Программа Space Shuttle

Space Shuttle — это американская многоразовая транспортная космическая система (МТКС), созданная Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) и эксплуатировавшаяся с 1981 по 2011 год. Программа Space Shuttle (Космический челнок) стала первой в мире реализованной программой пилотируемых космических кораблей многоразового использования, предназначенных для доставки экипажей и грузов на низкую околоземную орбиту, выполнения научных экспериментов, сборки и обслуживания орбитальных станций, а также вывода на орбиту спутников и межпланетных зондов.

История

Предпосылки и разработка

В конце 1960-х годов, после успешного завершения программы «Аполлон», перед NASA встала задача создания более экономичной и универсальной транспортной системы для регулярных полётов на орбиту. Ключевым требованием было снижение стоимости вывода грузов за счёт многократного использования элементов системы. В 1972 году президент США Ричард Никсон одобрил начало разработки Space Shuttle. Основным подрядчиком стала компания Rockwell International (ныне часть Boeing), а главным двигателестроителем — Rocketdyne.

Конструкция шаттла была утверждена в 1972 году. Первый прототип «Энтерпрайз» (OV-101) совершил атмосферные испытания в 1977 году, однако он не был оснащён двигателями и теплозащитой для космических полётов. Первый полноценный орбитальный полёт состоялся 12 апреля 1981 года на корабле «Колумбия» (миссия STS-1).

Эксплуатация

Программа Space Shuttle включала 135 миссий, из которых 133 были успешными. Основные этапы эксплуатации:

• 1981–1986 — период становления и активного использования, включая первые коммерческие запуски спутников и научные экспедиции.
• 1986–1988 — приостановка полётов после катастрофы «Челленджера» (28 января 1986 года, миссия STS-51-L), которая унесла жизни семи астронавтов. Причиной стало разрушение уплотнительного кольца твердотопливного ускорителя.
• 1988–2003 — возобновление полётов, строительство и обслуживание Международной космической станции (МКС), запуск космического телескопа «Хаббл» (1990) и его ремонтные миссии.
• 2003–2011 — приостановка после катастрофы «Колумбии» (1 февраля 2003 года, миссия STS-107), вызванной повреждением теплозащиты левого крыла при старте. После расследования программа была возобновлена с усиленными мерами безопасности, но в 2004 году президент Джордж Буш объявил о завершении эксплуатации шаттлов к 2010 году (позднее продлено до 2011 года).

Последняя миссия Space Shuttle — STS-135 на корабле «Атлантис» — состоялась 8–21 июля 2011 года. После этого программа была официально закрыта.

Конструкция

Система Space Shuttle состояла из трёх основных компонентов:

Орбитальный аппарат (Orbiter)

Это пилотируемый космический корабль, имеющий форму самолёта с треугольным крылом. Он был способен нести до 7 членов экипажа и до 25 тонн груза. Орбитальный аппарат оснащался тремя жидкостными ракетными двигателями RS-25 (Space Shuttle Main Engine), работавшими на жидком водороде и кислороде. Теплозащита состояла из тысяч плиток из кремнезёмного волокна, способных выдерживать нагрев до 1650 °C при входе в атмосферу. Всего было построено пять орбитальных аппаратов: «Колумбия» (разбилась в 2003), «Челленджер» (разбился в 1986), «Дискавери», «Атлантис» и «Индевор» (построен взамен «Челленджера»).

Твердотопливные ускорители (SRB)

Два боковых ускорителя на твёрдом топливе обеспечивали около 80% тяги на старте. Они были крупнейшими твердотопливными ракетными двигателями в истории, длиной около 45 метров и диаметром 3,7 метра. После отделения на высоте около 45 км ускорители спускались на парашютах в океан, где их подбирали специальные суда для повторного использования (до 20 раз).

Внешний топливный бак (ET)

Этот огромный бак (высота 47 метров, диаметр 8,4 метра) содержал жидкий водород и кислород для двигателей орбитального аппарата. В отличие от ускорителей, бак сбрасывался после выгорания топлива и сгорал в атмосфере — он был единственным не многоразовым элементом системы.

