Космічні кораблі Америки. Багаторазовий космос: перспективні проекти космічних кораблів США

Як ви пам'ятаєте, останній запуск американського шатлу було здійснено Nasa у 2011 році. Таким чином, Сполучені Штати втратили можливість доставки своїх астронавтів та вантажів у відкритий космос. Але це тривало недовго.

На обрії почало з'являтися нове покоління приватних орбітальних та суборбітальних космічних апаратів. Пропонуємо вам поглянути на найперспективніші приватні космічні кораблі, призначені для перевезення екіпажу та вантажу.

Космічний апарат Lynx

XCOR Aerospace's Lynx є розрахованим на 2 людей суборбітальним космічним літаком. Він зроблений таким чином, щоб злітати та сідати на звичайну злітно-посадкову смугу аеропорту. Додатково до платних туристичних рейсів цей космічний засіб призначається також для проведення наукових експериментів під час короткочасних перельотів.

Після успішного закінчення випробувань космічний корабель Lynx надасть можливість туристам, що заплатили $95 000, піднятися разом з пілотом на висоту 100 кілометрів над поверхнею земної кулі та помилуватися видами Землі на кордоні між космосом та атмосферою, а також побувати в стані.

SpaceShipTwo є приватним суборбітальним космічним кораблем, який може перевозити 6 пасажирів та 2-х членів екіпажу. Максимальна висота польоту судна, за словами авіаконструктора Берта Рутана, передбачається 160-320 км. Це дасть змогу збільшити час перебування у невагомості до 6 хвилин. Ціна квитка для подорожі на космічному кораблі SpaceShipTwo приблизно становитиме $200 000. Перший тестовий політ був зроблений у 2010 році. Його комерційна експлуатація відбудеться після проведення випробувань.

Компанія Armadillo Aerospace, що розробила космічний корабель для суборбітальних польотів, була заснована найбільшим мультимільйонером, Джоном Кармаком, який є співзасновником фірми, яка випустила популярні комп'ютерні ігри Quake, Wolfenstein 3D та DOOM. У цьому космічному засобі буде кімната для двох пасажирів. Space Adventures спільно з Armadillo Aerospace планують продавати квитки на корабель за ціною $110 000 і навіть можна буде здійснити політ навколо Місяця за $100 000 000.

Американською компанією Bigelow Aerospace розробляється приватний орбітальний космічний комплекс, виведення на орбіту якого заплановано наприкінці 2015 року. Ця станція призначається як для космічного туризму, а й у проведення наукових досліджень про. Два експериментальні модулі вже були запущені в 2006 і в 2007 роках. Технологія виготовлення нової станції від Bigelow Aerospace тримається в найсуворішому секреті. Відомо тільки те, що у складі поверхні модуля є 20 шарів, оболонка може витримати температуру від -120 до +120 градусів Цельсія, а також ця станція здатна встояти при ударі дуже великого космічного тіла.

Проект літака, призначеного для запуску ракет, Stratolaunch спільно розпочали один із засновників знаменитої компанії Microsoft Пол Аллен та спеціаліст у галузі космічних технологій Берт Рутен. Розмах крил цього величезного летального апарату складатиме цілих 117 метрів, а вага – близько 544 тонн. Його призначення полягає в тому, щоб підняти в космос ракету, яка важить 222 тонни. Основне призначення конструкції Stratolaunch полягає у доставці вантажів та супутників у відкритий космос, а також планується відправляти літаком астронавтів. Перший операційний запуск літака передбачається у 2016 році.

Розробку системи запуску космонавтів на низьку орбіту розпочала компанія Liberty Launch Vehicle спільно з Lockheed Martin та Astrium. Удосконалена ракета Liberty величиною 91 метр вироблятиме доставку на орбіту капсули з пасажирами в кількості до 7 осіб. Запуск першого астронавта заплановано наприкінці цього року. Якщо цей проект буде успішним, то з 2016 року можуть здійснюватись комерційні польоти.

Blue Origin є приватною аерокосмічною компанією, створеною з метою здійснення космічного туризму Джефрі Безосом, засновником Amazon.com. Його Space Vehicle зможе перевозити близько 7 осіб, а також вантажі. Також компанією ведуться розробки багаторазового першого ступеня ракети-носія для того, щоб здешевити запуск. Регулярні комерційні польоти заплановані на 2016-2018 роки. Крім того, компанія Blue Origin займалася створенням суборбітального корабля New Shepard, розрахованого на екіпаж із 3-х осіб та вантаж. Літні випробування цього корабля вже було проведено у штаті Техас.

Цей корабель був представлений компанією Sierra Nevada, яка отримала від NASA понад 100 мільйонів доларів на підтримку своїх проектів. Dream Chaser є невеликим космічним кораблем, здатним вмістити 7 астронавтів та доставити їх на низьку орбіту. В основі цього проекту лежать розробки NASA, яким налічується понад 20 років. Старт корабля передбачається вертикальний, а посадка горизонтальна, як у шатла. У 2016 році космічний апарат Dream Chaser, можливо, вже буде готовим до польотів.

Космічний апарат для низьких орбіт CST-100 розробляє компанія Boeing. Він здатний вмістити 7 астронавтів. NASA активно фінансує цей проект. Державою в нього вже вкладено понад $100 000. Корабель CST-100 зможе здійснювати м'яку посадку у разі позаштатної ситуації. Початок безпілотних польотів планується вже цього року, а у 2017 році буде здійснено пілотований орбітальний політ із екіпажем у складі 2-х осіб.

Апарат Dragon є поки що єдиним у світі космічним вантажним кораблем, що діє, здатний до повернення на Землю. Його розробила компанія SpaceX на замовлення NASA, що вклав у цей проект понад мільярд доларів. Основне призначення корабля Dragon полягає у доставці та поверненні корисних вантажів на Міжнародну космічну станцію. У перспективі планується доставляти на станцію та людей.

Дякую, що розповіли про нас друзям!

100 років тому батьки-засновники космонавтики навряд чи могли собі уявити, що космічні кораблі викидатимуть на звалище після одного-єдиного польоту. Не дивно, що перші проекти кораблів бачилися багаторазовими та найчастіше крилатими. Довгий час – до початку пілотованих польотів – вони конкурували на креслярських дошках конструкторів з одноразовими «Сходами» та «Меркуріями». На жаль, більшість багаторазових кораблів так і залишилися проектами, а єдина система багаторазового застосування, прийнята в експлуатацію (Space Shuttle), виявилася страшенно дорогою та далеко не найнадійнішою. Чому так вийшло?

