От поколения к поколению. Часть Вторая. Космические корабли, ближайшее будущее.

 (с) Техника Молодежи №5 2012

Предыдущая часть

Кто сменит «Союзы»?

Новый корабль, который создаёт сейчас РКК «Энергия», имеет многоразовый возвращаемый аппарат традиционной формы, близкой к «аполлоповской». Кстати, необходимо сделать одно уточ­нение — этот корабль НE называется «Русь», по крайней мере — па момент публикации данной статьи. Ракета- носитель для него — действительно, «Русь-М» (кто сейчас вспомнит, что 20 лет назад «Русью» назывался носи­тель, ныне принятый в эксплуатацию под названием «Союз-2»?), а корабль пока носит название ПТК НП — «пи­лотируемый транспортный корабль нового поколения». Да, форма его ВА традиционна, а вот со способом посад­ки разработчики намудрили.

Первоначально они заложили в проект посадку на ракетных двигателях, при­чём не жидкостных, как па «Заре», а твёрдотопливных! Но ведь при посад­ке нужно не просто получить нулевую скорость па нулевой высоте — неплохо бы ещё, чтобы и перегрузка при этом была переносимой. Это означает, что тягой посадочных двигателей надо уп­равлять, меняя её в достаточно широ­ких пределах, что для ракетных двигателей па твёрдом топливе и поныне почти невозможно.

И ещё одна проблема. При посадке па двигателях, неважно — твёрдотоплив­ных, жидкостных, турбореактивных, — наступает момент, когда машина зави­сает ТОЛЬКО па реактивных струях. Что произойдёт, если в этот момент ка­кой-то из двигателей откажет? Если двигатель ОДИН (как, например, у британского «Харриера»), аппарат падает вертикально вниз, и тут надежда остаётся только на посадочные аморти­заторы.

Если двигателей МНОГО (шесть или больше), выключается агрегат, симмет­ричный отказавшему, тяга уменьшает­ся, и корабль относительно плавно са­дится. Но твёрдотопливный двигатель выключается своеобразно, ведь всё его топливо с самого начала находится в камере сгорания, перекрыть его пос­тупление невозможно в принципе. Для выключения надо нарушить режим го­рения, конкретно — сбросить давление в камере сгорания. Для этого открыва­ют специальные клапаны вне сопловой части двигателя, газы устремляются в них, давление падает — двигатель вы­ключается. Но эти газы, выходя «не туда, куда надо», создают опрокидыва­ющий импульс, весьма немалый, — ко­рабль просто перевернётся. При трёх двигателях пилотов совет­ских палубных «вертикалок» спасала специальная система автоматического катапультирования (реакции человека здесь — и это доказано — не хватает). Но как катапультировать 4-6 человек из возвращаемого аппарата? Правда, по последним сведениям, про­ектанты всё-таки решили вернуться к традиционной парашютно-ракетной посадке…

В проводившемся в 2009 г. кон­курсе неудачливым соперником РКК «Энергия» выступил ГКНПЦ им. М.В. Хруничева. Надо отметить, что подразделения Центра подготови­ли два существенно различающихся предложения; но, по ряду соображений далеко не технического плана, руко­водство предприятия выбрало вари­ант — развитие ТКСа. Уроки испытательных полётов функ­ционально-грузового блока (ФГБ) системы «Салют» были усвоены: ог­ромный ФГБ «ужался» до значительно меньшего ДОМа — дополнительного орбитального модуля. Топливные баки, ранее цилиндрические, окружавшие ФГБ, стали сферическими и «стяну­лись» в переходный отсек (по сути — агрегатный), соединяющий ДОМ и ВА; впрочем, как и у ТКСа, они оказались около центра масс корабля. Здесь же должны были располагаться два дви­гателя орбитального маневрирования. В ДОМе планировалось расположить стыковочный узел, доставляемые на станцию грузы, запасы пищи, воды и газов для системы жизнеобеспечения, жилые каюты и санитарно-гигиени­ческое оборудование, но, в отличие от «Союза» и ТКСа, не блоки систем уп­равления и связи: они составляют су­щественную часть стоимости корабля и должны возвращаться на Землю для повторного использования! Требовавшийся по условиям конкурса вариант корабля для полётов к Луне от­личался прежде всего ДОМом: тот был бы короче и толще, а главное — стыко­вочный узел перемещался па боковую поверхность цилиндрического гермоотсека, а его место в торце занимала до­полнительная двигательная установка.

