Посадочная скорость шаттла. Космический корабль «Шаттл
May 3rd, 2016
Одним из главных элементов экспозиции национального музея авиации и космонавтики Smithsonian (Центр имени Удвара Хейзи) является космический шаттл “Дискавери”. Собственно данный ангар в первую очередь и был построен, чтобы принять космический корабль NASA после завершения программы Спейс Шаттл. В период активного использования челноков, в центре Удвара Хейзи был выставлен тренировочный корабль Энтерпрайз, использовавшийся для испытаний в атмосфере и как весово-габаритная модель, перед созданием первого, по-настоящему космического челнока “Колумбии”.
Космический шаттл “Дискавери”. За 27 лет службы этот челнок побывал в космосе 39 раз.
Корабли построенные в рамках программы «Космическая транспортная система»
Схема корабля
К сожалению, большей части амбициозных планов агентства так и не суждено было сбыться. Высадка на Луне решила все политические задачи США в космосе на тот момент, а практического интереса полёты в дальний космос не представляли. Да и интерес общественности стал угасать. Кто сейчас сходу вспомнит имя третьего человека на Луне? На момент последнего полёта корабля Аполлон по программе "Союз-Апполон" в 1975 году финансирование американского космического агентства было радикально сокращено по решению президента Ричарда Никсона.
У США были более насущные проблемы и интересы на Земле. В итоге дальнейшие пилотируемые полёты американцев вообще оказались под вопросом. Недостаток финансирования и повышенная солнечная активность привели и к тому, что NASA потеряла станцию Skylab , проект, намного опередивший своё время и имевший преимущества даже перед сегодняшней МКС. У агентства просто не было кораблей и носителей, чтобы вовремя поднять её орбиту, и станция сгорела в атмосфере.
Спейс Шаттл "Дискавери" - носовая часть
Видимость из кабины пилотов достаточно ограниченная. Также видны носовые форсунки двигателей системы ориентации.
Всё, что на тот момент удалось сделать NASA, это подать программу космического челнока как экономически целесообразную. Спейс Шаттл должны были взять на себя как обеспечение пилотируемых полётов, запуск спутников, а так же их ремонт и обслуживание. NASA обещала взять на себя все запуски космических аппаратов, включая военные и коммерческие, что за счёт использования многоразового корабля, могло бы вывести проект на самоокупаемость при условии нескольких десятков запусков в год.
Спейс Шаттл "Дискавери" - крыло и панель питания
В задней части челнока, возле двигателей видна панель питания, через которую корабль был подсоединён на стартовом столе, в момент запуска панель отделялась от челнока.
Забегая вперёд, скажу, что на самоокупаемость проект так никогда и не вышел, но на бумаге всё выглядело достаточно гладко (возможно так и было задумано), поэтому на строительство и обеспечение кораблей деньги выделены были. К сожалению, построить новую станцию у NASA возможности не было, все тяжёлые ракеты “Сатурн” были истрачены в лунной программе (последняя запустила Skylab), а на строительство новых не было средств. Без космической станции Спейс Шаттл имели достаточно ограниченное время пребывания на орбите (не более 2 недель).
Вдобавок запасы dV многоразового корабля были намного меньше, чем у одноразовых советских Союзов или американских же Аполлонов. В результате Спейс Шаттл имел возможность выхода лишь на низкие орбиты (до 643 км), во многом именно этот факт предопределил, что и на сегодняшний день, 42 года спустя, последним пилотируемым полётом в дальний космос была и остаётся миссия Аполлона-17.
Хорошо видны крепления створок грузового отсека. Они достаточно маленькие и сравнительно хрупкие, так как грузовой отсек открывался только в невесомости.
Спейс Шаттл “Индевор” с открытым грузовым отсеком. Сразу позади кабины экипажа виден стыковочный узел для работы в составе МКС.
Космические челноки были способы поднимать на орбиту экипаж до 8 человек и, в зависимости от наклонения орбиты, от 12 до 24,4 тонн грузов. И, что немаловажно, спускать с орбиты грузы весом до 14,4 тон и выше при условии, что они вмещались в грузовой отсек корабля. Советские и российские космические аппараты такими возможностями не обладают до сих пор. Когда NASA опубликовала данные по грузоподъёмности грузового отсека Спейс Шаттл, в Советском Союзе всерьёз рассматривали идею похищения советских орбитальных станций и аппаратов кораблями Спейс Шаттл. Предлагалось даже оснащать советские пилотируемые станции вооружением, для защиты от возможного нападения челнока.
Сопла системы ориентации корабля. На тепловой обшивке хорошо видны следы от последнего входа корабля в атмосферу.
Корабли Спейс Шаттл активно использовались для орбитальных запусков беспилотных аппаратов, в частности, космического телескопа Хаббл. Наличие экипажа и возможность ремонтных работ на орбите позволяли избегать постыдных ситуаций в духе Фобос-Грунт. Так же Спейс Шаттл работал с космическими станциями по программе Мир-Спейс Шаттл в начале 90-х и до недавнего времени доставлял модули для МКС, которые при этом не требовалось оснащать собственной двигательной установкой. Из-за высокой стоимости полётов полностью обеспечить ротацию экипажей и снабжение МКС (по задумке разработчиков - свою основную задачу) корабль не смог.
Спейс Шаттл "Дискавери" - керамическая обшивка.
Каждая плитка обшивки имеет свой серийный номер и обозначение. В отличии от СССР, где для программы “Буран” плитки керамической обшивки делали с запасом, НАСА построила цех где специальная машина по серийному номеру изготавливала плитку нужных размеров автоматически. После каждого полёта приходилось заменять несколько сотен таких плиток.
Схема полёта корабля
1. Старт - зажигание двигательные установки I и II ступеней, управление полетом осуществляется отклонением вектора тяги двигателей челнока, и до высоты порядка 30 километров дополнительно управление обеспечивается отклонением руля. Ручное управление на этапе взлёта не предусмотрено, корабль управляется компьютером, аналогично обычной ракете.
2. Отделение твердотопливных ускорителей происходит на 125 секунде полета при достижении скорости 1390 м/с и высоты полета около 50 км. Чтобы не повредить челнок, они отделяются с помощью восьми малых ракетных двигателей на твердом топливе. На высоте 7,6 км ускорители раскрывают тормозной парашют, а на высоте 4,8 км - основные парашюты. На 463 секунде с момента старта и на расстоянии 256 км от места старта происходит приводнение твердотопливных ускорителей, после чего их буксируют к берегу. В большинстве случаев ускорители удавалось заправлять и использовать повторно.
Видеозапись полёт в космос с камер твердотопливных ускорителей.
3. На 480 секунде полета происходит отделение подвесного топливного бака (оранжевого цвета), учитывая скорость и высоту отделения, спасение и повторное использование топливного бака потребовало бы оснастить его такой же тепловой защитой, как и сам челнок, что, в конечном счёте, сочли нецелесообразным. По баллистической траектории бак падает в Тихий или Индийский океан, разрушаясь в плотных слоях атмосферы.
4. Выход орбитального корабля на околоземную орбиту, с помощью двигателей системы ориентации.
5. Выполнение программы орбитального полёта.
6. Ретроградный импульс гидразиновыми двигателями ориентации, сход с орбиты.
7. Планирование в земной атмосфере. В отличие от “Бурана” посадка осуществляется только вручную, поэтому без экипажа корабль летать не мог.
8. Посадка на космодром, корабль приземляется со скоростью около 300 километров в час, что намного выше скорости посадки обычных самолётов. Для сокращения тормозного пути и нагрузки на шасси, сразу после касания раскрываются тормозные парашюты.
Двигательная установка. Хвост челнока способен раздваиваться, выступая на заключительных этапах посадки воздушным тормозом.
Несмотря на внешнее сходство, космоплан имеет очень мало общего с самолётом, это скорее очень тяжёлый планер. Шаттл не имеет собственных запасов топлива для основных двигателей, поэтому двигатели работают только пока корабль соединён с оранжевым топливным баком (по этой же причине двигатели установлены ассиметрично). В космосе и во время посадки корабль использует только маломощные двигатели ориентации и два маршевых двигателя на гидразиновом топливе (малые двигатели по бокам от основных).
Были планы снабдить Спейс Шаттлы реактивными двигателями, но из-за высокой стоимости и снижения полезной нагрузки корабля весом двигателей и топлива, от реактивных двигателей решили отказаться. Подъёмная сила крыльев корабля небольшая, а сама посадка осуществляется исключительно за счёт использования кинетической энергии схода с орбиты. По сути, корабль планировал с орбиты прямо на космодром. По этой причине у корабля есть только одна попытка для захода на посадку, развернуться и зайти на второй круг челнок уже не сможет. Поэтому НАСА построила по всему миру несколько резервных полос для посадки челноков.
Спейс Шаттл "Дискавери" - люк экипажа.
Эта дверь используется для посадки и высадки членов экипажа. Люк не снабжён воздушным шлюзом и в космосе блокируется. Выходы в открытый космос, стыковку с Мир и МКС экипаж выполнял через шлюз в грузовом отсеке на “спине” корабля.
Герметичный костюм для взлёта и посадки космического челнока.
Первые тестовые полёты челноков снабжались креслами-катапультами, которые позволяли аварийно покинуть корабль, потом катапульту убрали. Так же был один из аварийных сценариев посадки, когда экипаж покидал корабль на парашютах на последнем этапе спуска. Характерный оранжевый цвет костюма был выбран для упрощения проведения спасательных работ в случае аварийной посадки. В отличие от космического скафандра, этот костюм не имеет системы тепло-распределения и для выхода в открытый космос не предназначен. В случае полной разгерметизации корабля даже при наличии гермокостюма шансов выжить хотя бы несколько часов - немного.
Спейс Шаттл "Дискавери" - шасси и керамическая обшивка днища и крыла.
Скафандр для работы в открытом космосе программы Спейс Шаттл.
Катастрофы
Из 5 построенных кораблей 2 погибли вместе со всем экипажем.
