Что это? Отрывок из фантастического рассказа о «звездных войнах»? Такого рода произведения распространены на Западе. Но в данном случае таким, по свидетельству американского еженедельника «Ю. С. ньюс энд Уорлд рапорт», представляется космос будущего пентагоновской военщине, лихорадочно осуществляющей планы милитаризации космоса. Особые надежды Пентагон связывает с космической системой «Спейс Шаттл».
Работы по созданию системы «Спейс Шаттл» («космический челнок») были начаты в США в 1972 году. В ее основу 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 ними.
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 конечном 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 °C. Теплозащитное покрытие состоит из 30 922 силикатных плиток, приклеенных к фюзеляжу и плотно подогнанных друг к другу.
Пока космические запуски были редкими, вопрос о стоимости ракет-носителей особого внимания не привлекал. Но по мере освоения космоса на него стали обращать все большее внимание. Стоимость ракеты-носителя в общей стоимости запуска космического аппарата бывает разная. Если носитель серийный, а космический аппарат, который он запускает, уникальный — 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.
Первые ракеты-носители создавались не как принципиально новые машины, а с использованием конструкций боевых баллистических ракет, которые проектировались как невозвращаемые машины. Но уже в 40-е годы делались отдельные попытки спасения отработанных ступеней ракеты с помощью парашютов. Несмотря на отдельные удачные попытки (в случае небольших ракет), эта задача не была решена. Для приземления с малой скоростью (чтобы не повредить хрупкую конструкцию ракеты) потребовался бы огромный парашют, масса которого составляет 6–8 процентов от массы конструкции. А это бы привело к значительному снижению полезного груза или дальности полета ракеты. Предлагалось много других способов возвращения ступеней космических аппаратов для повторного использования, в том числе с помощью крыльев, но они оказались нежизненными в основном по экономическим соображениям. Ракетные ступени для повторного использования должны быть подвергнуты восстановительному ремонту, стоимость которого будет соизмерима со стоимостью новой ракеты, особенно если она серийная. Может оказаться, что после ремонта надежность ступени будет ниже, чем у новой, и следовательно, увеличится риск при запуске дорогостоящего космического аппарата. Экономические оценки показывают, что спасать обычные ракетные ступени пока экономически нецелесообразно. Как считают специалисты, выход из положения состоит в создании космических летательных аппаратов многократного применения. 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 трудно, главным образом из-за необходимого соотношения масс полезного груза и полной массы машины.
Одним из первых был такой вариант: самолет с воздушно-реактивным двигателем поднимает в воздух и разгоняет до большой скорости орбитальную ступень, которая так же, как и самолет-разгонщик, способна возвращаться на Землю и использоваться многократно. Такая схема весьма перспективна, но вопрос упирается в создание воздушно-реактивных двигателей, работающих до скорости два-три километра в секунду. По этой же причине не пошел и компромиссный вариант: самолет-раз-гонщик многократного использования несет на борту несколько ракетных ступеней с полезным грузом.
Затем появились множество других схем — двух- и трех-ступенчатые носители с самым различным сочетанием двигателей и принципов возвращения на Землю. Большинство из них оказалось или экономически невыгодными, или трудноосуществимыми в ближайшие годы.
Почему же в США все-таки был взят курс на создание космического корабля многоразового использования? Для этого надо вспомнить ситуацию, сложившуюся там в начале 70-х годов. В то время была завершена дорогостоящая престижная программа «Аполлон», главной целью которой была высадка человека на Луну. Примерно в то же время в СССР была завершена разработка орбитальной пилотируемой станции «Салют» и транспортных космических кораблей «Союз» для осуществления широкой программы исследований в интересах науки и народного хозяйства. Работа многочисленных экипажей космонавтов на станциях «Салют» явилась новым этапом планомерного и целеустремленного освоения космоса для практических нужд человека.
В США перед правительственными кругами встала проблема: «Что делать дальше в космической области?» Возникший было ажиотаж вокруг честолюбивых планов посылки экспедиции на Марс быстро угас. Оказалось, что се организация превышает технические и финансовые возможности страны. Корабль же «Аполлон», разработанный для полета на Луну, был слишком специализированным и дорогостоящим, чтобы его можно было использовать в качестве транспортного корабля для орбитальных станций. Именно поэтому станция «Скайлэб», созданная как «побочный продукт» в рамках программы «Аполлон», работала на орбите недолго. Корабль «Аполлон», который использовался для доставки космонавтов на ее борт, был мало приспособлен для этой цели. В такой обстановке было принято решение о разработке транспортного корабля «Шаттл». Многие специалисты были против столь дорогостоящего проекта. По его поддержал Пентагон.
Космический летательный аппарат «Шаттл» своего рода компромисс и в техническом и экономическом отношениях. Максимальный полезный груз, доставляемый «Шаттлом» на орбиту, — от 14,5 до 29,5 тонны, а его стартовая масса около 2 тысяч 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.