Однако вторым ККС третьего поколения (первым был «Буран») стал аппа­рат, созданный не по государственным программам России или США, а пост­роенный — по крайней мере, формаль­но, — частной фирмой Space Exploration Technologies Corp. (SpaceX) «Дракон». Он успешно выполнил первый, пока беспилотный, полёт 8 декабря 2010 г.

Под прикрытием

Технических новшеств в «Драконе» немного. Стыковка с МКС и другими станциями, если таковые появятся, будет осуществляться не маневриро­ванием самого корабля (как стыкуют­ся «Союзы» и «Прогрессы»), а мани­пулятором станции (так уже дважды причаливали японские беспилотные грузовые корабли HTV). Поэтому па «Драконе» используется американ­ский («боинговский») стыковочный узел большого диаметра, но, в отличие от отечественного, не рассчитанный на большие нагрузки. Агрегатный отсек правильнее называть агрегатно-грузовым, т.к. только небольшую его часть занимают двигатели, топливные баки и блоки системы энергопитания, ос­тальное — пространство для размеще­ния грузов, рассчитанных па работу па внешней поверхности орбитальной станции.

Вот, пожалуй, и всё, что в «Драконе» есть интересного по части техники. Однако уникальным его делают не тех­нические особенности, а история созда­ния.

До сих пор все пилотируемые косми­ческие корабли создавались по госу­дарственным программам, и дело было не в «цене вопроса»: каждая конструк­ция была, говоря словами С.П. Ко­ролёва, «получением нового знания». В решении научно-технических про­блем, встающих при создании каждого космического корабля, участвовали не только десятки проектно-конструкторских и сотни производственных предприятий, но ещё и десятки и сотни научно-исследовательских организа­ций, от академических институтов до студенческих научных объединений включительно; а заказчиком и эксплуатантом зачастую выступала армия… Что же изменилось? Успех «SpaceX» показал, что ТЕПЕРЬ создание косми­ческой техники, даже пилотируемой, уже не связано однозначно и нераз­рывно с научным поиском, что нужный научно-технический задел уже создай и формализован так, чтобы его можно было передать любому желающему — конечно, способному его воспринять. Ведь «Дракон» построил не аэрокос­мический монстр вроде «Боинга» или «Нортроп-Груммана», за плеча­ми которых — вековой авиационный, полувековой ракетный опыт и сотни испытанных машин, а фирма, возник­шая менее 10 лет назад «из ничего», из романтической мечты её основателя Элопа Маска! Да и сам Маек, хоть и не чужд современнейшей технике, к кос­мосу доселе отношения не имел: свои миллиарды, на которые, собственно, и существует SpaceX, он заработал, со­здав, отладив и… продав интернет-сис­тему электронных платежей. А задумал он вещь нетривиальную: семейство ракет-носителей лёгкого («Фалкон-1»), среднего («Фалкон-5» и «Фалкон-9») и тяжёлого («Фалкон-9 heavy») классов, связанных общей тех­нологией, компонентами топлива, а машины среднего и тяжёлого класса — унифицированные по двигателям (раз­личается их число) и топливным ба­кам!