Характеристики

• Стартовая масса — около 2 000 тонн (включая груз и топливо).
• Грузоподъёмность на орбиту — до 25 тонн (в грузовом отсеке длиной 18 метров и диаметром 4,6 метра).
• Возвращаемый груз — до 14 тонн.
• Высота орбиты — от 185 до 643 км (в зависимости от миссии).
• Экипаж — от 2 до 8 человек (стандартно 5–7).
• Продолжительность полёта — до 16 суток (стандартно 7–14).
• Скорость на орбите — около 28 000 км/ч.

Применение

Программа Space Shuttle использовалась для широкого круга задач:

• Вывод спутников и зондов — шаттлы доставляли на орбиту коммерческие и военные спутники, а также межпланетные станции (например, «Магеллан» к Венере, «Галилео» к Юпитеру).
• Научные исследования — на борту проводились эксперименты в условиях микрогравитации, в том числе в лабораторном модуле «Спейслэб» (европейский модуль, устанавливавшийся в грузовом отсеке).
• Сборка и обслуживание МКС — с 1998 по 2011 год шаттлы доставили на станцию основные модули, фермы, солнечные батареи и оборудование. Они также выполняли смену экипажей и доставку грузов.
• Ремонт и обслуживание телескопа «Хаббл» — пять миссий (1993, 1997, 1999, 2002, 2009) позволили заменить приборы, гироскопы и аккумуляторы, существенно продлив срок службы телескопа.
• Эксперименты с космической медициной — изучалось влияние длительного пребывания в невесомости на организм человека.

Критика и недостатки

Программа Space Shuttle подвергалась критике по нескольким причинам:

• Высокая стоимость — первоначально предполагалось, что многоразовость снизит стоимость запуска до 10–20 млн долларов за полёт, однако реальная стоимость одного запуска составляла от 500 млн до 1,5 млрд долларов (с учётом разработки, обслуживания и послеполётных работ).
• Низкая надёжность — две катастрофы с гибелью экипажей (14 астронавтов) привели к потерям 2 из 5 орбитальных аппаратов. Уровень аварийности (1,5% на миссию) оказался выше, чем у одноразовых ракет.
• Сложность и дороговизна обслуживания — после каждого полёта требовалась длительная (до нескольких месяцев) проверка и замена тысяч теплозащитных плиток, а также капитальный ремонт двигателей.
• Ограниченная грузоподъёмность — шаттл не мог выводить грузы на геостационарную орбиту или к Луне без дополнительных разгонных блоков.

Наследие

Несмотря на недостатки, программа Space Shuttle стала важнейшим этапом в освоении космоса. Она позволила:

• Создать и обслужить МКС — крупнейший международный космический проект.
• Провести уникальные научные эксперименты, недоступные для автоматических аппаратов.
• Разработать технологии многоразовых космических систем, которые используются в современных проектах (например, Falcon 9 компании SpaceX).
• Вдохновить поколения инженеров и учёных.

После завершения программы орбитальные аппараты «Дискавери», «Атлантис» и «Индевор» были переданы в музеи (Смитсоновский музей, Космический центр Кеннеди, Калифорнийский научный центр соответственно). Внешние топливные баки и твердотопливные ускорители больше не производятся.

Источники

• NASA Space Shuttle Mission Archives (официальные данные миссий)
• Jenkins, Dennis R. «Space Shuttle: The History of the National Space Transportation System» (2001)
• Heppenheimer, T. A. «The Space Shuttle Decision: NASA’s Search for a Reusable Space Vehicle» (1999)
• Отчёты комиссий по расследованию катастроф «Челленджера» (Rogers Commission Report, 1986) и «Колумбии» (Columbia Accident Investigation Board Report, 2003)
• Encyclopedia Astronautica (справочные данные по ракетно-космической технике)