Как это сделано, как это работает, как это устроено. Программа «Спейс Шаттл»: что получилось, а что нет

25 декабря 1909 года родился Глеб Лозино-Лозинский — патриарх отечественной авиационно-космической техники, создатель многоразового космического корабля «Буран». По этому случаю мы решили вспомнить о пяти самых необычных проектах космических «челноков»

"Буран"

Глеба Лозино-Лозинского — лауреата Ленинской (1962 год) и двух Государственных премий (1950 и 1952 годы), генерального конструктора НПО «Молния» в России почти не знают. Между тем, его без натяжек можно поставить на одну ступень с Сергеем Королевым — как по масштабу конструкторского дара, так и по таланту организатора.

В 1940-е Лозино-Лозинский возглавил в ОКБ Микояна работы по комплексному повышению эффективности реактивных силовых установок. Результатом стал МиГ-19 — первый в мире серийный сверхзвуковой истребитель. В 1971 году Лозино-Лозинского назначили главным конструктором сверхзвукового перехватчика, который весь мир узнал как МиГ-31, в 1972-м он представил проект МиГ-29.

Но вершиной конструкторского успеха Лозино-Лозинского стало создание «советского шаттла» — корабля «Буран», способного поднимать на 200 километров 30 тонн полезного груза, а возвращать с орбиты 20 тонн. В отечественной ракетно-космической технике не было аналогов, по сложности равных «Бурану»: его конструкция включала 600 единиц бортовой аппаратуры, более 50 бортовых систем, более 1500 трубопроводов, около 15000 электрических соединителей. Над проектом работали более 1200 предприятий и научных центров страны — в общей сложности более полутора миллионов человек.

Результатом стал триумфальный двухвитковый беспилотный полет «Бурана» с автоматической посадкой 15 ноября 1988 года. Полет продолжался 206 минут, потом корабль со скоростью 27330 км/ч вошел в атмосферу над Атлантикой на расстоянии 8270 км от Байконура. В 9 час 24 мин 42 сек, опережая всего на секунду расчетное время, «Буран», преодолевая штормовые порывы бокового ветра, на скорости 263 км/ч коснулся посадочной полосы и через 42 сек, пробежав 1620 м, замер в ее центре с отклонением от осевой линии всего на 3 м!

«Спираль»

Главным делом жизни сам Лозино-Лозинский считал создание компактного космического ракетоплана, который мог бы стартовать не с Байконура, а со сверхзвукового стратегического бомбардировщика Ту-95. Такой ракетоплан мог бы уничтожать в космосе американские «шаттлы», а также баллистические ракеты. В 1965 году практические работы по орбитальным и гиперзвуковым самолетам были поручены ОКБ-155 Микояна, где их возглавил 55-летний главный конструктор ОКБ Лозино-Лозинский. Тема по созданию двухступенчатой воздушно-космической системы получила название «Спираль». Боевой пилотируемый одноместный корабль многоразового применения предусматривался в нескольких вариантах: разведчика, перехватчика или ударного самолета с ракетой класса «Орбита-Земля».

В рамках проекта «Спираль» были построены модели боевого аппарата в масштабе 1:3, получившие название «БОР-4». Он представлял собой экспериментальный аппарат длиной 3.4 м, размахом крыла 2.6 м и массой 1074 кг на орбите. В период с 1982−84 годы было произведено шесть запусков таких аппаратов ракетами-носителями «Космос» с космодрома Капустин-Яр на различные траектории.

Всего на программу «Спираль» было затрачено более 75 миллионов рублей, но дальше запусков в космос моделей дело не пошло — программа была свернута.

Проект Dyna-Soar

Этот проект — первая попытка американцев построить пилотируемый орбитальный космический корабль многократного использования. 4 октября 1957 года Советский Союз вывел на орбиту первый искусственный спутник Земли. А меньше чем через неделю ВВС США объединили несколько авиационно-космических проектов в единую программу, названную Dyna-Soar (от Dynamic Soaring — разгон и планирование)

Полноразмерный макет «челнока» был представлен ВВС и NASA в Сиэтле 11 сентября 1961 года. Типичный одновитковый полет предусматривал следующее: Dyna-Soar стартует с помощью ракеты-носителя «Титан-IIIC» со стартового комплекса на мысе Канаверал, и достигает орбиты через 9,7 минут после запуска на высоте 97,6 км и скорости 7457 м/с. Аппарат Dyna-Soar делает виток вокруг Земли, возвращается в атмосферу и совершает посадку на авиабазе Эдвардс через 107 минут после запуска.

Однако 10 декабря 1963 года министр обороны США Макнамара закрыл проект Dyna-Soar. Одна из причин такого решения — пилотируемый аппарат был одноместным, что не устраивало военных. Dyna-Soar оставалось всего три года до первого полета. На научные исследования были потрачены 410 миллионов долларов, и требовалось еще 373 миллиона, чтобы довести проект до реального полета в космос.

«Спейс Шаттл»

История программы «Спейс Шаттл» началась в конце 1960-х годов, на вершине триумфа американской национальной космической программы. 20 июня 1969 года два американца — Нейл Армстронг и Эдвин Олдрин высадились на Луне. Выиграв в «лунной» гонке, Америка доказала свое превосходство в освоении космоса. Нужны были новые цели и новые технические средства для доступа людей в космос, и 30 октября 1968 года два головных центра NASA (Центр пилотируемых космических кораблей — MSC — в Хьюстоне и Космический центр имени Маршалла — MSFC — в Хантсвилле) обратились к американским космическим фирмам с предложением исследовать возможность создания многоразовой космической системы.

В марте 1972 года на базе хьюстонского проекта MSC-040С был утвержден тот облик шаттла, который мы знаем сегодня: стартовые твердотопливные ускорители, одноразовый бак компонентов топлива и орбитальный корабль с тремя маршевыми двигателями. Разработка такой системы, где многократно используется все, кроме внешнего бака, оценивалась в 5,15 млрд. долларов.

Изготовление первых двух «шаттлов» началось на заводе ВВС США в Палмдейле в июне 1974 года. Корабль OV-101 был выпущен 17 сентября 1976 года и получил название «Энтерпрайз» по имени звездолета из фантастического телесериала Star Trek. В январе 1979-го флотилия шаттлов пополнилась четырьмя кораблями: «Колумбией», «Челленджером», «Дискавери» и «Атлантис». После гибели в 1986 году «Челленджера» был построен еще один шаттл — «Эндевор».

Программа «Спейс Шаттл» оказалась более дорогостоящей, чем планировалось: ее стоимость возросла с 5,2 млрд. долларов (в ценах 1971 года) до 10,1 млрд. долларов (в ценах 1982 года), а стоимость пуска — с 10,5 млн. долларов до 240 млн. долларов. При разработке предусматривалось, что шаттлы будут совершать по 24 старта в год, и каждый из них совершит до 100 полетов в космос. На практике они использовались значительно реже — к закрытию программы летом 2011 года было произведено 135 пусков, больше всего полетов (39) совершил «Дискавери».

Частный челнок SpaceShipTwo

Компания Virgin Galactic, основанная британским миллиардером сэром Ричардом Брэнсоном в 2004 году, предложила частные пассажирские полеты в космос. Для этого она принялась разрабатывать собственный космический челнок. Спустя пять лет специалисты компании представили корабль SpaceShipTwo.

10 октября 2010 года на аэродроме в пустыне Мохаве состоялся первый испытательный полет ракетоплана. Аппарат был поднят самолетом-носителем WhiteKnightTwo на высоту 15 км, и после отделения от носителя и 15-минутного свободного полета совершил посадку. А 30 апреля 2013 года были произведены испытания реактивного двигателя. Отделившись от носителя на высоте около 14 км, SpaceShipTwo включил двигатель, и через 16 секунд достиг скорости 1,2 Маха и высоты 17 км. Это значит, до суборбитальных пассажирских полетов осталось всего ничего.

Как только SpaceShipTwo будет готов полностью, самолет-носитель вынесет его до высоты в 15,24 километров, после чего произойдет расстыковка, космический аппарат ускорится до 4023 км/час и поднимется до высоты 100 километров. Предполагается, что билет на борт космического челнока будет стоить 200 тысяч долларов. На сегодняшний момент желание стать космическими туристами выразили более 550 человек.

Шаттл «Дискавери» на стартовом столе

«Спейс шаттл» или просто «Шаттл» (Space Shuttle - «космический челнок») - американский многоразовый транспортный космический корабль. «Шаттлы» использовались в рамках осуществляемой НАСА государственной программы «Космическая транспортная система» (Space Transportation System, STS ). Подразумевалось, что шаттлы будут «сновать, как челноки» между околоземной и , доставляя полезные грузы в обоих направлениях.

Программа по созданию космических челноков разрабатывалась компанией North American Rockwell и группой ассоциированных подрядчиков по поручению НАСА с 1971 года. Разработка и опытно-конструкторские работы велись в рамках совместной программы НАСА и ВВС. При создании системы использовался ряд технических решений для лунных модулей 1960-х годов: эксперименты с твердотопливными ускорителями, системами их отделения и получения топлива из внешнего бака. Всего было построено пять шаттлов (два из них погибли в катастрофах) и один прототип. Полеты в космос осуществлялись с 12 апреля 1981 года по 21 июля 2011 года.

В 1985 году НАСА планировало, что к 1990 году будет совершаться по 24 старта в год, и каждый из кораблей совершит до 100 полётов в космос. На практике же они использовались значительно меньше - за 30 лет эксплуатации было произведено 135 пусков (в том числе две катастрофы). Больше всего полётов (39) совершил космический челнок .

Общее описание системы

Шаттл запускается в космос при помощи двух твердотопливных ракетных ускорителей и трёх собственных маршевых двигателей, которые получают топливо из огромного внешнего подвесного бака, на начальном участке траектории основную тягу создают отделяемые твердотопливные ускорители. На орбите шаттл осуществляет манёвры за счёт двигателей системы орбитального маневрирования, возвращаясь на Землю как планёр.

Данная многоразовая система состоит из трёх основных компонентов (ступеней):

1. Двух твердотопливных ракетных ускорителей, которые работают в течение примерно двух минут после запуска, разгоняя и направляя корабль, а затем отделяются на высоте около 45 км, приводняются на парашютах в океан и, после ремонта и перезаправки, используются вновь;
2. Большого внешнего топливного бака с жидкими водородом и кислородом для главных двигателей. Бак также служит каркасом для скрепления ускорителей с космическим кораблём. Бак отбрасывается примерно через 8,5 минут на высоте 113 км, бо́льшая его часть сгорает в , а остатки падают в океан.
3. Пилотируемого космического корабля-ракетоплана - (the Orbiter Vehicle или просто the Orbiter ) - собственно «спейс шаттла» (космического челнока), который выходит на околоземную орбиту, служит там платформой для исследований и домом для экипажа. После выполнения программы полёта возвращается на Землю и совершает посадку как планёр на взлётно-посадочную полосу.

