Пентагон «тяжело» глядит на космос

Космический транспорт

Сегодня никто не сомневается в том, что оборонные доктрины ведущих государств являются военно-космическими. Стратегическая американская концепция быстрого глобального удара, помимо всего прочего, предусматривает широкое развёртывание космических платформ запуска средств поражения. Не говоря уже о принципиальном наращивании спутниковой группировки обеспечения. Для отражения возможного контрудара постоянно совершенствуется комплексная программа ПРО.

В наши дни проникновение в дальний космос, заявленное в российской и американской перспективных космических программах, впрочем, как и деятельность в околоземном пространстве, неразрывно связаны с созданием надежных, экономичных, многофункциональных транспортных систем. Причём они должны быть пригодны для решения весьма широкого спектра гражданских и военных задач. В данном случае речь идёт о создании именно тяжёлых носителей, способных выводить на низкую орбиту сотни тонн полезного груза.

Базовым элементом американской космической ПРО, уже ставшей реальностью, послужит транспортная система, способная доставлять на орбиту Земли многочисленные боевые платформы, спутники наблюдения и управления. Она должна также обеспечивать профилактику и ремонт этих аппаратов непосредственно в космосе.

В общем, необходима система колоссальных энергетических возможностей. Ведь только одна боевая платформа с фторводородным лазером мощностью 60 МВт имеет расчётную массу 800 т. Но эффективность оружия направленной энергии может быть высокой только при условии развёртывания на орбите множества таких платформ. Ясно, что общий грузооборот очередной серии «звёздных войн» составит десятки тысяч тонн, которые необходимо систематически доставлять в околоземное пространство. Но и это далеко не всё.

Сегодня ключевую роль в использовании на Земле высокоточного оружия играют космические разведкомплексы. Это вынуждает и Соединённые Штаты, и Россию постоянно наращивать и совершенствовать свои орбитальные группировки. Причём высокотехнологичность космических аппаратов в то же время требует предусмотреть их орбитальный ремонт. В этой связи резонно спросить: какой собственно, тяжёлый космический транспорт следует разрабатывать и производить для указанных целей? Одноразовый, гибридный или всё-таки многоразового использования?

Выгодна ли многоразовость?

Разумеется, выгодна. При условии высокого темпа космической работы. Исследования показали, что использование одноразовых комплексов выгоднее многоразовой транспортной системы в программах с темпом запуска не более пяти пусков в год, при условии, что отчуждение земель под поля падения отделяющихся частей будет временным, а не постоянным, с возможностью эвакуации населения, скота и техники из опасных районов.

Эта оговорка связана с тем, что стоимость отчуждения земель под падение ступеней и обтекателей никогда в расчётах не учитывалась, потому что до последнего времени потери, с отторжением или даже с временной эвакуацией, никогда не компенсировались и трудно просчитывались. Между тем они составляют существенную часть затрат на эксплуатацию ракетных систем. При масштабах программы более 75 пусков за 15 лет преимуществом обладают многоразовые системы, причём экономический эффект от их использования возрастает с увеличением числа пусков.

Кроме того, переход от одноразовых средств выведения тяжёлых полезных нагрузок к многоразовым системам приводит к существенному сокращению объёмов производства техники. Так, при использовании в одной космической программе двух альтернативных систем потребное количество блоков сокращается в 4-5 раз, корпусов центрального блока - в 50 раз, жидкостных двигателей для второй ступени - в 9 раз.

Таким образом, экономия за счёт сокращения объёмов производства при использовании многоразовой ракеты-носителя примерно равна затратам на её создание.

Ещё в Советском Союзе произвели расчёты затрат на послеполётное обслуживание и ремонтно-восстановительные работы многоразовых систем. Использовались имеющиеся фактические данные, полученные разработчиками в результате наземных стендовых и лётных испытаний, а также эксплуатации планера орбитального корабля «Буран» с теплозащитным покрытием, самолётов дальней авиации, жидкостных двигателей многократного применения типа РД-170 и РД-0120. По результатам исследований, затраты на обслуживание и послеполётный ремонт составляют менее 30% от затрат на изготовление новых ракетных блоков.

Сегодня американцы для наращивания своей орбитальной группировки, в том числе со средствами долговременной эксплуатации, решили использовать гибридный транспорт. Речь идёт о тяжёлой ракете-носителе семейства Falcon - Falcon 9 Heavy частной компании Илона Маска.

