Спейс Шаттл

Спейс Шаттл (англ. Space Shuttle, «космический челнок») — это многоразовая транспортная космическая система (МТКС), разработанная и эксплуатировавшаяся Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства США (NASA). Программа действовала с 1981 по 2011 год. Система состояла из трёх основных компонентов: орбитального корабля (крылатого аппарата с кабиной экипажа и грузовым отсеком), внешнего топливного бака (сбрасываемого) и двух твердотопливных ускорителей (частично многоразовых). «Спейс Шаттл» стал первым в мире космическим аппаратом, способным совершать посадку на взлётно-посадочную полосу, и первым многоразовым пилотируемым кораблём.

История создания

Предпосылки и концепция

Идея создания многоразового космического корабля возникла в США в конце 1960-х годов, после завершения программы «Аполлон». Разработка одноразовых ракет-носителей, таких как «Сатурн-5», была чрезвычайно дорогой. NASA и Министерство обороны США искали способ снизить стоимость вывода грузов на орбиту за счёт многократного использования дорогостоящих компонентов. В 1969 году президент Ричард Никсон одобрил начало работ над многоразовой системой.

Разработка и строительство

Основным подрядчиком по программе стала компания Rockwell International (ныне часть Boeing). Разработка двигателей RS-25 (Space Shuttle Main Engine) была поручена Rocketdyne. Твердотопливные ускорители проектировала компания Morton Thiokol. Внешний топливный бак изготавливался компанией Martin Marietta (ныне Lockheed Martin). Первый полёт шаттла «Колумбия» состоялся 12 апреля 1981 года (миссия STS-1). Всего за время программы было построено шесть орбитальных кораблей: «Энтерпрайз» (тестовый, без двигателей и теплозащиты), «Колумбия», «Челленджер», «Дискавери», «Атлантис» и «Индевор» (построен взамен погибшего «Челленджера»).

Устройство системы

Орбитальный корабль (Орбитер)

Орбитер представлял собой крылатый самолёт длиной 37,2 метра и размахом крыльев 23,8 метра. Он имел герметичную кабину для экипажа (до 8 человек) и большой грузовой отсек длиной 18 метров и диаметром 4,6 метра. Грузовой отсек оснащался дистанционным манипулятором «Канадарм» (создан Канадским космическим агентством) для работы с полезной нагрузкой. Теплозащита корабля состояла из тысяч керамических плиток и гибких матов, способных выдерживать температуру до 1650 °C при входе в атмосферу.

Внешний топливный бак

Внешний бак длиной 46,9 метра содержал жидкий водород и жидкий кислород для двигателей RS-25. Он был единственным одноразовым компонентом системы — после отделения бак сгорал в атмосфере. В последних миссиях бак был окрашен в белый цвет, но для снижения веса от окраски отказались, и он стал оранжевым (цвет изоляции).

Твердотопливные ускорители

Два боковых ускорителя длиной 45,5 метра обеспечивали около 80% тяги на старте. После отделения на высоте около 45 км они спускались на парашютах в океан, откуда их извлекали, перезаряжали и использовали повторно (до 20 раз каждый).

Полёт и эксплуатация

Процесс запуска

Стартовая масса системы составляла около 2000 тонн. Запуск производился со стартовых комплексов Космического центра Кеннеди (мыс Канаверал, Флорида). После зажигания двигателей RS-25 и твердотопливных ускорителей шаттл взлетал. Через две минуты ускорители отделялись, а внешний бак сбрасывался примерно через 8,5 минут после старта. Орбитер выходил на опорную орбиту высотой от 200 до 600 км.

Работа на орбите

Основные задачи шаттлов включали:

• Доставку и ремонт спутников (в том числе телескопа «Хаббл»).
• Сборку и снабжение Международной космической станции (МКС).
• Проведение научных экспериментов в условиях микрогравитации.
• Запуск межпланетных зондов (например, «Магеллан» и «Галилео»).

Посадка

Посадка производилась без двигателей — орбитер планировал с использованием аэродинамических качеств. Время снижения от орбиты до земли составляло около часа. Шаттл приземлялся на взлётно-посадочную полосу длиной 4,6 км (как правило, в Космическом центре Кеннеди или на авиабазе Эдвардс в Калифорнии). Посадочная скорость составляла около 350 км/ч.

Катастрофы и аварии

Катастрофа «Челленджера» (1986)

28 января 1986 года шаттл «Челленджер» (миссия STS-51-L) разрушился через 73 секунды после старта из-за разрушения уплотнительного кольца в одном из твердотопливных ускорителей. Погибли все 7 членов экипажа. Причиной стали низкие температуры воздуха при запуске, что привело к потере эластичности уплотнителей. После катастрофы программа была приостановлена на 32 месяца, а конструкция ускорителей была переработана.

Катастрофа «Колумбии» (2003)

1 февраля 2003 года шаттл «Колумбия» (миссия STS-107) разрушился при входе в атмосферу. Причиной стало повреждение теплозащиты на левом крыле, вызванное падением куска пенополиуретановой изоляции с внешнего бака при старте. Погибли все 7 членов экипажа. После этой катастрофы программа была вновь приостановлена. Полёты возобновились в 2005 году, но было принято решение о завершении программы.

Итоги программы

Статистика

Всего было выполнено 135 миссий (с 1981 по 2011 год). Два корабля потерпели катастрофы. Суммарное время полёта всех шаттлов составило более 1322 дней. На орбиту было доставлено более 1500 тонн грузов. Программа обошлась бюджету США в сумму около 200 миллиардов долларов (в ценах 2011 года).

Оценка эффективности

Изначально предполагалось, что многоразовость снизит стоимость вывода килограмма полезного груза на орбиту до 1000 долларов. В реальности стоимость составила от 10 000 до 20 000 долларов за килограмм, что оказалось сопоставимо с одноразовыми ракетами. Техническое обслуживание и ремонт орбитеров после каждого полёта требовали огромных ресурсов. Тем не менее, программа позволила выполнить уникальные задачи, недоступные одноразовым носителям: ремонт телескопа «Хаббл», сборку МКС и возвращение на Землю крупных грузов (например, спутников).

Наследие

После завершения программы в 2011 году шаттлы-ветераны («Дискавери», «Атлантис» и «Индевор») были переданы в музеи. «Энтерпрайз» также находится в музее. Внешний топливный бак и твердотопливные ускорители больше не производятся. Опыт, полученный при разработке и эксплуатации «Спейс Шаттл», был использован при создании новых американских кораблей, в частности, программы «Артемида» (корабль «Орион») и частных проектов (Crew Dragon компании SpaceX). В России многоразовые системы разрабатывались, но не были доведены до эксплуатации (например, проект «Энергия — Буран», совершивший один беспилотный полёт в 1988 году).

Источники

• NASA Space Shuttle Program: Final Report (2011).
• Jenkins, D. R. (2001). Space Shuttle: The History of the National Space Transportation System.
• Heppenheimer, T. A. (2002). The Space Shuttle Decision: NASA’s Search for a Reusable Space Vehicle.
• Отчёты комиссий по расследованию катастроф «Челленджера» (Rogers Commission Report, 1986) и «Колумбии» (Columbia Accident Investigation Board Report, 2003).