Хроника космических сверхтяжеловесов. Часть 2. «Парк» многоразового периода

в 14:36, , рубрики: космонавтика, космос, ракеты, технологии

Хроника космических сверхтяжеловесов. Часть 2. «Парк» многоразового периода
В 1971г, за год до последней лунной экспедиции кораблей «Аполлон», компания Rockwell, по поручению НАСА, начала разработку новой космической системы многоразового использования. Программа названная «Space Shuttle » (Космический Челнок), была представлена правительству США как коммерческая, и должна была использовать наработки по предыдущей, сугубо «идеологической» программе Аполлон.

В то же время, на другом конце Земли, советские специалисты отметили, что существенных преимуществ система «Space Shuttle » над одноразовыми не имеет. Однако проект сочли жизнеспособным, как дополнение к существующим транспортным системам.
На фоне общей неизвестности о целях американского проекта, было решено разрабатывать свой многоразовый корабль, для обеспечения военного паритета с США.

По принятому проекту 1972года, система «Space Shuttle» состояла из трех основных частей:

1. Два боковых твердотопливных ракетных ускорителя компании Thiokol, играли роль первой ступени, составляя 60% от всего веса космической системы (и давая 80% всей стартовой тяги).
Каждый блок ТРУ (SRB) весил по 580т и при стартовой тяге в 1200т (у.импульс 242с), сжигал 500т перхлората аммония (окислитель), алюминия (топливо) и оксида железа (катализатор) в сумме, до высоты «отстрела» в 45км. После чего каждый из блоков высотой в 50м и диаметром в 3,7м, совершали плавное приводнение в океане с помощью парашютов. На практике дозволялось 10 кратное использование блоков ТРУ.

Отстрел боковых блоков ТРУ (SRB) и их приводнение
Хроника космических сверхтяжеловесов. Часть 2. «Парк» многоразового периода

2. Далее эстафету перенимали три жидкостных ракетных двигателя (ЖРД) основного компонента многоразовой системы – Орбитера (или Челнок). Это совместное детище компаний Rocketdyne, Rockwell и Boeing весом около 80т (без полезной нагрузки), длиной в 37м и размахом крыльев в 24м, представлял из себя первый истории многоразовый космический корабль. Орбитер мог иметь экипаж до 7 человек, и в грузовом отсеке габаритами 18м/4,6м выводить до 25т на низкую околоземную орбиту (или возвращать на землю 14т).

Технологический курьез связанный с грузовым отсеком шаттлов

Изначально размеры грузового отсека НАСА были навязаны министерством обороны США предположительно под габариты перспективных спутников оптической разведки в реальном времени -серии«KH 11» (Keyhole — «Замочная скважина»). Оптика этих спутников считается «родительской» по отношению к знаменитому орбитальному телескопу «Хаббла».
Советские специалисты, узнавшие о KH 11 лишь в конце 70ых, весьма обеспокоились схожестью грузовых отсеков шаттла и габаритов советских орбитальных станций «Алмаз» и «Салют». Это имело большое влияние на выбор габаритов грузового отсека «Бурана». К слову американские военные поняв что НАСА «немного» преувеличили коммерческую выгоду шаттлов (вместе с заявленной частотой пусков в 20/ год), запускали свои спутники преимущественно с помощью РН серии «Титан». Единственный известный случай выведения шаттлами (Атлантис, STS 36) спутника — разведчика серии KH 11 имел место 28 февраля 1990г.

С помощью трех основных маршевых водородных двигателя RS 25, суммарной тягой в 540т, ресурсом в 1200с и у.импульсом 363с (450с в пустоте), Орбитер сжигает в течениe 8,5 минут (6,5 после отделения ТРУ) 700т топлива из внешнего Топливного Бака (третий элемент системы с габаритами 47/8,4м) до высоты его отделения — 105 км. Далее Орбитер выходил на заданную орбиту, используя энергию собственной топливной системы орбитального маневрирования (OMS), во избежание выведения ТБ на орбиту челнока.
Общая тяга всех двигателей системы при старте – 2900т, масса самой системы – 2030т.

