Майбутнє космічних польотів: хто прийде на зміну «Спейс шаттлу» і «Союзу»

Історія

За часів холодної війни космос був однією з арен для боротьби між Радянським Союзом і США. Геополітичне протистояння наддержав - головний стимул в ті роки для розвитку космічної галузі. На здійснення програм освоєння космосу було кинуто величезну кількість ресурсів. Зокрема, на реалізацію проекту «Аполлон», головною метою якого була висадка людини на поверхню Місяця, уряд США витратив близько двадцяти п'яти мільярдів доларів. Для 70-х років минулого століття ця сума була просто гігантської. Місячна програма СРСР, якої так і не судилося здійснитися, обійшлася бюджету Радянського Союзу в 2,5 млрд. Рублів. Розробка вітчизняного космічного корабля багаторазового використання «Буран» коштувала шістнадцять мільярдів рублів. При цьому «Бурана» доля підготувала зробити лише один космічний політ.

Набагато більше пощастило його американському аналогу. «Спейс шаттл» скоїв сто тридцять п'ять запусків. Але американський шаттл виявився не вічний. Корабель, створений за державною програмою «Космічна транспортна система», 8 липня 2011-го року здійснив свій останній космічний старт, який завершився рано вранці 21-го липня того ж року. За час реалізації програми американці привели на світ шість «шатлів», один з яких був прототипом, ніколи не здійснювала космічних польотів. Два корабля і зовсім зазнали катастрофи.

Відрив від землі «Аполлона 11»

© NASA

З точки зору економічної доцільності програму «Спейс шаттл» навряд чи можна назвати успішною. Космічні кораблі одноразового використання виявилися набагато економічніше своїх, здавалося б, більш технологічно просунутих багаторазових побратимів. Та й безпеку польотів на «шаттлах» викликала сумніви. За час їх експлуатації, в результаті двох катастроф, жертвами стали чотирнадцять астронавтів. Але причина настільки неоднозначних підсумків космічних подорожей легендарного корабля полягає не в його технічному недосконалість, а в складності самої концепції космічних апаратів багаторазового використання.

У підсумку, російські космічні кораблі одноразового використання «Союз», розроблені ще в 60-і роки минулого століття, стали єдиним типом апаратів, які здійснюють нині пілотовані польоти на Міжнародну космічну станцію (МКС). Потрібно відразу відзначити, що це аж ніяк не говорить про їх перевагу над «Спейс шатлом». Кораблі «Союз», як і безпілотні «космічні вантажівки» «Прогрес», створені на їх базі, мають ряд концептуальних недоліків. Вони дуже обмежені в вантажопідйомності. А ще використання подібних апаратів призводить до накопичення орбітального сміття, що залишилося після їх експлуатації. Космічні польоти на кораблях типу «Союз» дуже скоро стануть частиною історії. У той же час, на сьогоднішній день, не існує реальних альтернатив. Величезний потенціал, закладений в концепції кораблів багаторазового використання, часто залишається технічно нереалізованим навіть в наш час.

Перший проект радянського багаторазового орбітального літака ОС-120 «Буран», запропонованого НВО "Енергія" в 1975 році і представляв собою аналог американського Space Shuttle

© buran.ru

Нові космічні кораблі США

У липні 2011-го року американський президент Барак Обама заявив: політ на Марс є новою і, наскільки можна вважати, головною метою американських астронавтів на найближчі десятиліття. Однією з програм, що здійснюються NASA в рамках освоєння Місяця і польоту на Марс, стала масштабна космічна програма «Сузір'я».

В її основі - створення нового пілотованого космічного корабля «Оріон», ракет-носіїв «Арес-1» і «Арес-5», а також місячного модуля «Альтаїр». Незважаючи на те що в 2010-му році уряд США прийняло рішення про згортання програми «Сузір'я», NASA отримало можливість продовжити розробку «Оріона». Перший безпілотний випробувальний політ корабля планується реалізувати в 2014-му році. Передбачається, що під час польоту апарат віддалиться на шість тисяч кілометрів від Землі. Це приблизно в п'ятнадцять разів далі, ніж знаходиться МКС. Після тестового польоту корабель візьме курс на Землю. В атмосферу новий апарат зможе входити зі швидкістю 32 тис. Км / год. За цим показником «Оріон» на півтори тисячі кілометрів перевершує легендарний «Аполло». Перший безпілотний експериментальний політ «Оріона» покликаний продемонструвати його потенційні можливості. Випробування корабля має стати важливим кроком до здійснення його пілотованого запуску, який намічений на 2 021-й рік.

