Шаттл

Шаттл (от англ. shuttle — «челнок») — многоразовый транспортный космический корабль, предназначенный для доставки людей и грузов на околоземную орбиту и возвращения их на Землю. В отличие от одноразовых космических аппаратов, шаттл способен совершать многократные полёты, что в теории должно было снизить стоимость вывода грузов в космос. Наиболее известными реализованными программами шаттлов являются американская «Спейс шаттл» (Space Shuttle) и советская «Энергия — Буран». Термин также может применяться к некоторым экспериментальным и проектируемым многоразовым системам.

История создания

Американская программа «Спейс шаттл»

Идея создания многоразового космического корабля возникла в США в конце 1960-х годов, после завершения лунной программы «Аполлон». Основной целью было создание экономически эффективного средства для регулярных полётов на орбиту, способного заменить одноразовые ракеты-носители. В 1972 году президент Ричард Никсон одобрил программу разработки Space Shuttle.

Первый полёт шаттла «Колумбия» состоялся 12 апреля 1981 года. Программа включала пять построенных кораблей: «Колумбия», «Челленджер», «Дискавери», «Атлантис» и «Индевор» (построен взамен погибшего «Челленджера»). Всего за 30 лет эксплуатации было совершено 135 полётов.

Советская программа «Энергия — Буран»

В СССР работы по созданию собственного многоразового корабля начались в середине 1970-х годов. Программа получила название «Энергия — Буран» по названию сверхтяжёлой ракеты-носителя и самого орбитального корабля. В отличие от американского аналога, «Буран» был спроектирован как полностью автоматический аппарат, способный совершать посадку без участия пилотов.

Единственный полёт «Бурана» состоялся 15 ноября 1988 года в беспилотном режиме. Корабль совершил два витка вокруг Земли и успешно приземлился на аэродроме «Юбилейный» на Байконуре. Из-за распада СССР и экономических трудностей программа была закрыта в 1993 году.

Устройство и конструкция

Орбитальный корабль

Основным элементом шаттла является орбитальный корабль (орбитер) — самолётоподобный аппарат с треугольным крылом. Он оснащён:

• Герметичной кабиной для экипажа (до 7-8 человек) и грузовым отсеком (длиной около 18 метров, диаметром 4,6 метра).
• Теплозащитным покрытием из тысяч керамических плиток, способных выдерживать температуры до 1650 °C при входе в атмосферу.
• Тремя маршевыми жидкостными ракетными двигателями (SSME), работающими на жидком водороде и кислороде. Топливо подавалось из внешнего бака.
• Двумя двигателями системы орбитального маневрирования (OMS) для коррекции орбиты и схода с неё.
• Системой управления и аэродинамическими органами (рули высоты, элероны, руль направления).

Внешний топливный бак

Крупнейший элемент системы — внешний бак (External Tank, ET), содержащий жидкий водород и жидкий кислород для маршевых двигателей шаттла. Бак был одноразовым — он сбрасывался после выгорания топлива и сгорал в атмосфере.

Твёрдотопливные ускорители

Два твердотопливных ракетных ускорителя (Solid Rocket Boosters, SRB) крепились по бокам внешнего бака. Они обеспечивали около 80% стартовой тяги. После отделения на высоте около 45 км ускорители спускались на парашютах в океан, где их подбирали и после восстановления использовали повторно (до 20 раз).

Классификация и виды

Хотя термин «шаттл» чаще всего ассоциируется с конкретными программами, по конструктивным признакам можно выделить несколько типов многоразовых кораблей:

• Космоплан с крылом — орбитальный корабль, имеющий аэродинамические поверхности для планирования и посадки (Space Shuttle, «Буран», Dream Chaser).
• Капсула с парашютной посадкой — частично многоразовые аппараты, возвращающиеся на Землю без крыльев (Crew Dragon, Starliner). Их обычно не называют шаттлами, хотя они также выполняют функцию «челнока».
• Суборбитальные шаттлы — аппараты для кратковременных полётов на высоту до 100 км (SpaceShipOne, SpaceShipTwo).