В НАСА космические челноки имеют обозначение OV-ххх (Orbiter Vehicle - ххх )

Экипаж

Наименьший экипаж шаттла состоит из двух астронавтов - командира и пилота («Колумбия», запуски STS-1, STS-2, STS-3, STS-4). Наибольший экипаж шаттла - восемь астронавтов («Челленджер», STS-61A, 1985 год). Второй раз 8 астронавтов было на борту при посадке «Атлантиса» STS-71 в 1995 году. Чаще всего в экипаж входят от пяти до семи астронавтов. Беспилотных запусков не было.

Орбиты

Орбита шаттлов располагалась на высоте приблизительно в пределах от 185 до 643 км (115-400 миль).

Доставляемая в космос полезная нагрузка орбитальной ступени (орбитального ракетоплана) для зависит, в первую очередь, от параметров целевой орбиты, на которую выводится челнок. Максимальная масса полезной нагрузки может быть доставлена в космос при запуске на низкую околоземную орбиту с наклонением порядка 28° (широта ) и составляет 24,4 тонны. При запуске на орбиты с наклонением бо́льшим, чем 28°, допустимая масса полезной нагрузки соответственно уменьшается (так, при запуске на полярную орбиту расчетная грузоподъёмность челнока падает до 12 т; в реальности, однако, челноки никогда не запускались на полярную орбиту).

Максимальная масса загруженного космического корабля на орбите - 120-130 т. С 1981 года с помощью шаттлов было доставлено на орбиту более 1370 т полезных грузов.

Максимальная масса груза, возвращаемого с орбиты - до 14,4 т.

Длительность полёта

Шаттл рассчитан на двухнедельное пребывание на орбите. Обычно полёты шаттлов продолжались от 5 до 16 суток.

История создания

История проекта «Космическая транспортная система» начинается в 1967 году, когда ещё до первого пилотируемого полёта по программе «Аполлон» (11 октября 1968 года - старт «Аполлон-7») оставалось больше года, как обзор перспектив пилотируемой космонавтики после завершения лунной программы NASA.

30 октября 1968 года два головных центра NASA (Центр пилотируемых космических кораблей - MSC - в Хьюстоне и Космический центр имени Маршалла - MSFC - в Хантсвилле) обратились к американским космическим компаниям с предложением исследовать возможность создания многоразовой космической системы, что должно было снизить затраты космического агентства при условии интенсивного использования.

В сентябре 1970 года Целевая космическая группа под руководством вице-президента США С. Агню, специально созданная для определения следующих шагов в освоении космического пространства, оформила два детально проработанных проекта вероятных программ.

Большой проект включал:

• космические челноки;
• орбитальные буксиры;
• большую на Земной орбите (до 50 человек экипажа);
• малую орбитальную станцию на орбите ;
• создание обитаемой базы на Луне;
• пилотируемые экспедиции к ;
• высадку людей на поверхность Марса.

В качестве малого проекта предлагалось создать только большую орбитальную станцию на Земной орбите. Но в обоих проектах было определено, что орбитальные полёты: снабжение станции, доставку на орбиту грузов для дальних экспедиций или блоки кораблей для дальних полётов, смена экипажей и прочие задания на орбите Земли, должны осуществляться многоразовой системой, которая и получила тогда название Space Shuttle.

Командованием ВВС США были заключены контракты на проведение НИОКР и испытаний. Системное проектирование и системная интеграция были возложены на исследовательскую корпорацию Aerospace Corp. Кроме того, к работе над шаттлом подключились следующие коммерческие структуры: за разработку второй ступени отвечали General Dynamics Corp., McDonnell-Douglas Aircraft Corp., за разработку шаттла, организацию и проведение полётов - North American Rockwell Corp., TRW, Inc., полезной нагрузки - McDonnell-Douglas Aircraft Corp., TRW, Inc., Aerospace Corp. Курированием проекта от государственных структур занимался Космический центр им. Кеннеди.

В изготовлении узлов и агрегатов шаттла (Space Shuttle Orbiter ) на конкурсной основе, пройдя отбор среди множества конкурентов, были задействованы следующие коммерческие структуры (о заключении контрактов было объявлено 29 марта 1973):

• Космический аппарат в целом - North American Rockwell Corp., Space Division, Дауни, Калифорния (при 10 тысячах субподрядчиков в США);
• Фюзеляж - General Dynamics Corp., Convair Aerospace Division, Сан-Диего, Калифорния;
• Крыло - Grumman Corp., Бетпейдж, Лонг-Айленд;
• Вертикальный стабилизатор - Fairchild Industries, Inc., Fairchild Republic Division, Фармингдейл, Лонг-Айленд;
• Система орбитального маневрирования - McDonnell Douglas Astronautics Co., Eastern Division, Сент-Луис, Миссури;
• Маршевый двигатель - North American Rockwell Corp., Rocketdyne Division, Мак-Грегор, Техас (при 24 субподрядчиках с суммами контрактов превышающими $100 тыс.).

Расчётный объём работы над шаттлом превысил 750 тыс. человеко-лет работ, что создавало на период работы над ним с 1974 по 1980 год 90 тыс. рабочих местнапрямую занятых в создании шаттла с перспективой доведения показателя трудоустройства до 126 тыс. при пиковой загрузке, плюс 75 тыс. рабочих мест на второстепенных направлениях деятельности, опосредованно связанных с проектом шаттла. Итого, на указанный период создавалось более 200 тыс. рабочих мест и предполагалось израсходовать около $7,5 млрд. бюджетных средств на оплату труда занятых работников всех специальностей.

Также существовали планы создания «атомного шаттла» - челнока с ядерной двигательной установкой NERVA, которая разрабатывалась и испытывалась в 1960-х годах. Атомный шаттл должен был осуществлять полёты между земной орбитой и орбитами Луны и Марса. Снабжение атомного челнока рабочим телом (жидкий водород) для ядерного двигателя возлагалось на обыкновенные шаттлы:

Nuclear Shuttle: This reusable rocket would rely on the NERVA nuclear engine. It would operate between low earth orbit, lunar orbit, and geosynchronous orbit, with its exceptionally high performance enabling it to carry heavy payloads and to do considerable amounts of work with limited stores of liquid-hydrogen propellant. In turn, the nuclear shuttle would receive this propellant from the Space Shuttle.

SP-4221 The Space Shuttle Decision

Однако президент США Ричард Никсон отверг все варианты, потому что даже самый дешёвый требовал 5 млрд долл. в год. NASA оказалось перед тяжёлым выбором: нужно было или начать новую крупную разработку, или объявить о прекращении пилотируемой программы.

Было решено настаивать на создании шаттла, но подать его не как транспортный корабль для сборки и обслуживания космической станции (держа, однако, это про запас), а как систему, способную приносить прибыль и окупить инвестиции за счёт выведения на орбиту спутников на коммерческой основе. Экономическая экспертиза подтвердила: теоретически при условии не менее 30 полётов в год и полном отказе от использования одноразовых носителей «Космическая транспортная система» может быть рентабельной.

Проект создания шаттлов был принят Конгрессом США.

Одновременно, в связи с отказом от одноразовых , определялось, что на шаттлы возлагается обязанность осуществлять вывод на земную орбиту и всех перспективных аппаратов Минобороны, ЦРУ и АНБ США.

Военные предъявили свои требования к системе:

• Космическая система должна была способна выводить на орбиту полезный груз до 30 тонн, возвращать на Землю полезную нагрузку до 14,5 т, иметь размер грузового отсека не менее 18 м длиной и 4,5 м в диаметре. Это были размер и вес проектировавшегося тогда оптической разведки KH-11 KENNAN, который сопоставим по размерам с .
• Обеспечить возможность бокового манёвра для орбитального корабля до 2000 км для удобства посадки на ограниченное количество военных аэродромов.
• Для запуска на околополярные орбиты (с наклонением 56-104°) ВВС решили построить собственный технический, стартовый и посадочный комплексы на авиабазе в Калифорнии.

Этим требования военного ведомства к проекту были ограничены.

Использовать челноки в качестве «космических бомбардировщиков» не планировалось никогда. Во всяком случае, не существует никаких открытых документов NASA, Пентагона, или Конгресса США, свидетельствующих о таких намерениях. Не упоминаются «бомбардировочные» мотивы ни в мемуарах, ни в частной переписке участников создания шаттлов.

Проект космического бомбардировщика «X-20 Dyna Soar» официально стартовал 24 октября 1957 года. Однако с развитием МБР шахтного базирования и атомного подводного флота, вооружённого баллистическими ракетами, создание орбитальных бомбардировщиков в США было признано нецелесообразным. Уже после 1961 годаиз проекта «X-20 Dyna Soar» исчезают упоминания о «бомбардировочных» задачах, но остаются разведывательные и «инспекционные». 23 февраля 1962 года министр обороны Р. Макнамара одобрил последнюю реструктуризацию программы. С этого момента «Dyna-Soar» официально называлась научно-исследовательской программой, имеющей целью исследовать и показать возможность выполнения пилотируемым орбитальным планёром маневрирования при входе в атмосферу и посадки на взлётно-посадочную полосу в заданном месте Земли с необходимой точностью.

К середине 1963 года министерство обороны серьёзно сомневалось относительно необходимости программы «Dyna-Soar».

При принятии этого решения было учтено, что космические аппараты такого класса не могут «висеть» на орбите достаточно продолжительное время, чтобы считать их «орбитальными платформами», а запуск каждого корабля на орбиту занимает даже не часы, а сутки и требует применения ракет-носителей тяжёлого класса, что не позволяет их использовать ни для первого, ни для ответного ядерного удара.

Многие технические и технологические наработки программы «Dyna-Soar» были впоследствии использованы при создании шаттлов.

Первоначально, в 1972 году, планировалось что шаттл станет основным средством доставки в космос, но в 1984 году ВВС США доказали что им необходимы дополнительные, резервные, средства доставки. В 1986 году, после катастрофы шаттла «Челленджер», была пересмотрена политика использования шаттла: шаттлы должны использоваться для миссий требующих взаимодействие с экипажем; так же коммерческие аппараты не могут запускаться на шаттле, за исключением аппаратов разработанных для запуска шаттлом или требующих взаимодействия с экипажем, или по соображениям внешней политики.

