X-37 и другие наследники Шаттла

Самый секретный

Пробыв на орбите 908 дней, 12 октября на Землю возвратился запущенный ещё в мае 2020-го американский беспилотный космический корабль Boeing X-37B. Аппарат в очередной раз побил собственный рекорд продолжительности полёта, который составлял 780 дней.

Пожалуй, этот проект сегодня представляет наибольший интерес со всех точек зрения - военной, технической и даже конспирологической. Беспилотный (пока что беспилотный) многоразовый корабль представляет собой уменьшенный вариант МТКК «Спейс Шаттл», причём программа эта глубоко засекречена. Из открытых источников известно только то, что длина аппарата 8,8 м, высота 2,9 м, размах крыла 4,5 м, масса выводимого полезного груза 4989 кг. Габариты грузового отсека - 2,1х1,2 м. Корабль оснащён одним двигателем Рокетдайн AR-2/3 и оборудован панелями солнечных батарей и литий-ионными аккумуляторами.

Согласно официальной информации Пентагона, это совместный проект Boeing и НАСА, разработанный по заказу Минобороны США. X-37B - экспериментальный орбитальный самолёт, предназначенный для тестирования технологий будущего. Самый интересный эксперимент, который планирует НАСА с помощью X-37B - преобразование энергии от космических лучей для использования на Земле. Солнечную энергию планируется переводить в микроволновое радиоизлучение.

Также на X-37B планируется изучить, как радиация влияет на семена, которые будут выращивать в космосе. Выращивание растений в космосе - важная задача космолётов будущего, поскольку это возобновляемая натуральная пища. Да и для обживания других планет надо изучить механизмы воздействия космической радиации на растения.

Но это - официальная информации, кроме того, корабль идеален для ведения космической разведки - в силу высокой манёвренности и способности постоянно менять орбиту. При этом надо учитывать способность аппарата проводить бомбардировку из космоса. Всего осуществлено шесть стартов X-37B.

Мертворождённые «братья»

Отметим, что американцы не первый год настойчиво разрабатывали тему многоразовости, применительно к космическим кораблям и экспериментальной многоразовой космической технике. Наиболее крупной американской программой создания многоразовых космических кораблей, осуществляемой параллельно «Спейс Шаттл», считается программа Reusable Launch Vehicle (RLV-космический корабль многоразового использования). С помощью технологии Single-Stage-To-Orbit планировалось существенно снизить стоимость вывода полезной нагрузки на орбиту и тем самым увеличить конкурентоспособность США на рынке коммерческого использования космоса.

Итогом программы должно было стать создание к 2004 году корабля многоразового использования, названного фирмой-разработчиком Lockheed Martin - VentureStar. Масса выводимого полезного груза, согласно оценкам, составляла 22,5 т. Стоимость программы оценивалась в 5,5 млрд долларов.

Одной из основных особенностей проекта является используемый линейный ЖРД с внешним расширением. Эта схема разрабатывается фирмой Rocketdyne (теперь - Boeing North American - Rocketdyne) с середины 1960-х. Rocketdyne предложил такой ЖРД для использования на космическом корабле Шаттл, но двигатель был отвергнут, так как технология была признана в то время слишком незрелой. С тех пор Rocketdyne выполнила 73 лабораторных и наземных испытательных запуска, во время которых двигатель проработал более чем 4000 секунд.

В то время как сопло обычного ЖРД оптимизировано для определённого режима работы и не может одинаково эффективно работать в широком диапазоне высот и давлений - от старта до выхода на орбиту, новый двигатель использует атмосферу как часть сопла, и поток воздуха сам оптимизирует факел. Линейный ЖРД позволяет осуществлять управление вектором тяги в одной плоскости (по тангажу) без отклонения его оси путём создания разности тяги верхней и нижней половин (до +/-15%). Это позволяет отказаться от его подвижной подвески. К тому же, линейный ЖРД на 75% меньше обычного с аналогичной тягой, что ещё более снижает массу двигателя, корабля и топлива, уменьшая стоимость вывода полезной нагрузки.

В 1997 году началась серия испытаний линейного двигателя в полёте со скоростью от 0,8 до 3М на высотах от 6 до 24 км. На летающей лаборатории НАСА был установлен контейнер Linear Aerospike SR-71 Experiment. Контейнер длиной 12,3 м представлял собой модель атмосферного корабля X-33 в масштабе 1:10 с 8 секциями двигателя, газообразным водородом, гелием (для «холодного» запуска) и измерительным оборудованием общим весом 5,8 т. Имеющегося топлива хватало для 2-3 секунд работы двигателя с тягой до 2800 килограммов.

Однако существенное урезание бюджета НАСА на 2000 год больше всего затронуло именно программы по многоразовым аэрокосмическим кораблям. Корабль VentureStar так и остался «на бумаге». Тем не менее, ещё в 1996 году ВВС приступили к работе по ракетному самолёту X-34, который создавался также по программе RLV для проверки выполнимости запуска небольших коммерческих и научных полезных грузов на борту VentureStar.

