harmony Module) МКС лабораторный блок «Колумбус» (Columbus) весом 10,3 т (длина 6,871 м, диаметр 4,477 м), созданный Европейским космическим агентством. До окончания программы «Шаттл» планируется еще 3 полета «Атлантиса» (STS-125/129/131).

 

      Пятый и последний орбитальный корабль Endeavour (OV-105) был построен на замену потерянного «Челленджера». В его сборке, начатой в 1987 году, были использованы запасные части к двум из трех оставшихся в эксплуатации кораблям - «Коламбии» и «Атлантиса». Предложение построить «Индевор», доработав прототип «Энтерпрайз», не было одобрено по финансовым соображениям. Корабль, обошедшийся казне 2,2 млрд долларов, доставлен компанией Rockwell International в мае 1991 года и отправился в первый полет 7 мая 1992 года (STS-49). В 1997 году в течение 8 месяцев «Индевор» проходил модернизацию, включая установку новой шлюзовой камеры. Во время 12-го полета (STS-89) осуществлена стыковка с российской орбитальной станцией «Мир». В декабре 1998 года (STS-88) корабль доставил и пристыковал к российскому модулю ФГБ «Заря» МКС первый американский модуль «Юнити» (Unity, Node 1) массой 11,612 т (длина 5,49, диаметр 4,47), 30 ноября 2000 года (STS-97) – ферменную конструкцию P6 с солнечными панелями массой 15,824 т, в апреле 2000 г. (STS-100) – мобильную систему обслуживания Canadarm2 массой 1,8 т, ноябре 2002 г. (STS-113) – ферменную конструкцию P1 массой 14,003 т. С декабря 2003 по 6 октября 2005 года «Индевор» также прошел модернизацию, в ходе которой корабль получил «стеклянную кабину» и усовершенствованный приемник GPS, а также внесены доработки по обеспечению безопасности полета, рекомендованными после расследования причин катастрофы «Коламбии». В августе 2007 года корабль доставил на МКС ферменную конструкцию S5 массой 1,818 т, ноябре этого года (STS-126) - возвращаемый универсальный модуль снабжения «Леонардо» (Leonardo) массой 13,154 т (длина 6,4 м, диаметр – 4,57 м). Всего корабль совершил 22 космических полета. В ходе 23-й миссии планируется доставка на МКС модулей Node 3 и Cupola. 24-й полет «Индевора» (STS-133) запланирован на 31 мая 2010 года, который станет финальным, 133-м, полетом кораблей «Шаттл».

 

Андриан Николаев.

Фото NASA.