Реакция СССР

Советское руководство внимательно наблюдало за развитием программы «Космическая транспортная система», но, предполагая худшее, искало скрытую военную угрозу. Таким образом, было сформировано два основных предположения:

• Возможно использование космических челноков в качестве орбитальных бомбардировщиков-носителей ядерного оружия;
• Возможно использование космических челноков для похищения с орбиты Земли советских спутников, а также ДОС (долговременных обитаемых станций) «Салют» и ОПС (орбитальных пилотируемых станций) «Алмаз» ОКБ-52 Челомея. Для защиты, на первом этапе, советские ОПС оснащались модифицированной автоматической пушкой НР-23 конструкции Нудельмана - Рихтера (система «Щит-1»), которую позднее должна была сменить система «Щит-2», состоящая из двух ракет класса «космос-космос». Предположение о «похищениях» основывалось исключительно на габаритах грузового отсека и возвращаемой полезной нагрузке, открыто объявленным американскими разработчиками шаттлов, близким к габаритам и массе «Алмазов». О габаритах и весе разрабатывавшегося в то же время спутника оптической разведки KH-11 KENNAN в советском руководстве информации не было.

В результате советская космическая отрасль получила задание создать многоразовую многоцелевую космическую систему с характеристиками, аналогичными шаттлу - «Буран».

Конструкция

Технические данные

Твердотопливный ускоритель

Внешний топливный бак

Шаттл Атлантис

Бак содержит горючее (водород) и окислитель (кислород) для трёх жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) SSME (RS-25) на орбитальном аппарате и не снабжён собственными двигателями.

Внутри топливный бак разделён на три секции. Верхнюю треть бака занимает ёмкость, предназначенная для охлаждённого до температуры −183 °C (−298 °F) жидкого кислорода. Объём этой ёмкости составляет 650 тыс. литров (143 тыс. галлонов). Нижние две трети бака предназначены для охлаждённого до температуры −253 °C (−423 °F) жидкого водорода. Объём этой ёмкости составляет 1,752 млн литров (385 тыс. галлонов). Между ёмкостями для кислорода и водорода находится кольцевидный промежуточный отсек, который соединяет топливные секции, несёт в себе оборудование, и к которому крепятся верхние концы ракетных ускорителей.

Начиная с 1998 года баки изготавливались из алюминиево-литиевого сплава. Поверхность топливного бака покрыта термозащитной оболочкой из напылённой пены полиизоцианурата толщиной в 2,5 см. Задачи этой оболочки - защитить горючее и окислитель от перегрева и предотвратить образование льда на поверхности бака. В месте крепления ракетных ускорителей во избежание образования льда установлены дополнительные нагреватели. Для защиты водорода и кислорода от перегрева внутри бака также имеется система кондиционирования. Особая электрическая система встроена в бак для защиты от молний. За регулировку давления в топливных ёмкостях и за поддержание безопасных условий в промежуточном отсеке отвечает система клапанов. В баке находится множество датчиков, сообщающих о состоянии систем. Топливо и окислитель из бака подаются к трём маршевым ЖРД орбитального ракетоплана (орбитера) по магистралям питания диаметром 43 см каждая, которые затем разветвляются внутри ракетоплана и подводят реагенты к каждому двигателю. Баки изготавливались компанией «Lockheed Martin».

Орбитер (орбитальный ракетоплан)

Размеры орбитального корабля по сравнению с «Союзом»

Орбитальный ракетоплан оснащён тремя собственными (бортовыми) разгонными маршевыми двигателями RS-25 (SSME), начинавшими работу за 6,6 секунд до момента старта (отрыва от стартового стола), и выключавшимися незадолго до отделения внешнего топливного бака. Далее, на участке довыведения (в качестве доразгонных двигателей), а также для маневрирования на орбите и схода с неё использовались два двигателя системы орбитального маневрирования (Orbital Maneuvering System, OMS ), каждый тягой 27 кН. Горючее и окислитель для OMS хранились на шаттле, использовались для орбитальных манёвров и при торможении космического челнока перед сходом с орбиты. Кроме того, OMS включает задний ряд двигателей реактивной системы управления (Reaction Control System, RCS ), предназначенных для ориентации космического корабля на орбите, расположенных в его хвостовых мотогондолах. В носовой части ракетоплана располагается передний ряд двигателей RCS .

При посадке используется, для гашения горизонтальной скорости, тормозной парашют, и, в дополнение к нему, - аэродинамический тормоз (разделяющийся руль направления).

Внутри ракетоплан разделён на отсек экипажа, находящийся в передней части фюзеляжа, большой грузовой отсек и хвостовой двигательный отсек. Отсек экипажа двухпалубный, рассчитан в норме на 7 астронавтов, хотя был запуск STS-61A с 8 астронавтами, при спасательной операции может принять ещё троих, доводя экипаж до 11 человек. Его объём составляет 65,8 м 3 , имеет 11 окон и иллюминаторов. В отличие от грузового отсека, в отсеке экипажа поддерживается постоянное давление. Отсек экипажа разделён на три подотсека: полётную палубу (кабину управления), салон и переходный воздушный шлюз. Кресло командира экипажа находится в кабине слева, кресло пилота - справа, органы управления полностью продублированы, так что и капитан, и пилот может управлять в одиночку. В кабине в общей сложности отображается более двух тысяч показаний приборов. Астронавты живут в салоне, там находится стол, спальные места, там же хранится дополнительное оборудование и находится станция оператора экспериментов. В воздушном шлюзе находятся скафандры для двух астронавтов и инструменты для работы в открытом космосе.

В грузовом отсеке располагаются доставляемые на орбиту грузы. Наиболее известной деталью грузового отсека является Система удалённого манипулирования (англ. Remote Manipulator System , сокр. RMS ) - механическая рука длиной 15,2 м, управляемая из кабины ракетоплана. Механическая рука применяется для фиксирования и манипуляций с грузами в грузовом отсеке. Створки люка грузового отсека имеют встроенные радиаторы и используются для отвода тепла.

Профиль полёта

Запуск и выведение на орбиту

Старт системы выполняется вертикально, на полной тяге маршевых двигателей шаттла (SSME) и двух твердотопливных ускорителей, при этом последние создают около 80 % стартовой тяги системы. Зажигание трёх маршевых двигателей происходит за 6,6 секунд до назначенного времени старта (Т), двигатели включаются последовательно, с интервалом 120 миллисекунд. В течение трёх секунд двигатели выходят на стартовую мощность (100 %) тяги. Точно в момент старта (Т=0) производится одновременное зажигание боковых ускорителей и подрыв восьми пироболтов, обеспечивающих крепление системы к стартовому комплексу. Начинается подъём системы. Непосредственно после отхода от стартового комплекса начинается разворот системы по тангажу, вращению и рысканию для выхода на азимутцелевого наклонения орбиты. В ходе дальнейшего подъёма с постепенным уменьшением тангажа (траектория отклоняется от вертикали к горизонту, в конфигурации «спиной вниз») выполняется несколько кратковременных дросселирований маршевых двигателей с целью снижения динамических нагрузок на конструкцию. Так, на участке максимального аэродинамического сопротивления (Max Q) мощность маршевых двигателей дросселируется до 72 %. Перегрузки на этапе выведения системы на орбиту составляют до 3g.

Приблизительно через две минуты (126 секунд) после подъёма, на высоте 45 км, боковые ускорители отделяются от системы. Дальнейший подъём и разгон системы осуществляется маршевыми двигателями шаттла (SSME), питающимися из внешнего топливного бака. Их работа прекращается по достижении кораблём скорости 7,8 км/с на высоте несколько более 105 км ещё до полной выработки топлива; через 30 секунд после отключения двигателей (примерно через 8,5 минут после старта) на высоте около 113 км производится отделение внешнего топливного бака.

Существенно, что на данном этапе скорость орбитального корабля ещё недостаточна для выхода на устойчивую низкую круговую орбиту (по сути, челнок выходит на баллистическую траекторию) и требуется дополнительный разгонный импульс до выведения на орбиту. Этот импульс выдаётся через 90 секунд после отделения бака - в момент, когда челнок, продолжая движение по баллистической траектории, достигает её апогея; необходимый доразгон производится кратковременным включением двигателей системы орбитального маневрирования. В некоторых полётах для этой цели использовалось два последовательных включения двигателей на разгон (один импульс увеличивал высоту апогея, другой формировал круговую орбиту).

Такое решение профиля полёта позволяет избежать выведения топливного бака на ту же орбиту, что и челнок; продолжая снижение по баллистической траектории, бак падает в заданную точку Индийского океана. В случае, если импульс довыведения не удастся осуществить, челнок всё же может совершить одновитковый полёт по очень низкой орбите и вернуться на космодром.

На любом этапе выведения на орбиту предусмотрена возможность аварийного прекращения полёта с использованием соответствующих процедур.

Непосредственно после формирования низкой опорной орбиты (круговой орбиты с высотой порядка 250 км, хотя значение параметров орбиты зависело от конкретного полёта) производится сброс остатков топлива из системы маршевых двигателей SSME и вакуумирование их топливных магистралей. Кораблю придаётся необходимая осевая ориентация. Раскрываются створки грузового отсека, которые служат также и радиаторами системы терморегуляции корабля. Системы корабля приводятся в конфигурацию орбитального полёта.

Посадка

Посадка состоит из нескольких этапов. Вначале производится выдача тормозного импульса на сход с орбиты - приблизительно за половину витка до места посадки, при этом шаттл летит кормой вперёд в перевернутом положении. Продолжительность работы двигателей орбитального маневрирования составляет около 3 минут; характеристическая скорость, отнимаемая от орбитальной скорости шаттла - 322 км/ч; такого торможения достаточно для того, чтобы перигей орбиты оказался в пределах атмосферы. Затем челнок выполняет разворот по тангажу, принимая необходимую ориентацию для входа в атмосферу. Корабль входит в атмосферу с большим углом атаки (порядка 40°). Сохраняя данный угол тангажа, корабль выполняет несколько S-образных манёвров с креном до 70°, эффективно гася скорость в верхних слоях атмосферы (это также позволяет минимизировать подъёмную силу крыла, нежелательную на данном этапе). Температура отдельных участков теплозащиты корабля на этом этапе превышает 1500°. Максимальная перегрузка, испытываемая астронавтами на этапе атмосферного торможения - около 1,5 g.

После гашения основной части орбитальной скорости корабль продолжает снижаться как тяжёлый планёр с невысоким аэродинамическим качеством, постепенно уменьшая тангаж. Выполняется манёвр захода на посадочную полосу. Вертикальная скорость корабля на этапе снижения весьма высока - порядка 50 м/с. Угол посадочной глиссады также велик - порядка 17-19°. На высоте порядка 500 м и скорости около 430 км/ч начинается выравнивание корабля и производится выпуск шасси. Касание полосы происходит на скорости порядка 350 км/ч, после чего выпускается тормозной парашют диаметром 12 м; после торможения до скорости 110 км/ч парашют сбрасывается. Экипаж выходит из корабля через 30-40 минут после остановки.

