Название американского многоразового транспортного космического корабля. Концептуальные космические корабли будущего (фото)

Космический аппарат, используемый для полетов по околоземной орбите, в том числе под управлением человека.

Все космические корабли можно разделить на два класса: пилотируемые и запускаемые в режиме управления с поверхности Земли.

В начале 20-х гг. XX в. К. Э. Циолковский в очередной раз предсказывает будущее освоение космического пространства землянами. В его работе «Космический корабль» встречается упоминание о так называемых небесных кораблях, основное предназначение которых - реализация полетов человека в космос.
Первые космические корабли серии «Восток» создавались под чутким руководством генерального конструктора ОКБ-1 (ныне ракетно-космическая корпорация «Энергия») С. П. Королева. Первый пилотируемый космический корабль «Восток» смог доставить в космическое пространство человека 12 апреля 1961 г. Этим космонавтом был Ю. А. Гагарин.

Основными задачами, поставленными в эксперименте, были:

1) изучение воздействия условий орбитального полета на человека, в том числе и на его работоспособность;

2) проверка принципов конструирования космических кораблей;

3) отработка конструкций и систем в реальных условиях.

Общая масса корабля составляла 4,7 т, диаметр - 2,4 м, длина - 4,4 м. Среди бортовых систем, которыми был оснащен корабль, можно выделить следующие: системы управления (автоматический и ручной режимы); система автоматической ориентации на Солнце и ручной - на Землю; система жизнеобеспечения; система терморегулирования; система приземления.

В дальнейшем наработки, полученные при реализации программы космических кораблей «Восток», позволили создать намного более совершенные . На сегодняшний день «армада» космических кораблей очень наглядно представлена американским многоразовым транспортным космическим кораблем «Шаттл», или Space Shuttle.

Нельзя не упомянуть про советскую разработку, которая в настоящее время не используется, но могла бы составить серьезную конкуренцию американскому кораблю.

«Буран» - так называлась программа Советского Союза по созданию многоразовой космической системы. Работы по программе «Буран» начались в связи с необходимостью создания многоразовой космической системы как средства сдерживания потенциального противника в связи с началом американского проекта в январе 1971 г.

Для реализации проекта было создано НПО «Молния». В кратчайшие сроки в 1984 г. при поддержке более тысячи предприятий со всего Советского Союза был создан первый полномасштабный экземпляр со следующими техническими характеристиками: его длина составила более 36 м при размахе крыльев в 24 м; стартовая масса - более 100 т при массе полезного груза до
30 т.

«Буран» имел в носовом отсеке герметичную кабину, которая могла вместить около десяти человек и большую часть аппаратуры для обеспечения полета на орбите, спуска и посадки. Корабль был оснащен двумя группами двигателей в конце хвостового отсека и в передней части корпуса для маневрирования, впервые была использована объединенная двигательная установка, которая включала топливные баки окислителя и горючего, термостатирования наддува, забора жидкости в невесомости, аппаратуру системы управления и пр.

Первый и единственный полет космический корабль «Буран» совершил 15 ноября 1988 г. в беспилотном, полностью автоматическом режиме (для справки: «Шаттл» до сих пор совершает посадку только на ручном управлении). К сожалению, полет корабля совпал с тяжелыми временами, которые начались в стране, и в связи с окончанием «холодной войны» и отсутствием достаточных средств программа «Буран» была закрыта.

Начало серии американских космических кораблей типа «Шаттл» было положено в 1972 г., хотя ему предшествовал проект многоразового двухступенчатого летательного аппарата, каждая ступень которого была похожа на реактивный .

Первая ступень выполняла функцию ускорителя, которая после выхода на орбиту заканчивала свою часть задачи и возвращалась на Землю с экипажем, а вторая - являлась орбитальным кораблем и после выполнения программы также возвращалась на место старта. Это было время гонки вооружений, и создание корабля такого типа считалось главным звеном в этой гонке.

Для запуска корабля американцы используют ускоритель и собственный двигатель корабля, топливо для которого размещено во внешнем топливном баке. Отработавшие ускорители после приземления на используются повторно, с ограниченным количеством стартов. Конструктивно корабль серии «Шаттл» состоит из нескольких основных элементов: воздушно-космический самолет «Орбитер», ракетные ускорители многоразового пользования и топливный бак (одноразовый).

Первый полет космического корабля из-за большого количества недоработок и конструктивных изменений состоялся лишь в 1981 г. В период с апреля 1981 по июль 1982 г. была проведена серия орбитальных летных испытаний корабля «Колумбия» во всех режимах полета. К сожалению, в серии полетов кораблей серии «Шаттл» не обошлось без трагедий.

В 1986 г. во время 25-го по счету запуска корабля «Челленджер» произошел взрыв топливного бака из-за несовершенства конструкции аппарата, в результате которого погибли все семь членов экипажа. Лишь в 1988 г., после внесения ряда изменений в программу полетов, был осуществлен запуск космического корабля «Дискавери». На смену «Челленджеру» в эксплуатацию был введен новый корабль «Эндевор», который осуществляет свои рейсы с 1992 г.

В этой статье будет затронута такая тема, как космические корабли будущего: фото, описание и технические характеристики. Прежде чем перейти непосредственно к теме, предлагаем читателю короткий экскурс в историю, который поможет оценить современное состояние космической отрасли.

Космос в период холодной войны был одной из арен, на которых велось противостояние между США и СССР. Главным стимулом развития космической отрасли в те годы было именно геополитическое противостояние сверхдержав. Огромные ресурсы были брошены на программы освоения космоса. Например, на реализацию проекта под названием "Аполлон", основная цель которого - высадка на поверхность Луны человека, правительство Соединенных Штатов потратило примерно 25 млрд долларов. Эта сумма для 1970-х годов была просто гигантской. Бюджету Советского Союза лунная программа, которой осуществиться так и не было суждено, обошлась в 2,5 млрд рублей. 16 млн рублей стоила разработка космического корабля "Буран". При этом ему было суждено совершить только один космический полет.

Программа "Спейс шаттл"

Его американскому аналогу повезло намного больше. "Спейс шаттл" совершил 135 запусков. Однако "шаттл" этот оказался не вечен. Последний его запуск состоялся 8 июля 2011 года. Американцы за время осуществления программы выпустили 6 "шаттлов". Один из них являлся прототипом, не осуществлявшим никогда космических полетов. 2 других и вовсе потерпели катастрофу.

