Аппараты схемы «несущий корпус»

НАСА и ВВС США в 60-х годах предприняли исследования летательных аппаратов схемы «несущий корпус» с целью поиска оптимальной конструкции ракетного аэрокосмического самолета. ВВС начали исследования в 1961 г. программой «СТАРТ» (англ. START - Spacecraft Technology and Advanced Reentry Test - технология космического корабля и испытания перспективного способа входа в атмосферу). На следующем этапе под названием «ПРАЙМЕ» (англ. PRIME - Precision Recovery Including Manoeuvring Reentry - возвращение в заданную точку, включая маневрирование при входе в атмосферу) фирма «Мартин Мариетта» построила экспериментальный аппарат SV-5D, который совершил три успешных испытательных полета. На еще более позднем этапе программы «СТАРТ» был создан пилотируемый аппарат Х-24, рассчитанный на запуск с модифицированного бомбардировщика В-52 на высоте 13 700 м. Аппарат Х-24А (1969- 1971 гг.) развивал скорость 1610 км/ч и достигал высоты 21 600 м. В дальнейшем он был превращен в аппарат дельтавидной конфигурации.

Осуществление программы НАСА началось с создания в 1963 г. фирмой «Нортроп» несущего корпуса M2F1, в 1962-1967 гг. использовались аппарат M2F2 и другой вариант несущего корпуса HL-10 с носовым расположением кабины пилота. В конструкции обоих аппаратов предусматривалась ракетная двигательная установка.

Хотя варианты несущего корпуса рассматривались применительно к орбитальному кораблю системы «Шаттл», предпочтение было отдано схеме с дельтавидным крылом, обеспечивающей большие возможности по боковой дальности при спуске с орбиты. Проблема нагрева при входе в атмосферу была решена благодаря разработке керамического и углерод-углеродного теплозащитного покрытия для передних кромок и носка орбитального корабля.

Приобретение опыта

В США идея создания самолета с ракетным двигателем была впервые воплощена в аппарате Х-1, разработанном фирмой «Белл эйркрафт» для ВВС. Одновременно Главное авиационно-техническое управление ВМС заключило контракт с фирмой «Дуглас эйркрафт» на разработку турбореактивного трансзвукового самолета D-558-I («Скайстрик»), который рассматривался как альтернатива ракетного самолета.

Самолет Х-1 сбрасывался в воздухе с бомбардировщика В-29, тогда как D-558-I был рассчитан на взлет с земли. Более поздний вариант D-558-II был снабжен ракетными двигателями и сбрасывался в воздухе с самолета В-29.

14 октября 1947 г. Ч. Егер, летчик-истребитель, поднялся на остроносом самолете «Белл Х-1», подвешенном к бомбардировщику В-29, на высоту 11 277 м. Х-1 был сброшен над высохшим озером Роджерс в Калифорнии. Это был первый пилотируемый самолет, превысивший скорость звука. (Тридцать лет спустя орбитальный корабль «Энтерпрайз» системы «Шаттл» завершил испытательные полеты на той же самой полосе после отделения от самолета-носителя «Боинг-747».)

Следующий ракетный самолет (ракетоплан) Х-2 был предназначен для полетов на большей высоте и с большей скоростью, чем Х-1. На нем испытывалась на теплостойкость новая никелевая нержавеющая сталь (монель-К). 7 сентября 1956 г. капитан А. Кинчлоу достиг на самолете Х-2 высоты 35 403 м. Серия экспериментальных аппаратов X включала Х-1А, Х-1Е, Х-3, Х-4, Х-5 и XF-92A.

Следующим крупным шагом в развитии ракетных самолетов был аппарат Х-15, три экземпляра которого были построены фирмой «Норт америкен авиэйшн». Самолет совершил свой первый свободный полет в 1959 г. после отделения от подкрыльевого пилона бомбардировщика В-52. В июне 1962 г. он достиг высоты 76 200 м, а в августе 1963 г.- 107 900 м. Максимальная его скорость соответствовала числу Маха 6,7. Программа была завершена в октябре 1968 г. на 199-м полете.

Основным вкладом ракетопланов серии X в программу «Шаттл» было приобретение опыта полетов на большой высоте со сверхзвуковой скоростью. Характеристики самолета Х-15 при больших числах Маха позволили прогнозировать характеристики орбитального корабля. Аппараты серии X оказали решающее влияние на проект орбитального корабля.

«Спейс Шаттл» может вывести на орбиту до семи человек. Двое - командир и пилот, остальные - научно-технический персонал, состоящий из специалистов по операциям и специалистов по полезному грузу.

При полетах в космос и обратно на «Орбитере» экипаж не испытает столь больших перегрузок, как во время прежних полетов. Ускорение при выведении на орбиту не превышает 3g (трехкратное ускорение силы тяжести на поверхности Земли), а при возвращении - менее 1,5g. Поэтому в полет могут отправляться инженеры и ученые как мужчины, так и женщины, имеющие хорошее здоровье и прошедшие минимальную предполетную подготовку. Они могут не иметь опыта полетов на реактивных самолетах, подобно профессиональным астронавтам. Но они безусловно должны пройти полный цикл тренировок по освоению особенностей полета в космическом корабле, включая имитацию невесомости (в самолете и в бассейне). Вначале длительность полета «Орбитера» будет составлять не более 7 сут. В дальнейшем предполагается совершать полеты продолжительностью до 30 сут.