Катастрофа Шаттла “Челленджер” миссия STS-51L
28 января 1986 года челнок “Челленджер” взорвался через 73 секунды после старта из-за аварии уплотнительного кольца твердотопливного ускорителя, прорвавшаяся сквозь щель, струя огня расплавила топливный бак и привела ко взрыву запаса жидкого водорода и кислорода. Экипаж, по всей видимости, уцелел непосредственно во взрыве, но кабина не была оборудована парашютами или другими средствами спасения и разбилась о воду.
После катастрофы Челленджера, NASA разработала несколько процедур спасения экипажа, во время взлёта и посадки, но ни одни из этих сценариев всё равно не смог бы спасти экипаж “Челленджера”, даже если бы он был предусмотрен.
Катастрофа шаттла “Колумбия” миссия STS-107
Обломки шаттла “Колумбия” сгорают в атмосфере.
Участок тепловой обшивки кромки крыла оказался повреждён при запуске двумя неделями ранее, отвалившимся куском теплоизоляционной пены, покрывающей бак с топливом (бак заполняется жидким кислородом и водородом, поэтому изоляционная пена позволяет избежать образование льда и уменьшить испарение топлива). Этот факт заметили, но не придали должного значения исходя из того, что в любом случае астронавты мало что могут сделать. В результате пролёт проходил штатно до этапа возвращения в атмосферу 1 февраля 2003 года.
Здесь хорошо заметно, что тепловой щит покрывает только кромку крыла. (Именно здесь “Колумбия” получила повреждение).
Под воздействием высоких температур плитка тепловой обшивки разрушилась и на высоте около 60 километров, высокотемпературная плазма прорвалась в алюминиевые конструкции крыла. Ещё через несколько секунд крыло разрушилось, на скорости порядка 10 мах, корабль потерял устойчивость и был уничтожен аэродинамическими силами. До того как в экспозиции музея появилась “Дискавери”, на этом же месте был выставлен Энтерпрайз (Тренировочный шаттл который совершал только атмосферные полёты).
Комиссия по расследованию инцидента вырезала фрагмент крыла музейного экспоната для проведения экспертизы. Специальной пушкой по кромке крыла выстреливались куски пены и оценивался ущерб. Именно этот эксперимент помог прийти к однозначному заключению о причинах катастрофы. Большую роль в трагедии сыграл и человеческий фактор, сотрудники NASA недооценили ущерб, полученный кораблём на этапе старта.
Простой обзор крыла в открытом космосе мог выявить повреждение, но ЦУП не дал экипажу такой команды, считая, что проблему можно решить по возвращению на Землю, а даже если повреждения необратимы, экипаж всё равно ничего не сможет сделать и нет смысла напрасно волновать астронавтов. Хотя это было не так, к старту готовился челнок “Атлантис”, который можно было бы использовать для проведения спасательной операции. Аварийный протокол, который примут на вооружение во всех последующих полётах.
Среди обломков корабля удалось найти видеозапись которую астронавты вели во время входа в атмосферу. Официально запись обрывается за несколько минут до начала катастрофы, но я сильно подозреваю, что NASA решила не публиковать последние секунды жизни астронавтов по этическим соображениям. Экипаж не знал о грозящей им гибели, глядя на бушующую за иллюминаторами корабля плазму кто-то из астронавтов шутит “Не хотелось бы сейчас оказаться снаружи”, не зная, что именно этого ждёт весь экипаж буквально через несколько минут. Жизнь полна мрачной иронии.
Прекращение программы
Логотип окончания программы Спейс Шаттл (слева) и памятная монета (справа). Монеты изготовлены из металла побывавшего в космосе в рамках первой миссии шаттла “Колумбия” STS-1
Гибель космического шаттла "Колумбия" поставила серьёзный вопрос о безопасности оставшихся 3 кораблей, находившихся к тому моменту в эксплуатации свыше 25 лет. В результате, последующие полёты стали проходить с сокращённым экипажем, а в резерве всегда держали ещё один челнок, готовый к пуску, который смог бы провести спасательную операцию. В сочетании со сменой акцентов правительства США на коммерческое освоение космоса, эти факторы привели к прекращению программы в 2011 году. Последним полётом челноков стал старт «Атлантиса» к МКС 8 июля 2011 года.
Программа Спейс Шаттл сделала огромный вклад в освоение космоса и развития знаний и опыта о работе на орбите. Без Спейс Шаттл, строительство МКС было бы совершенно другим и вряд ли на сегодняшний день было бы близко к завершению. С другой стороны, существует мнение, что программа Спейс Шаттл сдерживала NASA последние 35 лет, требуя больших затраты на обслуживание челноков: стоимость одного полёта составляла около 500 миллионов долларов, для сравнения, - запуск каждого “Союза” обходился всего в 75-100.
Корабли потребляли средства, которые могли бы пойти на развитие межпланетных программ и более перспективных направлений в исследовании и развитии космоса. Например, строительство более компактного и дешёвого многоразового или одноразового корабля, для тех миссий, где 100 тонный Спейс Шаттл был просто не нужен. Откажись NASA от Спейс Шаттл, развитие космической отрасли США могло бы пойти совсем по-другому.
Как именно, сейчас уже трудно сказать, возможно, у NASA просто не было выбора и не будь челноков, гражданское освоение космоса Америкой могло вообще прекратиться. Уверенно утверждать можно одно, на сегодняшний день корабли Спейс Шаттл были и остаются единственным примером успешной многоразовой космической системы. Советский “Буран” хоть и был построен как многоразовый корабль, в космосе побывал только однажды, впрочем, это совсем другая история.
Взят у lennikov в Виртуальная экскурсия по национальному аэрокосмическому музею Smithsonian: часть вторая
Жми на кнопку, чтобы подписаться на "Как это сделано"!
Если у вас есть производство или сервис, о котором вы хотите рассказать нашим читателям, пишите Аслану ([email protected] ) и мы сделаем самый лучший репортаж, который увидят не только читатели сообщества, но и сайта Как это сделано
Подписывайтесь также на наши группы в фейсбуке, вконтакте, одноклассниках и в гугл+плюс , где будут выкладываться самое интересное из сообщества, плюс материалы, которых нет здесь и видео о том, как устроены вещи в нашем мире.
Жми на иконку и подписывайся!
Косми́ческая тра́нспортная систе́ма (англ. Space Transportation System), более известная как Спе́йс ша́ттл (от англ. Space shuttle - косми́ческий челно́к) - американский многоразовый транспортный космический корабль. Шаттл запускается в космос с помощью ракет-носителей, осуществляет манёвры на орбите как космический корабль и возвращается на Землю как самолёт. Подразумевалось, что шаттлы будут сновать, как челноки, между околоземной орбитой и Землёй, доставляя полезные грузы в обоих направлениях. При разработке предусматривалось, что каждый из шаттлов должен был до 100 раз стартовать в космос. На практике же они используются значительно меньше. К маю 2010 года больше всего полётов - 38 - совершил шаттл «Дискавери». Всего с 1975 по 1991 год было построено пять шаттлов: «Колумбия» (сгорел при посадке в 2003), «Челленджер» (взорвался при старте в 1986), «Дискавери», «Атлантис» и «Индевор». 14 мая 2010 года спейс шаттл «Атлантис» совершил свой последний старт с мыса Канаверал. По возвращении на Землю он будет списан.
История применения
Программа по созданию шаттлов разрабатывалась компанией North American Rockwell по поручению НАСА с 1971 года.
Шаттл «Колумбия» был первым действующим многоразовым орбитальным аппаратом. Его изготовили в 1979 году и передали Космическому центру НАСА имени Кеннеди. Шаттл «Колумбия» был назван по имени парусника, на котором капитан Роберт Грей в мае 1792 года исследовал внутренние воды Британской Колумбии (ныне штаты США Вашингтон и Орегон). В НАСА «Колумбия» имеет обозначение OV-102 (Orbiter Vehicle - 102). Шаттл «Колумбия» погиб 1 февраля 2003 года (полёт STS-107) при входе в атмосферу Земли перед посадкой. Это было 28-е космическое путешествие «Колумбии».
Второй космический челнок - «Челленджер» был передан НАСА в июле 1982 года. Он был назван по имени морского судна, исследовавшего океан в 1870-е годы. В НАСА «Челленджер» имеет обозначение - OV-099. «Челленджер» погиб при своём десятом запуске 28 января 1986 года.
Третий шаттл - «Дискавери» был передан НАСА в ноябре 1982 года.
Шаттл «Дискавери» был назван по имени одного из двух судов, на которых, в 1770-х годах, британский капитан Джеймс Кук (англ. James Cook) открыл Гавайские острова и исследовал побережье Аляски и северо-западной Канады. Такое же имя («Дискавери») носило одно из судов Генри Хадсона, который в 1610-1611 годах исследовал Гудзонов залив. Ещё два «Дискавери» были построены Британским Королевским Географическим Обществом для исследования Северного полюса и Антарктики в 1875 и 1901 годах. В НАСА «Дискавери» имеет обозначение OV-103.
Четвёртый шаттл - «Атлантис» (Atlantis) вступил в строй в апреле 1985 года.
Пятый шаттл - «Индевор» (Endeavour) был построен взамен погибшего «Челленджера» и принят в эксплуатацию в мае 1991 года. Шаттл «Индевор» был назван также по имени одного из судов Джеймса Кука. Это судно использовалось в астрономических наблюдениях, которые позволили точно установить расстояние от Земли до Солнца. Этот корабль также участвовал в экспедициях по исследованию Новой Зеландии. В НАСА «Индевор» имеет обозначение OV-105.
До «Колумбии» был построен ещё один шаттл - «Энтерпрайз» (Enterprise), который в конце 1970-х годов использовался только как тестовый аппарат для отработки методов посадки и не летал в космос. В самом начале предполагалось назвать этот орбитальный корабль - «Конституция» (Constitution) в честь двухсотлетия американской Конституции. Позже, по многочисленным предложениям зрителей популярного телевизионного сериала «Звёздный путь» (Star Trek), было выбрано имя «Энтерпрайз». В НАСА «Энтерпрайз» имеет обозначение OV-101.