Программу "Спейс шаттл" с экономической точки зрения вряд ли можно считать успешной. Гораздо более экономичными оказались корабли одноразового использования. К тому же вызвала сомнения безопасность полетов на "шаттлах". В результате двух катастроф, произошедших в период их эксплуатации, жертвами стали 14 астронавтов. Однако причина таких неоднозначных итогов путешествий заключается не в техническом несовершенстве кораблей, а в сложности самой концепции предназначенных для многоразового использования космических аппаратов.

Значение космических аппаратов "Союз" сегодня

В итоге "Союз", космические корабли одноразового использования из России, которые были разработаны еще в 1960-е годы, стали единственными аппаратами, осуществляющими сегодня пилотируемые полеты на МКС. Следует отметить, что это не означает их превосходства над "Спейс шаттлом". Они обладают рядом существенных недостатков. Например, грузоподъемность их ограничена. Также использование такого рода аппаратов приводит к тому, что накапливается орбитальный мусор, который остается после их эксплуатации. Очень скоро космические полеты на "Союзе" станут историей. На сегодняшний день нет реальных альтернатив. Все еще находятся в стадии разработки космические корабли будущего, фото которых представлены в этой статье. Заложенный в концепции многоразового использования кораблей огромный потенциал зачастую даже в наше время остается технически нереализуемым.

Заявление Барака Обамы

Барак Обама в июле 2011 года заявил о том, что главной целью астронавтов из США на ближайшие десятилетия является полет на Марс. Космическая программа "Созвездие" стала одной из программ, которые NASA осуществляет в рамках полета на Марс и освоения Луны. Для этих целей, конечно, нужны новые космические корабли будущего. Как же обстоит дело с их разработкой?

Космический корабль "Орион"

Основные надежды возлагаются на создание "Ориона" - нового космического корабля, а также ракет-носителей "Арес-5" и "Арес-1" и лунного модуля "Альтаир". В 2010 году правительство Соединенных Штатов решило свернуть программу "Созвездие", но, несмотря на это, NASA все-таки получило возможность дальнейшей разработки "Ориона". В ближайшем будущем планируется осуществить первый испытательный беспилотный полет. Предполагается, что аппарат во время этого полета удалится от Земли на 6 тыс. км. Это примерно в 15 раз больше, чем расстояние, на котором находится от нашей планеты МКС. Корабль после тестового полета возьмет курс на Землю. Новый аппарат в атмосферу может входить, развивая скорость 32 тыс. км/ч. "Орион" по данному показателю превосходит на 1,5 тыс. км/ч легендарный "Аполло". На 2021 год намечено осуществление первого пилотируемого запуска.

В роли ракет-носителей этого корабля, согласно планам NASA, будут выступать "Атлас-5" и "Дельта-4". Было решено отказаться от разработки "Ареса". Для освоения дальнего космоса, кроме того, американцы проектируют SLS - новую ракету-носитель.

Концепция "Ориона"

"Орион" является кораблем частично многоразового использования. Он находится концептуально ближе к "Союзу", чем к "Шаттлу". Большинство космических кораблей будущего являются частично многоразовыми. Данная концепция предполагает то, что жидкую капсулу корабля после посадки на Землю можно будет использовать повторно. Это позволит совместить экономичность эксплуатации "Аполло" и "Союза" с функциональной практичностью многоразовых кораблей. Это решение является переходным этапом. По всей видимости, в далекой перспективе станут многоразовыми все космические корабли будущего. Такова тенденция развития космической отрасли. Поэтому можно сказать, что советский "Буран" - прототип космического корабля будущего, как и американский "Спейс шаттл". Они сильно опередили свое время.

CST-100

Слова "предусмотрительность" и "практичность", похоже, характеризуют американцев как нельзя лучше. Правительство этой страны приняло решение не взваливать на плечи "Ориона" все космические амбиции. Сегодня по заказу NASA сразу несколько частных фирм разрабатывают свои космические корабли будущего, которые призваны заменить аппараты, используемые сегодня. Компания Boeing, например, разрабатывает CST-100 - частично многоразовый и пилотируемый корабль. Он предназначен для коротких путешествий на орбиту Земли. Основной задачей его будет доставка грузов и экипажа на МКС.

Планируемые запуски CST-100

До семи человек может составлять экипаж корабля. Во время разработки CST-100 было уделено особое внимание комфорту астронавтов. Было существенно увеличено жилое пространство его по сравнению с кораблями прошлого поколения. Вероятно, запуск CST-100 будет производиться с использованием ракет-носителей "Фалькон", "Дельта" или "Атлас". "Атлас-5" при этом является самым подходящим вариантом. С помощью воздушных подушек и парашюта будет осуществляться посадка корабля. Согласно планам фирмы Boeing, CST-100 в 2015 году ждет целая серия испытательных запусков. Беспилотными будут первые 2 полета. Основная задача их - вывести на орбиту аппарат и протестировать системы безопасности. Пилотируемая стыковка с МКС планируется во время третьего полета. CST-100 в случае успешных испытаний очень скоро придет на замену "Прогрессу" и "Союзу" - российским кораблям, монопольно осуществляющим сегодня пилотируемые полеты на МКС.

Разработка "Дракона"

Другим частным кораблем, призванным выполнять доставку экипажа и грузов на МКС, будет разработанный фирмой SpaceX аппарат. Это "Дракон" - моноблочный корабль, частично многоразовый. Планируется построить 3 модификации данного аппарата: автономную, грузовую и пилотируемую. Как и у CST-100, экипаж может составлять до семи человек. Корабль в грузовой модификации может брать на борт 4 человека и 2,5 тонны груза.

"Дракон" хотят в будущем использовать также для полета на Марс. Для этого создается специальная версия этого корабля под названием "Рэд драгон". Беспилотный полет этого аппарата на Красную планету состоится, согласно планам космического руководства США, в 2018 году.

Конструктивная особенность "Дракона" и первые полеты

Многоразовость является одной из особенностей "Дракона". Топливные баки и часть энергетических систем после полета будет спускаться вместе с жилой капсулой на Землю. Затем их можно использовать вновь для космических полетов. Данная конструктивная особенность выгодно отличает "Дракон" от большинства других перспективных разработок. "Дракон" и CST-100 в ближайшем будущем будут дополнять друг друга и служить в качестве "подстраховки". Если один из этих типов корабля не сможет по какой-то причине выполнить задачи, поставленные перед ним, то часть его работы возьмет на себя другой.