Ракетобудування має у своїй основі два джерела - авіацію та артилерію. Авіаційний початок вимагав багаторазовості та крилатості, тоді як артилерійське було схильне до одноразового застосування «ракетного снаряда». Бойові ракети, у тому числі виросла практична космонавтика, були, природно, одноразовими.

Коли справа дійшла до практики, конструктори зіштовхнулися з цілим комплексом проблем високошвидкісного польоту, серед яких надзвичайно високі механічні та теплові навантаження. Шляхом теоретичних досліджень, а також проб та помилок інженери змогли підібрати оптимальну форму бойової частини та ефективні теплозахисні матеріали. І коли на порядок денний постало питання про створення реальних космічних кораблів, проектанти опинилися перед вибором концепції: будувати космічний «літак» чи апарат капсульного типу, схожий на головну частину міжконтинентальної балістичної ракети? Оскільки космічна гонка йшла в шаленому темпі, було обрано найпростіше рішення - адже в питаннях аеродинаміки та конструкції капсула набагато простіше за літак.

Швидко з'ясувалося, що технічно тих років зробити капсульний корабель багаторазовим практично неможливо. Балістична капсула входить в атмосферу з величезною швидкістю, а її поверхня може нагріватися до 2500-3000 градусів. Космічний літак, що має досить високу аеродинамічну якість, при спуску з орбіти відчуває майже вдвічі менші температури (1 300-1 600 градусів), але матеріали, придатні для його теплозахисту, в 1950-1960-і роки ще не були створені. Єдиним дієвим теплозахистом була тоді заздалегідь одноразова абляційна обмазка: речовина покриття оплавлялася і випаровувалося з поверхні капсули потоком газу, що набігає, поглинаючи і несучи при цьому тепло, яке в іншому випадку викликало б недопустимий нагрівання апарату, що спускається.

Спроби розмістити в єдиній капсулі всі системи - рухову установку з паливними баками, системи управління, життєзабезпечення та енергоживлення - вели до швидкого зростання маси апарату: чим більші розміри капсули, тим більша маса теплозахисного покриття (в якості якої використовувалися, наприклад, склотекстоліти, просочені фенольними). смолами з досить великою густиною). Однак вантажопідйомність тодішніх ракет-носіїв була обмеженою. Рішення було знайдено у розподілі корабля на функціональні відсіки. «Серце» системи забезпечення життєдіяльності космонавта розміщувалося в відносно невеликій кабіні-капсулі з тепловим захистом, а блоки інших систем були винесені в одноразові відсіки, що відокремлювалися, природно, не мали ніякого теплозахисного покриття. До такого рішення конструкторів, здається, підштовхував і невеликий ресурс основних систем космічної техніки. Наприклад, рідинний ракетний двигун живе кілька сотень секунд, а щоб довести його ресурс до декількох годин, потрібно докласти дуже великих зусиль.

Передісторія багаторазових кораблів
Одним із перших технічно опрацьованих проектів космічного човника був ракетоплан конструкції Ойгена Зенгера. 1929 року він вибрав цей проект для докторської дисертації. За задумом австрійського інженера, якому було лише 24 роки, ракетоплан мав виходити на навколоземну орбіту, наприклад, обслуговування орбітальної станції, та був повертатися Землю з допомогою крил. Наприкінці 1930-х - початку 1940-х років у спеціально створеному закритому науково-дослідному інституті він виконав глибоке опрацювання ракетного літака, відомого як «антиподний бомбардувальник». На щастя, у Третьому рейху проект реалізований ні, але став відправною точкою для багатьох повоєнних робіт як у Заході, і у СРСР.

Так, у США, за ініціативою В. Дорнбергера (керівника програми V-2 у фашистській Німеччині), на початку 1950-х років проектувався ракетний бомбардувальник Bomi, двоступінчастий варіант якого міг би виходити на навколоземну орбіту. У 1957 році американські військові розпочали роботу над ракетопланом DynaSoar. Апарат мав виконувати особливі місії (інспекція супутників, розвідувально-ударні операції та ін.) та у плануючому польоті повертатися на базу.

У СРСР, ще до польоту Юрія Гагаріна, розглядалося кілька варіантів крилатих пілотованих апаратів багаторазового використання, таких як ВКА-23 (головний конструктор В.М. Мясищев), «136» (О.М. Туполєв), а також проект П.В. . Цибіна, відомий як «лапоток», розроблений на замовлення С.П. Корольова.

У другій половині 1960-х років у СРСР ОКБ А.І. Мікояна, під керівництвом Г.Є. Лозино-Лозинського, велася робота над багаторазовою авіаційно-космічною системою «Спіраль», що складалася із надзвукового літака-розгонника та орбітального літака, що виводиться на орбіту за допомогою двоступінчастого ракетного прискорювача. Орбітальний літак за розмірністю та призначенням загалом повторював DynaSoar, проте відрізнявся формою та технічними деталями. Розглядався і варіант запуску "Спіралі" в космос за допомогою ракети-носія "Союз".

Через недостатній технічний рівень тих років жоден із численних проектів багаторазових крилатих апаратів 1950-1960 років не вийшов із стадії проектування.

Перше втілення

І все ж ідея багаторазовості ракетно-космічної техніки виявилася живучою. До кінця 1960-х років у США і трохи пізніше в СРСР та Європі був накопичений неабиякий заділ у галузі гіперзвукової аеродинаміки, нових конструкційних та теплозахисних матеріалів. А теоретичні дослідження підкріпилися експериментами, зокрема польотами досвідчених літальних апаратів, найвідомішим із яких був американський Х-15.

У 1969 році NASA уклало перші контракти з аерокосмічними компаніями США на дослідження вигляду перспективної багаторазової транспортної космічної системи Space Shuttle (англ. – «космічний човник»). За прогнозами того часу, до початку 1980-х років вантажопотік «Земля-орбіта-Земля» мав скласти до 800 тонн на рік, і шатли мали щорічно здійснювати 50-60 польотів, доставляючи на навколоземну орбіту космічні апарати різного призначення, та вантажі для орбітальних станцій. Очікувалося, що вартість виведення вантажів на орбіту не перевищить 1000 доларів за кілограм. При цьому від космічного човника потрібно вміння повертати з орбіти досить великі навантаження, наприклад дорогі багатотонні супутники для ремонту на Землі. Слід зазначити, що завдання повернення вантажів з орбіти у деяких відносинах складніше виведення їх у космос. Наприклад, на кораблях "Союз" космонавти, повертаючись із Міжнародної космічної станції, можуть взяти менше сотні кілограмів багажу.