Шаттл «Дискавери» взлетает. Миссия STS-120
Общие сведения
Страна Соединённые Штаты Америки США
Назначение Многоразовый транспортный космический корабль
Изготовитель United Space Alliance:
Thiokol/Alliant Techsystems (SRBs)
Lockheed Martin (Martin Marietta) - (ET)
Rockwell/Boeing (orbiter)
Основные характеристики
Количество ступеней 2
Длина 56,1 м
Диаметр 8,69 м
Стартовая масса 2030 т
Масса полезной нагрузки
- на НОО 24 400 кг
- на Геостационарная орбита 3810 кг
История запусков
Состояние действующий
Места запуска Космический центр Кеннеди, 39-й комплекс
База Ванденберг (планировалось в 1980-е)
Число запусков 128
- успешных 127
- неудачных 1 (launch failure, Challenger)
- частично неудачных 1 (re-entry failure, Columbia)
Первый запуск 12 апреля 1981 года
Последний запуск осень 2010 года
Конструкция
Шаттл состоит из трёх основных компонентов: орбитальный аппарат (Орбитер, Orbiter), который выводится на околоземную орбиту и который является, собственно, космическим кораблём; большой внешний топливный бак, для главных двигателей; и два твердотопливных ракетных ускорителя, которые работают в течение двух минут после старта. После выхода в космос орбитер самостоятельно возвращается на Землю и совершает посадку как самолёт на взлётно-посадочную полосу. Твердотопливные ускорители приводняются на парашютах и затем используются вновь. Внешний топливный бак сгорает в атмосфере.
История создания
Существует серьёзное заблуждение, что программа «Спейс шаттл» создавалась для военных нужд, в качестве некоего «космического бомбардировщика». Это глубоко неверное «мнение» основывается на «возможности» челноков нести ядерное вооружение (такую возможность в той же степени имеет любой достаточно большой пассажирский авиалайнер (к примеру, первый советский трансконтинентальный авиалайнер Ту-114 был создан на базе стратегического ядерного носителя Ту-95) и на теоретических предположениях об «орбитальных нырках», которые якобы способны проводить (и даже осуществляли) орбитальные корабли многоразового использования.
На самом деле, все упоминания о «бомбардировочном» назначении шаттлов содержатся исключительно в советских источниках, как оценка военного потенциала космических челноков. Справедливо будет предположить, что эти «оценки» использовались, чтобы убедить высшее руководство в необходимости «адекватного ответа» и создать свою аналогичную систему.
История проекта спейс шаттл начинается в 1967 году, когда ещё до первого пилотируемого полёта по программе «Аполло» (11 октября 1968 года - старт «Аполло-7») оставалось больше года, как обзор перспектив пилотируемой космонавтики после завершения лунной программы NASA.
30 октября 1968 года 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, что должно было снизить затраты космического агентства при условии интенсивного использования.
В сентябре 1970 года Целевая космическая группа под руководством вице-президента США С. Агню, специально созданная для определения следующих шагов в освоения космического пространства, оформила два детально проработанных проекта вероятных программ.
Большой проект включал:
* космические челноки;
* орбитальные буксиры;
* большую орбитальную станцию на Земной орбите (до 50 человек экипажа);
* малую орбитальную станцию на орбите Луны;
* создание обитаемой базы на Луне;
* пилотируемые экспедиции к Марсу;
* высадку людей на поверхность Марса.
В качестве малого проекта предлагалось создать только большую орбитальную станцию на Земной орбите. Но в обоих проектах, было определено, что орбитальные полёты: снабжение станции, доставку на орбиту грузов для дальних экспедиций или блоки кораблей для дальних полётов, смена экипажей и прочие задания на орбите Земли должны осуществляться многоразовой системой, которая и получила тогда название Space Shuttle.
Также существовали планы создания «атомного шаттла» - челнока с ядерной двигательной установкой NERVA (англ.), который разрабатывался и испытывался в 1960-х годах. Атомный шаттл должен был осуществлять полёты между земной орбитой, орбитой Луны и Марса. Снабжение атомного челнока рабочим телом для ядерного двигателя возлагалось на знакомые нам обыкновенные шаттлы:
Nuclear Shuttle: This reusable rocket would rely on the NERVA nuclear engine. It would operate between low earth orbit, lunar orbit, and geosynchronous orbit, with its exceptionally high performance enabling it to carry heavy payloads and to do considerable amounts of work with limited stores of liquid-hydrogen propellant. In turn, the nuclear shuttle would receive this propellant from the Space Shuttle.
SP-4221 The Space Shuttle Decision
Однако, президент США Ричард Никсон отверг все варианты, потому что даже самый дешевый требовал 5 млрд долларов в год. NASA оказалось перед тяжёлым выбором: нужно было или начать новую крупную разработку, 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 счёт выведения на орбиту спутников на коммерческой основе. Экономическая экспертиза подтвердила: теоретически, при условии не менее 30 полётов в год и полном отказе от использования одноразовых носителей, система спейс шаттл может быть рентабельной.
Проект создания системы «Спейс шаттл» был принят Конгрессом США.
Одновременно, в связи с отказом от одноразовых ракет носителей, определялось, что на шаттлы возлагается обязанность осуществлять вывод на земную орбиту и всех перспективных аппаратов Минобороны, ЦРУ и АНБ США.
Военные предъявили свои требования к системе:
* Космическая система должна быть способна выводить на орбиту полезный груз до 30 тонн, возвращать на Землю полезную нагрузку до 14,5 тонн, иметь размер грузового отсека не менее 18 метров длиной и 4,5 метров в диаметре. Это были размер и вес проектировавшегося тогда спутника оптической разведки КН-II, из которого впоследствии произошёл орбитальный телескоп Хаббл.
* Обеспечить возможность бокового маневра для орбитального корабля до 2000 километров для удобства посадки на ограниченное количество военных аэродромов.
* Для запуска на околополярные орбиты (с наклонением 56-104º) ВВС решили построить собственный технический, стартовый и посадочный комплексы на авиабазе Ванденберг в Калифорнии.
Этим требования военного ведомства к проекту спейс шаттл были ограничены.
Использовать челноки в качестве «космических бомбардировщиков» не планировалось никогда. Во всяком случае, не существует никаких документов NASA, Пентагона, или Конгресса США, свидетельствующих о таких намерениях. Не упоминаются «бомбардировочные» мотивы ни в мемуарах, ни в частной переписке участников создания системы спейс шаттл.
Проект космического бомбардировщика X-20 Dyna Soar официально стартовал 24 октября 1957 года. Однако, с развитием МБР шахтного базирования и атомного подводного флота, вооружённого баллистическими ракетами, создание орбитальных бомбардировщиков в США было признано нецелесообразным. Уже после 1961 года из проекта X-20 Dyna Soar исчезают упоминания о «бомбардировочных» задачах, но остаются разведывательные и «инспекционные». 23 февраля 1962 г. Министр обороны Макнамара одобрил последнюю реструктуризацию программы. С этого момента Dyna-Soar официально называлась научно-исследовательской программой, имеющей целью исследовать и показать возможность выполнения пилотируемым орбитальным планером маневрирования при входе в атмосферу и посадки на взлетно-посадочную полосу в заданном месте Земли с необходимой точностью. К середине 1963 г. Министерство Обороны серьезно сомневалось относительно необходимости программы Dyna-Soar. 10 декабре 1963 г., Министр обороны Макнамара отменил Dyna-Soar.
При принятии этого решения было учтено, что космические аппараты такого класса не могут «висеть» на орбите достаточно продолжительное время, чтобы считать их «орбитальными платформами», а запуск каждого корабля на орбиту занимает даже не часы, а сутки и требует применения ракет носителей тяжёлого класса, что не позволяет их использовать ни для первого, ни для ответного ядерного удара.
Многие технические и технологические наработки программы Dyna-Soar были впоследствии использованы при создании орбитальных кораблей типа спейс шаттл.
Советское руководство, внимательно наблюдавшее за развитием программы спейс шаттл, но предполагая худшее, искало «скрытую военную угрозу», что сформировало два основных предположения:
* Возможно использование космических челноков в качестве носителей ядерного оружия (это предположение в корне неверно по вышеупомянутым причинам).
* Возможно использование космических челноков для похищения с орбиты Земли советских спутников и ДОС (долговременных обитаемых станций) Алмаз ОКБ-52 В. Челомея. Для защиты, советские ДОС предполагалось оснащать даже автоматическими пушками конструкции Нудельмана - Рихтера (ОПС был оснащён такой пушкой). Предположение о «похищениях» основывалось исключительно на габаритах грузового отсека и возвращаемой полезной нагрузке, открыто объявленным американскими разработчиками шаттлов, близким к габаритам и массе «Алмазов». О габаритах и весе разрабатывавшегося в то же время разведспутника HK-II советское руководство информировано не было.
В результате, советская космическая отрасль получила задание создать многоразовую космическую систему с характеристиками аналогичными системе спейс шаттл, но с чётко определённым военным назначением, как орбитальное средство доставки термоядерного оружия.
Задачи
Корабли спейс шаттл используются для вывода грузов на орбиты высотой 200-500 км, проведения научных исследований, обслуживания орбитальных космических аппаратов (монтажные и ремонтные работы).
Шаттлом «Дискавери» в апреле 1990 года был доставлен на орбиту телескоп Хаббл (полёт STS-31). На шаттлах «Колумбия», «Дискавери», «Индевор» и «Атлантис» были осуществлены четыре экспедиции по обслуживанию телескопа Хаббл. Последняя экспедиция шаттла к Хабблу состоялась в мае 2009 года. Так как с 2010 года НАСА запланировала прекратить полёты шаттлов, это была последняя экспедиция человека к телескопу, ибо эти миссии невозможно выполнить какими-либо другими имеющимися космическими аппаратами.
Шаттл «Индевор» с открытым грузовым отсеком.
В 1990-е годы шаттлы принимали участие в совместной российско-американской программе «Мир - Спейс шаттл». Было осуществлено девять стыковок со станцией «Мир».
В течение всех двадцати лет, когда шаттлы были в эксплуатации, они постоянно развивались и модифицировались. Было сделано более тысячи значительных и незначительных модификаций к изначальному проекту шаттла.