Впервые "Дракон" был выведен на орбиту в 2010 году. Успешно завершился испытательный беспилотный полет. А в 2012 году, 25 мая, этот аппарат пристыковался к МКС. К тому моменту на корабле системы автоматической стыковки не было предусмотрено, и пришлось для ее осуществления воспользоваться манипулятором космической станции.

"Дрим Чейзер"

"Дрим Чейзер" - еще одно название космических кораблей будущего. Нельзя не упомянуть этот проект компании SpaceDev. Также в его разработке приняли участие 12 партнеров компании, 3 университета США и 7 центров NASA. Данный корабль существенно отличается от других космических разработок. Он напоминает внешне "Спейс шаттл" в миниатюре и может осуществлять посадку так же, как и обычный самолет. Основные его задачи схожи с задачами, стоящими перед CST-100 и "Драконом". Аппарат предназначен для доставки экипажа и грузов на околоземную орбиту, а выводиться туда он будет с помощью "Атласа-5".

А что у нас?

А чем же может ответить Россия? Каковы российские космические корабли будущего? РКК "Энергия" в 2000 году начала проектирование космического комплекса "Клипер", являющегося многоцелевым. Этот космический аппарат многоразовый, напоминающий чем-то внешне "шаттл", уменьшенный в размерах. Он предназначен для решения различных задач, таких как доставка груза, космический туризм, эвакуация экипажа станции, полеты на другие планеты. Определенные надежды возлагались на этот проект.

Предполагалось, что космические корабли будущего России будут вскоре сконструированы. Однако из-за отсутствия финансирования пришлось с этими надеждами распрощаться. Проект закрыли в 2006 году. Технологии, которые были разработаны за эти годы, планируется использовать для проектирования ППТС, известной также как проект "Русь".

Особенности ППТС

Лучшие космические корабли будущего, как полагают специалисты из России, - это ППТС. Именно этой космической системе суждено будет стать новым поколением космических аппаратов. Она будет способна заменить "Прогрессы" и "Союзы", стремительно устаревающие. Разработкой этого корабля, как в прошлом "Клипера", занимается сегодня РКК "Энергия". ПТК НК станет базовой модификацией этого комплекса. Основная задача его, опять же, будет заключаться в доставке экипажа и грузов на МКС. Однако в отдаленной перспективе находится разработка модификаций, которые будут способны летать на Луну, а также выполнять различные исследовательские миссии, продолжительные по времени.

Сам корабль должен стать частично многоразовым. Будет повторно использована жидкая капсула после совершения посадки, а вот двигательно-агрегатный отсек - не будет. Любопытной особенностью данного корабля является возможность его посадки без парашюта. Реактивная система будет применяться для торможения и приземления на земную поверхность.

Новый космодром

В отличие от "Союзов", которые взлетают с расположенного в Казахстане космодрома "Байконур", новые корабли планируется запускать со строящегося в Амурской области космодрома "Восточный". 6 человек составит экипаж. Аппарат может также брать груз весом до 500 кг. Корабль в беспилотной версии может доставлять грузы до 2-х тонн весом.

Проблемы, стоящие перед разработчиками ППТС

Одной из основных проблем, стоящих перед проектом ППТС, является отсутствие ракет-носителей с необходимыми характеристиками. Основные технические моменты космического аппарата сегодня проработаны, однако в весьма затруднительное положение ставит его разработчиков отсутствие ракеты-носителя. Предполагается, что она будет близка по характеристикам к "Ангаре", которая была разработана еще в 90-е годы.

Другой серьезной проблемой, как ни странно, является цель проектирования ППТС. Едва ли Россия сегодня может позволить себе осуществление амбициозных программ по освоению Марса и Луны, аналогичных тем, которые претворяют в жизнь Соединенные Штаты. Даже если космический комплекс будет успешно разработан, скорее всего, единственной его задачей останется доставка экипажа и грузов на МКС. До 2018 года отложено начало испытаний ППТС. Перспективные аппараты из США к этому времени, скорее всего, уже возьмут на себя функции, выполняемые сегодня российскими кораблями "Прогресс" и "Союз".

Туманные перспективы космических полетов

Фактом является то, что мир сегодня остается лишенным романтики космических полетов. Речь, конечно, идет не о космическом туризме и запуске спутников. Можно не беспокоиться за эти сферы космонавтики. Полеты на МКС очень важны для космической отрасли, однако срок пребывания на орбите самой МКС ограничен. В 2020 году планируется ликвидировать эту станцию. А пилотируемые космические корабли будущего являются составной частью конкретной программы. Нельзя разрабатывать новый аппарат в случае отсутствия представлений о стоящих перед ним задачах. Не только для доставки экипажей и грузов МКС проектируются новые космические корабли будущего в США, но также для полетов на Луну и Марс. Однако данные задачи от повседневных земных забот настолько далеки, что нам вряд ли стоит ожидать в ближайшие годы значительных прорывов в сфере космонавтики. Космические угрозы остаются фантастикой, поэтому нет смысла конструировать боевые космические корабли будущего. И, конечно, у держав Земли множество других забот, кроме борьбы друг с другом за место на орбите и других планетах. Строительство таких аппаратов, как военные космические корабли будущего, поэтому также нецелесообразно.

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

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

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

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

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

Финальные требования к кораблю выглядели так:

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

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

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

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

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

«Челленджер», 1983 год

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

«Буран» изнутри

Доставка «Бурана» из Химок в Жуковский

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

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

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

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

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

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

Ракеты-носители Titan для вывода X-20 на орбиту

Макет X-20

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

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

БОР-4

БОР-4

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

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

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

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

Летательный аппарат HL-20

«Dream Chaser»

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

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

Многоцелевой космический корабль «Клипер»

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

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

Параметры аппарата «Федерация»

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

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

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

Многоразовый пилотируемый корабль Dragon V2

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

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

100 лет назад отцы — основатели космонавтики вряд ли могли себе представить, что космические корабли будут выбрасывать на свалку после одного-единственного полета. Неудивительно, что первые проекты кораблей виделись многоразовыми и зачастую крылатыми. Долгое время - до самого начала пилотируемых полетов - они конкурировали на чертежных досках конструкторов с одноразовыми «Востоками» и «Меркуриями». Увы, большинство многоразовых кораблей так и остались проектами, а единственная система многократного применения, принятая в эксплуатацию (Space Shuttle), оказалась страшно дорогой и далеко не самой надежной. Почему так получилось?