Монтаж двигателей RS 25 на Орбитер
Хроника космических сверхтяжеловесов. Часть 2. «Парк» многоразового периода

Схема многоразовой системы
image

Первый полет космической системы «Space Shuttle», 12 апреля 1981г. Трагически известный челнок Колумбия

Один из первых советских проектов многоразового корабля — МТК-ВП, мог использоваться вместе с все еще «обкатываемой» ракетой Н 1 (слева), или с блочной ракетой Глушко после закрытия проекта Н 1 в середине 70ых (справа).
Хроника космических сверхтяжеловесов. Часть 2. «Парк» многоразового периода

Однако из за не большой (по сравнению с весом корабля) площади сопротивления воздушному потоку при входе в атмосферу, термозащите приходилось «терпеть» слишком высокие температуры. Генеральный конструктор советских кораблей многоразового использования Г.Е. Лозино-Лозинский называл такую систему «полумногоразовой» из за слишком высоких объемов межполетных работ.

Параллельно с этим в 75году решено было идти кратчайшим путем и полностью копировать американскую систему, что оформилось в проекте ОС 120.
Однако в связи с тем, что советский проект был в основном военного назначения, ОС 120 имел два больших недостатка:

1. Отработка такой технологии была слишком трудоемкой для советской космонавтики, и требовали дополнительного времени, существенное отставание же для военных было неприемлемым.

2. Орбитальный корабль был единственным крупногабаритным «пассажиром» для такой сверхтяжелой и техноемкой системы. Переделка ее в отдельную РН в будущем требовало дополнительного времени и средств.

Хроника космических сверхтяжеловесов. Часть 2. «Парк» многоразового периода

Начиная с проекта ОК 92 в 76ом, и до утверждения окончательной схемы многоразовой системы в 78 году (с челноком «Буран» разработки НПО «Молния»), 4 боковых ускорителя первой ступени (Блок А) «переобулись» из РД 123 с тягой по 600т, в 4 форсированных РД 170, весом в 9,7т, тягой по 740т каждый и с фантастическим (для керосинового ЖРД) у. импульсом 310с. на уровне моря! Все четыре блока габаритами 38/4м должны были работать 140с, в течение которых «выжигалось» керосин/кислородное топливо суммарным весом в 1230т, до высоты в 53км, придавая второй ступени с грузом ускорение в 1,8км/с. Хотя каждый двигатель РД 170 был сертифицирован для 10 кратного использования, все 4 блока, как и вся РН «энергия», были одноразовыми.

Блоки первой ступени РН «Энергия»
Хроника космических сверхтяжеловесов. Часть 2. «Парк» многоразового периода

Многокамерные двигатели РД 171 (слева, версия РД 170 для РН «Зенит») и РД 108 (справа, вторая ступень РН «Союз»), несут своеобразную техническую «подпись» родных КБ 476/ НПО «Энергомаш» которыми руководил В.П. Глушко
Хроника космических сверхтяжеловесов. Часть 2. «Парк» многоразового периода

Три водородных ЖРД 11Д122 (тяга 200-250т), так же были заменены на 4 РД 0120 с тягой в 155-200т, и у.импульсом 353-455с (уровень моря-вакуум) разработки воронежского КБХА. Перестановка их из хвоста корабля под топливный бак, хоть и поставила крест на многократном использовании, но значительно упростило производство двигателей и улучшило аэродинамику корабля. Но главное, это позволило создать совершенно новую и универсальную РН сверхтяжелого класса «Энергия».

Советские водородные ЖРД 0120
Хроника космических сверхтяжеловесов. Часть 2. «Парк» многоразового периода

Получившийся таким образом блок второй ступени «Ц» имел высоту в 57м, диаметр в 7,7м и сохранил запас топлива аналогичный ТБ Спейс Шаттла – 700т кислорода и водорода. Ступень отделяется на 480секунде полета, достигнув высоты в 115км. Дальнейшее выведение груза обеспечивается собственными двигателями орбитального корабля или третьей ступенью с полезной нагрузкой.