Шаттлы играют очень важную роль в осуществлении проекта по созданию Международной космической станции (МКС). Так, например, модули МКС, из которых собрана кроме российского модуля «Звезда», не имеют своих двигательных установок (ДУ), а значит, не могут самостоятельно маневрировать на орбите для поиска, сближения и стыковки со станцией. Поэтому их нельзя просто «забрасывать» на орбиту обыкновенными носителями типа «Протон». Единственная возможность собирать станции из таких модулей - использование кораблей типа спейс шаттл с их большими грузовыми отсеками или, гипотетически, использовать орбитальные «буксиры», которые смогли бы отыскивать модуль, выведенный на орбиту «Протоном», стыковаться с ним и подводить его к станции для стыковки.
Фактически, без кораблей типа шаттл, строительство модульных орбитальных станций типа МКС (из модулей без ДУ и систем навигации) было бы невозможным.
После катастрофы «Колумбии» в эксплуатации остаются три шаттла - «Дискавери», «Атлантис» и «Индевор». Эти остающиеся шаттлы должны обеспечить достройку МКС до 2010 года. НАСА объявило об окончании эксплуатации шаттлов в 2010 году.
Шаттл «Атлантис», в своём последнем рейсе на орбиту (STS-132) доставил на МКС российский исследовательский модуль «Рассвет».
Технические данные
Твердотопливный ускоритель
Внешний топливный бак
Бак содержит топливо и окислитель для трёх жидкостных двигателей SSME (или RS-24) на орбитере и не снабжён собственными двигателями.
Внутри топливный бак разделён на две секции. Верхнюю треть бака занимает ёмкость предназначенная для охлаждённого до температуры −183 °C (−298 °F) жидкого кислорода. Объём этой ёмкости составляет 650 тыс. литров (143 тыс. галлонов). Нижние две трети бака предназначены для охлаждённого до температуры −253 °C (−423 °F) жидкого водорода. Объём этой ёмкости составляет 1,752 млн литров (385 тыс. галлонов).
Орбитер
Кроме трёх основных двигателей орбитера на старте иногда используются два двигателя системы орбитального маневрирования (OMS), каждый тягой 27 кН. Топливо и окислитель системы OMS хранятся на челноке, используются на орбите и для возвращения на Землю.
Размеры Спейс шаттла
Размеры Спейс шаттла по сравнению с «Союзом»
Стоимость
В 2006 году общие расходы составили 160 млрд долл., к этому времени было выполнено 115 запусков (см.: en:Space Shuttle program#Costs). Средние расходы на каждый полёт составили 1,3 млрд долл., но основная часть расходов (проектирование, модернизация и др.) не зависит от числа запусков.
Стоимость каждого полёта шаттла составляет около 60 млн долл. На обеспечение 22 полётов шаттлов с середины 2005 года по 2010 год в бюджете NASA заложено около 1 миллиарда 300 миллионов долл. прямых затрат.
За эти деньги орбитер шаттла может доставлять за один рейс к МКС 20-25 тонн груза, включая модули МКС, и плюс к этому 7-8 астронавтов.
Сниженная в последние годы практически до себестоимости, цена запуска Протон-М с выводимой нагрузкой в 22 т составляет 25 млн долл. Таким весом может обладать любой отдельно летающий космический аппарат, выводимый на орбиту носителем типа «Протон».
Модули, присоединяемые к МКС, не могут выводиться на орбиту ракетами-носителями, так как их надо доставить к станции и пристыковать, для чего необходимо орбитальное маневрирование, на которое модули орбитальной станции сами по себе неспособны. Маневрирование осуществляется орбитальными кораблями (в перспективе - орбитальными буксирами), а не ракетами-носителями.
Грузовые корабли «Прогресс», снабжающие МКС, выводятся на орбиту носителями типа «Союз» и способны доставить к станции не более 1,5 тонн груза. Стоимость запуска одного грузового корабля «Прогресс» на носителе «Союз» определяется примерно 70 миллионов долл., а для замены одного рейса шаттла потребуется не менее 15 рейсов «Союз - Прогресс», что в общей сложности превышает миллиард долларов.
Однако, после завершения строительства орбитальной станции, при отсутствии необходимости доставлять к МКС новые модули, использовать шаттлы с их огромными грузовыми отсеками становится нецелесообразным.
В своем последнем рейсе шаттл «Атлантис» доставил на МКС, кроме астронавтов, «всего» 8 тонн грузов, включая новый российский исследовательский модуль, новые ноутбук компьютеры, продовольствие, воду и другие расходуемые материалы.
Фотогалерея
Спейс Шаттл на стартовам столе. Мыс Канаверал, Флорида
Посадка шаттла «Атлантис».
Гусеничный транспортёр НАСА перевозит космический челнок «Дискавери (шаттл)» к стартовой площадке.
советский шаттл "Буран"
Шаттл в полете
Посадка шаттла Индевор
Шаттл на стартовой площадке
Видео
Последняя посадка шаттла "Атлантис"
Ночной старт Дискавери
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.
Американская государственная программа STS (Space Transportation System, «Космическая транспортная система») более известна во всем мире как Space Shuttle («Космический челнок»). Данная программа была реализована специалистами NASA, ее основной целью было создание и использованием многоразового пилотируемого транспортного космического корабля, предназначенного для доставки на низкие околоземные орбиты и обратно людей и различных грузов. Отсюда собственно и название – «Космический челнок».
Над программой начали работать в 1969 году по линии финансирования двух государственных ведомств США: NASA и Минобороны. Разработка и опытно-конструкторские работы осуществлялись в рамках совместной программы NASA и ВВС. При этом специалисты применили ряд технических решений, которые ранее были опробованы на лунных модулях программы «Аполлон» 1960-х годов: эксперименты с твердотопливными ускорителями, системами их отделения и получения топлива из внешнего бака. Основу создаваемой космической транспортной системы должен был составить пилотируемый космический корабль многоразового применения. Также в систему входили наземные обеспечивающие комплексы (монтажно испытательный и стартово посадочный комплекс космического центра имени Кеннеди, расположенный на авиационной базе Ванденберг, штат Флорида), центр управления полетом в Хьюстоне (Техас), а также системы ретрансляции данных и связи через спутники и иные средства.
В работах по данной программе приняли участие все ведущие американские аэрокосмические компании. Программа была по-настоящему масштабной и национальной, различные изделия и оборудование для «Спейс Шаттл» поставляли более 1000 компаний из 47 штатов. Контракт на строительство первого орбитального корабля в 1972 году выиграла компания Rockwell International. Строительство первых двух шаттлов началось уже в июне 1974 года.
Первый полёт космического челнока «Колумбия». Внешний топливный бак (в центре) покрашен в белый цвет только в двух первых полётах. В дальнейшем бак не красили для снижения веса системы.
Описание системы
Конструктивно многоразовая транспортная космическая система Space Shuttle включала в себя два спасаемых твердотопливных ускорителя, которые выполняли роль первой ступени и орбитального многоразового корабля (орбитер, orbiter) с тремя кислородно водородными двигателями, а также большим подвесным топливным отсеком, который образовывал вторую ступень. После завершения программы космического полета орбитер самостоятельно возвращался на Землю, где выполнял посадку по-самолетному на специальных ВПП.
Два твердотопливных ракетных ускорителя работают в течение примерно двух минут после запуска, разгоняя космический корабль и направляя его. После чего на высоте примерно 45 километров они отделяются и при помощи парашютной системы приводняются в океан. После ремонта и перезаправки они используются вновь.
Сгорающий в земной атмосфере внешний топливный бак, заполненный жидким водородом и кислородом (топливо для главных двигателей), является единственным одноразовым элементом космической системы. Сам бак также является каркасом для скрепления твердотопливных ускорителей с космическим кораблем. Он отбрасывается в полете примерно через 8,5 минут после взлета на высоте около 113 километров, большая часть бака сгорает в земной атмосфере, а сохранившиеся части падают в океан.
Наиболее известной и узнаваемой частью системы является сам многоразовый космический корабль – челнок, собственно сам «спейс шаттл», который и выводится на околоземную орбиту. Данный челнок служит полигоном и платформой для проведения научных исследований в космосе, а также домом для экипажа, в состав которого может входить от двух до семи человек. Сам шаттл выполнен по самолетной схеме с треугольным в плане крылом. Для посадки он использует шасси самолетного типа. Если твердотопливные ракетные ускорители рассчитаны на использование до 20 раз, то сам челнок – до 100 полетов в космос.
Размеры орбитального корабля по сравнению с «Союзом»
Американская система Space Shuttle могла выводить на орбиту высотой 185 километров и наклонением 28° до 24,4 тонн грузов при запуске на восток с мыса Канаверал (Флорида) и 11,3 тонны при запуске с территории Центра космических полетов имени Кеннеди на орбиту высотой 500 километров и наклонением 55°. При запуске с базы ВВС «Ванденберг» (Калифорния, западное побережье) на приполярную орбиту высотой 185 километров можно было вывести до 12 тонн грузов.
Что удалось реализовать, а что из задуманного осталось лишь на бумаге
В рамках симпозиума, который был посвящен реализации программы «Спейс Шаттл», он состоялся в октябре 1969 года, «отец» шаттла Джордж Мюллер отмечал: «Наша цель – уменьшить стоимость доставки килограмма полезного груза на орбиту с 2000 долларов для Сатурна-V до уровня 40-100 долларов за килограмм. Так мы сможем открыть новую эру освоения космоса. Задачей на будущие недели и месяцы для этого симпозиума, а также для NASA и для ВВС является обеспечение уверенности в том, что мы сможем этого добиться». В целом для различных вариантов на базе космического челнока «Спейс Шаттл» прогнозировалось достижение стоимости выведения полезной нагрузки в пределах от 90 до 330 долларов за килограмм. Более того, считалось, что шаттлы второго поколения позволят снизить сумму до 33-66 долларов за килограмм.
На деле же эти цифры оказались недостижимы даже близко. Более того, по расчетам Мюллера, стоимость запуска шаттла должна была составлять 1-2,5 миллиона долларов. На деле же, по информации НАСА, средняя стоимость запуска шаттла составляла около 450 миллионов долларов. И это существенное различие можно назвать главным несоответствием между заявленными целями и реальностью.