Ракетостроение имеет в своей основе два источника - авиацию и артиллерию. Авиационное начало требовало многоразовости и крылатости, тогда как артиллерийское было склонно к одноразовому применению «ракетного снаряда». Боевые ракеты, из которых выросла практическая космонавтика, были, естественно, одноразовыми.

Когда дело дошло до практики, конструкторы столкнулись с целым комплексом проблем высокоскоростного полета, в числе которых - чрезвычайно высокие механические и тепловые нагрузки. Путем теоретических исследований, а также проб и ошибок инженеры смогли подобрать оптимальную форму боевой части и эффективные теплозащитные материалы. И когда на повестку дня встал вопрос о разработке реальных космических кораблей, проектанты оказались перед выбором концепции: строить космический «самолет» или аппарат капсульного типа, похожий на головную часть межконтинентальной баллистической ракеты? Поскольку космическая гонка шла в бешеном темпе, было выбрано наиболее простое решение - ведь в вопросах аэродинамики и конструкции капсула куда проще самолета.

Быстро выяснилось, что на техническом уровне тех лет сделать капсульный корабль многоразовым практически нереально. Баллистическая капсула входит в атмосферу с огромной скоростью, а ее поверхность может нагреваться до 2 500-3 000 градусов. Космический самолет, обладающий достаточно высоким аэродинамическим качеством, при спуске с орбиты испытывает почти вдвое меньшие температуры (1 300-1 600 градусов), но материалы, пригодные для его теплозащиты, в 1950-1960-е годы еще не были созданы. Единственной действенной теплозащитой была тогда заведомо одноразовая абляционная обмазка: вещество покрытия оплавлялось и испарялось с поверхности капсулы потоком набегающего газа, поглощая и унося при этом тепло, которое в противном случае вызвало бы недопустимый нагрев спускаемого аппарата.

Попытки разместить в единой капсуле все системы - двигательную установку с топливными баками, системы управления, жизнеобеспечения и энергопитания - вели к быстрому росту массы аппарата: чем больше размеры капсулы, тем больше масса теплозащитного покрытия (в качестве которой использовались, например, стеклотекстолиты, пропитанные фенольными смолами с довольно большой плотностью). Однако грузоподъемность тогдашних ракет-носителей была ограниченна. Решение было найдено в делении корабля на функциональные отсеки. «Сердце» системы обеспечения жизнедеятельности космонавта размещалось в относительно небольшой кабине-капсуле с тепловой защитой, а блоки остальных систем были вынесены в одноразовые отделяемые отсеки, естественно, не имевшие никакого теплозащитного покрытия. К такому решению конструкторов, как представляется, подталкивал и небольшой ресурс основных систем космической техники. Например, жидкостный ракетный двигатель «живет» несколько сотен секунд, а чтобы довести его ресурс до нескольких часов, нужно приложить очень большие усилия.

Предыстория многоразовых кораблей
Одним из первых технически проработанных проектов космического челнока был ракетоплан конструкции Ойгена Зенгера. В 1929 году он выбрал этот проект для докторской диссертации. По замыслу австрийского инженера, которому было всего 24 года, ракетоплан должен был выходить на околоземную орбиту, например, для обслуживания орбитальной станции, а затем возвращаться на Землю с помощью крыльев. В конце 1930-х - начале 1940-х годов в специально созданном закрытом научно-исследовательском институте он выполнил глубокую проработку ракетного самолета, известного как «антиподный бомбардировщик». К счастью, в Третьем рейхе проект реализован не был, но стал отправной точкой для многих послевоенных работ как на Западе, так и в СССР.

Так, в США, по инициативе В. Дорнбергера (руководителя программы V-2 в фашистской Германии), в начале 1950-х годов проектировался ракетный бомбардировщик Bomi, двухступенчатый вариант которого мог бы выходить на околоземную орбиту. В 1957 году американские военные начали работу над ракетопланом DynaSoar. Аппарат должен был выполнять особые миссии (инспекция спутников, разведывательно-ударные операции и др.) и в планирующем полете возвращаться на базу.

В СССР, еще до полета Юрия Гагарина, рассматривалось несколько вариантов крылатых пилотируемых аппаратов многоразового использования, таких как ВКА-23 (главный конструктор В.М. Мясищев), «136» (А.Н. Туполев), а также проект П.В. Цыбина, известный как «лапоток», разработанный по заказу С.П. Королева.

Во второй половине 1960-х годов в СССР в ОКБ А.И. Микояна, под руководством Г.Е. Лозино-Лозинского, велась работа над многоразовой авиационно-космической системой «Спираль», которая состояла из сверхзвукового самолета-разгонщика и орбитального самолета, выводимого на орбиту с помощью двухступенчатого ракетного ускорителя. Орбитальный самолет по размерности и назначению в общих чертах повторял DynaSoar, однако отличался формой и техническими деталями. Рассматривался и вариант запуска «Спирали» в космос с помощью ракеты-носителя «Союз».

Из-за недостаточного технического уровня тех лет ни один из многочисленных проектов многоразовых крылатых аппаратов 1950-1960 годов не вышел из стадии проектирования.

Первое воплощение

И все же идея многоразовости ракетно-космической техники оказалась живучей. К концу 1960-х годов в США и несколько позднее в СССР и Европе был накоплен изрядный задел в области гиперзвуковой аэродинамики, новых конструкционных и теплозащитных материалов. А теоретические исследования подкрепились экспериментами, в том числе полетами опытных летательных аппаратов, самым известным из которых был американский Х-15.

В 1969 году NASA заключило первые контракты с аэрокосмическими компаниями США на исследование облика перспективной многоразовой транспортной космической системы Space Shuttle (англ. - «космический челнок»). По прогнозам того времени, к началу 1980-х годов грузопоток «Земля-орбита-Земля» должен был составить до 800 тонн в год, и шаттлам предстояло ежегодно совершать 50- 60 полетов, доставляя на околоземную орбиту космические аппараты различного назначения, а также экипажи и грузы для орбитальных станций. Ожидалось, что стоимость выведения грузов на орбиту не превысит 1 000 долларов за килограмм. При этом от космического челнока требовалось умение возвращать с орбиты достаточно большие нагрузки, например дорогие многотонные спутники для ремонта на Земле. Надо отметить, что задача возврата грузов с орбиты в некоторых отношениях сложнее вывода их в космос. Например, на кораблях «Союз» космонавты, возвращаясь с Международной космической станции, могут взять менее сотни килограммов багажа.

