Наша страна вписала немало славных страниц в историю пилотируемой космонавтики; среди них есть поистине уникальные достижения. Но, если мы хотим не просто восторгаться (или ругать, есть такие...), неплохо бы как-то объективно оценить тот путь, что прошла техника пилотируемых космических полётов. А для этого сравнивать нужно вещи сравнимые.Вопросы классификации
В самом деле, никому же не приходит в голову оценивать по одним критериям, скажем, «болид» формулы «1» и карьерный самосвал. Однако же при разговорах о космических кораблях такое происходит сплошь и рядом. Но как можно сравнивать «Союз» с «Шаттлом»? Или с «Аполлоном»? А как оцепить разницу между «Союзом» и «Востоком»? Во многих областях техники развитие наглядно иллюстрируется сменой поколений. У всех, например, па слуху 5-е поколение многоцелевых самолётов-истребителей. А можно ли выделить поколения космических кораблей? Кстати - а почему, собственно, «кораблей»? Если, порывшись в библиотеках, поднять газеты 60-70-х гг. и посмотреть сообщения ТАСС о пилотируемых полётах, бросается в глаза, что речь идёт не просто о «космических кораблях» (сам термин появился много раньше), по о «космических кораблях-спутниках». Поскольку сообщения эти писались отнюдь не журналистами (которые, впрочем, в те времена были куда грамотнее), а людьми с большим количеством больших звёзд на погонах, лишних слов в них не было. Так почему именно «корабль-спутник»?
А что мы понимаем под словом «корабль» - будь то «воздушный корабль» или «корабль пустыни»? Что-то самостоятельно - и активно - движущееся. Предполагается, что и космический корабль движется - в отличие, например, от орбитальной станции. Но дело в том, что ЛЮБОЙ космический аппарат ДВИЖЕТСЯ! Орбитальная станция мчится по околоземной орбите с круговой - 1-й космической -скоростью. И даже геостационарный спутник, «стоящий» над оговорённой точкой экватора, всё равно движется по орбите, а «стоит» только потому, что угловая его скорость на этой самой орбите равна угловой скорости вращения Земли. И скорость, которую нынешние космические корабли могут самостоятельно развить, а это никак не более нескольких сотен метров в секунду, не сравнима со скоростью полёта по околоземной орбите (порядка 8 км/с)... Так что, конечно, спутник! А какие ещё типы (виды, классы...) космических кораблей можно назвать? Не тех, что в фильмах Дж. Лукаса или романах Д. Вебера, а тех, которые уже летали, летают или, по крайней мере, прочно обосновались не па страницах фантастических произведений, а на графических дисплеях конструкторов?
Помимо кораблей-спутников, уже сейчас можно выделить корабли лунные, летавшим представителем которых пока остаётся только «Аполлон». Они способны дойти с околоземной орбиты на окололунную и вернуться к Земле, и могут, как и «Аполлон», включать лунный посадочно-взлётный корабль (в этом случае оп и садится на поверхность Лупы), а могут и не включать, и тогда садяться на Луну целиком (этот вариант дальше технологических макетов не пошёл, но имеет определённые эксплуатационные преимущества). Далее, конечно, корабли воздушнокосмические - естественно, «Спейс шаттл»... А вот «Буран» к таковым может быть отнесён условно, но об этом чуть ниже.
Ну и - корабли (комплексы!) межпланетные (пока - марсианские), которые должны, как минимум, разогнаться с околоземной орбиты до второй космической скорости (а лучше больше), долететь до Марса, перейти па около-марсиапскую орбиту и через какое-то время вернуться обратно. Они, конечно, тоже могут включать марсианские посадочпо-взлётпые корабли и другие составные части, но главное - это энергодвигательный комплекс, который обеспечит собственно полёт. А сейчас поговорим о КС, космических кораблях-спутниках.
Первое поколе ие
Кораблями-спутниками первого поколения, естественно, следует считать советский «Восток» и американский «Меркурий». Они, по существу, должны были решить только одну задачу: доказать, что человека можно вывести па околоземную орбиту, он там сможет жить, и его можно вернуть па Землю живым и здоровым - всё, больше от них ничего пе требовалось. Первую задачу (выход на околоземную орбиту) решали пе сами корабли - за них это делали ракеты-носители, и эта черта, собственно, отделяет корабль-спутник (КС) от других типов космических кораблей.