История применения

• «Энтерпрайз» (OV-101) - использовался для отработки наземных и атмосферных испытаний, а также подготовительных работ на стартовых площадках; никогда не летал в космос. Его начали строить в 1974 году, в 1977 году началась его опытная эксплуатация. В самом начале предполагалось назвать этот орбитальный корабль «Конституция» (Constitution ) в честь двухсотлетия американской Конституции, но многочисленным предложениям зрителей популярного телевизионного сериала «Звёздный путь», было выбрано имя «Энтерпрайз».
• Первый космический челнок - «Колумбия» (OV-102) стал первым действующим многоразовым орбитальным аппаратом . Его начали строить в марте 1975 года, и уже в марте 1979 года передали . Шаттл был назван по имени парусника, на котором капитан Роберт Грей в мае 1792 года исследовал внутренние воды Британской Колумбии (ныне штаты США Вашингтон и Орегон). До первого запуска этого шаттла в 1981 году НАСА не выводило астронавтов на орбиту уже 6 лет.
  Шаттл «Колумбия» погиб 1 февраля 2003 года (полёт STS-107) при входе в атмосферу Земли перед посадкой. Это было 28-е космическое путешествие «Колумбии».
• Второй космический челнок - «Челленджер» (OV-099) - был передан НАСА в июле 1982 года. Он был назван по имени морского судна, исследовавшего океан в 1870-е годы. При девятом запуске он нёс рекордный экипаж - 8 человек.
  «Челленджер» погиб при своём десятом запуске 28 января 1986 года (полёт STS-51L).
• Третий шаттл - «Дискавери» (OV-103) - был передан НАСА в ноябре 1982 года. Совершил 39 полетов. «Дискавери» был назван по имени одного из двух судов, на которых, в 1770-х годах, британский капитан Джеймс Кук открыл Гавайские острова и исследовал побережье Аляски и северо-западной Канады. Такое же имя («Дискавери») носило одно из судов Генри Гудзона, который в 1610-1611 годах исследовал Гудзонов залив. Ещё два «Дискавери» были построены Британским Королевским Географическим Обществом для исследования Северного полюса и Антарктики в 1875 и 1901 годах.
• Четвёртый шаттл - «Атлантис» (OV-104) - вступил в строй в апреле 1985 года. Совершил 33 полета, в том числе в 2011 году совершил 135-й последний полёт по программе «Шаттл». В этом полёте экипаж был сокращён до четырёх человек на случай аварии, поскольку в этом случае эвакуировать экипаж с МКС пришлось бы российскими .
• Пятый шаттл - «Индевор» (OV-105) - был построен взамен погибшего «Челленджера» и принят в эксплуатацию в мае 1991 года. Совершил 25 полетов. Шаттл «Индевор» был назван также по имени одного из кораблей Джеймса Кука. Этот корабль также использовался в астрономических наблюдениях, которые позволили точнее установить расстояние от Земли до .
• Патфайндер (OV-098) - массогабаритный макет челнока, созданный для отработки процедур их транспортировки и технического обслуживания, чтобы этими испытаниями не занимать лётный прототип - «Энтерпрайз». Построен в 1977 году, в дальнейшем был переделан для придания большего сходства с лётными образцами и отправлен в Японию на выставку. После возвращения в США он выставлен в Ракетно-космическом центре в Хантсвилле (Алабама) вместе с внешним топливным баком и двумя твердотопливными ускорителями.
• «Эксплорер» (OV-100) - ещё один полномасштабный макет челнока. Был построен в 1993 году в качестве музейного экспоната для демонстрационного комплекса Космического центра Кеннеди.

Обозначения номеров полётов

Каждый пилотируемый полёт по программе «Космическая транспортная система» имел своё обозначение, которое состояло из сокращения STS (Space Transportation System ) и порядкового номера полёта шаттла. Например, STS-4 означает четвёртый полёт по программе «Космическая транспортная система». Порядковые номера присваивались на стадии планирования для каждого полёта. Но в ходе подготовки многие полёты откладывались или переносились на другие сроки. Часто случалось так, что полёт, запланированный на более поздний срок и имеющий больший порядковый номер, оказывался готовым к полёту раньше, чем другой полёт, запланированный на более ранний срок. Раз присвоенные порядковые номера не изменялись, то и полёты с бо́льшим порядковым номером часто осуществлялись раньше, чем полёты с меньшим номером.

С 1984 года была введена новая система обозначений. Сокращение STS осталось, но порядковый номер был заменён кодовой комбинацией, которая состояла из двух цифр и одной буквы. Первая цифра в этой кодовой комбинации соответствовала последней цифре текущего года, но не календарного, а бюджетного года НАСА, который продолжался с октября по сентябрь. Например, если полёт происходит в 1984 году до октября, то берётся цифра 4, если в октябре и позже - цифра 5. Второй цифрой в кодовой комбинации всегда была 1. Обозначение 1 было принято для запусков шаттлов с мыса Канаверал. Ранее планировалось, что шаттлы будут также стартовать с военно-воздушной базы Ванденберг в Калифорнии; для этих стартов планировалась цифра 2. Но катастрофа «Челленджера» (STS-51L) прервала эти планы. Буква в кодовой комбинации соответствовала порядковому номера полёта шаттла в текущем году. Но и этот порядок не соблюдался, так, например, полёт STS-51D состоялся раньше, чем полёт STS-51B.

Пример: полёт STS-51A - состоялся в ноябре 1984 года (цифра 5), это был первый полёт в новом бюджетном году (буква А), шаттл стартовал с мыса Канаверал (цифра 1).

После катастрофы «Челленджера» произошедшей в январе 1986 года и отмены запусков с базы Ванденберг НАСА вернулось к старой системе обозначения.

Список полётов по программе «Спейс Шаттл»

Список полётов Spacelab и Spacehab
Миссия	Орбитер	Лаборатория	Направление исследований
STS-9	Columbia	Spacelab-1	общенаучные
51-B (STS-24)	Challenger	Spacelab-3
51-F (STS-26)	Challenger	Spacelab-2	физика солнца
61-A (STS-30)	Challenger	Spacelab-D1	микрогравитационные и биологические
STS-35	Columbia	ASTRO-1	астрономические
STS-40	Columbia	Spacelab SLS-01	космическая биология и медицина
STS-42	Discovery	Spacelab IML-01	микрогравитационные
STS-45	Atlantis	ATLAS-1	атмосферные
STS-50	Columbia	USML-1	микрогравитационные
STS-47	Endeavour	Spacelab-J1	микрогравитационные и биологические
STS-56	Discovery	ATLAS-2	атмосферные
STS-55	Columbia	Spacelab-D2	микрогравитационные
STS-57	Endeavour	Spacehab-1
STS-58	Columbia	Spacelab SLS-02	биологические
STS-60	Discovery	Spacehab-2	материаловедческие
STS-65	Columbia	Spacelab IML-02	микрогравитационные
STS-66	Atlantis	ATLAS-3	атмосферные
STS-63	Discovery	Spacehab-3	материаловедческие и биологические
STS-67	Discovery	ASTRO-2	астрономические
STS-71	Atlantis	Spceelab-Мир	биологические
STS-73	Columbia	USML-2	микрогравитационные
STS-77	Endeavour	Spacehab-4	материаловедческие и биологические
STS-78	Columbia	LMS-1	биологические и микрогравитационные
STS-83	Columbia	MSL-1	материаловедческие
STS-94	Columbia	MSL-1R	материаловедческие
STS-90	Columbia	Neurolab	нейробиологические
STS-95	Discovery	Spacehab-5	биологические

Список полётов по программе «Шаттл-Мир» и МКС
Миссия	Орбитер	Станция	Полётное и научное задание
STS-71	Atlantis	Шаттл-Мир	1-я стыковка
STS-74	Atlantis	Шаттл-Мир	2-я стыковка
STS-76	Atlantis	Шаттл-Мир	3-я стыковка
STS-79	Atlantis	Шаттл-Мир	4-я стыковка
STS-81	Atlantis	Шаттл-Мир	5-я стыковка
STS 84	Atlantis	Шаттл-Мир	6-я стыковка
STS-86	Atlantis	Шаттл-Мир	7-я стыковка
STS-89	Endeavour	Шаттл-Мир	8-я стыковка
STS-91	Discovery	Шаттл-Мир	9-я стыковка
STS-88	Endeavour	МКС	1-й полёт по программе сборки
			совместные микрогравитационные и биологические исследования
STS-96	Discovery	МКС	2-й полёт по программе сборки
			совместные атмосферные исследования
STS-101	Atlantis	МКС	3-й полёт по программе сборки
STS-102	Atlantis	МКС	4-й полёт по программе сборки
			совместные микрогравитационные исследования

Катастрофы

Гибель «Челленджера»

За все время эксплуатации шаттлов было всего две аварии, в которых погибло в общей сложности 14 астронавтов:

• 28 января 1986 года - катастрофа шаттла «Челленджер» в миссии STS-51L. Космический челнок в самом начале миссии разрушился в результате взрыва внешнего топливного бака на 73-й секунде полёта. Разрушение летательного аппарата было вызвано повреждением уплотнительного кольца правого твердотопливного ускорителя при старте. Вопреки распространенному заблуждению, «шаттл» не взорвался, а разрушился в результате действия нештатных аэродинамических перегрузок. Погибли все 7 членов экипажа. После катастрофы программа «шаттлов» была свёрнута на 32 месяца.

• 1 февраля 2003 года - катастрофа шаттла «Колумбия» в миссии STS-107. Авария произошла во время возвращения шаттла из-за разрушения наружного теплозащитного слоя, вызванным падением на него куска теплоизоляции кислородного бака при старте корабля. Погибли все 7 членов экипажа.

Выполненные задачи

Шаттлы использовались для вывода грузов на орбиты высотой 200-500 км, проведения научных исследований, обслуживания орбитальных космических аппаратов (монтажные и ремонтные работы).

Шаттлом «Дискавери» в апреле 1990 года был доставлен на орбиту телескоп «Хаббл» (полёт STS-31). На шаттлах «Колумбия», «Дискавери», «Индевор» и «Атлантис» были осуществлены четыре экспедиции по обслуживанию телескопа «Хаббл». Последняя экспедиция шаттла к «Хабблу» состоялась в мае 2009 года. Так как с 2011 года полёты шаттлов были прекращены, это была последняя экспедиция человека к телескопу, и на текущий момент (август 2013) эти работы невозможно выполнить какими-либо другими имеющимися космическими аппаратами.