В мае 1970 года, после анализа полученных предложений, NASA выбрало систему с двумя крылатыми ступенями и выдало контракты на дальнейшую проработку проекта фирмам North American Rockwell и McDonnel Douglas. При стартовой массе около 1 500 тонн она должна была выводить на низкую орбиту от 9 до 20 тонн полезного груза. Обе ступени предполагалось оснащать связками кислородно-водородных двигателей тягой по 180 тонн каждый. Однако в январе 1971 года требования были пересмотрены - выводимая масса выросла до 29,5 тонны, а стартовая- до 2 265 тонн. По расчетам, пуск системы стоил не более 5 миллионов долларов, но вот разработка оценивалась в 10 миллиардов долларов - больше, чем был готов выделить конгресс США (не будем забывать, что США вели в то время войну в Индокитае).

Перед NASA и фирмами-разработчиками встала задача - снизить стоимость проекта по крайней мере вдвое. В рамках полностью многоразовой концепции этого добиться не удалось: слишком сложно было разработать теплозащиту ступеней с объемистыми криогенными баками. Возникла идея сделать баки внешними, одноразовыми. Затем отказались и от крылатой первой ступени в пользу повторно используемых стартовых твердотопливных ускорителей. Конфигурация системы приобрела знакомый всем вид, а ее стоимость, около 5 миллиардов долларов, укладывалась в заданные пределы. Правда, затраты на запуск при этом выросли до 12 миллионов долларов, но это считалось вполне приемлемым. Как горько пошутил один из разработчиков, «челнок спроектировали бухгалтеры, а не инженеры».

Полномасштабная разработка Space Shuttle, порученная фирме North American Rockwell (позднее Rockwell International), началась в 1972 году. К моменту ввода системы в эксплуатацию (а первый полет «Колумбии» состоялся 12 апреля 1981 года - ровно через 20 лет после Гагарина) это был во всех отношениях технологический шедевр. Вот только затраты на его разработку превысили 12 миллиардов долларов. На сегодня стоимость одного пуска достигает и вовсе фантастических 500 миллионов долларов! Как же так? Ведь многоразовое в принципе должно быть дешевле одноразового (по крайней мере, в пересчете на один полет)?

Во-первых, не оправдались прогнозы по объемам грузопотока - он оказался на порядок меньше ожидавшегося. Во-вторых, компромисс между инженерами и финансистами не пошел на пользу эффективности челнока: стоимость ремонтно-восстановительных работ для ряда агрегатов и систем достигла половины стоимости их производства! Особенно дорого обходилось обслуживание уникальной керамической теплозащиты. Наконец, отказ от крылатой первой ступени привел к тому, что для повторного использования твердотопливных ускорителей пришлось организовывать дорогостоящие поисково-спасательные операции.

Кроме того, шаттл мог работать только в пилотируемом режиме, что существенно удорожало каждую миссию. Кабина с астронавтами не отделяется от корабля, из-за чего на некоторых участках полета любая серьезная авария чревата катастрофой с гибелью экипажа и потерей челнока. Это случилось уже дважды - с «Челленджером» (28 января 1986 года) и «Колумбией» (1 февраля 2003 года). Последняя катастрофа изменила отношение к программе Space Shuttle: после 2010 года «челноки» будут выведены из эксплуатации. На смену им придут «Орионы», внешне весьма напоминающие своего дедушку - корабль «Аполлон» - и обладающие многоразовой спасаемой капсулой экипажа.

«Гермес», Франция/ЕКА, 1979-1994. Орбитальный самолет, запускаемый вертикально ракетой «Ариан-5», садящийся горизонтально с боковым маневром до 1 500 км. Стартовая масса - 700 т, орбитальная ступень - 10-20 т. Экипаж - 3-4 человека, выводимый груз - 3 т, возвращаемый - 1,5 т

Челноки нового поколения

С момента начала реализации программы Space Shuttle в мире неоднократно предпринимались попытки создания новых многоразовых кораблей. Проект «Гермес» начали разрабатывать во Франции в конце 1970-х годов, а потом продолжили в рамках Европейского космического агентства. Этот небольшой космический самолет, сильно напоминавший проект DynaSoar (и разрабатываемый в России «Клипер»), должен был выводиться на орбиту одноразовой ракетой «Ариан-5», доставляя к орбитальной станции несколько человек экипажа и до трех тонн грузов. Несмотря на достаточно консервативную конструкцию, «Гермес» оказался Европе не по силам. В 1994 году проект, на который израсходовали около 2 миллиардов долларов, был закрыт.

Куда более фантастично выглядел проект беспилотного воздушно-космического самолета с горизонтальным взлетом и посадкой HOTOL (Horizontal Take-Off and Landing), предложенный в 1984 году фирмой British Aerospace. По замыслу, этот одноступенчатый крылатый аппарат предполагалось оснастить уникальной двигательной установкой, сжижающей в полете кислород из воздуха и использующей его в качестве окислителя. Горючим служил водород. Финансирование работ со стороны государства (три миллиона фунтов стерлингов) через три года прекратилось из-за необходимости огромных затрат на демонстрацию концепции необычного двигателя. Промежуточное положение между «революционным» HOTOL и консервативным «Гермесом» занимает проект воздушно-космической системы «Зенгер» (Sanger), разработанный в середине 1980-х годов в ФРГ. Первой ступенью в нем служил гиперзвуковой самолет-разгонщик с комбинированными турбопрямоточными двигателями. После достижения 4-5 скоростей звука с его спины стартовали либо пилотируемый воздушно-космический самолет «Хорус», либо одноразовая грузовая ступень «Каргус». Однако и этот проект не вышел из «бумажной» стадии, в основном по финансовым причинам.

Советский «Буран» подавался в отечественной (да и в зарубежной) печати как безусловный успех. Однако, совершив единственный беспилотный полет 15 ноября 1988 года, этот корабль канул в Лету. Справедливости ради надо сказать, что «Буран» оказался не менее совершенен, чем Space Shuttle. А в отношении безопасности и универсальности применения даже превосходил заокеанского конкурента. В отличие от американцев советские специалисты не питали иллюзий по поводу экономичности многоразовой системы - расчеты показывали, что одноразовая ракета эффективнее. Но при создании «Бурана» основным был иной аспект - советский челнок разрабатывался как военно-космическая система. С окончанием «холодной войны» этот аспект отошел на второй план, чего не скажешь про экономическую целесообразность. А с ней у «Бурана» было плохо: его пуск обходился, как одновременный старт пары сотен носителей «Союз». Судьба «Бурана» была решена.