В июне 1996 года компания Orbital Sciences Corporation получила 60 млн долл. на проектирование, создание и испытания X-34. Этот корабль должен был летать при любых погодных условиях, приземляться в автономном режиме и иметь необходимые средства аварийной эвакуации экипажа. Запуск его предполагалось осуществлять с помощью самолётов L-1011, а после набора необходимой высоты должен был включаться собственный ракетный двигатель X-34, разгоняющий аппарат до скорости 8 Махов и высоты в 75 км.

Согласно предварительному контракту, предусматривалось только два испытательных полёта, но уже тогда было понятно, что, возможно, потребуются и дополнительные испытания. В конце 1998 года НАСА и фирма-разработчик договорились о проведении 25 дополнительных испытательных полётов X-34.

В марте 1999 года закончились полномасштабные испытания двигателя для X-34 на стенде Космического центра имени Стенниса в Миссисипи. Двигатель Fastrac, разработанный в космическом центре НАСА имени Маршалла проработал в течение 20 секунд. Тяга составила 267 тонн. Двигатель, использующий керосин и жидкий кислород, оказался очень экономичен. Перед установкой на X-34 планировалось провести до 85 испытаний двигателя Fastrac.

Однако 1 марта 2001 года НАСА объявило о прекращении финансирования работ в рамках программы X-34.

Ещё за год до этого многим стало ясно, что НАСА не справляется с проектом, переоценив возможности современных технологий. Так, газета Washington Post сообщала, что программа X-34 увязла в проблемах и «слишком амбициозна». Невысокие характеристики линейного ЖРД, неустойчивость клинообразного летательного аппарата при разных скоростях полёта, а также «перебор» по массе конструкции буквально замучили проектантов. Сильнейшая оппозиция программе со стороны других подрядчиков, ведущих альтернативные разработки, в конце концов, вынудила НАСА принять решение: программа «РЛВ» была полностью закрыта в пользу более конкурентных проектов.

Спасения ради

В середине 1990-х годов НАСА и Министерство обороны озаботились разработкой многоразового корабля - космоплана X-38, известного также под обозначением X-35 и X-CRV. Он представлял собой прототип спасательной «шлюпки» для экипажа МКС и мог использоваться в качестве транспортного корабля, выводимого в космос ракетой-носителем «Ариан-5».

Сама идея разработки космической спасательной «шлюпки» появилась ещё в 1970-х годах. Главной «изюминкой» нового проекта является использование параплана в качестве тормозящего и посадочного средства. Параплан позволяет осуществить управление посадкой с возможностью бокового манёвра на дальность до 1300 км.

Первые испытания параплана состоялись в 1996 году, а первые полёты X-38 на подвеске самолёта B-52 начались в феврале 1997 года. Спасательный космоплан X-38 не имеет собственных двигателей и представляет собой летательный аппарат с несущим корпусом. Возвращение на Землю должно проходить по той же схеме, как и возвращение «Спейс Шаттла». И только на завершающем этапе будет выпускаться параплан. На X-38 не предусматривалось ручного управления - процедуру входа в атмосферу и спуск предполагается полностью автоматизировать.

Габариты X-38: длина - 8,7 м, максимальный диаметр - 4,4 м, полная масса - 8163 кг. Количество спасаемых астронавтов - 6 человек. Система жизнеобеспечения рассчитана на четыре дня. Продолжительность эксплуатации в качестве модуля МКС - 4000 дней.

Испытания демонстрационной модели космоплана X-38 проводились в Лётно-исследовательском центре НАСА имени Драйдена, расположенном на территории базы ВВС Эдвардс (штат Калифорния). В марте 1998 года первую модель постигла неудача: во время самостоятельного полёта парашют-крыло был повреждён, и X-38 разбился. После этого было принято решение об укреплении конструкции. Уже в феврале 1999 года вторая модель, получившая условное обозначение V-132, была готова к испытаниям. От предшественницы новая модель отличается ещё и тем, что на ней установлена активная система управления полётом, которая позволит X-38 выполнять манёвры во время спуска.

Первый самостоятельный полёт второй модели состоялся 6 февраля 1999 года. X-38 отделился от самолёта-носителя В-52 на высоте 6700 м. Несколько минут он находился в свободном полёте, после чего раскрылся параплан, и через 12 минут X-38 приземлился.

Полностью проверенный и готовый к использованию спасательный аппарат предполагалось пристыковать к МКС в 2003 или 2004 году. Однако резкое охлаждение американцев к самой программе МКС и решение Белого Дома о постепенной передаче деятельности США в ближнем космосе в руки частных компаний заморозило, а, точнее, полностью свернуло и эту программу.