Шаттл «Индевор» с открытым грузовым отсеком

В 1990-е годы шаттлы принимали участие в совместной российско-американской программе «Мир - Шаттл». Было осуществлено девять стыковок со .

В течение всех тридцати лет, когда шаттлы были в эксплуатации, они постоянно развивались и модифицировались. За всё время эксплуатации было произведено более тысячи модификаций к изначальному проекту шаттла.

Шаттлы играли важную роль в осуществлении проекта по созданию (МКС). Так, например, некоторые модули МКС, в том числе российский модуль «Рассвет» (был доставлен шаттлом «Атлантис»), не имеют своих двигательных установок (ДУ) в отличие от российских «Заря», «Звезда», и модулей «Пирс», «Поиск» которые стыковались в составе грузового корабля-модуля «Прогресс М-СО1», а значит, не могут самостоятельно маневрировать на орбите для поиска, сближения и стыковки со станцией. Поэтому их нельзя просто «забрасывать» на орбиту ракетой-носителем типа «Протон». Существует несколько способов собирать станции из таких модулей - в составе грузового корабля, доставка в грузовом отсеке шаттла или, гипотетически, использовать орбитальные «буксиры», которые смогли бы подхватывать модуль, выведенный на орбиту ракетой-носителем, стыковаться с ним и подводить его к станции для стыковки.

Стоимость

В 2006 году общие расходы составили 160 млрд долл. США, к этому времени было выполнено 115 запусков. Средние расходы на каждый полёт составили 1,3 млрд долл. США, но основная часть расходов (проектирование, модернизация и др.) не зависит от числа запусков.

Несмотря на то, что стоимость каждого полёта шаттла составляла около 450 млн долл., на обеспечение 22 полётов шаттлов с середины 2005 года по 2010 год в бюджете NASA было заложено около 1 млрд 300 млн долл. прямых затрат.

За эти деньги орбитальный аппарат шаттла мог доставлять за один рейс к МКС 20-25 тонн груза, включая модули МКС, и плюс к этому 7-8 астронавтов.

Завершение программы «Космическая транспортная система»

Программа «Космическая транспортная система» была завершена в 2011 году. Все действующие шаттлы были списаны после их последнего полёта.

В пятницу, 8 июля 2011 года был осуществлён последний старт «Атлантиса» с сокращённым до четырёх астронавтов экипажем. Это был последний полёт по программе «Космическая транспортная система». Он завершился рано утром 21 июля 2011 года.

Последние полёты шаттлов

Итоги

За 30 лет эксплуатации пять шаттлов совершили 135 полётов. В общей сложности все шаттлы совершили 21 152 витка вокруг Земли и пролетели 872,7 млн км (542 398 878 миль). На шаттлах в космос было поднято 1,6 тыс. тонн (3,5 млн фунтов) полезных грузов. Совершили полёты 355 астронавтов и космонавтов; в общем 852 членов экипажей шаттлов за всю эксплуатацию.

После завершения эксплуатации все шаттлы отправлены в музеи: никогда не летавший в космос шаттл «Энтерпрайз», ранее находившийся в музее Смитсоновского института в районе вашингтонского аэропорта Даллеса, перемещён в Морской и аэрокосмический музей в Нью-Йорке. Его место в Смитсоновском институте занял шаттл «Дискавери». Шаттл «Индевор» встал на вечную стоянку в Калифорнийском научном центре в Лос-Анджелесе, а шаттл «Атлантис» был выставлен в Космическом центре имени Кеннеди во Флориде.

• Слово «шаттл» переводится как «челнок» и означает рабочий орган ткацкого станка, перемещающийся туда и обратно поперёк полотна ткани; другое общеупотребительное значение - транспортное средство, обслуживающее маршрут на короткое расстояние без промежуточных пунктов (челночный маршрут, экспресс).

• Первый старт «шаттла» состоялся в двадцатилетнюю годовщину старта Гагарина - 12 апреля 1981 года. Это был первый в истории мировой космонавтики случай полёта корабля нового типа сразу с экипажем, без предварительных беспилотных запусков. Миф заключается в том, что первый старт был приурочен к годовщине. На самом деле первый старт планировался на 10 апреля, но за двадцать минут до старта была обнаружена потеря синхронизации при обмене данных между основным и резервным компьютерами шаттла (из-за ошибки в программном обеспечении). Старт был отменён за 16 минут до расчётного времени и был перенесён на двое суток

• Экипаж Колумбия STS-1, состоявший из двух человек, получил Космические медали почёта, но командир Джон Янг - сразу после полёта, а второй пилот Роберт Криппен - в 2006 году, к 25-й годовщине. По состоянию на август 2012 это последнее (28-е) награждение этой медалью.

• На шаттле «Челленджер» в 1983 году поднялся в космос первый экипаж из 5 человек, включая первую американскую астронавтку. Командир - Роберт Криппен.
• На шаттле «Колумбия» в 1983 году поднялся в космос первый экипаж из 6 человек, включая первого на американском корабле иностранца. Командир - Джон Янг.
• На шаттле «Челленджер» в 1984 году поднялся в космос первый экипаж из 7 человек, впервые включавший сразу двух женщин. В этом полёте в открытый космос впервые вышла американская астронавтка Кэтрин Салливан. Командир - Роберт Криппен.
• В октябре 1985 года шаттл «Челленджер» совершил первый в истории космонавтики полёт с 8 членами экипажа. Впервые в экипаже было сразу трое иностранцев - два немца и голландец. Также это был первый полёт шаттла, финансируемый другой страной - ФРГ, и последний успешный полёт «Челленджера».
  • Второй раз 8 человек было на борту шаттла при посадке «Атлантиса» в июне 1995 года (STS-71).

• Максимальное количество запусков было сделано за год до катастрофы шаттла «Челленджер», в 1985 году 9 полетов. На роковой 1986 год планировалось 15 полетов. В 1992 и 1997 году было произведено по 8 полетов.

• Хотя для приземления шаттлов предназначено три полосы, только один раз, во время выполнения миссии «Колумбия» STS-3 была произведена посадка на полигоне Уайт Сэндс (White Sands ) в штате Нью-Мексико.



Пока космические запуски были редкими, вопрос о стоимости ракет-носителей особого внимания к себе не привлекал. Но по мере освоения космоса он стал приобретать все большее значение. Стоимость ракеты-носителя в общей стоимости запуска космического аппарата бывает разная. Если носитель серийный, а космический аппарат, который он запускает, уникальный, стоимость носителя — около 10 процентов от общей стоимости запуска. Если космический аппарат серийный, а носитель уникальный - до 40 процентов и более. Высокая стоимость космической транспортировки объясняется тем, что ракета-носитель применяется один-единственный раз. Спутники и космические станции работают на орбите или в межпланетном пространстве, принося определенный научный или хозяйственный результат, а ступени ракеты, имеющие сложную конструкцию и дорогое оборудование, сгорают в плотных слоях атмосферы. Естественно, возник вопрос о снижении стоимости космических запусков за счет повторного запуска ракет-носителей.

Существует много проектов таких систем. Один из них - космический самолет. Это крылатая машина, которая, подобно воздушному лайнеру, взлетала бы с космодрома и, доставив полезный груз на орбиту (спутник или космический корабль), возвращалась бы на Землю. Но создать такой самолет пока невозможно, главным образом из-за необходимого соотношения масс полезного груза и полной массы машины. Экономически невыгодными или трудноосуществимыми оказывались и многие другие схемы летательных аппаратов многоразового использования.

Тем не менее в США все-таки взяли курс на создание космического корабля многоразового использования. Многие специалисты были против столь дорогостоящего проекта. Но его поддержал Пентагон.

Разработка системы «Спейс Шаттл» («космический челнок») началась в США в 1972 году. В ее основу была положена концепция космического летательного аппарата многоразового использования, предназначенного для вывода на околоземные орбиты искусственных спутников и других объектов. Космический летательный аппарат «Шаттл» представляет собой связку из пилотируемой орбитальной ступени, двух твердотопливных ракетных ускорителей и большого топливного бака, расположенного между этими ускорителями.

Стартует «Шаттл» вертикально с помощью двух твердотопливных ускорителей (диаметр каждого 3,7 метра), а также жидкостных ракетных двигателей орбитальной ступени, которые питаются топливом (жидкий водород и жидкий кислород) от большого топливного бака. Твердотопливные ускорители работают только на начальном участке траектории. Время их работы чуть больше двух минут. На высоте 70-90 километров ускорители отделяются, спускаются на парашютах на воду, в океан, и буксируются к берегу, с тем чтобы после восстановительного ремонта и зарядки топливом использовать их вновь. При выходе на орбиту топливный бак (диаметром 8,5 метра и длиной 47 метров) сбрасывается и сгорает в плотных слоях атмосферы.

Самый сложный элемент комплекса орбитальная ступень. Она напоминает ракетный самолет с треугольным крылом. Помимо двигателей, в ней размещены кабина экипажа и грузовой отсек. Орбитальная ступень осуществляет сход с орбиты как обычный космический аппарат и производит посадку без тяги, только за счет подъемной силы стреловидного крыла малого удлинения. Крыло позволяет орбитальной ступени совершать некоторый маневр как по дальности, так и по курсу и в конечной счете производить посадку на специальную бетонную полосу. Посадочная скорость ступени при этом намного выше, чем у любого истребителя. - около 350 километров в час. Корпус орбитальной ступени должен выдерживать температуру 1600 градусов Цельсия. Теплозащитное покрытие состоит из 30922 силикатных плиток, приклеенных к фюзеляжу и плотно подогнанных друг к другу.

Космический летательный аппарат «Шаттл» своего рода компромисс и в техническом, и в экономическом отношении. Максимальный полезный груз, доставляемый «Шаттлом» на орбиту, - от 14,5 до 29,5 тонны, а его стартовая масса - 2000 тонн, то есть полезная нагрузка составляет всего 0,8-1,5 процента от полной массы заправленного корабля. В то же время этот показатель для обычной ракеты при том же полезном грузе составляет 2-4 процента. Если же взять в качестве показателя отношение полезного груза к весу конструкции, без учета топлива, то преимущество в пользу обычной ракеты еще более возрастет. Такова плата за возможность хотя бы частично использовать повторно конструкции космического аппарата.

Один из создателей космических кораблей и станций, летчик-космонавт СССР, профессор К.П. Феоктистов, так оценивает экономическую эффективность «Шаттлов»: «Что и говорить, создать экономичную транспортную систему непросто. Некоторых специалистов в идее «Шаттла» смущает еще и следующее. Согласно экономическим расчетам он оправдывает себя примерно при 40 полетах в год на один образец. Получается, что в год только один "самолет", чтобы оправдать свою постройку, должен выводить на орбиту порядка тысячи тонн разных грузов. С другой стороны, имеет место тенденция к снижению веса космических аппаратов, увеличению продолжительности их активной жизни на орбите и вообще к снижению количества запускаемых аппаратов за счет решения каждым из них комплекса задач».