У травні 1970 року, після аналізу отриманих пропозицій, NASA обрало систему з двома крилатими ступенями та видало контракти на подальше опрацювання проекту фірмам North American Rockwell та McDonnel Douglas. При стартовій масі близько 1500 тонн вона мала виводити на низьку орбіту від 9 до 20 тонн корисного вантажу. Обидві ступені передбачалося оснащувати зв'язками киснево-водневих двигунів тягою по 180 тонн кожен. Однак у січні 1971 року вимоги були переглянуті - маса, що виводиться, зросла до 29,5 тонни, а стартова-до 2 265 тонн. За розрахунками, пуск системи коштував не більше 5 мільйонів доларів, але ось розробка оцінювалася в 10 мільярдів доларів - більше, ніж був готовий виділити конгрес США (не забуватимемо, що США вели на той час війну в Індокитаї).

Перед NASA та фірмами-розробниками постало завдання - знизити вартість проекту принаймні вдвічі. В рамках повністю багаторазової концепції цього досягти не вдалося: надто складно було розробити теплозахист щаблів з об'ємними кріогенними баками. Виникла ідея зробити баки зовнішніми, одноразовими. Потім відмовилися і від крилатого першого ступеня на користь повторно використовуваних стартових твердопаливних прискорювачів. Конфігурація системи набула знайомого всім вигляду, а її вартість, близько 5 мільярдів доларів, вкладалася в задані межі. Щоправда, витрати на запуск при цьому зросли до 12 мільйонів доларів, але це вважалося цілком прийнятним. Як гірко пожартував один із розробників, «човник спроектували бухгалтери, а не інженери».

Повномасштабна технологія Space Shuttle, доручена фірмі North American Rockwell (пізніше Rockwell International), почалася в 1972 році. До моменту введення системи в експлуатацію (а перший політ «Колумбії» відбувся 12 квітня 1981 року – рівно через 20 років після Гагаріна) це був у всіх відношеннях технологічний шедевр. Ось лише витрати на його розробку перевищили 12 мільярдів доларів. На сьогодні вартість одного пуску досягає фантастичних 500 мільйонів доларів! Як же так? Адже багаторазове в принципі має бути дешевшим за одноразове (принаймні, у перерахунку на один політ)?

По-перше, не виправдалися прогнози щодо обсягів вантажопотоку - він виявився на порядок меншим, ніж очікувалося. По-друге, компроміс між інженерами та фінансистами не пішов на користь ефективності човника: вартість ремонтно-відновлювальних робіт для низки агрегатів та систем досягла половини вартості їхнього виробництва! Особливо дорого обходилося обслуговування унікального керамічного теплозахисту. Зрештою, відмова від крилатого першого ступеня призвела до того, що для повторного використання твердопаливних прискорювачів довелося організовувати дорогі пошуково-рятувальні операції.

Крім того, шатл міг працювати тільки в пілотованому режимі, що суттєво подорожчало кожну місію. Кабіна з астронавтами не відокремлюється від корабля, через що на деяких ділянках польоту будь-яка серйозна аварія загрожує катастрофою із загибеллю екіпажу та втратою човника. Це сталося вже двічі – з «Челленджером» (28 січня 1986 року) та «Колумбією» (1 лютого 2003 року). Остання катастрофа змінила ставлення до програми Space Shuttle: після 2010 року "човники" будуть виведені з експлуатації. На зміну їм прийдуть «Оріони», які зовні дуже нагадують свого дідуся - корабель «Аполлон» - і володіють багаторазовою капсулою екіпажу, що рятується.

"Гермес", Франція / ЄКА, 1979-1994. Орбітальний літак, що запускається вертикально ракетою «Аріан-5», що сідає горизонтально з бічним маневром до 1500 км. Стартова маса - 700 т, орбітальний ступінь - 10-20 т. Екіпаж - 3-4 особи, вантаж, що виводиться - 3 т, повертається - 1,5 т

Човники нового покоління

З початку реалізації програми Space Shuttle у світі неодноразово робилися спроби створення нових багаторазових кораблів. Проект "Гермес" почали розробляти у Франції наприкінці 1970-х років, а потім продовжили у рамках Європейського космічного агентства. Цей невеликий космічний літак, що сильно нагадував проект DynaSoar (і «Кліпер», що розробляється в Росії), повинен був виводитися на орбіту одноразовою ракетою «Аріан-5», доставляючи до орбітальної станції кілька людей екіпажу і до трьох тонн вантажів. Незважаючи на досить консервативну конструкцію, «Гермес» виявився Європі не під силу. 1994 року проект, на який витратили близько 2 мільярдів доларів, було закрито.

Куди більш фантастично виглядав проект безпілотного повітряно-космічного літака з горизонтальним зльотом та посадкою HOTOL (Horizontal Take-Off and Landing), запропонований 1984 року фірмою British Aerospace. За задумом, цей одноступінчастий крилатий апарат передбачалося оснастити унікальною руховою установкою, що зріджує в польоті кисень з повітря і використовує його як окислювач. Пальним служив водень. Фінансування робіт з боку держави (три мільйони фунтів стерлінгів) за три роки припинилося через необхідність величезних витрат на демонстрацію концепції незвичайного двигуна. Проміжне положення між «революційним» HOTOL та консервативним «Гермесом» займає проект повітряно-космічної системи «Зенгер» (Sanger), розроблений у середині 1980-х років у ФРН. Першим щаблем у ньому служив гіперзвуковий літак-розгінник із комбінованими турбопрямоточними двигунами. Після досягнення 4-5 швидкостей звуку з його спини стартували або пілотований повітряно-космічний літак "Хорус", або одноразовий вантажний ступінь "Каргус". Однак і цей проект не вийшов із «паперової» стадії, здебільшого з фінансових причин.

