Space Shuttle

Space Shuttle — это американская многоразовая пилотируемая транспортная космическая система, использовавшаяся Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) для доставки экипажей и грузов на околоземную орбиту. Система состояла из орбитального корабля (крылатого аппарата с ракетными двигателями), двух твердотопливных ускорителей и внешнего топливного бака. Программа Space Shuttle — единственная в истории, где аппарат сочетал пилотируемый старт с ракетой-носителем и возвращение на Землю в режиме планера.

История создания

Предпосылки

В 1960-х годах, после завершения программы «Аполлон», NASA столкнулось с необходимостью создания экономически эффективного средства для регулярных полётов на низкую околоземную орбиту. Одноразовые ракеты-носители (например, «Сатурн-5») обладали высокой стоимостью запуска — до 500 миллионов долларов (в ценах 1969 года). В 1969 году президент США Ричард Никсон одобрил разработку многоразовой системы, способной снизить стоимость вывода грузов до 100–200 долларов за килограмм.

Разработка

В 1972 году NASA выбрало конфигурацию «Шаттла»: орбитальный аппарат с треугольным крылом, два твердотопливных ускорителя (SRB) и одноразовый внешний бак. Генеральным подрядчиком стала компания Rockwell International (ныне часть Boeing), двигатели RS-25 (ранее SSME) разработала Rocketdyne. Первый прототип — «Энтерпрайз» — совершил атмосферные испытания в 1977 году. Первый орбитальный полёт состоялся 12 апреля 1981 года (через 20 лет после полёта Юрия Гагарина): шаттл «Колумбия» стартовал с экипажем из двух человек и совершил посадку на базе ВВС Эдвардс.

Программа полётов

С 1981 по 2011 год было выполнено 135 миссий. Система использовалась для вывода спутников (в том числе телекоммуникационных и разведывательных), сборки и обслуживания космической станции «Мир» (в рамках программы «Шаттл-Мир»), участия в строительстве Международной космической станции (МКС) и научных экспериментов. С 1995 по 2002 год шаттлы осуществили 9 стыковок с «Миром», доставляя модули и американских астронавтов.

Завершение

Решение о свёртывании программы было принято в 2004 году после катастрофы «Колумбии» (2003). Основная причина — высокая стоимость (около 450 млн долларов за один полёт — в два раза дороже запланированного) и нереализованная задача снизить стоимость вывода груза. Последний полёт «Атлантиса» (STS-135) состоялся 8–21 июля 2011 года. С 2011 по 2020 год шаттлы не летали, а оставшиеся три орбитальных корабля были переданы в музеи.

Устройство

Орбитальный корабль

Орбитальный аппарат (OV) — многоразовый пилотируемый корабль длиной 37,3 м, размахом крыла 23,8 м и стартовой массой до 110 тонн. Конструкция — алюминиевый сплав и теплозащита из плиток (около 24 000 штук SiO₂, боросиликата и углеродного композита). Двигатели: три маршевых RS-25 (тяга 2,1 МН каждого) и два маневровых орбитальных двигателя (OMS). Кабина экипажа вмещала до 8 человек (стандартный экипаж — 5–7). Полезная нагрузка: грузовой отсек размером 18,3 × 4,6 м, способный вывести на орбиту до 24,4 тонн, а вернуть — до 19 тонн.

Твердотопливные ускорители (SRB)

Два ускорителя высотой 45,5 м и диаметром 3,7 м, с тягой 12 МН каждый. Топливо — перхлорат аммония (69 %), алюминий (16 %) и полибутадиен. Срабатывали на старте и отделялись через 2 минуты полёта на высоте ~45 км, падая в океан на парашютах и регенерируясь. SRB были восстановлены после каждого полёта и могли использоваться до 20 раз.

Внешний топливный бак (ET)

Одноразовый алюминиевый бак длиной 47 м и диаметром 8,4 м, содержащий жидкие кислород и водород (около 740 тонн). Бак сбрасывался через 8,5 минут после старта на высоте ~110 км и сгорал в атмосфере. Это единственный нерегенерируемый элемент системы.

Характеристики и особенности

Посадка

Space Shuttle — единственный пилотируемый космический аппарат, который садится как планер: двигатели не используются при посадке. Угол атаки при входе в атмосферу — 40°, скорость — до 28 000 км/ч. Длина посадочной полосы — не менее 4,6 км. Посадки осуществлялись на взлётно-посадочных полосах Космического центра Кеннеди (Флорида) или базы ВВС Эдвардс (Калифорния). В случае плохой погоды — альтернативные площадки (например, авиабаза Уайт-Сэндз в Нью-Мексико).

Теплозащита

Теплозащитная система (TPS) состояла из трёх типов плиток:

• Основа: керамические плитки из диоксида кремния (Reinforced Carbon-Carbon) — выдерживают до 1650 °C на носке крыла и носовом обтекателе.
• Средняя: низкотемпературные плитки (обычные и вакуумные) — до 650 °C.
• Фетровая: на верхних поверхностях — до 400 °C.