С точки зрения эффективности создание транспортного корабля многоразового использования такой большой грузоподъемности дело преждевременное. Снабжать орбитальные станции гораздо выгоднее с помощью автоматических транспортных кораблей типа «Прогресс» Сегодня стоимость одного килограмма груза, выводимого в космос «Шаттлом» составляет 25000 долларов, а «Протоном» - 5000 долларов.

Без прямой поддержки Пентагона проект вряд ли удалось бы довести до стадии полетных экспериментов. В самом начале проекта при штабе ВВС США был учрежден комитет по использованию корабля «Шаттл». Было принято решение о строительстве стартовой площадки для челночного корабля на базе ВВС Ванденберг в Калифорнии, с которой осуществляются запуски космических аппаратов военного назначения. Военные заказчики планировали использовать «Шаттл» для выполнения широкой программы размещения в космосе разведывательных спутников, систем радиолокационного обнаружения и наведения на цель боевых ракет, для пилотируемых разведывательных полетов, создания космических командных постов, орбитальных платформ с лазерным оружием, для «инспекции» на орбите чужих космических объектов и доставки их на Землю. Корабль «Шаттл» также рассматривался как одно из ключевых звеньев общей программы создания космического лазерного оружия.

Так, уже в первом полете экипаж корабля «Колумбия» выполнял задание военного характера, связанное с проверкой надежности прицельного устройства для лазерного оружия. Размещенный на орбите лазер должен точно наводиться на ракеты, удаленные от него на сотни и тысячи километров.

С начала 1980-х годов ВВС США готовили ряд несекретных экспериментов на полярной орбите с целью разработки перспективной аппаратуры для слежения за объектами, движущимися в воздушном и безвоздушном пространстве.

Катастрофа «Челленджера» 28 января 1986 года внесла коррективы в дальнейшее развитие космических программ США. «Челленджер» ушел в свой последний полет, парализовав всю американскую космическую программу. Пока «Шаттлы» стояли на приколе, сотрудничество НАСА с министерством обороны оказалось под вопросом. ВВС фактически распустили свою группу астронавтов. Переменился и состав военно-научной миссии, получившей наименование СТС-39 и перенесенной на мыс Канаверал.

Сроки следующего полета неоднократно отодвигались. Программа возобновилась только в 1990 году. С той поры «Шаттлы» регулярно совершали космические полеты. Они участвовали в ремонте телескопа «Хаббл», полетах на станцию «Мир», строительстве МКС.

Ко времени возобновления полетов «Шаттлов» в СССР уже был готов корабль многоразового использования, во многом превзошедший американский. 15 ноября 1988 года новая ракета-носитель «Энергия» вывела на околоземную орбиту многоразовый корабль «Буран». Он, совершив два витка вокруг Земли, ведомый чудо-автоматами, красиво приземлился на бетонную посадочную полосу Байконура, будто рейсовый лайнер «Аэрофлота».

Ракета-носитель «Энергия» базовая ракета целой системы ракет-носителей, образуемых сочетанием разного количества унифицированных модульных ступеней и способных выводить в космос аппараты массой от 10 до сотен тонн! Ее основу, стержень, составляет вторая ступень. Ее высота - 60 метров, диаметр - около 8 метров. На ней установлено четыре жидкостных ракетных двигателя, работающих на водороде (горючее) и кислороде (окислитель). Тяга каждого такого двигателя у поверхности Земли - 1480 кН. Вокруг второй ступени у ее основания пристыкованы попарно четыре блока, образующие первую ступень ракеты-носителя. На каждом блоке установлен самый мощный в мире четырехкамерный двигатель РД-170 тягой в 7400 кН у Земли.

«Пакет» блоков первой и второй ступеней и образует мощную, тяжелую ракету-носитель, имеющую стартовую массу до 2400 тонн, несущую полезную нагрузку 100 тонн.

«Буран» имеет большое внешнее сходство с американским «Шаттлом». Корабль построен по схеме самолета типа «бесхвостка» с треугольным крылом переменной стреловидности, имеет аэродинамические органы управления, работающие при посадке после возвращения в плотные слои атмосферы руль направления и элевоны. Он был способен совершать управляемый спуск в атмосфере с боковым маневром до 2000 километров.

Длина «Бурана» - 36,4 метра, размах крыла - около 24 метра, высота корабля на шасси - более 16 метров. Стартовая масса корабля - более 100 тонн, из которых 14 тонн приходится на топливо. В носовой отсек вставлена герметичная цельносварная кабина для экипажа и большей части аппаратуры для обеспечения полета в составе ракетно-космического комплекса, автономного полета на орбите, спуска и посадки. Объем кабины - более 70 кубических метров.

При возвращении в плотные слои атмосферы наиболее тепло напряженные участки поверхности корабля раскаляются до 1600 градусов, тепло же, доходящее непосредственно до металлической конструкции корабля, не должно превышать 150 градусов. Поэтому «Буран» отличала мощная тепловая защита, обеспечивающая нормальные температурные условия для конструкции корабля при прохождении плотных слоев атмосферы во время посадки.

Теплозащитное покрытие из более 38 тысяч плиток изготовлено из специальных материалов: кварцевое волокно, высокотемпературные органические волокна, частично материал на основе углерода. Керамическая броня обладает способностью аккумулировать тепло, не пропуская его к корпусу корабля. Общая масса этой брони составила около 9 тонн.

Длина грузового отсека «Бурана» - около 18 метров. В его обширном грузовом отсеке мог разместиться полезный груз массой до 30 тонн. Туда можно было поместить крупногабаритные космические аппараты - большие спутники, блоки орбитальных станций. Посадочная масса корабля - 82 тонны.

«Буран» оснастили всеми необходимыми системами и оборудованием как для автоматического, так и для пилотируемого полета. Это и средства навигации и управления, и радиотехнические и телевизионные системы, и автоматические устройства регулирования теплового режима, и система жизнеобеспечения экипажа, и многое-многое другое.

Основная двигательная установка, две группы двигателей для маневрирования расположены в конце хвостового отсека и в передней части корпуса.

«Буран» явился ответом американской военной космической программе. Потому после потепления отношений с США судьба корабля была предрешена.

На днях случайно заметил, что уже пять раз в комментариях отвечал на вопрос о степени успешности программы «Спейс Шаттл». Такая регулярность вопросов требует полноценной статьи. В ней я попытаюсь ответить на вопросы:

• Какие цели ставила программа «Спейс Шаттл»?
• Что получилось в итоге?

Тема многоразовых носителей очень объемная, поэтому в этой статье я специально ограничиваюсь только этими вопросами.

Что планировали?

Идея многоразовых кораблей занимала умы ученых и инженеров в США ещё с 50-х годов. С одной стороны, жалко разбивать о землю сброшенные отработавшие ступени. С другой стороны, аппарат, сочетающий в себе свойства самолёта и космического корабля, будет в русле самолётной философии, где многоразовость естественна. Рождались различные проекты: X-20 Dyna Soar , Recoverable Orbital Launch System (позже Aerospaceplane). В шестидесятые годы эта достаточно незаметная деятельность продолжалась в тени программ «Джемини» и «Аполлон». В 1965 году, за два года до полёта «Сатурна-V», был создан подкомитет по технологиям многоразовых ракет-носителей при Координационном совете по воздушно-космическим операциям (в котором участвовали ВВС США и NASA). Результатом этой работы был документ, изданный в 1966 году, в котором говорилось о необходимости преодоления серьезных трудностей, но обещалось блестящее будущее для работы на околоземной орбите. У ВВС и NASA было различное видение системы и различные требования, поэтому вместо одного проекта были представлены идеи кораблей различной компоновки и степени многоразовости. После 1966 года NASA стало задумываться о создании орбитальной станции. Такая станция подразумевала необходимость доставки большого количества грузов на орбиту, что, в свою очередь, поднимало вопрос о стоимости такой доставки. В декабре 1968 года была создана рабочая группа, которая стала заниматься т.н. объединенным аппаратом запуска и посадки Integral Launch and Reentry Vehicle (ILRV). Отчет этой группы был представлен в июле 1969 года и утверждал, что ILRV должен уметь:

• Снабжать орбитальную станцию
• Запускать и возвращать с орбиты спутники
• Выводить на орбиту разгонные блоки и полезную нагрузку
• Выводить на орбиту топливо (для последующей заправки других аппаратов)
• Обслуживать и ремонтировать спутники на орбите
• Проводить короткие пилотируемые миссии

В отчете рассматривались три класса кораблей: многоразовый корабль «верхом» на одноразовой ракете-носителе, полутораступенчатый корабль («половинка» ступени - это баки или двигатели, которые сбрасываются в полёте) и двухступенчатый корабль, обе ступени которого многоразовые.
Параллельно, в феврале 1969 года президент Никсон создал рабочую группу, задачей которой было определение направления движения в освоении космоса. Результатом работы этой группы была рекомендация создания многоразового корабля, который мог бы:

• Стать фундаментальным улучшением существующей космической техники с точки зрения стоимости и объемов выводимого на орбиту
• Транспортировать людей, грузы, топливо, другие корабли, разгонные блоки и прочее на орбиту как самолёт - регулярно, дешево, часто и много.
• Быть универсальным для совместимости с широким спектром гражданских и военных полезных нагрузок.

Изначально инженеры двигались в направлении двухступенчатой полностью многоразовой системы: большой крылатый пилотируемый корабль нес на себе небольшой крылатый пилотируемый корабль, который уже выходил на орбиту:


Такая комбинация теоретически была самой дешевой в эксплуатации. Однако требование большой полезной нагрузки делало систему слишком большой (а, следовательно, и дорогой). К тому же военные хотели возможности горизонтального маневра в 3000 км для посадки на космодроме старта на первом витке с полярной орбиты, что ограничивало инженерные решения (например, становились невозможными прямые крылья).