Применение и задачи

Доставка грузов и экипажей

Основной функцией шаттлов была доставка на орбиту крупногабаритных грузов (спутников, модулей космических станций) и возврат грузов на Землю. Грузовой отсек позволял выводить объекты массой до 25 тонн. Шаттлы активно использовались для сборки и снабжения Международной космической станции (МКС).

Научные исследования

На борту шаттлов проводились эксперименты в условиях микрогравитации, астрономические наблюдения (например, с помощью обсерватории «Хаббл», выведенной на орбиту шаттлом «Дискавери»), биологические и материаловедческие исследования.

Ремонт и обслуживание спутников

Уникальной возможностью шаттлов была способность захватывать и ремонтировать спутники на орбите. Например, миссии по обслуживанию телескопа «Хаббл» (1993, 1997, 1999, 2002, 2009) позволили продлить его работу на десятилетия.

Катастрофы и критика

Катастрофа «Челленджера» (1986)

28 января 1986 года шаттл «Челленджер» разрушился через 73 секунды после старта из-за отказа уплотнительного кольца в одном из твёрдотопливных ускорителей. Все семеро членов экипажа погибли. Катастрофа привела к двухлетней приостановке полётов и серьёзным изменениям в конструкции и процедурах безопасности.

Катастрофа «Колумбии» (2003)

1 февраля 2003 года шаттл «Колумбия» разрушился при входе в атмосферу. Причиной стало повреждение теплозащиты на левом крыле, вызванное ударом куска пены с внешнего бака при старте. Погибли семеро астронавтов. После этой катастрофы программа Space Shuttle была завершена в 2011 году.

Экономическая неэффективность

Несмотря на идею многоразового использования, стоимость каждого полёта шаттла оказалась чрезвычайно высокой — около 1,5 миллиарда долларов (в ценах 2011 года). Сложность и длительность межполётного обслуживания (до нескольких месяцев) сводили на нет преимущества многоразовости. Кроме того, шаттлы не могли стартовать в плохую погоду и требовали огромной наземной инфраструктуры.

Наследие и будущее

Программа Space Shuttle завершилась в июле 2011 года последним полётом шаттла «Атлантис». С тех пор доставка астронавтов на МКС осуществлялась российскими кораблями «Союз», а с 2020 года — американскими Crew Dragon компании SpaceX.

Советский «Буран» после единственного полёта был законсервирован. Один из его лётных экземпляров был уничтожен в 2002 году при обрушении крыши монтажно-испытательного корпуса на Байконуре. Макет «Бурана» находится в парке культуры и отдыха имени Горького в Москве.

В настоящее время разработкой новых шаттлов занимаются частные компании (SpaceX Starship, Dream Chaser от Sierra Nevada Corporation) и государственные агентства (Китай, Индия). Современные проекты стремятся к полной многоразовости всех ступеней и снижению стоимости вывода грузов.

Интересные факты

• Шаттл «Дискавери» совершил наибольшее количество полётов — 39.
• «Буран» был способен совершать полностью автоматическую посадку в беспилотном режиме, что не удавалось американским шаттлам.
• При старте шаттла создавалась тяга около 30 миллионов ньютонов — больше, чем у любой ракеты того времени.
• Теплозащитные плитки шаттла изготавливались из кварцевого стекла и были настолько лёгкими, что их можно было удержать в руке.

Источники

• Дэвид М. Харланд, Лоренцо Тарквини. «Space Shuttle: The History of the National Space Transportation System» (2004).
• Борис Губанов. «Триумф и трагедия „Энергии“: размышления главного конструктора» (1998).
• NASA. «Space Shuttle Mission Archives» (официальные отчёты).
• РКК «Энергия». «Космический корабль „Буран“: техническое описание» (1989).
• Алексей Леонов, Валентин Глушко. «Буран: история создания» (журнал «Авиация и космонавтика», 1991).