За и против

Несмотря на то что новые программы разработки многоразовых кораблей появляются как грибы после дождя, до сих пор ни одна из них не принесла успеха. Ничем окончились упомянутые выше проекты Hermes (Франция, ЕКА), HOTOL (Великобритания) и Sanger (ФРГ). «Завис» между эпохами МАКС - советско-российская многоразовая авиационно-космическая система. Потерпели неудачу и программы NASP (Национальный аэрокосмический самолет) и RLV (Многоразовая ракета-носитель) - очередные попытки США создать МТКС второго поколения на замену Space Shuttle. В чем же причина такого незавидного постоянства?

МАКС, СССР/Россия, с 1985 года. Многоразовая система с воздушным стартом, посадка горизонтальная. Взлетная масса - 620 т, вторая ступень (с топливным баком) - 275 т, орбитальный самолет - 27 т. Экипаж - 2 человека, полезная нагрузка - до 8 т. По утверждению разработчиков (НПО «Молния»), МАКС - наиболее близкий к реализации проект многоразового корабля

По сравнению с одноразовой ракетой-носителем создание «классической» многоразовой транспортной системы обходится крайне дорого. Сами по себе технические проблемы многоразовых систем решаемы, но стоимость их решения очень велика. Повышение кратности использования требует порой весьма значительного увеличения массы, что ведет к повышению стоимости. Для компенсации роста массы берутся (а зачастую изобретаются с нуля) сверхлегкие и сверхпрочные (и более дорогие) конструкционные и теплозащитные материалы, а также двигатели с уникальными параметрами. А применение многоразовых систем в области малоизученных гиперзвуковых скоростей требует значительных затрат на аэродинамические исследования.

И все же это вовсе не значит, что многоразовые системы в принципе не могут окупаться. Положение меняется при большом количестве пусков. Допустим, стоимость разработки системы составляет 10 миллиардов долларов. Тогда, при 10 полетах (без затрат на межполетное обслуживание), на один запуск будет отнесена стоимость разработки в 1 миллиард долларов, а при тысяче полетов - только 10 миллионов! Однако из-за общего сокращения «космической активности человечества» о таком числе пусков остается только мечтать… Значит, на многоразовых системах можно поставить крест? Тут не все так однозначно.

Во-первых, не исключен рост «космической активности цивилизации». Определенные надежды дает новый рынок космического туризма. Возможно, на первых порах окажутся востребованными корабли малой и средней размерности «комбинированного» типа (многоразовые версии «классических» одноразовых), такие как европейский Hermes или, что нам ближе, российский «Клипер». Они относительно просты, могут выводиться в космос обычными (в том числе, возможно, уже имеющимися) одноразовыми ракетами-носителями. Да, такая схема не сокращает затраты на доставку грузов в космос, но позволяет сократить расходы на миссию в целом (в том числе снять с промышленности бремя серийного производства кораблей). К тому же крылатые аппараты позволяют резко уменьшить перегрузки, действующие на космонавтов при спуске, что является несомненным достоинством.

Во-вторых, что особенно важно для России, применение многоразовых крылатых ступеней позволяет снять ограничения на азимут пуска и сократить затраты на зоны отчуждения, выделяемые под поля падения фрагментов ракет-носителей.

«Клипер», Россия, с 2000 года. Разрабатываемый новый космический корабль с многоразовой кабиной для доставки экипажа и грузов на околоземную орбиту и орбитальную станцию. Вертикальный запуск ракетой «Союз-2», посадка горизонтальная либо парашютная. Экипаж - 5-6 человек, стартовая масса корабля - до 13 т, посадочная масса - до 8,8 т. Ожидаемый срок первого пилотируемого орбитального полета - 2015 год

Гиперзвуковые двигатели
Наиболее перспективным типом двигательных установок для многоразовых воздушно-космических самолетов с горизонтальным взлетом некоторые специалисты считают гиперзвуковые прямоточные воздушно-реактивные двигатели (ГПВРД), или, как их чаще называют, прямоточные воздушно-реактивные двигатели со сверхзвуковым горением. Схема двигателя крайне проста - у него нет ни компрессора, ни турбины. Поток воздуха сжимается поверхностью аппарата, а также в специальном воздухозаборнике. Как правило, единственной подвижной частью двигателя является насос подачи горючего.

Основная особенность ГПВРД в том, что при скоростях полета, в шесть и более раз превышающих скорость звука, поток воздуха не успевает затормозиться во впускном тракте до дозвуковой скорости, и горение должно происходить в сверхзвуковом потоке. А это представляет известные сложности - обычно топливо не успевает сгорать в таких условиях. Долгое время считалось, что единственное горючее, пригодное для ГПВРД - водород. Правда, в последнее время получены обнадеживающие результаты и с горючими типа керосинов.

Несмотря на то что гиперзвуковые двигатели исследуются с середины 1950-х годов, до сих пор не изготовлено ни одного полноразмерного летного образца: сложность расчетов газодинамических процессов при гиперзвуковых скоростях требует проведения дорогостоящих натурных летных экспериментов. Кроме того, нужны жаропрочные материалы, стойкие к окислению при больших скоростях, а также оптимизированная система топливоподачи и охлаждения ГПВРД в полете.

Существенный недостаток гиперзвуковых двигателей - они не могут работать со старта, аппарат до сверхзвуковых скоростей надо разгонять другими, например, обычными турбореактивными двигателями. И, конечно, ГПВРД работает только в атмосфере, так что для выхода на орбиту понадобится ракетный двигатель. Необходимость ставить несколько двигателей на один аппарат значительно усложняет конструкцию воздушно-космического самолета.

Многогранная многократность

Варианты конструктивной реализации многоразовых систем весьма разнообразны. При их обсуждении не стоит ограничиваться только кораблями, надо сказать и о многоразовых носителях - грузовых многоразовых транспортных космических системах (МТКС). Очевидно, что для снижения стоимости разработки МТКС надо создавать беспилотными и не перегружать их избыточными, как у шаттла, функциями. Это позволит существенно упростить и облегчить конструкцию.

