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