Шаттл «Индевор» с открытым грузовым отсеком
После завершения в 2011 году программы Space Transportation System можно уже с уверенностью говорить о том, каких целей при ее реализации удалось достичь, а каких – нет.
Достигнуты цели по программе «Спейс Шаттл»:
1. Реализация доставки на орбиту грузов разного типа (разгонные блоки, спутники, сегменты космических станций, в том числе МКС).
2. Возможность проведения ремонта спутников, расположенных на низкой околоземной орбите.
3. Возможность возврата спутников назад на Землю.
4. Возможность совершать полеты с отправкой в космос до 8 человек (во время спасательной операции экипаж можно было довести до 11 человек).
5. Успешная реализация многоразовости полета и многоразового использования самого челнока и твердотопливных разгонных ускорителей.
6. Реализация на практике принципиально новой компоновки космического корабля.
7. Возможность осуществления кораблем горизонтальных маневров.
8. Большой объем грузового отсека, возможность возврата на Землю грузов массой до 14,4 тонн.
9. Стоимость и время разработки удалось уложить в сроки, которые были обещаны президенту США Никсону в 1971 году.
Не достигнутые цели и провалы:
1. Качественное облегчение доступа в космос. Вместо уменьшения стоимости доставки килограмма грузов на орбиту на два порядка, «Спейс Шаттл» на деле оказался одним из наиболее дорогих способов доставки спутников на земную орбиту.
2. Быстрая подготовка шаттлов между космическими полетами. Вместо ожидаемого срока, который оценивался в две недели между стартами, шаттлы на деле могли готовиться к запуску в космос месяцами. До катастрофы космического челнока «Челленджер» рекорд между полетами составлял 54 дня, после катастрофы – 88 дней. За все время их эксплуатации они запускались в среднем 4,5 раза в год, тогда как минимально допустимая экономически обоснованная цифра запусков составляла 28 стартов в год.
3. Простота обслуживания. Выбранные при создании шаттлов технические решения были достаточно трудоемкими в обслуживании. Главные двигатели требовали процедуры демонтажа и длительных затрат времени на сервис. Турбонасосные агрегаты двигателей первой модели требовали полной их переборки и ремонта после совершения каждого полета в космос. Плитки теплозащиты являлись уникальными – в каждое гнездо монтировалась своя плитка. Всего же их было 35 тысяч, к тому же, плитки могли быть повреждены или потеряны во время полета.
4. Замена всех одноразовых носителей. Шаттлы ни разу не стартовали на полярные орбиты, что было необходимо в основном для развертывания разведывательных спутников. В данном направлении велись подготовительные работы, однако они были свернуты после катастрофы «Челленджера».
5. Надежный доступ в космос. Четыре космических челнока означали, что потеря любого из них – это потеря 25% всего флота (летающих орбитеров всегда было не больше 4-х, шаттл «Индевор» был построен взамен погибшего «Челенджера). После катастрофы полеты прекращались на длительный срок, к примеру, после катастрофы «Челенджера» – на 32 месяца.
6. Грузоподъемность шаттлов оказалась на 5 тонн ниже требуемой спецификациями военных (24,4 тонны вместо 30 тонн).
7. Большие возможности горизонтального маневра никогда не применялись на практике по той причине, что шаттлы не совершали полетов на полярные орбиты.
8. Возврат спутников с земной орбиты прекратился уже в 1996 году, при этом за все время из космоса было возвращено всего 5 спутников.
9. Ремонт спутников оказался слабо востребован. Всего отремонтировано 5 спутников, правда, шаттлы также 5 раз проводили обслуживание знаменитого телескопа «Хаббл».
10. Реализованные инженерные решения негативно влияли на надежность всей системы. В момент взлета и посадки имелись участки, которые не оставляли экипажу шансов на спасение в аварийной ситуации.
11. Тот факт, что шаттл мог совершать только пилотируемые полеты, подвергал астронавтов риску без необходимости, к примеру, для рутинных запусков спутников на орбиту хватило бы автоматики.
12. Закрытие программы «Спейс Шаттл» в 2011 году накладывалось на отмену программы «Созвездие». Это стало причиной потери США самостоятельного доступа в космос на многие годы. Как результат имиджевые потери и необходимость приобретения мест для своих астронавтов на космических кораблях другой страны (российские пилотируемые космические корабли «Союз»).
Шаттл «Дискавери» выполняет маневр перед стыковкой с МКС
Немного статистики
Шаттлы были рассчитаны на пребывание на орбите Земли на протяжении двух недель. Обычно их полеты продолжались от 5 до 16 суток. Рекорд самого короткого полета в программы принадлежит шаттлу «Колумбия» (погиб вместе с экипажем 1 февраля 2003 года, 28-й полет в космос), который в ноябре 1981 года провел в космосе всего 2 дня 6 часов и 13 минут. Этот же шаттл совершил и самый продолжительный полет в ноябре 1996 года – 17 суток 15 часов 53 минуты.
В общей сложности за время действия данной программы с 1981 по 2011 год космическими челноками было осуществлено 135 стартов, из них «Дискавери» – 39, «Атлантис» – 33, «Колумбия» – 28, «Индевор» – 25, «Челенджер» – 10 (погиб вместе с экипажем 28 января 1986 года). Всего в рамках программы было построено пять перечисленных выше шаттлов, которые совершали полеты в космос. Еще один шаттл «Энтерпрайз» был построен первым, но изначально предназначался только для отработки наземных и атмосферных испытаний, а также проведения подготовительных работ на стартовых площадках, в космос никогда не летал.
Стоит отметить, что в НАСА планировали использовать шаттлы гораздо активнее, чем это вышло на самом деле. Еще в 1985 году специалисты американского космического агентства рассчитывали, что к 1990 году они будут совершать по 24 старта каждый год, а корабли налетают до 100 полетов в космос, на практике же все 5 челноков совершили за 30 лет всего 135 полетов, два из которых закончились катастрофой. Рекорд по количеству полетов в космос принадлежит шаттлу «Дискавери» – 39 полетов в космос (первый 30 августа 1984 года).
Посадка шаттла «Атлантис»
Американским шаттлам принадлежит и самый печальный антирекорд среди всех космических систем – по количеству погибших людей. Две катастрофы с их участием стали причиной гибели 14 американских астронавтов. 28 января 1986 года при взлете в результате взрыва внешнего топливного бака разрушился шаттл «Челленджер», это произошло на 73-й секунде полета и привело к гибели всех 7 членов экипажа, включая первого астронавта-непрофессионала - бывшую учительницу Кристу Маколифф, которая выиграла общенациональный американский конкурс на право полететь в космос. Вторая катастрофа произошла 1 февраля 2003 года во время возвращения корабля «Колумбия» из своего 28-го полета в космос. Причиной катастрофы стало разрушение наружного теплозащитного слоя на левой плоскости крыла челнока, что было вызвано падением на него куска теплоизоляции кислородного бака в момент старта. При возвращении шаттл развалился в воздухе, погибли 7 астронавтов.
Программа «Космическая транспортная система» была официально завершена в 2011 году. Все действующие шаттлы были списаны и отправлены в музеи. Последний полет состоялся 8 июля 2011 года и был осуществлен шаттлом «Атлантис» с сокращенным до 4 человек экипажем. Полет завершился рано утром 21 июля 2011 года. За 30 лет эксплуатации эти космические корабли выполнили 135 полетов, в общей сложности они совершили вместе 21 152 витка вокруг Земли, доставив в космос 1,6 тысяч тонн различных полезных грузов. В состав экипажей за это время вошло 355 человек (306 мужчин и 49 женщин) из 16 различных стран. Астронавт Фрэнклин Стори Масгрейв был единственным, кто совершил полеты на всех пяти построенных челноках.
Источники информации:
https://geektimes.ru/post/211891
https://ria.ru/spravka/20160721/1472409900.html
http://www.buran.ru/htm/shuttle.htm
По материалам из открытых источников
Шаттлы. Программа Спейс Шаттл. Описание и технические характеристики
Многоразовый транспортный космический корабль – это пилотируемый космический корабль, сконструированный под возможность повторного и неоднократного использования после возвращения из межпланетного или небесного пространства.
Разработку программы по созданию шаттлов взяла на себя компания North American Rockwell по заказу НАСА с 1971 года.
На сегодняшний день только два государства имеют опыт создания и эксплуатирования космических кораблей данного типа – это США и Россия. В США гордятся созданием целой серии кораблей Space Shuttle, а также более мелкие проекты в рамках космической программы X-20 Dyna Soar, NASP, VentureStar. В СССР и России были спроектированы «Буран», а также меньшие «Спираль», ЛКС, «Заря», МАКС, «Клипер».
Эксплуатация многоразового космического корабля «Буран» в СССР/России захлебнулась вследствие крайне неблагоприятных экономических условий. В США, начиная с 1981 года и заканчивая 2011 годом, было совершено 135 полетов, в которых участвовали 6 шаттлов – «Энтерпрайз» (не летал в космос), «Колумбия», «Дискавери», «Челленджер», «Атлантис» и «Индевор». Интенсивное использование шаттлов служило для выведения на орбиты неотделяемых станций «Спейслэб» и «Сейсхэб», а также доставки грузов и транспортированию экипажей на МКС. И это несмотря на катастрофы «Челленджера» в 1983 году и «Колумбии» 2003 году.
МТКК «Спейс Шаттл» включает в себя три компонента:
Космический корабль, орбитальный ракетоплан (орбитер), приспособленный для вывода на орбиту.
Внешний топливный бак с запасом жидкого водорода и кислорода для главных двигателей.
Два твердотопливных ракетных ускорителя, срок работы, которых составляет 126 секунд после старта.
Твердотопливные ускорители падают в воду на парашютах и затем готовы для следующих использований.