Повреждение плиток при запуске (как в катастрофе «Колумбии») могло привести к потере герметичности при входе в атмосферу.

Программы полётов и миссии

Катастрофы

«Челленджер» (28 января 1986 года)

Причина — разрушение уплотнительного кольца на правом ускорителе из-за низкой температуры (−2 °C). Прорыв пламени привёл к взрыву внешнего бака на 73-й секунде полёта. Погибли 7 членов экипажа. После этого программа была приостановлена на 32 месяца, внесены изменения в конструкцию SRB и процедуры запуска.

«Колумбия» (1 февраля 2003 года)

Причина — повреждение теплозащитной плитки на левой плоскости крыла при старте (отрыв куска пены от внешнего бака). При возвращении в атмосферу раскалённая плазма проникла внутрь крыла, что привело к разрушению корабля. Погибли 7 астронавтов. После этой катастрофы были введены дополнительные процедуры инспекции орбитального корабля на орбите, а также рекомендована отмена полётов к МКС без возможности ремонта на месте.

Значение для космонавтики

Space Shuttle позволил осуществить:

• Сборку МКС: 37 миссий по доставке модулей («Заря», «Юнити», «Дестини» и др.).
• Запуск космического телескопа «Хаббл» (1990) и 5 миссий по его обслуживанию.
• Вывод на орбиту спутников «Титан», «Магеллан», «Галилео».
• Проведение научных экспериментов в микрогравитации (лаборатория «Спейслэб» и модуль «Спейсхэб»).

Парк орбитальных кораблей

Сравнение с российским «Бураном»

В СССР с 1976 по 1988 год велась программа «Энергия — Буран». Космический корабль «Буран» (создан НПО «Молния» по заказу Министерства обороны СССР) был внешне схож с Space Shuttle, но имел принципиальные отличия:

• Буран совершал полёты в автоматическом режиме (экипаж не требовался). Space Shuttle — только пилотируемый.
• Буран выводился на орбиту с помощью сверхтяжёлой ракеты «Энергия» (центральный блок, четыре боковых ускорителя и нерегенерируемый бак), а не собственными двигателями.
• Буран не имел маршевых двигателей — они располагались на ракете «Энергия».
• Буран совершил единственный беспилотный полёт 15 ноября 1988 года (два витка) и не летал после распада СССР. Программа закрыта в 1993 году.

Применение в науке и промышленности

Space Shuttle предоставил уникальные возможности для орбитальных экспериментов. На его борту использовались:

• Спейслэб — многоразовая лабораторная капсула для биологических, материаловедческих и физических опытов.
• Спейсхэб — коммерческая лаборатория (модуль, созданный компанией Spacehab Inc.).
• Установка для экспериментов по выращиванию кристаллов, пайке в вакууме и наблюдениям Земли.

Шаттл также использовался для вывода межпланетных зондов (например, «Улисс» и «Магеллан»).

Критика и наследие

Недостатки

• Высокая стоимость: каждый полёт обходился в 450–500 млн долларов, что в 2–3 раза дороже запуска одноразовой ракеты «Протон» или «Фалкон-9».
• Безопасность: по два погибших экипажа из 135 миссий (1,5 % смертности) — крайне высокий показатель для пилотируемой космонавтики.
• Нереализованная экономика: многоразовость не снизила стоимость, так как замена плиток и ремонт ускорителей требовали больших затрат.
• Ограничения по грузу: выводил до 24 тонн, но не мог работать с грузами больше 15 м в длину без дополнительных адаптеров.

Наследие

Space Shuttle остаётся самой сложной пилотируемой космической системой в истории. Программа дала опыт сборки крупных орбитальных станций, ремонта спутников и работы в открытом космосе. Технологии шаттла (теплозащита, маневровые двигатели, системы стыковки) повлияли на разработку современных космических кораблей (например, Dragon 2 от SpaceX). В России опыт программы «Буран» позже использовался при создании перспективных транспортных кораблей, включая «Орёл».

Интересные факты

• Первый полёт «Колумбии» (STS-1) был одновременно первым пилотируемым стартом без предварительных беспилотных запусков (только атмосферные испытания).
• Шаттл «Дискавери» совершил 39 полётов — рекорд среди орбитальных аппаратов.
• Внешний бак шаттла был окрашен в белый цвет только в первых двух полётах; позже его не красили для экономии массы (сохраняли естественный цвет алюминия).
• В 1990 году шаттл «Колумбия» вывел на орбиту телескоп «Хаббл» — один из важнейших научных инструментов астрономии.
• В России Space Shuttle иногда называют «шаттл» (от англ. shuttle — челночный автобус, отражающий концепцию многоразового использования).

Источники

• Jenkins, D. R. (2001). Space Shuttle: The History of the National Space Transportation System. Voyageur Press.
• NASA (2004). Space Shuttle System. NASA Facts.
• Heppenheimer, T. A. (2002). The Space Shuttle Decision. NASA SP-4221.
• Шустов, Б. М. (2010). Космические аппараты многоразового использования. М.: Знание.
• «Буран: история и факты» // Роскосмос, 2008.