С точки зрения простоты эксплуатации наиболее привлекательны одноступенчатые системы: теоретически они значительно надежнее многоступенчатых, не требуют никаких зон отчуждения (например, проект VentureStar, создававшийся в США по программе RLV в середине 1990-х годов). Но их реализация находится «на грани возможного»: для создания таковых требуется снизить относительную массу конструкции не менее чем на треть по сравнению с современными системами. Впрочем, и двухступенчатые многоразовые системы могут обладать вполне приемлемыми эксплуатационными характеристиками, если использовать крылатые первые ступени, возвращаемые к месту старта по-самолетному.

Вообще МТКС в первом приближении можно классифицировать по способам старта и посадки: горизонтальному и вертикальному. Часто думают, что системы с горизонтальным стартом имеют преимущество, поскольку не требуют сложных пусковых сооружений. Однако современные аэродромы не способны принимать аппараты массой более 600-700 тонн, и это существенно ограничивает возможности систем с горизонтальным стартом. Кроме того, трудно представить себе космическую систему, заправленную сотнями тонн криогенных компонентов топлива, среди гражданских авиалайнеров, взлетающих и садящихся на аэродром по расписанию. А если учесть требования к уровню шума, то становится очевидным, что для носителей с горизонтальным стартом все равно придется строить отдельные высококлассные аэродромы. Так что у горизонтального взлета здесь существенных преимуществ перед вертикальным стартом нет. Зато, взлетая и садясь вертикально, можно отказаться от крыльев, что существенно облегчает и удешевляет конструкцию, но вместе с тем затрудняет точный заход на посадку и ведет к росту перегрузок при спуске.

В качестве двигательных установок МТКС рассматриваются как традиционные жидкостные ракетные двигатели (ЖРД), так и различные варианты и комбинации воздушно-реактивных (ВРД). Среди последних есть турбопрямоточные, которые могут разгонять аппарат «с места» до скорости, соответствующей числу Маха 3,5-4,0, прямоточные с дозвуковым горением (работают от М=1 до М=6), прямоточные со сверхзвуковым горением (от М=6 до М=15, а по оптимистичным оценкам американских ученых, даже до М=24) и ракетно-прямоточные, способные функционировать во всем диапазоне скоростей полета - от нулевых до орбитальных.

Воздушно-реактивные двигатели на порядок экономичнее ракетных (из-за отсутствия окислителя на борту аппарата), но при этом имеют и на порядок большую удельную массу, а также весьма серьезные ограничения на скорость и высоту полета. Для рационального использования ВРД требуется совершать полет при больших скоростных напорах, защищая при этом конструкцию от аэродинамических нагрузок и перегрева. То есть, экономя топливо - самую дешевую компоненту системы, - ВРД увеличивают массу конструкции, которая обходится гораздо дороже. Тем не менее ВРД, вероятно, найдут применение в относительно небольших многоразовых аппаратах горизонтального старта.

Наиболее реалистичными, то есть простыми и относительно дешевыми в разработке, пожалуй, являются два вида систем. Первый - типа уже упомянутого «Клипера», в которых принципиально новым оказался только пилотируемый крылатый многоразовый аппарат (или большая его часть). Небольшие размеры хоть и создают определенные трудности в части теплозащиты, зато уменьшают затраты на разработку. Технические проблемы для таких аппаратов практически решены. Так что «Клипер» - это шаг в правильном направлении.

Второй - системы вертикального пуска с двумя крылатыми ракетными ступенями, которые могут самостоятельно вернуться к месту старта. Особых технических проблем при их создании не ожидается, да и подходящий стартовый комплекс можно, наверное, подобрать из числа уже построенных.

Подводя итог, можно полагать, что будущее многоразовых космических систем безоблачным не будет. Им придется отстаивать право на существование в суровой борьбе с примитивными, но надежными и дешевыми одноразовыми ракетами.

Дмитрий Воронцов, Игорь Афанасьев

В последний раз самостоятельно отправило астронавтов на околоземную орбиту. После финальной миссии шаттла Atlantis с экипажем из четырех человек отправкой людей к Международной космической станции (МКС) занималась исключительно Россия. В распоряжении страны до сих пор имеются простые и надежные корабли серии «Союз», которые успешно летают в космос со времен СССР - с апреля 1967 года. Однако монополии России в качестве космического перевозчика скоро придет конец: на этот год НАСА с партнерами запланировали проведение серии ключевых испытаний аппаратов, которые сделают США безусловным лидером в пилотируемой космонавтике. Подробнее - в материале .

О возвращении программы пилотируемых полетов НАСА объявило в сентябре 2014 года. Тогда на специальной пресс-конференции глава НАСА, генерал-майор морской пехоты США в отставке Чарльз Болден назвал две компании, которые агентство выбрало для заключения многомиллиардного контракта на строительство пилотируемых многоразовых космических кораблей, предназначенных для доставки астронавтов к МКС. Победителями тендера стали и , которые представили проекты кораблей Dragon V2 и CST-100 (от Crew Space Transportation) соответственно. Общая стоимость работ по созданию аппаратов составила 2,6 миллиарда долларов для SpaceX и 4,2 миллиарда долларов для Boeing.

«Для НАСА и нации это был непростой, но наилучший выбор. Мы получили многочисленные предложения от наших аэрокосмических компаний. Высококвалифицированные американские фирмы, единые в желании вернуть отправку человека в космос с территории США, соревновались за то, чтобы служить нации и покончить с нашей зависимостью от России. Я приветствую их инновации, тяжелый труд и патриотизм», - сказал Болден. Выбор в пользу SpaceX и Boeing он объяснил успешным сотрудничеством агентства с этими частными компаниями и уверенностью НАСА в их соответствии высоким требованиям агентства.

Главным конкурентом SpaceX и Boeing считалась компания Sierra Nevada, которая предлагала НАСА летать к МКС на глубоко модернизированной версии орбитального самолета HL-20 - корабле Dream Chaser. Причины, по которым НАСА выбрало именно SpaceX и Boeing, а также распределение между ними финансирования очевидны: агентство больше доверяет крупным и надежным партнерам и вместе с тем приветствует здоровую конкуренцию со стороны молодых и перспективных компаний. С аэрокосмическим и оборонным гигантом Lockheed Martin агентство не заключило контракт, поскольку компания уже работала над марсианским кораблем Orion. Расширять сотрудничество с Orbital ATK (тогда - Orbital Sciences) в НАСА тоже не стали, поскольку к МКС уже летали ее грузовики Cygnus.