Радянський «Буран» подавався у вітчизняному (та й у зарубіжному) друку як безумовний успіх. Проте, здійснивши єдиний безпілотний політ 15 листопада 1988 року, цей корабель канув у Лету. Заради справедливості треба сказати, що «Буран» виявився не менш досконалим, ніж Space Shuttle. А щодо безпеки та універсальності застосування навіть перевершував заокеанського конкурента. На відміну від американців радянські фахівці не мали ілюзій щодо економічності багаторазової системи - розрахунки показували, що одноразова ракета ефективніша. Але при створенні Бурана основним був інший аспект - радянський човник розроблявся як військово-космічна система. Із закінченням холодної війни цей аспект відійшов на другий план, чого не скажеш про економічну доцільність. А з нею у Бурана було погано: його пуск обходився, як одночасний старт пари сотень носіїв Союзу. Долю «Бурану» було вирішено.

За та проти

Незважаючи на те, що нові програми розробки багаторазових кораблів з'являються як гриби після дощу, досі жодна з них не принесла успіху. Нічим закінчилися згадані вище проекти Hermes (Франція, ЄКА), HOTOL (Велика Британія) та Sanger (ФРН). «Завис» між епохами МАКС – радянсько-російська багаторазова авіаційно-космічна система. Зазнали невдачі і програми NASP (Національний аерокосмічний літак) та RLV (Багаторазова ракета-носій) – чергові спроби США створити МТКС другого покоління на заміну Space Shuttle. У чому причина такого незавидного сталості?

МАКС, СРСР/Росія, з 1985 року. Багаторазова система з повітряним стартом, посадка горизонтальна. Злітна маса - 620 т, другий ступінь (з паливним баком) - 275 т, орбітальний літак - 27 т. Екіпаж - 2 особи, корисне навантаження - до 8 т. За твердженням розробників (НВО «Блискавка»), МАКС - найближчий до реалізації проект багаторазового корабля

У порівнянні з одноразовою ракетою-носієм створення «класичної» багаторазової транспортної системи обходиться вкрай дорого. Самі по собі технічні проблеми багаторазових систем можна вирішити, але вартість їх вирішення дуже велика. Підвищення кратності використання вимагає дуже значного збільшення маси, що веде до підвищення вартості. Для компенсації зростання маси беруться (а найчастіше винаходяться з нуля) надлегкі та надміцні (і дорожчі) конструкційні та теплозахисні матеріали, а також двигуни з унікальними параметрами. А застосування багаторазових систем у галузі маловивчених гіперзвукових швидкостей потребує значних витрат на аеродинамічні дослідження.

І все ж таки це зовсім не означає, що багаторазові системи в принципі не можуть окупатися. Положення змінюється за великої кількості пусків. Допустимо, вартість розробки системи становить 10 мільярдів доларів. Тоді, за 10 польотів (без витрат на міжпольотне обслуговування), на один запуск буде віднесена вартість розробки в 1 мільярд доларів, а за тисячі польотів - лише 10 мільйонів! Однак через загальне скорочення «космічної активності людства» про таку кількість пусків залишається лише мріяти… Отже, на багаторазових системах можна поставити хрест? Тут не все так однозначно.

По-перше, не виключено зростання «космічної активності цивілізації». Певні сподівання дає новий ринок космічного туризму. Можливо, спочатку виявляться затребуваними кораблі малої та середньої розмірності «комбінованого» типу (багаторазові версії «класичних» одноразових), такі як європейський Hermes або, що нам ближче, російський «Кліпер». Вони відносно прості, можуть виводитися в космос звичайними (у тому числі, можливо, вже наявними) одноразовими ракетами-носіями. Так, така схема не скорочує витрати на доставку вантажів у космос, але дозволяє скоротити витрати на місію в цілому (зокрема зняти з промисловості тягар серійного виробництва кораблів). До того ж крилаті апарати дозволяють різко зменшити навантаження, що діють на космонавтів при спуску, що є безперечною перевагою.

По-друге, особливо важливо для Росії, застосування багаторазових крилатих ступенів дозволяє зняти обмеження на азимут пуску і скоротити витрати на зони відчуження, що виділяються під поля падіння фрагментів ракет-носіїв.

"Кліпер", Росія, з 2000 року. Новий космічний корабель, що розробляється, з багаторазовою кабіною для доставки екіпажу і вантажів на навколоземну орбіту і орбітальну станцію. Вертикальний запуск ракетою "Союз-2", посадка горизонтальна або парашутна. Екіпаж - 5-6 осіб, стартова маса корабля - до 13 т, посадкова маса - до 8,8 т. Очікуваний термін першого пілотованого орбітального польоту - 2015 рік

Гіперзвукові двигуни
Найбільш перспективним типом рухових установок для багаторазових повітряно-космічних літаків з горизонтальним зльотом деякі фахівці вважають гіперзвукові прямоточні повітряно-реактивні двигуни (ГПВРД), або, як їх частіше називають, прямоточні повітряно-реактивні двигуни з надзвуковим горінням. Схема двигуна вкрай проста - він не має ні компресора, ні турбіни. Потік повітря стискується поверхнею апарату, а також у спеціальному повітрозабірнику. Як правило, єдиною рухомою частиною двигуна є насос подачі пального.

Основна особливість ГПВРД у тому, що при швидкостях польоту, що у шість і більше разів перевищують швидкість звуку, потік повітря не встигає загальмуватися у впускному тракті до дозвукової швидкості, і горіння має відбуватися у надзвуковому потоці. А це є відомими складнощами - зазвичай паливо не встигає згоряти в таких умовах. Довгий час вважалося, що єдине пальне, придатне для ГПВРД – водень. Щоправда, останнім часом отримані обнадійливі результати і з пальним типу гасів.

Незважаючи на те, що гіперзвукові двигуни досліджуються з середини 1950-х років, досі не виготовлено жодного повнорозмірного льотного зразка: складність розрахунків газодинамічних процесів при гіперзвукових швидкостях вимагає проведення дорогих літних натурних експериментів. Крім того, потрібні жароміцні матеріали, стійкі до окислення при великих швидкостях, а також оптимізована система паливоподачі та охолодження ГПВРД у польоті.

Істотний недолік гіперзвукових двигунів - вони не можуть працювати зі старту, апарат до надзвукових швидкостей треба розганяти іншими, наприклад звичайними турбореактивними двигунами. І, звичайно, ГПВРД працює тільки в атмосфері, тож для виходу на орбіту знадобиться ракетний двигун. Необхідність ставити кілька двигунів однією апарат значно ускладнює конструкцію повітряно-космічного літака.