Хроника космических сверхтяжеловесов. Часть 2. «Парк» многоразового периода

РН «Энергия» являлась частью универсальной космической системы. Так, подбирая определенное количество блоков первой ступени и при изменении объема баков второй ступени можно было добиваться нужной грузоподъемности в относительно короткий промежуток времени.
Общий вес РН «Энергия» составлял 2400т, суммарная тяга всех двигателей при старте – рекордные 3550т! Первый полет ракета совершила 15 мая 1987года с космодрома Байконур с крупногабаритным макетом спутника «Полюс»
Хроника космических сверхтяжеловесов. Часть 2. «Парк» многоразового периода

Базовый вариант позволял использовать один из блоков в качестве первой ступени РН «Зенит» (используется до сих пор) с грузоподъемностью в 15 т на опорную низкую орбиту. Подборка из двух блоков позволяла выводить уже 30т полезной нагрузки (РН «Энергия М»).

Полномасштабный макет РН «Энергия М» на Байконуре
Хроника космических сверхтяжеловесов. Часть 2. «Парк» многоразового периода

Подборка из 8 усиленных блоков первой ступени с форсированными двигателями РД 170 (до более чем 800т тяги каждый!) и второй ступенью «Энергии М» в качестве третьей ступени, позволяла проектной ракете – гиганту «Вулкан» весом в 3800т выводить на околоземную орбиту уже 170т!

Хроника космических сверхтяжеловесов. Часть 2. «Парк» многоразового периода

Сам орбитальный советский челнок несмотря кардинальную переделку базового проекта ОС 120, в целом сохранил весогабаритные параметры своего американского «собрата» — 80т, при длине в 35м, размахе крыльев в 24м и размере грузового отсека 18м/4,6. Масса полезного груза – 30т, масса возвращаемого груза – 14т.
Хроника космических сверхтяжеловесов. Часть 2. «Парк» многоразового периода

Подробности полета системы «Энергия-Буран»

Хорошо охарактеризовал трансформацию проекта ОС 120 в «Энергию-Буран», один из ее конструкторов Г.Е. Лозино-Лозинский:

«Копирование, (…), было, безусловно, совершенно сознательным и обоснованным в процессе тех конструкторских разработок, которые проводились и в процессе которых было внесено, как уже было указано выше, много изменений и в конфигурацию, и в конструкцию. Основным политическим требованием было обеспечение габаритов отсека полезного груза, одинакового с отсеком полезного груза „Шаттла“.»

Всего по американской программе Space Shuttle было построено 5 орбитеров: Колумбия, Челленджер, Дискавери, Атлантис и Индевор. Первый полет по программе был произведен 12 апреля 1981года (челнок Колумбия). Последний полет совершил Атлантис 8 июля 2011года. Всего шаттлы доставили в космос до 1300т грузов и около 70% всех космонавтов бывших в космосе.
Хроника космических сверхтяжеловесов. Часть 2. «Парк» многоразового периода

К первому и последнему полету советского корабля многоразового использования Буран, 15 ноября 1988года, который как казалось должен был подтвердить общую тенденцию мировой космонавтики к многоразовым системам, уже успел прогреметь первый предвестник заката эпохи многоразовых.

28 января 1986 года, на 73 секунде полета, из за проблем с одним из боковых ускорителей ТРУ взорвался челнок Челленджер. Гибель 7 членов экипажа сделала ее самой страшной космической аварией в истории космонавтики (до катастрофы Колумбии в 2003 году).

Ледяной «душ» многоразовой космонавтики. Трагический полет шаттла Челленджер

Челноки еще летали в течении 22 лет (с 89 по 2011гг), и даже был построен челнок Эндевор на замену Челленджеру. Программа «Энергия-Буран» была окончательно закрыта в 1993г, на фоне экономического хаоса в России.

Однако уже в конце 80ых стали вырисовываться контуры будущего мировой космонавтики, точнее, нашего с вами настоящего. О перспективный российских, китайских и американских РН сверхтяжелого класса и пойдет речь в заключительной части этого обзора.

Часть 1. Лунные «динозавры».

Автор: praporweg

Источник


  1. виктор березин:

    жаль что прекращены работы.для марса – ковчег в самый раз.если объединить доработаную идею доктора Роберта Зубрина то будет здорово.и самое главное реально уже сейчас.

* - обязательные к заполнению поля


https://ajax.googleapis.com/ajax/libs/jquery/3.4.1/jquery.min.js