«Фалкон-9» и доставил «Дракона» на околоземную орбиту. Путь SpaceX отнюдь не был усыпан ро­зами: только с четвёртого раза полетел лёгкий «Фалкон-1», небеспроблемно прошёл и первый полёт «Фалкона-9» летом 2010 г. Экономические причи­ны заставили отказаться от создания «Фалкона-5». Естественно, «вправо» уплыли (и ещё уплывут) сроки… Но ракеты и корабль полетели! При этом отнюдь не следует считать Э. Маска эдаким современным воп­лощением персонажей Ж. Верна и Р. Хайнлайна. Оп отлично знает, где в наши дни водятся деньги. Ведь ракеты его получили такое название не только потому, что «фалкон» по-английски «сокол», но и потому, что первая и са­мая лёгкая из них создавалась в рамках пентагоновской программы FALCON — «удар в любую точку с континен­тальной части США» как носитель сверхдальних ги­перзвуковых ракет и как средство опе­ративного запуска малых спутников во­енного назначения. А на сам «Дракон» ещё в 2006 г. НАСА выделило 268 млн долл. Общая же сумма, уже выделен­ная Национальным аэрокосмическим агентством США на создание «частно­го» космического корабля, приближа­ется к 2 млрд долл., к которым может прибавиться ещё 3,1 млрд…

Что дальше?

Есть ли будущее у пилотируемых кораблей-спутников, или по мере разви­тия космической техники они останут­ся только в музеях? Ни в коем случае!

Возможны два крайних варианта раз­вития пилотируемой космонавтики — минимальный и максимальный. В пер­вом ПКС навсегда, или очень надолго, останутся единственным средством доставки человека на околоземную орбиту, космические полёты останутся привычной экзотикой, число космо­навтов будет, конечно, расти, но не быс­трее, чем сейчас, а, скорее, медленнее. Человек ВОЗМОЖНО и полетит ещё на Луну и Марс, но это будут редкие (единичные) и непродолжительные экспедиции, научное значение которых будет сравнимо с работой хороших ав­томатов.

Сами же корабли-спутники при этом останутся такими, как создающиеся ап­параты 3-го поколения. Будет, конечно, совершенствоваться бортовая элек­троника, возможно, появятся новые теплозащитные материалы… Запуск на орбиту будет выполняться всё такими же одноразовыми многоступенчатыми носителями, скорее всего — теми, кото­рые уже летают или полетят в ближай­шие 3-5 лет.

Впрочем, и в этом варианте возможны радикальные конструктивно-техничес­кие подвижки. Вот, например, какой корабль предложил в качестве альтер­нативы конкурсным проектам 2009 г. ветеран космонавтики, постоянный автор «ТМ», В.П. Бурдаков. За основу взята та же «Заря». Но теперь корабль состоит из унифицированной кабины экипажа (которую Валерий Павлович предлагает использовать и на перспек­тивных ВКСах как спасательную кап­сулу) и агрегатного отсека, тоже мно­горазового, несущего и теплозащитный экран, и выдвижные посадочные опоры. Посадочных двигателей четыре, но рас­положены они в верхней части корабля, на выдвижных подвесках. В случае аварии на старте или выведении они же должны уводить капсулу с экипажем от взрывающегося носителя (правда, как она в этом случае будет садиться, автор не уточняет — возможно, на аварийной парашютной системе?). Для выведе­ния ККС на орбиту Бурдаков предла­гает многоразовый носитель, ещё более насыщенный нетрадиционными реше­ниями: например, двигатели 1-й ступе­ни не установлены в хвостовой части ракеты, а выдвигаются па специаль­ных подвесках из межбакового отсека, а после выработки топлива убираются обратно; возвращение цилиндрической ступени на космодром выполняется за счёт эффекта Магнуса… Необходимо подчеркнуть, что, при всей необычности предложенного, Бурда­ков — один из проектантов «Бурана» — не выходит за рамки научно-технического задела этой вершины советской космонавтики.