Для посадки нужно было погасить ту самую скорость, до которой корабль разгоняли при старте. К счастью, у Земли есть достаточно плотная атмосфера, которая и стала «тормозом». Но тормозящий отсек КС нагревается до 6000° (эту величину можно сократить почти в три раза, но это научились делать позже), чего не выдержит никакой конструкционный материал - значит, нужна теплозащита. А перегрузка при этом достигает 9 g, — значит, конструкция спускающейся части должна быть прочной и, соответственно, и тяжёлой. Наконец, для того чтобы торможение атмосферы было эффективным, масса и габариты спускающейся части должны быть связаны между собой вполне определённым образом. Словом, сажать решили небольшую часть корабля, в которой оставить только человека и то, без чего не обойтись при посадке, и эту часть и закрыть мощной теплозащитой и рассчитать па
максимальные перегрузки. Эта часть КС получила название СА - спускаемый аппарат (сейчас чаще употребляют термин «возвращаемый»). Итак, «Восток» и «Меркурий» состояли из двух частей - спускаемого аппарата и того, что использовалось только в орбитальном полёте. Поскольку ни опыта создания такой техники, ни даже научной основы для этого ещё не было, СА входили в атмосферу простейшим способом - по баллистической траектории. Но па этом сходство кончалось. «Меркурий»-то, действительно, больше ничего не мог и не должен был. Его правильно называли даже не «кораблём», а «капсулой»: кроме СА, у него были только тормозные двигатели. «Восток» же, как теперь известно, делался в определённой унификации со спутником-фоторазведчиком «Зенит», от которого требовались пе только старт и посадка, но и точная ориентация, полёт заданной продолжительности и посадка не где придётся, а где надо... Спускаемый же аппарат для человека и для пяти фотоаппаратов различался лишь в деталях. В результате «Восток» оказался с немалым модер-низациоиным потенциалом: например, в том же СА удалось разместить не одного человека в скафандре, а двух (или трёх без скафандров)! Этот корабль получил название «Восход», и на околоземную орбиту он запускался уже другой, более мощной, ракетой. Последнее позволило увеличить стартовую массу и, в частности, добавить аварийную тормозную двигательную установку.
«Рабочие лошади»
Но С А «Восхода» по-прежнему был баллистическим, маневрировать па орбите корабль не мог, поэтому его тоже можно отнести к 1-му поколению. А вот как быть с «Джемини»? Второй американский пилотируемый КС предназначался прежде всего для отработки ряда технических систем, нужных для дальнейшего развития космической техники, в том числе и для лунной программы, главным образом -стыковки. Поэтому его снабдили двигателями и запасами топлива, а главное -достаточно совершенной и сложной системой управления, включающей бортовую ЭВМ и радиолокатор. Интересно отметить, что у создателей «Джемини» тоже были грандиозные планы по его дальнейшему использованию.
Во-первых, предполагалось сажать его не в океан, как это было реализовано, а... на посадочную полосу! Для этого спускаемый аппарат должен был оснащаться «крылом Рогалло» на надувном каркасе и трёхопорным колёсным шасси. Из космоса в гаком виде корабль не возвращался никогда, а вот «крыло Рогалло», правда уже па каркасе из алюминиевых груб, получило широчайшее распространение под названием «дельтаплан». Во-вторых, «Джемини» должен был стать составной частью орбитальной станции военного назначения МОЛ (MOL, Manned Orbiting Laboratory). В этом варианте корабль выполнил один беспилотный полёт, даже не космический, а суборбитальный,- проверялась работа теплозащиты с прорезанным в ней переходным люком. Рабочий отсек станции позднее вошёл составной частью в конструкцию первой американской орбитальной станции «Скайлэб». В-третьих, прорабатывались варианты присоединения к «Джемини» различных разгонных блоков, включая первый в мире водородный «Центавр», дабы получить высокоманёвренный пилотируемый корабль - военного, в первую очередь, назначения.