Судя по подписи «high cross-range» (большой горизонтальный маневр) эта картинка нравилась военным

Итоговая компоновка очень сильно зависела от следующих требований:

• Размер и емкость грузового отсека
• Величина горизонтального маневра
• Двигатели (тип, тяга и другие параметры)
• Способ посадки (на двигателях или планированием)
• Используемые материалы

В итоге на слушаниях в Белом Доме и Конгрессе были приняты финальные требования:

• Грузовой отсек 4,5х18,2 м (15х60 футов)
• 30 тонн на низкую околоземную орбиту, 18 тонн на полярную орбиту
• Возможность горизонтального маневра на 2000 км

В районе 1970 года выяснилось, что на орбитальную станцию и шаттл одновременно денег не хватит. И станция, для которой шаттл должен был возить грузы, была отменена.
В то же время в инженерной среде царил ничем не сдерживаемый оптимизм. Опираясь на опыт эксплуатации экспериментальных ракетных самолётов (X-15), инженеры прогнозировали снижение стоимости килограмма на орбиту на два порядка (в сто раз). На симпозиуме, посвященном программе «Спейс Шаттл», который проходил в октябре 1969 года, «отец» шаттла Джордж Мюллер говорил:

«Наша цель - снизить стоимость килограмма на орбиту с $2000 для Сатурна-V до уровня $40-100 за килограмм. Этим мы откроем новую эру освоения космоса. Задачей на будущие недели и месяцы для этого симпозиума, для ВВС и NASA является обеспечение уверенности в том, что мы можем это сделать.»

Б.Е. Черток в четвертой части «Ракет и людей» приводит несколько другие цифры, но того же порядка:

Для различных вариантов на базе «Спейс шаттла» прогнозировалось достижение стоимости выведения в пределах от 90 до 330 долларов на килограмм. Более того, предполагалось, что «Спейс шаттл» второго поколения позволит снизить эти цифры до 33-66 долларов на килограмм.

По расчетам Мюллера запуск шаттла должен будет стоить $1-2,5 миллиона (сравните с $185 млн. для Сатурна-V).
Также были проведены достаточно серьезные экономические расчеты, которые показали, что для того, чтобы хотя бы сравняться по стоимости с ракетой-носителем «Титан-III» при прямом сравнении цен без учета дисконта, шаттлу нужно стартовать 28 раз в год. На фискальный 1971 год президент Никсон выделил $125 миллионов на производство одноразовых ракет-носителей, что составило 3,7% от бюджета NASA. Т.е., если бы шаттл уже был в 1971 году, то он бы сэкономил всего лишь 3,7 процента бюджета NASA. Ядерный физик Ральф Лапп (Ralph Lapp) посчитал, что за период 1964-1971 шаттл, если бы уже был, сэкономил бы 2,9% бюджета. Естественно, такие цифры не могли защитить шаттл, и NASA встало на скользкую дорожку игры с цифрами: «если бы была построена орбитальная станция, и если бы она нуждалась в миссии снабжения каждые две недели, то тогда бы шаттлы экономили миллиард долларов в год». Также продвигалась идея «с такими возможностями пуска полезные нагрузки станут дешевле, и их будет больше, чем сейчас, что ещё увеличит экономию». Только комбинация идей «шаттл будет летать часто и экономить деньги на каждом пуске» и «новые спутники для шаттла будут дешевле существующих для одноразовых ракет» смогла сделать шаттл экономически выгодным.


Экономические расчеты. Обратите внимание, что если убрать «новые спутники» (нижняя треть таблицы), то шаттлы становятся экономически невыгодными.


Экономические расчеты. Платим больше сейчас (левая часть) и выигрываем в будущем (правая заштрихованная часть).

Параллельно шли сложные политические игры с участием фирм-потенциальных производителей, ВВС, правительства и NASA. Например, NASA проиграло офису менеджмента и бюджета Исполнительного офиса Президента США битву за ускорители первой ступени. NASA хотело ускорители на ЖРД, но из-за того, что ускорители на РДТТ были дешевле в разработке, были выбраны последние. ВВС, которые добивались военных пилотируемых программ с X-20 и MOL, фактически получали военные миссии шаттла бесплатно в обмен на политическую поддержку NASA. Производство шаттлов намеренно размазывалось по всей стране между разными компаниями для экономического и политического эффекта.
В итоге этих сложных маневров, контракт на разработку системы «Спейс Шаттл» был подписан летом 1972 года. История производства и эксплуатация выходит за рамки этой статьи.

Что получили?

Сейчас, когда программа закончена, можно с достаточной точностью сказать, какие цели были достигнуты, а какие - нет.

Достигнутые цели :

1. Доставка грузов различного типа (спутники, разгонные блоки, сегменты МКС).
2. Возможность ремонта спутников на низкой околоземной орбите.
3. Возможность возврата спутников на Землю.
4. Возможность отправить в полёт до восьми человек.
5. Реализована многоразовость.
6. Реализована принципиально новая компоновка космического корабля.
7. Возможность горизонтального маневра.
8. Большой грузовой отсек.
9. Стоимость и время разработки уложились в сроки, обещанные президенту Никсону в 1971 году.

Не достигнутые цели и провалы :

1. Качественное облегчение доступа в космос. Вместо снижения цены за килограмм на два порядка, «Спейс Шаттл» стал одним из самых дорогих средств доставки спутников на орбиту.
2. Быстрая подготовка шаттлов между полётами. Вместо ожидаемого срока в две недели между полётами, шаттлы готовились к пуску месяцами. До катастрофы «Челленджера» рекорд между полётами составлял 54 дня, после «Челленджера» - 88 дней. За все годы эксплуатации шаттлов они запускались в среднем 4,5 раза в год вместо минимально допустимых по расчетам 28 раз в год.
3. Простота обслуживания. Выбранные технические решения были очень трудоемкими в обслуживании. Главные двигатели требовали демонтажа и много времени на сервис. Турбонасосные агрегаты двигателей первой модели требовали полной переборки и ремонта после каждого полёта. Плитки теплозащиты были уникальны - в каждое гнездо ставилась своя плитка. Всего плиток 35 000, к тому же, они могут быть потеряны или повреждены в полёте.
4. Замена всех одноразовых носителей. Шаттлы никогда не стартовали на полярные орбиты, что нужно в основном для разведывательных спутников. Велись подготовительные работы, но они были остановлены после катастрофы «Челленджера».
5. Надежный доступ в космос. Четыре орбитера означали, что катастрофа шаттла - это потеря четверти флота. После катастрофы полёты прекращались на годы. Также, шаттлы были печально известны постоянными переносами пусков.
6. Грузоподъемность шаттлов оказалась на пять тонн ниже требуемой спецификациями (24,4 вместо 30)
7. Большие возможности горизонтального маневра никогда не применялись в реальности из-за того, что шаттл не летал на полярные орбиты.
8. Возврат спутников с орбиты прекратился в 1996 году. С орбиты было возвращено всего пять спутников.
9. Ремонт спутников тоже оказался слабо востребован. Всего было отремонтировано пять спутников (правда, Хаббл обслуживали пять раз).
10. Принятые инженерные решения негативно влияли на надежность системы. На взлете и посадке были участки без шансов на спасение экипажа при аварии. Из-за этого погиб «Челленджер». Миссия STS-9 чуть не кончилась катастрофой из-за пожара в хвостовой части, который возник уже на посадочной полосе. Случись этот пожар минутой раньше, шаттл бы упал без шансов на спасение экипажа.
11. То, что шаттл всегда летал пилотируемым, подвергало риску людей без необходимости - для рутинного запуска спутников хватало автоматики.
12. Из-за низкой интенсивности эксплуатации шаттлы устарели морально раньше, чем физически. В 2011 году «Спейс Шаттл» был очень редким примером эксплуатации процессора 80386. Одноразовые носители можно было модернизировать постепенно новыми сериями.
13. Закрытие программы «Спейс Шаттл» наложилось на отмену программы «Созвездие», что привело к потере самостоятельного доступа в космос на многие годы, имиджевым потерям и необходимости покупать места на космических кораблях другой страны.
14. Новые системы управления и надкалиберные обтекатели позволили запускать большие спутники на одноразовых ракетах.
15. Шаттл держит печальный антирекорд среди космических систем по количеству погибших людей.

Программа «Спейс Шаттл» дала США уникальные возможности по работе в космосе, но, с точки зрения разницы «что хотели - что получили» приходится сделать вывод о том, что она не достигла своих целей.

Почему так получилось?

Специально подчеркиваю, что в этом пункте я высказываю свои соображения, возможно, какие-то из них неверны.

1. Шаттлы были результатом множества компромиссов между интересами нескольких больших организаций. Возможно, если бы был один человек или команда единомышленников, которые имели бы четкое видение системы, она могла получиться удачнее.
2. Требование «быть всем для всех» и заменить все одноразовые ракеты повысило стоимость и сложность системы. Универсальность при объединении разнородных требований приводит к усложнению, удорожанию, излишнему функционалу и худшей эффективности, чем специализация. Легко добавить будильник в мобильный телефон - динамик, часы, кнопки и электронные компоненты уже есть. Но летающая подводная лодка будет сложнее дороже и хуже специализированных самолёта и подлодки.
3. Сложность и стоимость системы растет с размером экспоненциально. Возможно, шаттл на 5-10 тонн полезной нагрузки (в 3-4 раза меньше реализованного) был бы более успешен. Их можно было бы построить больше, часть флота сделать беспилотными, сделать одноразовый модуль для повышения грузоподъемности редких более тяжелых миссий.
4. «Головокружение от успехов». Успешная реализация трёх программ последовательно увеличивающейся сложности могла вскружить головы инженерам и менеджерам. В самом деле, что пилотируемый первый пуск без беспилотной отработки, что отсутствие систем спасения экипажа на участках выведения/спуска говорят о некоторой самоуверенности.

Эй, а «Буран»?

Предвидя неизбежные сравнения, придется чуть-чуть сказать и про него. По «Бурану» нет статистики эксплуатации за много лет. С ним получилось в чем-то проще - его накрыло обломками развалившегося СССР, и нельзя сказать, была бы эта программа успешной. Первую часть этой программы - «сделать как у американцев» выполнили, а что было бы дальше - неизвестно.
А желающих устроить в комментах холивар «Что лучше?» прошу предварительно дать определение, что такое по-вашему «лучше». Потому что обе фразы «Буран имеет бОльший запас характеристической скорости (delta-V), чем Спейс Шаттл» и «Шаттл не сбрасывает дорогие маршевые двигатели со ступенью ракеты-носителя» верны.

Список источников (не учитывая википедии):

1. Ray A. Williamson

21 июля 2011 года в 9:57 по всемирному координированному времени на взлётно-посадочную полосу № 15 космического центра имени Кеннеди приземлился космический корабль многоразового использования «Атлантис». Это был 33-й полёт «Атлантиса» и 135-я космическая экспедиция в рамках проекта «Спейс шаттл».

Данный полёт стал последним в истории одной из самых амбициозных космических программ. Проект, на который Соединённые Штаты сделали ставку в исследованиях космоса, завершался вовсе не так, как виделось когда-то его разработчикам.