Боковой ускоритель «Спейс Шаттл» (англ. Solid Rocket Booster; SRB) – твердотопливный ракетный ускоритель, пара которых используется для старта и полета шаттлов. Они обеспечивают 83 % стартовой тяги МТТК «Спейс Шаттл». Это самый крупный и самый мощный твердотопливный двигатель из когда-либо летавших, самая большая ракета из спроектированных и построенных для неоднократного использования. Боковые ускорители производят основную тягу для отрыва системы «Спейс Шаттл» со стартовой площадки и подъема до высоты 46 км. Кроме этого, оба этих двигателя несут на себе вес внешнего бака и орбитера, передавая нагрузки через свои конструкции на мобильную пусковую платформу. Длина ускорителя 45,5 м, диаметр 3,7 м, стартовая масса 580 тыс. кг, из которых 499 тыс. кг составляет твердое топливо, а остальное приходится на конструкции ускорителя. Общая масса ускорителей насчитывает 60 % всей конструкции (боковые ускорители, основной топливный бак и шаттл)
Стартовая тяга каждого ускорителя примерно 12,45 МН (это в 1,8 раз больше, чем тяга двигателя F-1, использовавшегося в ракете «Стаурн-5» для полетов на Луну), через 20 секунд после старта тяга вырастает до 13,8 МН (1400 тс). Остановка после их запуска невозможна, поэтому они запускаются после подтверждения исправной работы трех основных двигателя самого корабля. Через 75 секунд после отделения от системы на высоте 45 км ускорители, продолжая полет по инерции, достигают максимума высоты полета (примерно 67 км), после чего посредством использования системы парашютов совершают посадку в океане, на расстоянии около 226 км от места старта. Приводнение происходит в вертикальном положении, при скорости посадки 23 м/с. Корабли технической службы подбирают ускорители и доставляют на завод-изготовитель для восстановления и повторного использования.
Конструкция боковых ускорителей.
В состав боковых ускорителей входят: двигатель (корпус включительно, топливо, система зажигания и сопло), элементы конструкции, системы отделения, система наведения, система авионики спасения, пиротехнические устройства, система торможения, система управления вектором тяги и система аварийного самоуничтожения.
К внешнему баку посредством двух боковых качающихся скоб и диагонального крепления прикреплена нижняя рама каждого ускорителя. Сверху каждый SRB прикреплен к внешнему баку передним концом носового обтекателя. На пусковой площадке, каждый SRB закрепляется к мобильной пусковой площадке посредством с помощью четырех пироболтов, разрушающихся при старте, на нижней юбке ускорителя.
Конструкция ускорителей состоит из четырех индивидуально изготовленных стальных сегментов. Сборка этих элементов SRB собираются в пары на заводе-производителе, и железнодорожным транспортом доставляются в Космический центр Кеннеди для финальной сборки. Сегменты скрепляются вместе посредством кольцевого выступа, хомута и штифтов, и герметизируются тремя уплотнительными кольцами (до катастрофы «Челленджера» в 1986 году использовалось только два кольца) и термостойкой обмоткой.
Топливо состоит из смеси пехлората аммония (окислитель, 69,9 % по весу), алюминия (топливо, 16 %), оксида железа (катализатор, 0,4 %), полимера (такого как en: PBAN или en: HTPB, служащего связующим, стабилизатором и дополнительным топливом, 12,04 %) и эпоксидного отвердителя (1,96 %). Удельный импульс смеси 242 секунды на уровне моря и 268 в вакууме.
Шаттл запускается вертикально, используется полная тяга маршевых двигателей шаттла и мощность двух твердотопливных ускорителей, которые создают около 80 % стартовой тяги системы. За 6,6 секунд до назначенного времени старта (Т) происходит зажигание трех маршевых двигателей, двигатели включаются последовательно с интервалом в 120 миллисекунд. Через три секунды двигатели выходят на полную стартовую мощность (100 %) тяги. Точно в момент старта (Т=0) боковые ускорители производят одновременное зажигание, осуществляется подрыв восьми пироустройств, закрепляющие систему к стартовому комплексу. Система начинает подниматься. В дальнейшем происходит разворот системы по тангажу, вращению и рысканию для выхода на азимут целевого наклонения орбиты. Тангаж постепенно уменьшается (траектория отклоняется от вертикали к горизонту, в схеме «спиной вниз»), производится несколько кратковременных дросселирований маршевых двигателей, чтобы снизить динамические нагрузки на конструкцию. В моменты максимального аэродинамического напора (Max Q) мощность маршевых двигателей дросселируется до 72 %. Перегрузки на данном этапе выведения системы составляют (макс.) около 3 G.
Через 126 секунд после подъема на высоте 45 км боковые ускорители отцепляются от системы. Дальнейший подъем производится маршевыми двигателями шаттла, питание которых осуществляется внешним топливным баком. Они заканчивают свою работу, когда корабль достигает скорости 7,8 км/с на высоте более 105 км еще до полной выработки топлива. Через 30 секунд после остановки работы двигателей внешний топливный бак отделяется.
После 90 с после отделения бака дается разгонный импульс довыведения на орбиту в момент, когда корабль достигает апогея движения по баллистической траектории. Требующийся доразгон производится кратковременным включением двигателей системы орбитального маневрирования. В особых случаях для выполнения этой задачи использовалось два последовательных включения двигателей на разгон (первый импульс увеличивал высоту апогея, второй формировал круговую орбиту). Данный профиль полета позволяет избежать сброса бака на той же орбите, что и сам шаттл. Бак падает, двигаясь по баллистической траектории в Индийский океан. В том случае, если импульс довыведения не удастся произвести, корабль способен совершить одновитковый маршрут по очень низкой траектории и вернуться на базу.
На любом из этапов полета предусмотрено аварийное прекращение полета с использованием соответствующих процедур.
После того как низкая опорная орбита уже сформирована (круговая орбита с высотой около 250 км), осуществляется сброс остатков топлива из маршевых двигателей и вакуумирование их топливных магистралей. Корабль обретает свою осевую ориентацию. Створки грузового отсека раскрываются, производя терморегулирование корабля. Системы корабля приводятся в конфигурацию орбитального полета.
Посадка состоит из нескольких этапов. Первый – это выдача тормозного импульса на сход с орбиты, примерно за половину витка до места посадки, шаттл в это время летит вперед в перевернутом положении. Двигатели орбитального маневрирования в это время работают примерно 3 минуты. Характеристическая скорость шаттла, отнимаемая от орбитальной скорости шаттла – 322 км/ч. Данного торможения достаточно для того, чтобы перигей орбиты оказался в пределах атмосферы. Далее производится разворот по тангажу, принимая необходимую ориентацию для входа в атмосферу. При вхождении в атмосферу корабль входит в нее с углом атаки порядка 40°. Сохраняя данный угол тангажа, корабль выполняет несколько S-образных маневров с креном 70°, эффективно сбавляя скорость в верхних слоях атмосферы (в том числе с задачей минимизации подъемной силы крыла, нежелательной на данном этапе). Астронавты испытывают максимальную перегрузку в 1.5g. После сбавления основной части орбитальной скорости корабль продолжает снижение как тяжелый планер с невысоким аэродинамическим качеством, постепенно сбавляя тангаж. Вертикальная скорость шаттла на этапе снижения составляет 50 м/с. Угол посадочной глиссады тоже весьма велик – около 17–19°. На высоте порядка 500 м производится выравнивание корабля и производится выпуск шасси. В момент касания полосы скорость насчитывает порядка 350 км/ч, после чего производится торможение и выпускается тормозной парашют.
Рассчитываемый срок пребывания корабля на орбите две недели. Шаттл «Коламбия» в ноябре 1996 года совершил самое длинное путешествие – 17 суток 15 часов 53 минуты. Самое короткое путешествие совершил тоже шаттл «Колумбия» в ноябре 1981 года – 2 дня 6 часов 13 минут. Как правило, полеты таких кораблей продолжались от 5 до 16 суток.
Самый меньший экипаж – два астронавта, командир и пилот. Наибольший экипаж шаттла – восемь астронавтов («Челленджер», 1985 год). Обычно экипаж корабля составляет от пяти до семи астронавтов. Беспилотных запусков не было.
Орбита шаттлов, на которых они пребывали, располагалась примерно в пределах от 185 км до 643 км.
Полезный груз, доставляемый на орбиту, зависит от параметров целевой орбиты, на которую выводится корабль. Максимальная масса полезной нагрузки может быть доставлена в космос при запуске на низкую околоземную орбиту с наклонением порядка 28° (широта космодрома Канаверал) и составляет 24,4 тонны. При запуске на орбиты с наклонением более чем в 28° возможно допустимая масса полезной нагрузки соответственно уменьшается (например, при запуске на полярную орбиту грузоподъемность челнока уменьшилась вдвое – до 12 тонн).
Максимальный вес загруженного космического шаттла на орбите 120–130 тонн. С 1981 года посредством шаттлов было доставлено на орбиту более чем 1370 тонн полезных грузов.
Максимальная масса груза, доставленного с орбиты, – до 14 400 кг.
В итоге к 21 июля 2011 года шаттлы совершили 135 полетов, из них: «Дискавери» – 39, «Атлантис» – 33, «Колумбия» – 28, «Индевор» – 25, «Челленджер» – 10.
Проект «Спейс шаттл» берет свое начало в 1967 году, когда до программы «Аполлон» оставалось еще больше года. Это был обзор перспектив пилотируемой космонавтики после завершения лунной программы НАСА.
30 октября 1968 года два головных центра НАСА (В Хьюстоне и Космический центр имени Маршалла в Хэнтсвилле) предложили космическим фирмам возможность создания многоразовой космической системы, что по расчетам должно было снизить затраты космического агентства при условии интенсивного использования.
Сентябрь 1970 года – дата оформления двух детально проработанных проектов вероятных программ Целевой космической группой под руководством вице-президента США С. Агню, созданной специально для определения следующих шагов в освоении космического пространства.
Большой проект включал:
? космические челноки;
Орбитальные буксиры;
Большую орбитальную станцию на Земной орбите (до 50 человек экипажа);
Малую орбитальную станцию на орбите Луны;
Создание обитаемой базы на Луне;
Пилотируемые экспедиции к Марсу;
Высадку людей на поверхность Марса.