Наконец, для подстраховки программы «Аполлон» прорабатывался и вариант полёта «Джемини» па Луну! Но СА остался баллистическим (собственно, он повторял форму «Меркурия», только был в полтора раза больше). Получается, «Джемини» по своим возможностям - скорее, второе поколение; а вот по конструкции спускаемого аппарата - первое. «Поколение 1,5»? А вот «Союз» - это, без натяжек, второе поколение КС. Он тоже предполагался как платформа для отработки стыковки, но оказался «рабочей лошадью», которая тащит и советскую (российскую), и мировую космонавтику уже более 40 лет. У пего и точная ориентация, и сближающе-корректирующие двигатели многократного включения (что в момент их создания было большим новшеством), и СА, «скользящий» в атмосфере, что сокращает пагрев вдвое, а перегрузки - втрое (в английском языке «скользящий» и «планёр» - одно и то же слово, но, право, пе называть же «планёром» тело с аэродинамическим качеством 0,5!), и орбиталыю-бытовой отсек, радикально увеличивающий обитаемый объём... В результате «Союзы» обеспечивают работу орбитальных станций, могут выполнять автономные полёты (хотя за ненадобностью уже лет 25 этого не делали), стали основой для беспилотных грузовых «Прогрессов» и модулей дооспащения тех же орбитальных станций.
Челомеевский ТКС (транспортный корабль снабжения), хоть он ни разу и не летал в пилотируемом варианте, следует отнести к поколению «2,5» благодаря его возвращаемому аппарату (ВА): оп не только «скользящий», он ещё и многоразовый, и это, к вящему неудовольствию противников его экзотической особенности - переходного люка в лобовой теплозащите, подтверждено лётными испытаниями. Но в целом корабль, выполненный в размерах модуля орбитальной станции, оказался как бы «в стороне» от магистрального направления развития космического транспорта, сложившегося исходя из опыта эксплуатации тех же «Союзов», «Прогрессов», да и самого ТКСа как «грузовика».
Практика показала, что нужны аппараты двух типоразмеров: редко запускаемый тяжёлый и крупногабаритный, и меньший, но летающий чаще. А пилотируемый аппарат лучше иметь не первого типоразмера, а второго... ТКС же, по сути, состоял из двух автономных КА: в роли собственно пилотируемого корабля выступал В А, оснащённый для автономного полёта после отделения от корабля, а ФГБ - функционально-грузовой блок - предназначен, в первую очередь, для работы в составе орбитальной станции в качестве буксира, склада и вспомогательного энергоцентра... Что и обусловило «долгую счастливую» жизнь модулей па базе ФГБ в составе «Салюта-7», «Мира» и МКС. Да, а как же «Аполлон»? Об «Аполлоне» разговор отдельный: несмотря па то, что три корабля ходили к орбитальной станции «Скайлэб», несмотря па совместный полёт с «Союзом», «Аполлон» - прежде всего ЛУННЫЙ корабль, и его технические особенности нужно рассматривать именно с этой точки зрения. И спускаемый аппарат, «теряющийся» на фойе огромного двигательного отсека (в гаком виде «Аполлон» летал в четырёх перечисленных экспедициях) - это ведь пе весь корабль, а половина: в «полный» входит ещё лунный посадочный корабль (LEM — Lunar Excursion Module). К кораблям-спутникам 2-го поколения относится и пока проектирующийся космический корабль Индии, и успешно летающий китайский «Шеньчжоу». Собственно, это почти тот же «Союз», с «элементами идеологии» ТКСа: орбиталыю-бытовой отсек имеет собственные служебные системы, включая двигатели ориентации, и может летать после отделения от корабля самостоятельно.
Долгий путь к поколению «три» Третье поколение КС должно главным образом обеспечивать эксплуатацию орбитальных станций. Поэтому закладывалась максимальная пассажиро-вместимость (6-8 человек), возможность повторного или многократного использования спускаемого аппарата и минимизация отделяемых одноразовых частей. И история третьего поколения кораблей-спутников началась отнюдь не с обнародования проектов «Орион» и «Клипер»...
Первым из них стал... «Буран»! Называть его воздушно-космическим самолётом некорректно: па околоземную орбиту он выводился сверхтяжёлой ракетой-носителем (лишь перед первым испытательным пуском получившей «автономное» название «Энергия») и в процессе выведения никак не участвовал: ракета оснащена своей системой управления, а система управления корабля, как и у других КС, начинает работать после отделения от носителя. У «шаттла» же как система управления ВСЕМ комплексом, так и маршевые двигатели расположены па самом корабле, который, по сути, является ракетопланом с переразмеренными подвесным баком и стартовыми ускорителями.