Максимальный вариант — это превра­щение Луны в промышленный приго­род Земли, это автономные поселения- колонии на Марсе, это полёты к Венере, астероидам, в системы планет-гигантов, это расширение ареала обитания Чело­вечества до границ Солнечной систе­мы, а потом и дальше. Это, естественно,  грандиозная инфраструктура на око­лоземной орбите, включающая некие «стапели-доки» для сборки межпланет­ных кораблей, испытательные станции для отработки новых (ядерных, термо­ядерных, аниигиляционно-термических и т.д.) двигателей, станции дальней связи, хранилища компонентов топли­ва и рабочих тел, учебно-адаптационые и карантинно-реабилитационные станции, туристические базы, в конце концов — почему нет? — клиники для тех, кому медициной противопоказана гравитация…

Это вариант потребует быстрого и зна­чительного роста не только грузо-, но пассажиропотока на околоземную ор­биту и дальше. 4-6-8-местные корабли с ним категорически не справятся, и на смену им придут сначала многоступен­чатые, а затем и одноступенчатые воз­душно-космические корабли. А будут ли они самолётной схемы или вопло­тятся, наконец, в металл идеи Филиппа Боно — в общем, не важно.

Однако, независимо от конструктивно- компоновочных решений, долгое вре­мя воздушно-космическим кораблям будет доступна только низкая около­земная орбита (200-300 км) — а людям потребуется работать и выше! И вот тут останется — возможно, навсегда — «экологическая ниша» для кораблей- спутников.

Дело в том, что, поскольку объекты ор­битальной инфраструктуры будут на­ходиться на разных орбитах, обуслов­ленных решаемыми ими задачами, их взаимное положение будет постоянно изменяться. Это делает если не невоз­можным, то достаточно сложным по­сещение двух и более объектов одним транспортным кораблём. Целесообраз­нее не облетать, допустим, пассажир­скому воздушно-космическому самолё­ту все те станции, куда он везёт людей, а пересадить их на какой-то опорной орбите в специализированные аппара­ты, которые могут иметь и меньшую вместимость, зато большие возмож­ности для маневрирования па орбите. То есть как раз в корабли-спутники! Конечно, они будут уже другими. Вы­растет агрегатный отсек, появится воз­можность многократной дозаправки топливом. А вот нужен ли будет такому КС возвращаемый аппарат — тема от­дельного специального исследования. Может быть, нужен, и тогда корабль при необходимости сможет сыграть роль спасательной шлюпки. А может, и не нужен, и тогда это будет некий «ор­битальный автобус», более эффектив­ный как межорбитальный транспорт, по уже не способный обеспечить воз­вращение людей на Землю. Может быть реализован и такой вари­ант: тяжёлый носитель или воздушно-космический корабль достаточно большой грузоподъёмности выводит на околоземную орбиту сразу несколь­ко КС с пассажирами, которые потом самостоятельно расходятся по своим целевым траекториям. В этом случае возвращаемые аппараты потребуются, так как в них люди будут находиться на участке выведения, в них же и эва­куируются в случае аварии. Как это может выглядеть, предположил дизайнер Елкеи Октури, работающий в Тулузе. Найдёт ли спрос «Космический челнок для медового месяца» (по окон­чании которого капсулы опускаются на парашютах и приводняются) — вопрос отдельный, да и о космической технике житель «космической столицы» Фран­ции знает явно понаслышке; по, во всяком случае, дизайнерское решение заслуживает внимания.

В качестве разъездных, спасательных, монтажных и прочих вспомогатель­ных единиц, обслуживающих орби­тальные объекты, корабли-спутники будут находить применение до тех пор, пока новые достижения в энерге­тике и двигателестроении не позволят «утрамбовать» 8-10-местный воздуш­но-космический челнок, способный к интенсивному орбитальному ма­неврированию, в габариты… ну, хотя бы «бизнес-джета» соответствующей вместимости. Только тогда первые космические машины человечества на­всегда займут свои места в музеях и на постаментах.