Идея многоразовых космических кораблей появилась и в СССР, и в США ещё на заре космической эры, в 1960-х годах. Соединённые Штаты перешли к её практической реализации в 1971 году, когда компания North American Rockwell получила от NASA заказ на разработку и создание целой флотилии многоразовых кораблей.

Согласно замыслу авторов программы, многоразовые корабли должны были превратиться в эффективное и надёжное средство доставки астронавтов и грузов с Земли на околоземную орбиту. Аппараты должны были сновать по маршруту «Земля - Космос - Земля», словно челноки, именно поэтому программа получила название «Спейс шаттл» — «Космический челнок».

Изначально «шаттлы» были лишь частью более масштабного проекта, предполагавшего создание большой орбитальной станции на 50 человек, базы на Луне и малой орбитальной станции на орбите спутника Земли. Учитывая сложность замысла, в NASA готовы были на начальном этапе ограничиться лишь большой орбитальной станцией.

Когда планы эти попали на утверждение в Белый дом, у президента США Ричарда Никсона потемнело в глазах от количества нулей в предполагаемой смете проекта. Соединённые Штаты потратили огромную сумму, чтобы опередить СССР в пилотируемой «лунной гонке», но продолжать финансирование космических программ в поистине астрономических объёмах было невозможно.

Первый старт в День космонавтики

После того как Никсон отверг эти проекты, в NASA пошли на хитрость. Спрятав подальше планы создания большой орбитальной станции, президенту представили проект создания многоразового космического корабля как системы, способной приносить прибыль и окупить инвестиции за счёт выведения на орбиту спутников на коммерческой основе.

Новый проект был отправлен на экспертизу экономистам, которые вынесли заключение — программа окупится в случае, если будет осуществляться не менее 30 запусков многоразовых кораблей в год, а запуски одноразовых кораблей будут прекращены вовсе.

В NASA убеждали, что эти параметры вполне достижимы, и проект «Спейс шаттл» получил одобрение президента и Конгресса США.

Действительно, во имя проекта «Спейс шаттл» в США отказались от одноразовых космических кораблей. Более того, к началу 1980-х было принято решение о переводе на «шаттлы» программы запусков аппаратов военного и разведывательного значения. Разработчики уверяли, что их совершенные чудо-аппараты откроют новую страницу в исследованиях космоса, заставят отказаться от огромных затрат и даже позволят получать прибыль.

Самый первый многоразовый корабль, по многочисленным просьбам поклонников сериала «Звёздный путь» получивший название «Энтерпрайз», никогда не поднимался в космос — он служил лишь для отработки методов посадки.

Строительство первого полноценного многоразового космического корабля началось в 1975 году и было завершено в 1979-м. Он получил название «Колумбия» — по имени парусника, на котором капитан Роберт Грей в мае 1792 года исследовал внутренние воды Британской Колумбии.

12 апреля 1981 года «Колумбия» с экипажем в составе Джона Янга и Роберта Криппена успешно стартовала с космодрома на мысе Канаверал. Запуск не планировалось приурочить к 20-летию старта Юрия Гагарина , но судьба распорядилась именно так. Старт, запланированный изначально на 17 марта, из-за различных неполадок несколько раз переносился и в итоге был осуществлён 12 апреля.

Старт «Колумбии». Фото: wikipedia.org

Катастрофа на взлёте

Флотилия многоразовых кораблей в 1982 году пополнилась «Челленджером» и «Дискавери», а в 1985 году — «Атлантисом».

Проект «Спейс шаттл» превратился в гордость и визитную карточку США. О его обратной стороне знали только специалисты. «Челноки», ради создания которых пилотируемая программа США была прервана на целых шесть лет, были далеко не такими надёжными, как предполагали создатели. Практически каждый пуск сопровождался устранением неполадок перед стартом и во время полёта. Кроме того, выяснилось, что затраты на эксплуатацию «челноков» в реальности в несколько раз выше предусмотренных проектом.

В NASA критиков успокаивали — да, недостатки есть, но они несущественны. Ресурс каждого из кораблей рассчитан на 100 полётов, к 1990 году будет производиться по 24 старта в год, и «шаттлы» станут не пожирать средства, а давать прибыль.

28 января 1986 года с мыса Канаверал должен был состояться старт 25-й экспедиции по программе « Спейс шаттл» . В космос отправлялся космический корабль «Челленджер», для которого это была 10-я миссия. Кроме профессиональных астронавтов, в экипаж вошла учительница Криста МакОлифф , победительница конкурса «Учитель в космосе», которая должна была провести несколько уроков с орбиты для американских школьников.

К этому запуску было приковано внимание всей Америки, на космодроме присутствовали родные и близкие Кристы.

Но на 73-й секунде полёта на глазах присутствующих на космодроме и миллионов телезрителей «Челленджер» взорвался. Семь астронавтов на его борту погибли.

Гибель «Челленджера». Фото: Commons.wikimedia.org

«Авось» по-американски

Никогда ещё в истории космонавтики катастрофа не уносила столько жизней сразу. Программа пилотируемых полётов в США была прервана на 32 месяца.

Расследование показало, что причиной катастрофы стало повреждение уплотнительного кольца правого твердотопливного ускорителя при старте. Повреждение кольца стало причиной прогорания отверстия в боку ускорителя, из которого в сторону внешнего топливного бака била реактивная струя.

В ходе выяснения всех обстоятельств вскрылись весьма неприглядные подробности о внутренней «кухне» NASA. В частности, про дефекты уплотнительных колец руководители NASA знали с 1977 года — то есть ещё с момента строительства «Колумбии». Однако на потенциальную угрозу махнули рукой, понадеявшись на американский «авось». В итоге всё кончилось чудовищной трагедией.

После гибели «Челленджера» меры были приняты и выводы сделаны. Доработка «шаттлов» не прекращалась все последующие годы, и к концу проекта это были уже, по сути, совсем другие корабли.

На смену погибшему «Челленджеру» был построен «Индевор», который был принят в эксплуатацию в 1991 году.

Шаттл «Индевор». Фото: Public Domain

От «Хаббла» до МКС

Нельзя говорить только о недостатках «шаттлов». Благодаря им, в космосе впервые были осуществлены работы, которые ранее не проводились, — например, ремонт вышедших из строя космических аппаратов и даже их возвращение с орбиты.

Именно «шаттл» «Дискавери» доставил на орбиту ныне знаменитый телескоп «Хаббл». Благодаря «челнокам», четырежды на орбите проводился ремонт телескопа, что позволило продлить его работу.

На «шаттлах» на орбиту выводились экипажи численностью до 8 человек, притом что одноразовые советские «Союзы» могли поднимать в космос и возвращать на Землю не более 3 человек.

В 1990-х годах, после того как был закрыт проект советского корабля многоразового использования «Буран», американские «шаттлы» стали совершать полёты к орбитальной станции «Мир». Большую роль эти корабли сыграли и при строительстве Международной космической станции, доставляя на орбиту модули, не имеющие своей двигательной установки. Также «шаттлы» осуществляли доставку на МКС экипажей, продовольствия и научного оборудования.

Дорогой и смертельно опасный

Но, несмотря на все достоинства, с годами стало очевидно, что от недостатков своих «челноки» не избавятся никогда. Буквально в каждом полёте астронавтам приходилось заниматься ремонтом, устраняя неполадки различной степени тяжести.

Ни о каких 25-30 полётах в год к середине 1990-х речи уже не шло. Рекордным для программы остался 1985 год с девятью полётами. В 1992 и 1997 годах удалось совершить 8 полётов. Об окупаемости и прибыльности проекта в NASA давно уже предпочитали молчать.

1 февраля 2003 года космический корабль «Колумбия» завершал 28-ю экспедицию в своей истории. Эта миссия проводилась без стыковки с МКС. В 16-суточном полёте участвовал экипаж из семи человек, включая первого израильского астронавта Илана Рамона . Во время возвращения «Колумбии» с орбиты с ней пропала связь. Вскоре видеокамеры зафиксировали в небе стремительно несущиеся к Земле обломки корабля. Все семь астронавтов, находившихся на его борту, погибли.

В ходе расследования было установлено, что при старте «Колумбии» кусок теплоизоляции кислородного бака ударил по левой плоскости крыла «челнока». Во время спуска с орбиты это привело к проникновению внутрь конструкций корабля газов с температурой в несколько тысяч градусов. Это привело к разрушению конструкций крыла и дальнейшей гибели корабля.

Таким образом, две катастрофы «челноков» унесли жизни 14 астронавтов. Вера в проект была окончательно подорвана.

Последний экипаж шаттла «Колумбия». Фото: Public Domain

Экспонаты для музея

Полёты «шаттлов» были прерваны на два с половиной года, а после их возобновления было принято принципиальное решение о том, что программа в ближайшие годы будет окончательно завершена.

Дело было не только в человеческих жертвах. Проект «Спейс шаттл» так и не достиг тех параметров, которые планировались изначально.

К 2005 году стоимость одного полёта «челнока» равнялась 450 миллионам долларов, но с дополнительными затратами эта сумма достигала 1,3 миллиарда долларов.

К 2006 году общая стоимость проекта «Спейс шаттл» составила 160 миллиардов долларов.

Вряд ли кто-то в США смог бы поверить в это в 1981 году, но советские одноразовые корабли «Союз», скромные «рабочие лошадки» отечественной пилотируемой космической программы, выиграли у «шаттлов» соревнование в цене и надёжности.

21 июля 2011 года космическая одиссея «челноков» окончательно завершилась. За 30 лет они совершили 135 полётов, сделав в общей сложности 21 152 витка вокруг Земли и пролетев 872,7 миллиона километров, подняв на орбиту 355 космонавтов и астронавтов и 1,6 тысячи тонн полезных грузов.

Все «челноки» заняли своё место в музеях. «Энтерпрайз» выставлен в Морском и аэрокосмическом музее Нью-Йорка, в музее Смитсоновского института в Вашингтоне находится «Дисквери», «Индевор» нашёл приют в Калифорнийском научном центре в Лос-Анджелесе, а «Атлантис» встал на вечную стоянку в Космическом центре имени Кеннеди во Флориде.

Корабль «Атлантис» в центре им. Кеннеди. Фото: Commons.wikimedia.org

После прекращения полётов «шаттлов» Соединённые Штаты вот уже четыре года не имеют возможности доставлять на орбиту астронавтов иначе, чем при помощи «Союзов».

Американские политики, считая такое положение вещей для США недопустимым, призывают к форсированию работ по созданию нового корабля.

Хочется надеяться, что, несмотря на спешку, уроки, вынесенные из программы «Спейс шаттл», будут усвоены и повторения трагедий «Челленджера» и «Колумбии» удастся избежать.