Так что «Бурап» - огромный крылатый спускаемый аппарат, вместивший в себя все системы, необходимые для орбитального полёта. Поэтому, кстати, транспортная эффективность «Энергии» с «Бураном» НИЖЕ, чем «Шаттла»; но, с другой стороны, параллельное создание сверхтяжёлого носителя открывало совершенно новые возможности... по известным причинам оставшиеся на бумаге.
Второй могла бы стать «Заря», правительственное постановление о разработке которой в НПО «Энергия» было принято ещё в 1985 г. Первоначально все системы и агрегаты должны были размещаться в обводах спускаемого аппарата фарообразной «союзовской» формы. Доставляться к орбитальной станции и обратно должны были до восьми человек, посадка должна была осуществляться пе на парашютах, а па жидкостных ракетных двигателях. Перебрали несколько вариантов компоновки, остановились на следующем: множество развёрнутых от продольной оси небольших ЖРД, работающих па керосине и перекиси водорода, размещались по кольцу, в том месте, где коническая обечайка обшивки переходит в сферическое верхнее днище.
Топливные баки «размазали» под конической частью обшивки, по оси между ними осталось место для пассажиров или груза. По мере разработки выяснилось, что «утрамбовать» все агрегаты в спускаемый аппарат не получится, и добавился сбрасываемый перед посадкой агрегатный отсек с двигателями орбитального маневрирования. Однако работа над «Зарёй» была прекращена, и главной причиной считается боязнь ракетной посадки. Второе очевидное обоснование - развал СССР, убивший не только новый корабль. Но есть и третья причина: газодинамические расчёты и испытания показали, что при принятой компоновке двигательной установки под садящимся кораблём будет образовываться кратер с центральной горкой, на которой тот и опрокинется. Мысль об изменении компоновки ДУ разработчикам, видимо, прийти не успела...
Ещё раз «большая фара» всплыла почти через 10 лет в проекте спасательного корабля для орбитальных станций «Мир» и МКС. Схема напоминала окончательный вариант «Зари» - большой фарообразный СА и маленький агрегатно-двигательный отсек - по посадка предполагалась уже парашютная. Проект предлагался как альтернатива американским аппаратам того же назначения (которые позже дошли до модельных продувок) и пе получил финансирования...
История «Клипера» и «Ориона» прошла у пас на глазах. Но «Орион»-то ещё имеет немалые шансы полететь, хотя бы как средство снабжения МКС и тех орбитальных сооружений, которые, может быть, последуют за ней. А вот с «Клипером» получилось совсем печально.
«Внешней» и официальной причиной прекращения разработки стал отказ Европейского космического агентства участвовать в проекте крылатого СА, в который трансформировался первоначальный несущий корпус. Но ведь крылатый вариант появился не от хорошей жизни. С одной стороны, принятые проектно-конструкторские решения исключили использование преимуществ первоначальной аэродинамической компоновки (логичные в одноразовом «Союзе», они выглядят странно для многоразового корабля), а с другой - конструкторы не смогли решить задачу размещения парашютного контейнера!
Между тем, форма несущего корпуса, изначально предложенная для «Клипера», обладает, по крайней мере, двумя фу1 щаментальными преимуществами перед традиционными спускаемыми аппаратами.
Во-первых, СА традиционной формы имеют однозначную связь между продольными и в поперечными размерами, т.е. при том же поперечном габарите (который задаётся применяемым носителем) тем же остаётся и объём. В результате грузоподъёмность ракеты позволяет, например, увеличить вместимость корабля, ио дополнительных людей посадить уже некуда. Во-вторых, к новым КС предъявляется ещё одно требование: они должны использоваться и в составе комплексов для полёта к Луне и Марсу. Но при этом скорость входа в атмосферу возрастает на десятки процентов, а тепловой поток, нагревающий С А, -пропорционально квадрату скорости. И оказывается, что если для лунных экспедиций традиционная форма СА ещё проходит (правда, на пределе), то для марсианских она уже не годится -меняется сам механизм теплообмена, нужно не затупление, а, наоборот, заострение носовой части - и тут-то, как раз, форма «Клипера» оказывается вне конкуренции!
Как бы то ни было, «Клипер» не состоялся, и сегодня корабли следующего поколения разрабатываются по другой концепции.