При возвращении на Землю космический самолет может производить боковые маневры влево и вправо от трассы входа в атмосферу на расстояние около 1600 км. Посадку он совершает как обычный самолет (но без использования тяги двигателей) со скоростью около 335 км/ч.

В Центре космических полетов им. Кеннеди для запусков космического корабля «Шаттл» используются две стартовые позиции.

«Спейс Шаттл» доставляется на стартовую позицию в вертикальном положении на подвижной пусковой платформе гусеничным транспортером, который устанавливает полностью собранное изделие над газоходами. Сам космический самолет пристыкован к огромному внешнему баку, расположенному между двумя твердотопливными ускорителями. Корабль опирается на пусковую платформу четырьмя опорами твердотопливных ускорителей. В основании платформы расположены коробообразные колонки заправки жидкого кислорода и жидкого водорода. Внешний бак заправляется топливом в последние часы перед полетом. В полностью подготовленном состоянии «Шаттл» может быть использован для проведения спасательной операции из состояния 24-часовой готовности. Время подготовки корабля 160 ч.

Проект «МОЛ»

Несмотря на лидирующую роль НАСА в развитии пилотируемых космических полетов, ВВС США предприняли разработку собственной пилотируемой космической программы «Джемини-В»/«МОЛ» (англ. MOL - Manned Orbiting Laboratory - пилотируемая орбитальная лаборатория). Аппарат «Джемини» представлял собой двухместный космический корабль, разработанный для НАСА и применявшийся им в середине 60-х годов при подготовке к полетам на Луну по программе «Аполлон». Аппарат выводился на орбиту ракетой-носителем «Титан-2».

По проекту ВВС предусматривалась модификация корабля «Джемини» при том же носителе с целью приспособления его для челночных операций, обеспечивающих функционирование станции «МОЛ», запускаемой отдельно.

НАСА провело экспериментальные исследования возможности возвращения корабля «Джемини» на сушу с помощью крыла-парапланера вместо парашютной посадки в океан, подобно аппарату «Меркурий». Предполагалось, что это крыло, изобретенное Ф. Рогалло из Научно-исследовательского центра в Лэнгли, будет размещаться в специальном отсеке и раскрываться после входа в атмосферу. Однако длительный цикл испытаний не дал обнадеживающих результатов, и эта схема была отвергнута. (Тем не менее энтузиасты дельта-планеризма приняли крыло Рогалло за основу своих технических решений.) Аппараты «Джемини» спускались на парашютах в океан, как и впоследствии аппараты «Аполлон». ВВС рассматривали применение парапланера в программе «Джемини-В»/ «МОЛ», однако отказались от него вслед за НАСА. Хотя проект «Джемини-В»/«МОЛ» выглядел многообещающим, ВВС отложили его в 1969 г. из-за неперспективности, недостаточной обоснованности и нехватки ассигнований, подобно проекту Х-20. Кроме того, некоторым оппонентам проекта казалось, что его реализация излишняя в свете предстоящей программы «Скайлэб», предложенной НАСА.

В пилотируемых полетах кораблей «Меркурий», «Джемини» и «Аполлон» преобладала гражданская направленность. Однако с появлением корабля «Шаттл» ВВС вошли в частичную кооперацию с НАСА по его использованию, и приблизительно треть всех планируемых полетов корабля стали военными. Организационная основа сотрудничества военного и гражданского ведомств по распределению транспортных средств доставки в космос и возвращения из космоса была заложена в начале 1969 г., когда космическая рабочая группа НАСА и представители командного состава министерства обороны были привлечены к планированию программы «пост-Аполлон». Несмотря на то что посадка на Луну еще была делом будущего, группе планирования стало ясно, что система «Аполлон» - «Сатурн», построенная на базе ракет-носителей и космических кораблей одноразового использования, имеет слишком высокую стоимость, чтобы применять ее после достижения поставленной цели - доставки астронавтов на поверхность Луны.

Рабочая группа пришла к выводу, что единственным рациональным направлением развития программы пилотируемых космических полетов является разработка транспортной системы многоразового использования. Аппараты, способные совершать до 100 полетов до капитального ремонта, могли бы обеспечить снижение стоимости космических операций на несколько порядков. Полагают, что стоимость выведения на орбиту одного фунта полезного груза можно снизить с 1000 до 20 долл. при использовании полностью многоразовой системы.

Прогнозируя на XXI в., космическая рабочая группа предложила структуру космической транспортной системы межпланетного масштаба. Такая система могла бы состоять из челночного корабля класса «Земля - орбита», буксира многоразового использования на химическом топливе для перемещения в космосе полезных грузов, доставленных челночным кораблем, ядерной космической ступени для перемещения полезных грузов, в том числе пилотируемых аппаратов, между орбитами Луны и планет, посадочных модулей для челночной доставки пассажиров и грузов с орбиты на поверхности Луны и планет и комплекса больших постоянно действующих космических станций на околоземных и окололунных орбитах. Объединение нескольких элементов этой системы позволило бы совершать межпланетные путешествия. Рабочая группа рекомендовала считать пилотируемый полет на Марс одной из задач новой системы в 80-е годы (ст. 15). Недостаточное финансирование ограничило дальнейшее выполнение этой грандиозной программы разработкой корабля «Шаттл», первый орбитальный полет которого состоялся 12-14 апреля 1981 г.