Глава 5. МНОГОРАЗОВЫЕ ТРАНСПОРТНЫЕ КОСМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ

5.1. ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ

Для того чтобы полезный груз (космический аппарат или пилотируемый космический корабль) мог выполнить свою задачу, его необходимо доставить с Земли на рабочую орбиту и в некоторых случаях после выполнения программы полета вернуть на Землю. Кроме того, в последнее время в связи с созданием долговременных орбитальных станций, разработкой перспективных космических программ по созданию в космосе больших развертываемых конструкций (радиотелескопы, солнечные электростанции, орбитальные исследовательские платформы) и уникальных оптических космических телескопов возникли требования по обслуживанию выводимых полезных грузов (ПГ) в целях выполнения монтажных, отладочных и регламентных работ. Для этого и предназначены транспортные космические системы (ТКС) как одноразового, так и многоразового применения.

В настоящее время в основном используются ТКС одноразового применения, состоящие из одноразовой РН для выведения ПГ на низкую околоземную орбиту, или РН и космического разгонного блока для выведения ПГ на высокие околоземные орбиты или траектории полета к планетам Солнечной системы.

Для возврата ПГ из космического пространства на Землю используются специальные СА, входящие в состав ПГ, оборудованные одноразовой тепловой защитой и средствами приземления парашютного или парашютно-реактивного типа.

При этом функциональные задачи ТКС по выведению ПГ на орбиту, как правило, возлагаются на РН и разгонные блоки, а по возврату - непосредственно на сам полезный груз. Такое построение современных ТКС определилось возможностями одноразовых РН.

На сегодняшний день потребность в решении задачи обслуживания применительна только к пилотируемым долговременным станциям. Эксплуатация в Советском Союзе долговременной орбитальной станции «Салют» с помощью КК «Союз» и «Прогресс» является примером успешного решения этой задачи.

Вполне естественно стремление к созданию ТКС, которые бы решили все функциональные транспортные задачи, а полезный груз мог бы создаваться исходя из требований выполнения основных целевых задач. Для сокращения стоимости и сроков создания полезных грузов, которые всегда стоили дороже средств выведения, желательно послабление требований по массе, габаритам и уровню наземной экспериментальной отработки, причем снижение первоначального уровня надежности в этом случае может быть компенсировано за счет обеспечения обслуживания и замены вышедших из строя функциональных частей непосредственно на орбите.

Быстрое развитие космической техники требует постоянного увеличения мощностей ракетно-космической промышленности для производства полезных грузов, что может быть достигнуто за счет сокращения производства средств выведения. Одним из реальных путей достижения этого является использование принципа многоразовости в их применении, скажем, по примеру современной транспортной авиации. Ведь сегодня никому не придет в голову предложить одноразовые транспортные самолеты для доставки грузов или пассажиров, какими бы совершенными и скоростными они не были.

При росте грузопотока материальные затраты и производственные мощности, необходимые для изготовления таких самолетов, нарастали бы пропорционально его росту.

Поэтому рост грузопотока Земля - космическое пространство- Земля ставит на повестку дня вопрос создания новой космической транспортной системы, обеспечивающей регулярные рейсы по перевозке грузов и экипажей.

В качестве примера рассмотрим многоразовую транспортную космическую систему (МТКС) «Спейс Шаттл» («Космический челнок»), практическая разработка которой началась в США с начала 70-х годов, а первый полет состоялся 12 апреля 1981 г. (экипаж Д. Янг и Р. Криппен) продолжительностью 54 ч 20 мин 52 с. Не все бесспорно и совершенно в этой системе с точки зрения желаемой идеальной МТКС. Это своеобразный полиатив между традиционными одноразовыми баллистическими ракетами и многоразовой системой, использующей авиационные принципы, являющейся этапом в создании МТКС, которая базируется на определенном уровне развития ракетно-космической техники США и использует исключительно благоприятные географические условия США с точки зрения обеспечения всеазимутального запуска и реализации спасения I ступени.

Конструктивно МТКС «Спейс Шаттл» (рис. 5.1) состоит из двух спасаемых твердотопливных ускорителей, являющихся фактически I ступенью, и орбитального корабля с тремя маршевыми кислородно-водородными двигателями и подвесным топливным отсеком, образующими II ступень, при этом топливный отсек является единственным одноразовым элементом всей системы. Предусматривается двадцатикратное использование твердотопливных ускорителей, стократное - орбитального корабля, а кислородно-водородные двигатели рассчитываются на 55 полетов.

Предполагается, что такая МТКС при стартовой массе 1995 - 2050 т сможет выводить на орбиту с наклонением 28,5° полезный груз массой 29,5 т, на солнечно-синхронную орбиту - 14,5 т и возвращать на Землю с орбиты полезный груз массой 14,5 т. Предполагается также, что количество запусков МТКС может быть доведено до 55 - 60 в год. В первом полете стартовая масса МТКС «Спейс Шаттл» составляла 2022 т, масса пилотируемого орбитального корабля при выведении на орбиту - 94,8 т, при посадке - 89,1 т.

Рис. 5.1. МТКС «Спейс Шаттл» (общий вид)

Разработка такой системы - весьма сложная и трудоемкая проблема, о чем говорит тот факт, что на сегодня оказались не выполненными заложенные в начале разработки показатели по общим затратам на создание системы, стоимости ее запуска и сроки создания. Так, стоимость возросла с 5,2 млрд. дол. (в ценах 1971 г.) до 10,1 млрд. дол. (в ценах 1982 г.), стоимость пуска - с 10,5 млн. дол. до 24 млн. дол. Не удалось выдержать срок и намечавшегося на 1979 г. первого экспериментального полета.

Министерство обороны США, в частности ВВС, является главным заказчиком МТКС «Спейс Шаттл».