Багатогранна багаторазовість

Варіанти конструктивної реалізації багаторазових систем дуже різноманітні. При їх обговоренні не варто обмежуватися тільки кораблями, треба сказати і про багаторазові носії - вантажні багаторазові транспортні космічні системи (МТКС). Вочевидь, що зниження вартості розробки МТКС треба створювати безпілотними і перевантажувати їх надлишковими, як в шатла, функціями. Це дозволить суттєво спростити та полегшити конструкцію.

З погляду простоти експлуатації найбільш привабливі одноступінчасті системи: теоретично вони значно надійніші за багатоступінчасті, не вимагають жодних зон відчуження (наприклад, проект VentureStar, що створювався в США за програмою RLV в середині 1990-х років). Але їх реалізація знаходиться на межі можливого: для створення таких потрібно знизити відносну масу конструкції не менше ніж на третину в порівнянні з сучасними системами. Втім, і двоступінчасті багаторазові системи можуть мати цілком прийнятні експлуатаційні характеристики, якщо використовувати крилаті перші ступені, що повертаються до місця старту по-літаковому.

Взагалі МТКС у першому наближенні можна класифікувати за способами старту та посадки: горизонтальним та вертикальним. Часто гадають, що системи з горизонтальним стартом мають перевагу, оскільки не вимагають складних пускових споруд. Однак сучасні аеродроми не здатні приймати апарати масою понад 600-700 тонн, і це суттєво обмежує можливості систем із горизонтальним стартом. Крім того, важко уявити собі космічну систему, заправлену сотнями тонн кріогенних компонентів палива, серед цивільних авіалайнерів, що злітають і сідають на аеродром за розкладом. А якщо врахувати вимоги до рівня шуму, стає очевидним, що для носіїв з горизонтальним стартом все одно доведеться будувати окремі висококласні аеродроми. Так що горизонтальний зліт тут суттєвих переваг перед вертикальним стартом не має. Зате, злітаючи і сідаючи вертикально, можна відмовитися від крил, що суттєво полегшує та здешевлює конструкцію, але водночас ускладнює точний захід на посадку та веде до зростання навантажень при спуску.

Як рухові установки МТКС розглядаються як традиційні рідинні ракетні двигуни (ЖРД), так і різні варіанти і комбінації повітряно-реактивних (ВРД). Серед останніх є турбопрямоткові, які можуть розганяти апарат «з місця» до швидкості, що відповідає числу Маха 3,5-4,0, прямоточні з дозвуковим горінням (працюють від М=1 до М=6), прямоточні із надзвуковим горінням (від М =6 до М=15, а, по оптимістичним оцінкам американських учених, навіть до М=24) і ракетно-прямоточные, здатні функціонувати у всьому діапазоні швидкостей польоту - від нульових до орбітальних.

Повітряно-реактивні двигуни на порядок економічніші за ракетні (через відсутність окислювача на борту апарату), але при цьому мають і на порядок велику питому масу, а також дуже серйозні обмеження на швидкість і висоту польоту. Для раціонального використання ВРД потрібно здійснювати політ при великих швидкісних напорах, захищаючи конструкцію від аеродинамічних навантажень і перегріву. Тобто, заощаджуючи паливо - найдешевшу компоненту системи, - ВРД збільшують масу конструкції, яка коштує набагато дорожче. Проте ВРД, ймовірно, знайдуть застосування відносно невеликих багаторазових апаратах горизонтального старту.

Найбільш реалістичними, тобто простими та відносно дешевими у розробці, мабуть, є два види систем. Перший - типу вже згаданого «Кліпера», в яких принципово новим виявився тільки пілотований багаторазовий крилатий апарат (або більша його частина). Невеликі розміри хоч і створюють певні труднощі щодо теплозахисту, зате зменшують витрати на розробку. Технічні проблеми для таких апаратів практично вирішені. Тож «Кліпер» – це крок у правильному напрямку.

Другий - системи вертикального пуску із двома крилатими ракетними щаблями, які можуть самостійно повернутися до місця старту. Особливих технічних проблем при їх створенні не очікується, та й відповідний стартовий комплекс можна, напевно, підібрати з-поміж уже побудованих.

Підсумовуючи, можна вважати, що майбутнє багаторазових космічних систем безхмарним не буде. Їм доведеться обстоювати право на існування у суворій боротьбі з примітивними, але надійними та дешевими одноразовими ракетами.

Дмитро Воронцов, Ігор Афанасьєв

Удар по космічній мрії. Під час тестового польоту розбився суборбітальний корабель SpaceShipTwo

Приватний суборбітальний корабель SpaceShipTwo зазнав аварії практично відразу після відокремлення від літака-носія WhiteKnight. Останній благополучно повернувся на Землю, а SpaceShip з нез'ясованих поки що причин вибухнув. При цьому один із його пілотів загинув, другий отримав поранення. Експерти вважають, що ця аварія позначиться на перспективах суборбітальних польотів.

«Космічний шлях важкий»

Під час випробувального польоту корабля «виникли серйозні неполадки, внаслідок яких було втрачено SpaceShipTwo», – йдеться на сторінці компанії Virgin Galactic, що просуває цей проект, у Twitter.

"WhiteKnight 2 (так званий літак-носій, який піднімає суборбітальні кораблі в небо на початковому етапі - Прим. ПОГЛЯД) благополучно приземлився", - додали там.

Відомо, що вибух стався майже відразу після того, як космічний човник відокремився від літака-носія і ввімкнув власний ракетний двигун.

Відразу після того, як стало відомо про аварію, представники Virgin Galactic повідомили, що їхній «перший обов'язок – з'ясувати, що трапилося з двома пілотами корабля, доля яких поки що невідома».

Потім у Twitter засновника Virgin мільярдера Річарда Бренсона з'явилося повідомлення про те, що він висувається до місця події – у пустелю Мохаве у Південній Каліфорнії – та висловлює співчуття сім'ям тих, хто загинув та постраждав у цій катастрофі.

Тоді ж стало відомо, що аварія призвела до смерті одного з двох пілотів SpaceShipTwo і важких поранень у другого.

Останнім записом у блозі Бренсона, що з'явився близько шести годин тому, стало оптимістичне: «Космічний нехай важкий, але воно того варте… Ми продовжуватимемо рухатися вперед разом».