«Для грузового транспорта SpaceX выиграла двенадцать миссий (в настоящее время к МКС летает грузовая версия Dragon - прим. «Ленты.ру» ), а Orbital - восемь. Денежная премия Orbital выше, хотя у них меньше миссий, поскольку НАСА не хочет зависеть от одного источника. Для пилотируемого полета, как я ожидаю, будут выбраны Boeing или Lockheed, которые выиграют большую часть финансирования, а мы, надеюсь, будем вторыми», - так в июне 2010 года оценивал перспективы компании SpaceX ее глава . Как стало известно через четыре года, он не ошибся.

Выбор НАСА в качестве основных партнеров для пилотируемых миссий к МКС SpaceX и Boeing привел к тому, что в 2014 году из Sierra Nevada, безуспешно пытавшейся в судебном порядке оспорить результаты тендера, было уволено около ста сотрудников, работающих над Dream Chaser. Со своей стороны агентство пообещало всяческую поддержку этой молодой компании, но не в рамках программы пилотируемых полетов. Тогда же, в 2014 году, американцы полагали, что уже к 2017-му астронавты будут отправляться на МКС исключительно с территории США, без помощи российской стороны. Взятые на себя обязательства компании SpaceX и Boeing, как показало время, выполняют, но примерно с годовым отставанием.

Аппарат Dragon V2 является глубоко модернизированной версией грузовика Dragon, успешно летающего к МКС. Корабль имеет практически моноблочную конструкцию, в грузопассажирском режиме позволяющую, вместе с полезной нагрузкой в 2,5 тонны, отправлять к МКС до четырех человек. В пассажирском режиме корабль берет на борт до семи человек. В 2017 году SpaceX планирует завершить производство трех кораблей Dragon V2, один из них в ноябре должен совершить первый тестовый беспилотный полет к МКС. Аппарат, как ожидается, состыкуется со станцией и покинет ее спустя 30 суток.

Внутреннее пространство Dragon V2 организовано, по словам SpaceX, с максимально возможным удобством для экипажа. Кресла пилотов выполнены из углеродного волокна высшего качества с отделкой из алькантары. В капсуле для астронавтов четыре окна с видом на внешнее пространство. На специальной панели члены экипажа Dragon V2 смогут в режиме реального времени отслеживать состояние космического корабля во время полета. Также астронавты получат возможность вручную настраивать температуру на борту корабля (в пределах от 15 до 26 градусов Цельсия). На случай внештатных ситуаций предусмотрена система эвакуации.

Первому полету Dragon V2 будут предшествовать огневые испытания двигателей Draco и SuperDraco. Последние распечатываются на трехмерном принтере и устанавливаются в качестве элементов спасательной системы и для управляемой посадки корабля. Также SpaceX испытает специальный скафандр, позволяющий астронавтам выдержать нагрузки в случае разгерметизации пассажирской капсулы Dragon V2. Аналогичную опцию для своего костюма в 2017 году сделает Boeing. Аппараты Dragon V2 и CST-100 будут приземляться при помощи парашютов - необходимые для этого системы испытают в этом году.

Пуск Dragon V2 будет осуществляться при помощи ракеты среднего класса Falcon 9 со стартового комплекса SLC-39 в Кеннеди (Флорида), откуда ранее в космос отправлялись миссии Space Shuttle и Apollo. Пилотируемая 14-дневная миссия Dragon V2 (с двумя астронавтами на борту) запланирована на май 2018 года. В интересах SpaceX выдержать заявленные сроки, поскольку именно финансирование НАСА разработок грузовых и пилотируемых кораблей позволило компании избежать участи Sierra Nevada; Boeing это касается в меньшей степени.

Аэрокосмический гигант перенес первый тестовый и беспилотный полет CST-100 с декабря 2017-го на июнь 2018-го. После этого в августе того же года должен состояться пилотируемый полет корабля Boeing с экипажем из двух человек. Как и Dragon V2, корабль CST-100 способен доставлять на околоземную орбиту до семи человек. Корабль, получивший название Starliner, как и Dragon V2, будет проходить предстартовую подготовку в Космическом центре Кеннеди. Запуски Starliner будут проводиться с тяжелой ракеты Atlas V с площадки 41-го космодрома на мысе Канаверал, а в случае необходимости - на носителях Delta IV и Falcon 9, а также создаваемой ракеты Vulcan.

Причины, по которым компании SpaceX и Boeing отложили первые пуски разрабатываемых кораблей, принципиально отличаются друг от друга. Первая компания, в отличие от второй, располагает значительно более скромными ресурсами, которые отчасти потребовалось задействовать для выяснения и устранения причин, приведших к аварии Falcon 9 в сентябре 2016 года. Тогда эксперты из НАСА раскритиковали SpaceX из-за заправки ракеты за полчаса до старта. Это означает, что в случае нештатной ситуации при заправке топливом Falcon 9 астронавты будут находиться уже в головной части ракеты, а не на безопасном от нее расстоянии. Именно на минимизацию возможных рисков SpaceX и потратила так много времени.космодрома Sea Launch .

Даже если Boeing не успеет в заявленные сроки подготовить CST-100, свои обязательства перед НАСА компания, скорее всего, выполнит в полном объеме. Агентство уже проявило заинтересованность в приобретении у Boeing двух кресел на «Союзах» на осень 2017-го и весну 2018-го и трех - на 2019 год. такие рокировки тоже выгодны в связи с планируемым временным сокращением численности российского сегмента МКС с трех до двух человек.

Трудности, с которыми сталкиваются партнеры НАСА по пилотируемой космонавтике, по всей видимости успешно разрешаются и носят рабочий характер. Можно быть уверенным, что страна, шесть раз высаживавшая людей на Луне и отправившая на Марс тонный ровер, справится и с этими задачами. В конечном итоге через год-два в распоряжении США будет парк космических кораблей, состоящий как минимум из грузовых Dragon и Cygnus, пилотируемых околоземных Dragon V2 и CST-100, а также лунно-марсианского Orion (его тоже можно использовать для полетов к МКС, но нецелесообразно - слишком дорого). Это обеспечит не только независимость США от российских «Союзов» и их готовящейся замены - кораблей «Федерация», но и обеспечит внутринациональную конкуренцию между как минимум четырьмя космическими компаниями.