Малый проект подразумевал создание только большой орбитальной станции на земной орбите. Но в обоих проектах было ясно, что орбитальные полеты, такие как снабжение станций, доставки на орбиту грузов для дальних экспедиций или блоки кораблей для дальних полетов, смены экипажей и другие задания на орбите Земли, должны были осуществляться многоразовой системой, которая и получила название Space Shuttle.
Имели место планы по созданию атомного шаттла – челнока с ядерной установкой NERVA, который разрабатывался и проходил испытания в 1960-х годах. Планировалось, что такой шаттл сможет осуществлять экспедиции между Землей и Луной и между Землей и Марсом.
Однако президент США Ричард Никсон отверг все предложения, так как даже самый дешевый требовал 5 млрд долларов в год. НАСА было поставлено на распутье – нужно было или начать новую крупную разработку или объявить об остановке пилотируемой программы.
Предложение было переформулировано и сориентировано под коммерчески прибыльный проект за счет выведения на орбиту спутников. Экспертиза экономистов подтвердила – при запуске 30 полетов в год и полном отказе использования одноразовых носителей система «Спейс Шаттл» может быть рентабельной.
Конгресс США принял проект создания системы «Спейс Шаттл».
Вместе с этим были поставлены условия, согласно которым шаттлам вменяется в обязанности вывода на земную орбиту всех перспективных аппаратов Минобороны, ЦРУ и АНБ США.
Требования военных
Летательная машина должна была выводить на орбиту полезный груз до 30 тонн, возвращать на Землю до 14,5 тонн, иметь размер грузового отсека не менее 18 м длиной и 4,5 м в диаметре. Это были размер и вес спутника оптической разведки КН-11 KENNAN, сопоставимым с телескопом «Хаббл».
Обеспечить возможность для бокового маневра для орбитального корабля до 2000 км для удобства совершения посадки на ограниченное количество военных аэродромов.
По решению ВВС было принято решение о постройке своего собственного технического, стартового и посадочного комплекса на авиабазе Вандерберг в Калифорнии для запуска на околополярные орбиты (с наклонением 56-104°).
Программа «Спейс Шаттл» не планировалась к использованию в качестве «космических бомбардировщиков». Во всяком случае, это не подтверждено ни НАСА, ни Пентагоном, ни Конгрессом США. Никаких открытых документов, повествующих о таких намерениях, не существует. В переписке среди участников проекта, а также мемуарах таких «бомбардировочных» мотивов не упоминаются.
24 октября 1957 года стартовал проект космического бомбардировщика X-20 Dyna-Soar. Однако с развитием МБР шахтного базирования и атомного подводного флота, вооруженного ядерными баллистическими ракетами, создание орбитальных бомбардировщиков в США посчитали нецелесообразным. После 1961 года «бомбардировочные» задачи сменились на разведывательные и «инспекционные». 23 февраля 1962 года министр обороны Макнамара утвердил последнюю реструктуризацию программы. С этого момента Dyna-Soar официально называлась научно-исследовательской программой, в задачи которой входило исследовать и показать возможность выполнения пилотируемым орбитальным планером маневров при входе в атмосферу и посадки на взлетно-посадочную полосу в заданном месте Земли с необходимой точностью. К середине 1963 года Министерство обороны начало колебаться в эффективности программы Dyna-Soar. И 10 декабря 1963 года министр обороны Макнамара отменил проект Dyno-Soar.
Dyno-Soar не обладал техническими характеристиками, достаточными для долговременного пребывания на орбите, его запуск требовал не нескольких часов, а больше суток и требовал применения ракет-носителей тяжелого класса, что не позволяет использовать такие аппараты для первого или для ответного ядерного удара.
Несмотря на то что Dyno-Soar был отменен, многие наработки и полученный опыт применялись впоследствии для создания орбитальных кораблей типа Space Shuttle.
Советское руководство пристально наблюдало за ходом развития программы «Спейс Шаттл», но увидев для страны «скрытую военную угрозу», сподвигнулось на два основных предположения:
Космические челноки могут использоваться в роли носителя ядерного оружия (для нанесения ударов из космоса);
Данные челноки могут использоваться для похищения с орбиты Земли советских спутников, а также долговременных летающих станций «Салют» и орбитальных пилотируемых станций «Алмаз». Для обороны на первом этапе советские ОПС оснащались модифицированной пушкой HP-23 конструкции Нудельмана – Рихтера (система «Щит-1»), которую позднее должна была сменить «Щит-2», состоящая из ракет класса «космос-космос». Советскому руководству казались обоснованными намерения американцев похищать советские спутники из-за габаритов грузового отсека и объявленной возвращаемой полезной нагрузке, близкой к массе «Алмазов». О габаритах и весе проектировавшегося в то же время спутника оптической разведки KH-11 KENNAN советское руководство информировано не было.
В результате советское руководство пришло к выводу о постройке собственной космической системы многоцелевого назначения, с характеристиками не уступающими американской программе «Спейс Шаттл».
Корабли серии «Спейс шаттл» эксплуатировались для вывода грузов на орбиты высотой 200–500 км, проведения научных экспериментов, обслуживания орбитальных космических аппаратов (монтаж, ремонт).
В 1990-е годы было совершено девять состыковок со станцией «Мир» в рамках союзной программы «Мир – Спейс Шаттл».
В течение 20 лет эксплуатации шаттлов было произведено более тысячи апгрейдов данных космических кораблей.
Шаттлы сыграли большую роль в осуществлении проекта Международной космической станции. Некоторые модули МКС были доставлены американскими шаттлами («Рассвет» был доставлен на орбиту «Атлантисом»), те, которые не имеют своих двигательных установок (в отличие от космических модулей «Заря», «Звезда» и модули «Пирс», «Поиск», они стыковались в составе «Прогресса M-CO1»), а значит, не способны на маневры для поиска и сближения со станцией. Возможен вариант, когда, выведенный на орбиту ракетоносителем модуль подхватывался бы специальным «орбитальным буксиром» и подводил его к станции для стыковки.
Однако использование шаттлов с их огромными грузовыми отсеками становится нецелесообразным, особенно когда отсутствует острая необходимость доставлять к МКС новые модули без двигательных установок.
Технические данные
Размеры «Спейс шаттл»
Размеры «Спейс шаттл» по сравнению с «Союзом»
Шаттл «Индевор» с открытым грузовым отсеком.
Программа «Спейс Шаттл» обозначалась по следующей системе: первая часть кодовой комбинации состояла из сокращения STS (англ. Space Transportation System – космическая транспортная система) и порядкового номера полета шаттла. Например, STS-4 означает четвертый полет по программе «Спейс Шаттл». Порядковые номера присваивались на стадии планирования каждого полета. Но в ходе такого планирования нередки были случаи, когда запуск корабля откладывался или переносился на другой срок. Бывало такое, что полет, имеющий больший порядковый номер, был готов к полету раньше, чем другой полет, запланированный на позднее срок. Порядковые номера не изменялись, поэтому и полеты с большим порядковым номером часто осуществлялись раньше полетов с меньшим порядковым номером.
1984 год – год изменения в системе обозначений. Первая часть STS осталась, но порядковый номер был заменен кодом, состоящим из двух цифр и одной буквы. Первая цифра в этом коде соответствовала последней цифре бюджетного года НАСА, который продолжался с октябрь по октябрь. Например, если полет производится в 1984 году до октября, то берется цифра 4, если в октябре и после – то цифра 5. Второй цифрой в этой комбинации всегда была 1. Эта цифра применялась для запусков с мыса Канаверал. Предполагалось, что цифра 2 была бы использована для стартов с военно-воздушной базы Вандерберг в Калифорнии. Но до запусков кораблей с Вандербрег дело так и не дошло. Буква в коде запуска соответствовала порядковому номеру запуска в текущем году. Но и этот порядковый отсчет не соблюдался, так, например, полет STS-51D состоялся раньше, чем полет STS-51B.
Пример: полет STS-51A произошел в ноябре 1984 года (цифра 5), первый полет в новом бюджетном году (буква А), старт произведен с мыса Канаверал (цифра 1).
После аварии «Челленджера» в январе 1986 года НАСА вернулось к старой системе обозначения.
Последние три полета шаттлов осуществлялись со следующими задачами:
1. Доставка оборудования и материалов и обратно.
2. Сборка и снабжение МКС , доставка и установка на МКС магнитного альфа-спектрометра (Alpha Magnetic Spectrometer, AMS).
3. Сборка и снабжение МКС.
Все три задачи были выполнены.
«Колумбия», «Челленджер», «Дискавери», «Атлантис», «Индевор».
К 2006 году суммарные расходы использования шаттлов составили 16 млрд долларов, к этому году было произведено 115 запусков. Средние расходы на каждый запуск составили 1,3 млрд долл., но основная часть расходов (проектирование, апгрейды и др.) не зависит от числа запусков.
Стоимость каждого полета шаттла составляла около 450 млн долл., в бюджете НАСА на обеспечение 22 полетов с середины 2005 года по 2010 год было заложено около 1 миллиарда 300 млн долл. Прямых затрат. За эти средства орбитер шаттла мог доставлять за один рейс к МКС 20–25 тонн груза, включая модули МКС, и еще плюс 7–8 астронавтов (для сравнения затраты на одноразовый ракета-носитель «Протон-М» с выводимой нагрузкой в 22 тонн в настоящее время составляет 70-100 млн долларов)
Официально программа использование шаттлов завершена в 2011 году. Все действующие шаттлы будут списаны после их последнего полета.
Пятница 8 июля 2011 года был осуществлен последний старт «Атлантиса» с сокращенным до четырех человек экипажем. Этот полет завершился 21 июля 2011 года.
Программа «Спейс Шаттл» просуществовала 30 лет. 5 кораблей за это время совершили 135 полетов. В общей сложности он совершили 21152 витка вокруг Земли и пролетели 872,7 млн км. В качестве полезного груза поднято 1,6 тысяч тонн. 355 астронавтов и космонавтов побывало на орбите.