У той же час у Facebook представники Virgin розповіли, що «існує багато спекуляцій про те, що саме спричинило сьогоднішню аварію». І хоча поки що невідомі всі обставини події, там звернули увагу на «кілька ключових деталей».

«По-перше, команда Virgin Galactic у рамках розслідування активно співпрацює з партнерами зі Scaled Composites, американською Національною радою з безпеки на транспорті, Федеральним управлінням цивільної авіації, а також з місцевими органами влади. По-друге, місцева влада підтвердила, що один із двох пілотів на борту SpaceShipTwo загинув, а інший з парашутом приземлився на землю і зараз проходить лікування в лікарні», - повідомили там.

Плани та мрії

Тим часом, експерти вже висловлюють побоювання про те, як би ця катастрофа не далася взнаки негативно на майбутньому суборбітальних польотів.

Так, експерт у галузі космічної політики, почесний професор Джорджтаунського університету у Вашингтоні Джон Логсдон зазначив, що «це безперечно невдача, оскільки Virgin Galactic була попереду інших, вона була найважливішою компанією індустрії і заявила, що планує запропонувати комерційні суборбітальні польоти».

За словами Логсдона, які наводить РИА «Новости», компанії важко знайти «нові стандарти безпеки», також знадобляться нові випробувальні польоти, щоб продемонструвати достатній рівень надійності техніки для того, щоб інші люди погодилися піднятися на борт такого ж корабля.

«Цьогорічний виклик – зрозуміти, що викликало це, бо нове паливо, яке вони використовували, було протестовано багато разів на землі. Тож причиною інциденту має бути щось більше, ніж просто нове паливо, і я думаю, що доведеться багато чого переосмислити у технології», - сказав він.

Також і британський астрофізик Девід Уайтхаус припустив, що причиною катастрофи міг стати вибух палива. Чи це так, покаже розслідування. Поки що достеменно відомо одне: на кораблі дійсно використовувалося паливо, яке не застосовували у низці польотів до цього.

Що стосується охочих здійснювати суборбітальні польоти, то поки що нічого не відомо про зміну їхніх планів і навіть навпаки. Власники «путівок до космосу» шоковані катастрофою, але здавати їх не поспішають, повідомляє ТАСС.

За словами одного з них, журналіста Джима Клеша, він спочатку знав, що це ризиковане підприємство. "Я перебуваю в шоці, але поки не збираюся змінювати плани або повертати свій квиток", - розповів він виданню Mashable.

Інший потенційний космічний турист Марк Хейгл, який забронював місце в суборбітальному кораблі ще у 2010 році за 200 тис. доларів, зазначив, що «йдеться про ризиковане підприємство, де можуть загинути люди, але при цьому завжди сподіваєшся, що цього не станеться».

За його словами, говорити про перспективи майбутніх польотів рано: «Давайте дочекаємось результатів розслідування, здогадуюсь, що після цього хтось може відмовитись від участі у програмі, а хтось цього не зробить».

На думку ряду експертів, розслідування причин аварії може зайняти від кількох тижнів до кількох місяців.

Ненадовго, але у космос

Нагадаємо, що SpaceShipTwo – це приватний суборбливий пілотований космічний корабель багаторазового використання.

Він був розроблений у рамках програми Tier One, започаткованої одним із засновників Microsoft Полом Алленом ще в 1996 році. Потім до розробки корабля підключилася компанія Virgin Galactic, заснована іншим мільярдером Річардом Бренсоном, який зараз є основним популяризатором приватних суборбітальних польотів.

На відміну від попередньої моделі – SpaceShipOne – здатного брати на борт лише трьох осіб, у SpaceShipTwo можуть розміститися вже до восьми осіб (два пілоти та шість пасажирів). Піднімає цей корабель у повітря спеціальний літак-носій WhiteKnight 2, після чого на висоті близько 20 кілометрів SpaceShip відокремлюється від нього і включає власні двигуни, щоб досягти вже зони космосу. Перший випробувальний політ цей корабель здійснив у жовтні 2010 року.

Додамо, що згідно з класифікацією Міжнародної федерації аеронавтики, космічним польотом вважається політ на висоту понад 100 км. Однак деякі інші організації, наприклад, ВПС США вважають таким будь-який політ понад 80 км.

Розробники програми запуску кораблів SpaceShip обіцяли своїм клієнтам приблизно двогодинний політ, під час якого туристи могли б зазнати невагомості та побачити Землю з висоти приблизно 100 км. Викласти за такий тур вони мали по 200 тис. доларів кожен.

Бажання побувати в космосі разом із компанією Бренсона раніше вже висловлювали кілька сотень людей, у тому числі такі відомі особи, як Анджеліна Джолі, Том Хенкс, Леді Гага та інші.

Зазначимо, що аварія SpaceShipTwo стала вже другою великою подією з космічною технікою у США за тиждень.

Так, 29 жовтня при запуску з космодрому на острові Уоллопс у США вибухнула ракета-носій Antares з космічною вантажівкою Cygnus, яка мала доставити вантаж на МКС.

Офіційно причини НП поки що названі не були. При цьому спочатку багато експертів висловлювали думку, що до аварії могла призвести неправильна робота двигунів першого ступеня ракети-носія, які є модернізованою версією радянських ракетних двигунів НК-33.

Пізніше з'явилися повідомлення, що, можливо, компанія-оператор старту сама вирішила висадити в повітря ракету, коли стало зрозуміло, що пуск відбувся з якимось технічним збоєм. Це могло бути зроблено для того, щоб убезпечити деякі населені пункти, які могли б постраждати, якби Antares вибухнула та впала на Землю пізніше.

Варто зазначити, що як у випадку з SpaceShip, так і в цьому, розробкою об'єктів, що вибухнули, займалися приватні структури. У першому випадку – Virgin Galactic, у другому – Orbital Sciences.

Дивна річ, я тут зробив експрес-опитування своїх знайомих, виявилося, що практично всі впевнені, що нині, після закриття проектів «Спейс Шатл» та «Буран», багаторазові космічні кораблі людством не використовуються.

А тим часом, ось прямо зараз, вони пролітають над нами. Станом на 2016 рік, США екплуатують щонайменше два типи багаторазових космічних кораблів, а у 2017 році їх країн уже чотири. Або навіть п'ять, залежно від того, як рахувати.

