«Техника-молодежи» 1974 г №11, с.30-33

ПРОЕКТ Даниил ПИПКО Рис. Вячеслава Давыдова

В апреле этого года на мысе Кеннеди (США) началось строительство огромной посадочной полосы. Ее длина составит около 5 км при ширине как у футбольного поля. Полоса потребуется для посадки транспортного космического корабля многократного использования. Аппарат такого типа американские ученые и конструкторы уже проектируют. Он получил название «челнок».

Внешне он должен походить на сверхзвуковой самолет с размерами примерно как у ТУ-144, с треугольным крылом и утолщенным фюзеляжем. Центральную часть фюзеляжа займет большой грузовой отсек, переднюю — кабина экипажа, а в хвосте будут установлены три мощных ракетных двигателя. Топливом для них должны служить охлажденные водород и кислород, основные запасы которых предполагается разместить в прикрепленном к «челноку» внешнем баке. Собственно, правильнее сказать, что «челнок» прикрепляется к баку — ведь его длина почти 60 м, в полтора раза больше, чем у самого крылатого аппарата. Эта комбинация «челнок» — бак составит вторую ступень воздушно-космической системы.

Роль первой должны играть два стартовых ускорителя с двигателями на твердом топливе, укрепляемые по бокам бака.

Проследим за этапами полета возвращаемого транспортного корабля.

Подобно современным ракетам-носителям, он будет стартовать вертикально. Причем с самого начала вместе со стартовыми ускорителями должны работать и двигатели «челнока». На высоте порядка 40 км ускорители отбрасываются и опускаются на парашютах в океан, где их подбирают и отправляют для подготовки к повторному применению. А «челнок» продолжает попет на собственных двигателях. Лишь перед выходом на орбиту он сбрасывает опустевший внешний бак. Это единственный утрачиваемый элемент системы: в плотных слоях атмосферы он сгорит.

«Челнок» вышел на орбиту. Здесь основная роль принадлежит двум операторам, вместе с двумя пилотами-космонавтами составляющими экипаж корабля. По команде с пульта открываются створки люка, и из него выдвигаются гибкие «руки» манипуляторов, оснащенные телекамерами. С их помощью операторы извлекают из отсека доставленный груз — спутники-автоматы или секцию орбитальной станции. Если программа полета на этом исчерпана, люк закрывается, и «челнок» начинает планирующий спуск с орбиты. В плотных слоях атмосферы пилоты выдвигают спрятанные в фюзеляже воздушно-реактивные двигатели, необходимые для посадки аппарата на аэродром, подобно обычному самолету.

Насколько эффективна подобная транспортная система? Специалисты считают, что ответ на этот вопрос во многом зависит от того, удастся пи разработчикам осуществить первоначальные наметки.

Конструкцию «челнока» намечено выполнить в основном из алюминиевого сплава. Если принять во внимание огромные температуры нагрева, возникающие при входе в плотные слои атмосферы, то такое решение может показаться, мягко говоря, излишне оптимистичным. Правда, благодаря подъемной силе крыла траектория спуска с орбиты у «челнока» более пологая и нагрев несколько снизится.

Ожидают, что максимальные температуры не будут превышать 1650°С. Но для алюминиевого сплава и это много. Поэтому поверхность корабля придется снабжать тепловой защитой. Относительно «холодные» участки предполагают покрыть легким пористым эластомером, более горячие — керамической изоляцией, а носок фюзеляжа и переднюю кромку крыла, где температуры максимальные, композитным материалом на основе углерода.

Если эта защита окажется недостаточно стойкой и ее придется восстанавливать после каждого спуска, преимущества многократного применения не удастся выявить в полной мере. Сейчас считают, что крылатый «челнок» сможет выполнить около 500 вылетов.

Грузовой отсек транспортного корабля достаточно велик — его предполагают сделать длиною 18,3 и диаметром 4,6 м. Но какой вес будет перевозиться в нем? В одном из докладов указывалось: к моменту появления «челнока» США прекратят применение всех ракет-носителей, кроме легкого «Скаута» и могучего «Сатурна-5С». Первая из этих ракет, поднимающая на орбиту лишь 130 кг, будет применяться только тогда, когда запускать «челнок» просто невыгодно, а вторая — для вывода на низкие орбиты наиболее тяжелых объектов весом до 120-130 т.

Сможет ли «челнок» справиться с задачами, лежащими между этими весовыми категориями? С большинством — да. На низкую геоцентрическую орбиту (высотой около 180 км) он должен поднимать грузы весом до 29,5 т, на полярную орбиту — до 18,5 т и на так называемую опорную (высотою порядка 500 км) — 11 т. В перечень траекторий не входит геосинхронная орбита, находясь на которой аппарат будет «висеть» над одной и той же точкой поверхности Земли. Запуск на эту орбиту требует больших энергетических затрат, которыми не располагает «челнок». Поэтому в будущем проектируемую транспортную систему собираются дополнить третьей ступенью — «космическим буксиром». Его намерены доставлять на низкую орбиту в грузовом отсеке. Там он «выберется» за борт, с помощью собственных двигателей поднимется на нужную траекторию, оставит спутник весом до 3,5 т, спустится вниз и вернется в грузовой отсек. Словом, и буксир должен быть аппаратом многоразового применения.

Когда речь идет о принципиально новом техническом решении, довольно трудно проследить скрытые в нем возможности. Вот что сказал о них доктор физико-математических наук В. Сычев:

— Из многих достоинств воздушно-космических транспортных систем я бы выделил их способность возвращать грузы с орбиты. Сегодня, подготавливая любой спутник к полету, приходится затрачивать массу сил и средств, чтобы наделить его максимальной надежностью. Иначе и нельзя: ничтожный отказ — и вся программа запуска пойдет насмарку. С появлением транспортных кораблей многократного применения эта проблема сразу упростится. Вышедший из строя спутник всегда можно будет снять с орбиты, отвезти на Землю, отремонтировать и вновь вернуть в космос. Кроме того, достаточно высокая грузоподъемность челночных аппаратов позволяет делать спутники разного назначения из стандартизированных блоков. Такие спутники будут, конечно, несколько тяжелее и больше по габаритам, но зато и намного дешевле. Наконец, «челночный» транспорт обещает превратить полеты в космос в обыденное дело — перегрузки на нем не должны превышать трехкратных. А это означает, что в космос сможет отправиться любой здоровый человек.

Согласно принятой программе США собираются опробовать крылатый «челнок» в горизонтальном полете — как самолет — уже в 1976 году. В 1978 году планируется осуществить первый запуск на орбиту, а в 1980-1982 годах — начать регулярную эксплуатацию системы.

На рисунках слева направо показаны этапы полета будущего возвращаемого транспортного космического корабля: вертикальной старт, сбрасывание двух стартовых ускорителей, отделение пустого бака, извлечение из открывшегося люка искусственного спутника, снижение в плотных слоях атмосферы, приземление и посадка на аэродроме.

На центральном развороте журнала те же этапы полета даны схематически. Показаны и два космических «челнока» в орбитальном полете. На одном из них по команде пилотов манипуляторы извлекают отсек, который в дальнейшем можно присоединить к орбитальной станции, ранее доставленной в космос. Другой «челнок» оборудован лабораторией несколько иной конструкции: исследователи переходят в нее из кабины пилотов через шлюз.