После завершения работы по программе «Спейс Шаттл» корабли будут переданы в музеи. Энтерпрайз (не летавший в космос) уже переданный в музей Смитсоновского института в районе вашингтонского аэропорта Даллеса, будет перемещен в Морской и аэрокосмический музей в Нью-Йорке. Его место в Смитсоновском институте займет шаттл «Дискавери». Шаттл «Индевор» встанет на вечную стоянку в Лос-Анджелесе, а шаттл «Атлантис» будет выставлен в Космическом центре имени Кеннеди во Флориде.
Программе Space Shuttle приготовлена замена – корабль Орион, который является частично многоразовым, но пока эта программа отложена.
Многие страны Евросоюза (ФРГ, Великобритания, Франция), а также Япония, Индия и Китай проводят исследования и испытания своих кораблей многоразового использования. Среди них «Гермес», «HOPE», «Зингер-2», HOTOL, ASSTS, RLV, Skylon, «Шеньлонг» и др.
Начало работ по созданию шаттлов было положено Рональдом Рейганом в 1972 году (5 января) – в день утверждения новой программы НАСА. Рональд Рейган во время программы «Звездных войн» оказал мощнейшую поддержку космической программы для удержания лидерства в гонке вооружений с СССР. Экономисты вели расчеты, согласно которым использование шаттлов способствовало удешевлению транспортировки в космос грузов и экипажей, давало возможность производить ремонт в космосе, выводить на орбиту ядерное оружие.
Вследствие недооценки эксплуатационных затрат многоразовый транспортный космический корабль не принес ожидаемый выгоды. Но доработка систем двигателей, материалов и технологий сделает МТКК основным и непререкаемым решением в области освоения космического пространства.
Космические корабли многоразового использования требуют в эксплуатации ракетоносители, например, в СССР это была «Энергия» (ракета-носитель особого тяжелого класса). Ее использование было продиктовано расположением стартовой площадки в более высоких широтах по сравнению с американской системой. Работники НАСА используют для запуска шаттлов одновременно два твердотопливных ускорителя и двигатели самого шаттла, криогенное топливо для которых поступает из внешнего бака. После истощения топливного ресурса ускорители отделятся и приводняются с помощью парашютов. Внешний бак отделяется в плотных слоях атмосферы и там сгорает. Ускорители могут служить повторно, но имеют свой ограниченный ресурс по использованию.
Советская ракета «Энергия» имела грузоподъемность до 100 тонн и могла использоваться для транспортировки особо больших грузов, таких как элементы космических станций, межпланетных кораблей и некоторых других.
МТТК проектируются и с горизонтальным стартом, вместе со звуковым или дозвуковым самолетом-носителем, по двухступенчатой схеме, который способен вывести корабль на заданную точку. Так как экваториальные широты более благоприятны для запуска, возможна дозаправка в воздухе. После доставки корабля на определенную высоту МТТК отделяется и выходит на опорную орбиту за счет собственных двигателей. Космический самолет SpaceShipOne, например, созданный по такой системе, уже трижды преодолевал отметку в 100 км над уровнем моря. Именно эта высота признана ФАИ границей космического пространства.
Одноступенчатая схема запуска, при которой корабль использует только собственные двигатели, без использования дополнительных топливных баков большинству специалистов представляется невозможной при сегодняшнем развитии науки и техники.
Преимущества одноступенчатой системы в надежности эксплуатации пока не перевешивают затрат на создание гибридных ракет-носителей и сверхлегких материалов, которые необходимы в конструкции такого корабля.
Ведутся разработки многоразового корабля с вертикальными взлетом и посадкой на тяге двигателей. Аппарат Delta Clipper, созданный в США уже прошедшим серию испытаний, оказался наиболее разработанным.
В США и России разрабатываются корабли «Орион» и «Русь», которые являются частично многоразовыми.
Шаттл «Дискавери»
«Дискавери» – многоразовый транспортный космический корабль НАСА, третий по счету, поступил на службу в НАСА в ноябре 1982 года. В документах НАСА значится как OV-103 (Orbiter Vehicle). Дата первого полета 30 августа 1984 года, взяв старт с мыса Канаверал. На момент последнего старта «Дискавери» был самым старым из действующих шаттлов.
Шаттл «Дискавери» был назван в честь одного из двух кораблей, на которых британец Джеймс Кук в 1770-х годах исследовал побережье Аляски и северо-западной Канады, а также открыл Гавайские острова. Именем «Дискавери» также было названо одно из двух судов, на которых Генри Гудзон исследовал Гудзонов залив в 1610–1611 годы. Еще два «Дискавери» от Британского географического общества изучало Северный и Южный полюсы в 1875 и 1901 годах.
Шаттл «Дискавери» послужил транспортом космическому телескопу «Хаббл», доставив его на орбиту, и участвовал в двух экспедициях по его ремонту. «Индевор», «Колумбия» и «Атлантис» также участвовали в таких полетах по обслуживанию «Хаббла». Последняя экспедиция к нему состоялась в 2009 году.
Зонд «Уллис» и три ретрансляционных спутника также были запущены с шаттла «Дискавери». Именно этот шаттл принял эстафету стартов после трагедий с «Челленджером» (STS-51L) и Колумбией(STS-107).
29 октября 1998 года – дата старта «Дискавери» с Джоном Гленном на борту, которому в это время было 77 лет (это его второй полет).
Российский астронавт Сергей Крикалев был первым космонавтом, совершившим полет на шаттле. Этот шаттл назывался именно «Дискавери».
9 марта 2011 года в 10.57.17 по местному времени шаттл «Дискавери» совершил свою последнюю посадку Космическом центре имени Кеннеди во Флориде, прослужив в общей сложности 27 лет. Шаттл после окончания эксплуатации будет передан в Национальный музей авиации и космонавтики Смитсоновского института в Вашингтоне.
Из книги Большая Советская Энциклопедия (ТЕ) автора БСЭ Из книги Пистолет и револьвер в России автора Федосеев Семён ЛеонидовичТаблица 1 Тактико-технические характеристики самозарядных пистолетов зарубежного производства» Марка пистолета «Парабеллум» Р.08 «Парабеллум артиллерийский «Маузер «К-96 обр.1912 г. «Вальтер» Р.38 «Кольт» М1911 «Браунинг» обр. 1900 г. «Браунинг» обр. 1903 г. «Браунинг» обр.
Из книги Новейшая книга фактов. Том 3 [Физика, химия и техника. История и археология. Разное] автора Кондрашов Анатолий ПавловичЧто представляет собой космический корабль «Спейс Шаттл»? «Спейс Шаттл» (англ. Space Shuttle – космический челнок) – наименование американского двухступенчатого транспортного космического корабля для вывода космических аппаратов на геоцентрические орбиты высотой 200–500
Из книги Энциклопедический словарь крылатых слов и выражений автора Серов Вадим ВасильевичПрограмма-максимум. Программа-минимум Из истории КПСС. Выражения родились в связи с подготовкой программы II съезда РСДРП, который проходил (1903) сначала в Брюсселе, потом в Лондоне.В современном языке употребляется шутливо-иронически: программа-максимум - цели
Из книги 100 великих рекордов авиации и космонавтики автора Зигуненко Станислав НиколаевичШАТТЛЫ И «ЧЕЛНОКИ» Представьте себе, что было бы, если бы каждый из нас отправлял свой автомобиль на свалку после первой же поездки?.. Между тем большинство космических кораблей и ракет именно одноразовые. И летать в космос хотя бы так, как мы летаем на самолетах, пока не
Из книги Справочник по проектированию электрических сетей автора Карапетян И. Г.5.4.2. Технические характеристики КРУЭ Основные элементы КРУЭ (выключатели, разъединители, сборные шины, трансформаторы тока и напряжения и пр.) заключены в кожухи (блоки), заполненные элегазом. Подобные конструкции обеспечивают модульный принцип построения КРУЭ.Основные
Из книги Полная энциклопедия фермера автора Гаврилов Алексей Сергеевич Из книги Международные Правила Предупреждения Столкновения Судов [МППСС-72] автора Автор неизвестенПриложение 1 РАСПОЛОЖЕНИЕ И ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОГНЕЙ И ЗНАКОВ 1. ОПРЕДЕЛЕНИЕ Термин "высота над корпусом" означает высоту над самой верхней непрерывной палубой. Эта высота должна измеряться от точки, расположенной на вертикали под местом установки
Из книги 100 великих тайн космонавтики автора Славин Станислав НиколаевичПриложение 3 ТЕХНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЗВУКОСИГНАЛЬНЫХ УСТРОЙСТВ 1. СВИСТКИ a. Основная частота сигнала должна быть в пределах 70-700 гц. Дальность слышимости сигнала должна определяться такими частотами, которые могут включать основную и (или) одну или несколько более
Из книги Переносный зенитный ракетный комплекс «Стрела-2» автора Министерство обороны СССР«Шаттл» против «Бурана» С момента начала реализации программы Space Shuttle в мире неоднократно предпринимались попытки создания новых многоразовых кораблей. Проект «Гермес» начали разрабатывать во Франции в конце 70-х годов, а потом продолжили в рамках Европейского
Из книги Самоучитель работы на компьютере: быстро, легко, эффективно автора Гладкий Алексей Анатольевич Из книги Новейшая энциклопедия правильного ремонта автора Нестерова Дарья Владимировна1.2. Основные технические характеристики компьютера Основными техническими характеристиками компьютера являются: объем жесткого диска, тактовая частота процессора и объем оперативной памяти. Конечно, это еще далеко не все параметры, имеющиеся у ПК, и свои показатели
Из книги Справочное пособие по системам охраны с пироэлектрическими датчиками автора Кашкаров Андрей Петрович Из книги автора3.1.2. Основные технические характеристики Основные технические характеристики устройства «Мираж-GE-iX-Ol» таковы:Максимальный токнагрузки выхода +12 В………………….. 100 мАРеле коммутации 12 В……………………….Ток потребления в дежурном режиме… 350 мАТок потребления
Из книги автора3.2.2. Основные технические характеристики Основные технические характеристики контроллера «Мираж-GSM-iT-Ol» таковы:Количество сетей связистандарта GSM/GPRS…………………… 2Период тестирования каналов связи…. от 10 секВремя доставки извещений………………. 1–2 сек (TCP/IP)Основное