Це, втім, не дивно, російські ЗМІ побудували навколо західних космічних програм досить глуху стіну мовчання, і якщо через неї щось і просочуєтеся, то у винятково відфільтрованому, дозованому та спотвореному вигляді. Ось, більшість моїх знайомих чомусь впевнена, що із запуском багаторазових ракет Falcon «у американців — суцільні збої», хоча йде навпаки.

Ось тільки вчора, наприклад, здійснила чергову посадку багаторазова комерційна космічна вантажівка «Дракон» (Dragon), яка раніше була запущена багаторазовою космічною ракетою «Сокіл 9» (Falcon 9), яка запустила його, повернулася на землю. Ось про багаторазову космічну ракету майже всі хоч щось чули, а про багаторазовий космічний корабель практично ніхто.

Ось я й подумав. Що було б непогано розповісти, як справи у світовій космічній галузі. Як вони насправдійдуть там.

Пам'ятайте, як після закриття програми «Спейс Шатл» у 2011, всі російські ЗМІ дружно і голосно писали, що тепер ері багаторазових космічних кораблів прийшов кінець, вони себе зжили, відновляться не скоро, а основним засобом доставки вантажів та екіпажів до космосу на МКС старі добрі та надійні Союзи та Прогреси?

Так ось це була неправда. Точніше — напівправда. Союзи та Прогреси звичайно були і залишаються основним засобом доставки на російську частину Міжнародної космічної станції.

А на її американську частину, після закриття програми багаторазових Шаттлов, став літати багаторазовий «Дракон». Який, можливо і не такий вражаючий, як Шаттл, і не такий величезний, зате влаштований набагато простіше: надійніше, безпечніше і, головне, суттєво дешевше. Дешевше, тому що використовує зовсім інші, сучасні технології польоту та посадки. І тому, що може виводиться на орбіту багаторазовими ракетами, а не одноразовими прискорювачами.

А ще прямо зараз над нами пролітає інший багаторазовий американський космічний корабель, Боїнг X-37.

Чи не чули?

Воно й зрозуміло, власником цього космічного корабля є не НАСА, а армія США і тому ніхто не знає, навіщо він там літає і що робить. X-37 - це не просто "багаторазовий корабель", це повноцінний космоплан, або, як ще кажуть - "орбітальний літак". Тобто він не просто кружляє на орбіті, на яку його вивели, а вільно маневрує в космосі, літає куди хоче… Ну, коротше, пам'ятайте апарати, на яких повстанці в «Зоряних війнах» атакували «Зірку Смерті». Ну ось це приблизно те саме, тільки безпілотник.

Boeing X-37

Літають X-37 грунтовно та довго. Так, наприклад, попередній політ тривав 674 дні. А той, що літає зараз, літає вже рівно рік, з 20 травня 2015 року.

Але і "Дракон", і "X-37" це безтільні кораблі. Пілотовані багаторазові польоти розпочнуться наступного, 2017 року.

Таке «запізнення» відбулося не тому, що є якісь складнощі в реалізації програми, а навпаки, тому що наука і техніка зараз розвиваються настільки стрімко, що нові можливості з'являються швидше, ніж розробники встигають намалювати креслення, і дуже хочеться включити туди все нове .

Так, наприклад, пілотована «пасажирська» версія «Дракона» мала почати здійснювати регулярні польоти ще 2015 року. Вона була готова до цього, були проведені випробування, але… на той час наука та технології зробили ще кілька великих кроків уперед і регулярні польоти перенесли на два роки, щоб дати «Другому Дракону» нові можливості. Пасажирів стало на 2 особи більше (сім замість п'яти), нові двигуни, які, увага, виготовляються методом 3D друкуПри цьому забезпечується м'яка посадка навіть при відмові всіх восьми двигунів.

Зліт "Дракона 2" із землі (без ракети-носія)

Апарат може вільно маневрувати в космосі, а в умовах земної атмосфери… злітати та сідати, як вертоліт, на своїх 8 реактивних надрукованих на 3-D принтерах двигунах.

І так, на орбіту його виводить та сама багаторазова ракета «Сокіл» ( Falcon).

Про решту «багаторазовиків», які вже існують, випробувані і повинні почати регулярно літати наступного року, я розповім коротенько, щоб не втомлювати вас.

Орбітальний літакDreamChaser(біжить за мрією), перший політ якого має відбутися у листопаді 2016 року. Побачивши його, ви вигукнете: «Та це ж Шаттл». Так, це так і є, DreamChaser — це розвиток проекту «Спейс Шаттл». Але, звісно, ​​— на новому рівні. Виготовлений він із композитних матеріалів, може самостійно злітати та сідати в атмосфері (а не лише планувати, як Шаттл), і особливий цимес – він доладний. При старті крила, стабілізатори і всі частини, що виступають, забираються, корабель як би «згортається в трубочку», яку для виведення апарату на орбіту можна «всунути» в будь-яку відповідну за розміром ракету і таким чином уникнути стартових пошкоджень (нагадаю, що причиною загибелі і Челленджера та Колумбії були пошкодження на старті).

Орбітальний літакDreamChaser

З існуючих ракет за розміром підходять американська одноразова Атлас-5 та європейська Аріан 5, але в майбутньому можливий перехід на багаторазові Falcon, така технічна можливість існує вже зараз.

Оріон (Orion)- багаторазовий багатоцільовий космічний корабель здатний здійснювати міжпланетні перельоти. Махіна, житловий будинок, діаметром 5 метрів. Це не «проект» та не «перспективна розробка». Цей корабель вже створено, вже здійснив свій перший політ у космос, але поки що не експлуатується, оскільки програми міжпланетних перельотів (до Місяця та Марса) розпочнуться лише у 20-х роках. А потреби "ближнього космосу" зараз цілком покриваються "Драконами". Втім, щоб проект не «простоював зазря», планується, що корабель Orion все-таки літатиме до МКС найближчими роками.

БоїнгCST-100Starlinerбагаторазовий корабель вузького призначення, для польотів на орбітальні станції, близький аналог першого «Дракона», але на відміну від нього може брати на борт екіпаж із семи осіб. Створено на замовлення НАСА. Ну просто тому, що НАСА визнала, що крім орендованих у приватного підрядника «Драконів», в особі SpaceX, у неї мають бути й власні кораблі. Характерною рисою Старлайна і те, що його можна встановити практично будь-яку існуючу нині ракету.