Згідно з планами NASA, в ролі ракет-носіїв «Оріона» виступатимуть «Дельта-4» і «Атлас-5». Від розробки «Арес» було вирішено відмовитися. Крім того, для освоєння далекого космосу американці проектують нову надважких ракету-носій SLS.

«Оріон» - корабель частково багаторазового використання і концептуально знаходиться ближче до апарату «Союз», ніж до космічний човник «шаттл». Частково багаторазовими є більшість перспективних космічних кораблів. Така концепція передбачає, що після здійснення посадки на поверхню Землі житлову капсулу корабля можна буде повторно використовувати для запуску в космічний простір. Це дозволяє поєднати функціональну практичність багаторазових космічних кораблів з економічністю експлуатації апаратів типу «Союз» або «Аполло». Таке рішення-перехідний етап. Ймовірно, у віддаленому майбутньому всі космічні апарати стануть багаторазовими. Так що американський «Спейс шаттл» і радянський «Буран» в якомусь сенсі випередили свій час.

«Оріон» - багатоцільовий капсульний частково багаторазовий пілотований космічний корабель США, що розробляється з середини 2000-х років в рамках програми «Сузір'я»

© NASA

Схоже, слова «практичність» і «передбачливість» якнайкраще характеризують американців. Уряд США вирішив не звалювати всі свої космічні амбіції на плечі одного «Оріона». В даний час відразу кілька приватних компаній на замовлення NASA розробляють власні космічні кораблі, покликані замінити використовувані сьогодні апарати. В рамках «Програми розвитку комерційних пілотованих кораблів» (CCDev) компанія Boeing розробляє частково багаторазовий пілотований космічний корабель CST-100. Апарат призначений для здійснення коротких подорожей на навколоземну орбіту. Його головним завданням стане доставка екіпажу і вантажів на МКС.

Екіпаж корабля може становити до семи чоловік. При цьому, під час проектування CST-100 особлива увага була приділена комфорту астронавтів. Житловий простір апарату куди обширнішим кораблів минулого покоління. Запуск його, ймовірно, буде проводитися за допомогою ракет-носіїв «Атлас», «Дельта» або «Фалькон». При цьому, «Атлас-5» є найбільш підходящим варіантом. Посадка корабля буде здійснюватися за допомогою парашута і повітряних подушок. Згідно з планами компанії Boeing, в 2015-му році CST-100 чекає серія випробувальних запусків. Перші два польоту будуть безпілотними. Головна їх завдання-висновок апарату на орбіту і тестування систем безпеки. Під час третього польоту планується пілотована стикування з МКС. У разі успіху випробувань CST-100 дуже скоро буде здатний прийти на заміну російським кораблям «Союз» і «Прогрес», монопольно здійснює пілотовані польоти на Міжнародну космічну станцію.

CST-100 - пілотований транспортний космічний корабель

© Boeing

Ще одним приватним кораблем, який виконуватиме доставку вантажів і екіпажу на МКС, стане апарат, розроблений компаній SpaceX, що входить до складу Sierra Nevada Corporation. Частково багаторазовий моноблочний корабель «Дракон» розроблений за програмою NASA «Комерційна орбітальна транспортування» (COTS). Планується побудувати три його модифікації: пілотовану, вантажну і автономну. Екіпаж пілотованого корабля, як і в випадку з CST-100, може становити сім чоловік. У вантажній модифікації корабель братиме на борт чотири людини і дві з половиною тонни вантажу.