Boeing CST-100Starliner

Але головний цимес, завдяки чому всі ці кораблі будуть дійсно, а не умовно «багаторазовими» — це, звичайно, проект «Сокіл» ( Falcon), багаторазові ракети, які виводитимуть (і вже зараз виводять) усі ці багаторазові кораблі в космос і повертатимуться на землю. Завдяки чому в найближчому часі вартість виведення вантажу на орбіту буде порівнянна з вартістю витраченого палива.

Falcon- це модульна лінійка прискорювачів, які можуть з'єднуватися між собою на кшталт конструктора Lego, нарощуючи потужності та можливості одержуваних ракет до фізичних меж технології. Причому після реалізації завдання всі кубики цього конструктора повертаються на землю шляхом м'якої посадки для повторного використання.

В даний час найпотужніша ракета серії, (перший запуск восени 2016 року), здатна вивести на низьку опорну орбіту 55 тонн вантажу, що в два з половиною рази більше, ніж найпотужніша російська ракета Протон і в півтора рази більше, ніж поки що неіснуюча, але заявлена ​​російська Ангара-7

Тепер подивимося, що там «нового космічного» в активі Російської Федерації.

Нічого!

Ті самі Союзи-Прогреси, які безнадійно застаріли, літають аж із 60-х років, але є явні ознаки, що в найближчому майбутньому літати перестануть.

Так є ще «Протон», з тих же, 60-х, який за російською документацією проходить як «важка» ракета, але за масою, що виводиться на орбіту, відноситься до середніх. Найаварійніша, дуже небезпечна ракета, що літає на надзвичайно отруйному гептилі. Запускати яку можна тільки з одного місця у світі, з Байконура, і яка цілком залежить від імпортних (у тому числі українських) комплектуючих, з якими зараз… ну ви самі розумієте. Власне, «Протон» планували зняти з виробництва ще у 80-х та замінити «Енергією». Але «Енергія» не відбулася, і Протон зараз літає (постійно вибухаючи) лише тому, що інших «важких» ракет у Росії немає.

А як же «Ангара»? — спитайте ви. — Який російські ЗМІ продзижчали нам усі вуха.

А ось давайте про «Ангар» і поговоримо.

Тим більше, що є з чим порівнювати — «Ангара» певною мірою аналог «Falcon». Та ж модульна конструкція – кубики Лего – з яких збирається ракета потрібної потужності. Але на цьому схожість і закінчується!

Насамперед відмінність полягає в тому, що Falcon'и вже літають, а коли почне літати Ангара — велике питання.

Давайте порівняємо:

Проект Falconстартував у 2002 році, а вже через 6 років, у 2008 почалася комерційна експлуатація ракет. Проект Ангара стартував у 1995 році, і зараз через 21 (двадцять один!) рік незрозуміло, коли ж почнеться експлуатація цих ракет.

В принципі, одного цього факту вже достатньо, щоб зрозуміти все про Ангару, але давайте продовжимо для повноти картини.

За 8 років експлуатації на «Falcon» змінилося ТРИ (!) покоління двигунів, це не рахуючи «модернізацій». Останнє покоління двигунів Мерлін 1D+, дозволило перевести "легку" ракету Falcon 9 в клас "середньо-важких", без будь-якої модернізації, просто за рахунок заміни двигунів.

На Ангарі використовуються нібито новітні двигуни. РД-191— які насправді є просто спрощеною «четвіркою» (одна камера, замість чотирьох) двигунів РД-170, якими оснащувалась ракета «Енергія», але які були розроблені для ракет «Зеніт» ( Південмаш, Україна) аж наприкінці 70-х.

Граничне навантаження, яке зможе вивести на низьку опорну орбіту, найважча Ангара-7 (до розробки якої ще навіть не приступили, в роботі зараз Ангара-5) — 35 тонн. Для Falcon верхня межа не обмежена, але найважча на сьогоднішній день модифікація Falcon Heavy виводить на низьку опорну орбіту 55 тонн.

Falcon стартує практично з будь-якого відповідного за розмірами стартового комплексу, для запуску Ангари потрібно побудований спеціально для неї складний комплекс, який зараз є тільки в Плесецьку, звідки комерційні запуски неможливі.

Falcon – багаторазовий, Ангара – одноразова.

Та й головне, повторюся. Falcon літає вже вісім років, а коли полетить Ангара – невідомо. Але відомо - інше, в момент початку експлуатації (якщо вона почнеться) - це буде безнадійно застаріла система.

Ну і моя розповідь буде неповною, якщо я не згадаю «перспективний» російський проект. Федерація», який певною мірою є аналогом згадуваного вище американського «Оріона», тільки за розмірами та вантажопідйомністю поступається Оріону в 4 рази. Ситуація тут така сама: «Оріон» вже літає, а що стосується «Федерації», то на сьогоднішній момент, через одинадцять років (!) після запуску проекту в роботу (2005 рік) роботи перебувають на стадії « розпочато розробку робочої документації».

Ситуацію з «Федерацією» гранично коротко описав колишній космонавт Сергій Крикальов, а нині перший заступник голови ЦНДІмашу на засіданні експертної ради колегії Військово-промислової комісії РФ у 2014 році: « Якщо продовжувати все робити як зараз, ми новий корабель не побудуємо взагалі ніколи, дати постійно переносяться, затвердженого системного графіка створення корабля немає, коли буде створена ракета для нього, також неясно».

Це було 2014 року. З того часу економіка Росії сильно просіла, а санкції зробили недоступними технології, без яких «Федерація» навряд чи відбудеться.

На цій специфічній ноті закінчимо.

Цього дня 1972 року президент США Річард Ніксон затвердив програму НАСА зі створення багаторазових транспортних космічних кораблів. Наш огляд присвячений найцікавішим і найнезвичайнішим проектам кораблів даного класу з усього світу.

Boeing X-20 Dyna Soar

Спіраль

Space Shuttle

Буран

Зоря

Avatar

Skylon

Шеньлунь

Русь

У 2009 році РКК «Енергія» розпочала розробку транспортної космічної системи "Русь". Корабель займатиметься доставкою вантажів на орбіту та забезпечуватиме безпеку повітряного простору. Крім того, модуль здійснюватиме польоти до Місяця. Безпілотні випробування розпочнуться у 2018 році.

МАКС