А в майбутньому «Дракон» хочуть використовувати і для польотів на Червону планету. Для чого розроблять спеціальну версію корабля - «Ред Драгон». Згідно з планами американського космічного керівництва, безпілотний політ апарату на Марс відбудеться в 2018-му році, а перший випробувальний пілотований політ корабля США розраховують здійснити вже через кілька років.

Одна з особливостей «Дракона» - його багаторазовість. Після здійснення польоту частина енергетичних систем і паливні баки будуть спускатися на Землю разом з житловою капсулою корабля і можуть бути знову використані для космічних польотів. Ця конструктивна здатність вигідно відрізняє новий корабель від більшої частини перспективних розробок. У найближчому майбутньому «Дракон» і CST-100 будуть доповнювати один одного і виступати в ролі «підстраховки». У разі, якщо один тип корабля з якоїсь причини не зможе виконувати поставлені перед ним завдання, інший візьме на себе частину його роботи.

Dragon SpaceX - приватний транспортний космічний корабель (КК) компанії SpaceX, розроблений на замовлення NASA в рамках програми «Комерційна орбітальна транспортування» (COTS), призначений для доставки корисного вантажу і, в перспективі, людей на МКС

© SpaceX

«Дракон» на орбіту вивели вперше в 2010-му році. Безпілотний випробувальний політ завершився успішно, і вже через кілька років, а саме 25 травня 2012-го року, апарат пристикувався до МКС. На кораблі до того моменту не було системи автоматичного стикування, і для її здійснення довелося використовувати маніпулятор космічної станції.

Цей політ розглядався в якості першої в історії стикування приватного корабля до Міжнародної космічної станції. Відразу обмовимося: чи «Дракон» та ряд інших космічних кораблів, що розробляються приватними компаніями, можна назвати приватними в повному розумінні слова. Наприклад, на розробку «Дракона» NASA виділило 1,5 млрд. Доларів. Інші приватні проекти також отримують фінансову підтримку з боку NASA. Тому мова йде не стільки про комерціалізацію космосу, скільки про нову стратегію розвитку космічної галузі, заснованої на кооперації держави і приватного капіталу. Колись секретні космічні технології, раніше доступні лише державі, відтепер - надбання ряду приватних компаній, залучених до сфери космонавтики. Обставина це - само по собі потужний стимул для зростання технологічних можливостей приватних компаній. До того ж такий підхід дозволив влаштувати в приватну сферу велику кількість фахівців космічної галузі, звільнених раніше державою в зв'язку з закриттям програми «Спейс шаттл».

Коли мова йде про програму розробки космічних кораблів приватними компаніями, чи не найбільший інтерес представляє проект компанії SpaceDev, який отримав назву «Дрім Чейзер». У його розробці також брали участь дванадцять партнерів компанії, три американські університети і сім центрів NASA.

Концепт багаторазового пілотованого космічного корабля Dream Chaser, що розробляється американською компанією SpaceDev, підрозділом Sierra Nevada Corporation

© SpaceDev

Цей корабель сильно відрізняється від всіх інших перспективних космічних розробок. Багаторазовий «Дрім Чейзер» зовні нагадує мініатюрний «Спейс шаттл» і здатний здійснювати посадку, як звичайний літак. І все одно основні завдання корабля схожі з завданнями «Дракона» і CST-100. Апарат послужить для доставки вантажів і екіпажу (до тих же семи осіб) на низьку навколоземну орбіту, куди він буде виводитися за допомогою ракети-носія «Атлас-5». В цьому році корабель повинен здійснити свій першої безпілотний політ, а до 2015-го планується підготувати до запуску його пілотовану версію. Ще одна важлива деталь. Проект «Дрім Чейзер» створюється на базі американської розробки 1990-х років - орбітального літака HL-20. Проект останнього став аналогом радянської орбітальної системи «Спіраль». Всі три апарати мають схожий зовнішній вигляд і передбачувані функціональні можливості. Звідси випливає цілком закономірне питання. Чи варто було Радянському Союзу згортати наполовину готову авіаційно-космічну систему «Спіраль»?

Що у нас?

У 2000-му році РКК «Енергія» почала проектування багатоцільового космічного комплексу «Кліпер». Цей багаторазовий космічний апарат, зовні чимось нагадує зменшений в розмірах «шаттл», передбачалося використовувати для вирішення найрізноманітніших завдань: доставка вантажу, евакуація екіпажу космічної станції, космічний туризм, польоти на інші планети. На проект покладалися певні надії. Як завжди, благі наміри накрилися мідним тазом відсутність фінансування. У 2006-му році проект був закритий. При цьому технології, розроблені в рамках проекту «Кліпер», передбачається використовувати для проектування «Перспективною пілотованої транспортної системи» (ППТС), також відомої як проект «Русь».

Крилатий варіант «Кліпер» в орбітальному польоті. Малюнок веб-майстри на основі 3D-моделі «Кліпер»

© Вадим Лукашевич

Саме ППТС (звичайно, це поки лише «робоче» назва проекту), як вважають російські фахівці, буде призначено стати вітчизняної космічної системою нового покоління, здатної замінити стрімко застарівають «Союзи» і «Прогресси». Як і у випадку з «Кліпер», розробкою космічного корабля займається РКК «Енергія». Базовою модифікацією комплексу стане «Пілотований транспортний корабель нового покоління» (ПТК НК). Його головним завданням, знову-таки, буде доставка вантажів і екіпажу на МКС. У віддаленій перспективі - розробка модифікацій, здатних здійснювати польоти на Місяць і виконувати тривалі дослідницькі місії. Сам корабель обіцяє стати частково багаторазовим. Житлова капсула може бути повторно використана після здійснення посадки. Двигательно-агрегатний відсік - немає. Цікава особливість корабля - можливість посадки без використання парашута. Для гальмування і м'якого приземлення на поверхню Землі буде застосовуватися реактивна система.

На відміну від «Союзів», які злітають з території космодрому «Байконур» у Казахстані, нові кораблі запускатимуть з нового космодрому «Східний», що будується на території Амурської області. Екіпаж складе шість чоловік. Пілотований апарат також здатний брати вантаж - п'ятсот кілограмів. У безпілотної версії корабель зможе доставляти на навколоземну орбіту «гостинці» посоліднее- вагою в дві тонни.

Одна з основних проблем проекту ППТС - відсутність ракет-носіїв, що володіють необхідними характеристиками. Сьогодні головні технічні аспекти космічного корабля опрацьовані, але відсутність ракети-носія ставить його розробників в досить скрутне становище. Передбачається, що нова ракета-носій стане технологічно близькою до «Ангарі», розробленої ще в 1990-і роки.

Макет ППТС на виставці МАКС-2009

© sdelanounas.ru

Як не дивно, але ще однією серйозною проблемою є сама мета проектування ППТС (читай: російська дійсність). Росія навряд чи зможе собі дозволити здійснення програм з освоєння Місяця і Марса, аналогічні за своїми масштабами тим, які втілюють в життя США. Навіть в разі успіху розробки космічного комплексу, швидше за все, його єдиною реальною завданням буде доставка вантажів і екіпажу на МКС. Але початок льотних випробувань ППТС відкладено до 2018-го року. До цього часу перспективні американські апарати, швидше за все, вже зможуть взяти на себе ті функції, які зараз виконують російські кораблі «Союз» і «Прогрес».

туманні перспективи

Сучасний світ позбавлений романтики космічних полетов- це факт. Звичайно, мова не йде про запуск супутників і космічному туризмі. За ці сфери космонавтики можна не турбуватися. Польоти на Міжнародну космічну станцію мають величезне значення для космічної галузі, але термін перебування МКС на орбіті обмежений. Станцію планується ліквідувати в 2020-му році. Сучасний пілотований космічний апарат - це, перш за все, складова частина певної програми. Немає сенсу розробляти новий корабель, не маючи уявлення про завдання його експлуатації. Нові космічні апарати США проектуються не тільки для доставки вантажів і екіпажів на МКС, а й з метою польотів на Марс і Місяць. Однак ці завдання настільки далекі від повсякденних земних турбот, що в найближчі роки нам навряд чи варто очікувати скільки-небудь значних проривів в області космонавтики.