Эта двухступенчатая ракета использует в качестве горючего керосин RP-1 и жидкий кислород - в качестве окислителя. Существует четыре модификации ракеты Falcon. Первая - Falcon 9 v1.0 запускалась пять раз в период с 2010 по 2013 год. Falcon 9 v1.1 стартовала 15 раз. Первый запуск Falcon 9 Full Thrust (FT) был осуществлён в декабре 2015 года. Эта модификация использует сверхохлаждённые компоненты топлива, что увеличило тягу двигателей на 30%. В мае 2018 года был осуществлён первый запуск ракеты-носителя, Falcon 9 Block 5. Данная модификация предполагает упрощение процедуры повторного использования первой ступени. Кроме того, её планируют использовать для перспективных пилотируемых полётов.

По состоянию на конец марта текущего года американцы осуществили 144 запуска этой ракеты, а в 104 случаях была выполнена посадка первой многоразовой ступени.

Первая ступень этой ракеты оснащена посадочными стойками, используемыми для стабилизации ракеты и мягкой посадки. После разделения первая ступень осуществляет торможение путём кратковременного включения трёх из девяти двигателей с целью обеспечить вход в плотные слои атмосферы на приемлемой скорости, а затем, уже возле поверхности, включается центральный двигатель, и ступень должна осуществить мягкую посадку.

Масса полезного груза, который способна поднять ракета Falcon Heavy, составляет 52 616 кг, и это приблизительно в два раза больше, чем могут поднять другие тяжёлые ракеты, такие как американская Delta IV Heavy, европейская Ariane и китайская Long March.

Секретный «самолёт»

Без сомнения, самой интересной программой по созданию американской многоразовой многофункциональной космической системы является программа разработки и испытаний космического самолёта Х-37.

Реализация программы X-37 началась ещё в 1999 году под руководством НАСА, т.е. это была гражданская программа, направленная в основном на создание фирмой Boeing орбитального аппарата для ремонта спутников. Дело в том, что орбитальный ремонт космической техники с успехом выполняли в своё время экипажи МТКК «Спейс Шаттл», которые, как и планировалось, должны были выводить в космос аппараты Х-37. Длина этого изделия 8,9 м, что в четыре раза меньше орбитальной ступени МТКК. Однако прекращение программы МТКК внесло существенные изменения и в программу Х-37.

Прежде всего, она стала чисто военной под эгидой ВВС, причём секретность её, даже по американским меркам, была и остаётся абсолютной. Из разрозненных открытых источников известно, что программа Х-37, получившая теперь обозначение Orbital Test Vehicle - OTV («Орбитальный экспериментальный аппарат»), предполагает разработку, лётные испытания и производство летательного аппарата, предназначенного для отработки новых систем орбитального управления и автоматического пилотирования, испытаний новых жаропрочных покрытий и других перспективных космических технологий.

Кроме того, суммируя информацию открытых источников и данные лётных испытаний, можно сделать вывод, что Х-37 способен осуществлять длительные орбитальные полёты в автоматическом режиме, в частности на геостационарной орбите (высота 36 000 км). Предполагают также, что Х-37 в принципе способен нести оружие для уничтожения орбитальных целей.

Как уже отмечалось, ТТХ Х-37 глубоко засекречены. Известно только, что его длина 8,9 м, высота - 2,9 м, размах крыла - 4,5 м, взлётная масса - около 5 т. Он способен нести полезную нагрузку до 900 кг. Кроме того, официально подтверждено, что на этом аппарате отрабатывается перспективный ионный двигатель. Мировое экспертное сообщество предполагает, на Х-37 может отрабатываться и перспективная электромагнитная двигательная установка, концепцию которой предложил в 1999 году британский учёный - изобретатель Роджер Шойер.

На сегодняшний день ВВС США осуществили шесть испытательных запусков корабля Х-37 - в апреле 2010 года (продолжительность полёта 224 суток); в марте 2011 г. (469 суток); в декабре 2012 г. (657 суток); в мае 2015 г. (718 суток), в сентябре 2017 г. (780 суток). Шестой полёт этого корабля начался 17 мая 2020 года.

Немного истории

Как ни странно, идея многоразовости проявилась ещё в 1920-е годы в придавленной Версальским договором Германии, которая объединила охваченную ракетной лихорадкой европейскую техническую общественность. В Третьем рейхе в 1932-1942 годах под руководством Эйгена Зенгера успешно разрабатывался проект ракетного бомбардировщика. Предполагалось создать самолёт, который, используя рельсовую стартовую тележку, разгонялся бы до высокой скорости, затем, включая собственный ракетный двигатель, поднимался за пределы атмосферы, откуда, совершая рикошетирующий полёт в плотных слоях атмосферы, достигал большой дальности действия. Аппарат, стартовавший из Западной Европы и приземлявшийся на территории Японии, предназначался для бомбардировки территории США. Последние сообщения об этом проекте были в 1944 году.

В 1950-х годах в США он послужил толчком к разработке проекта космического самолёта, который предшествовал ракетоплану «Дайна-Сор». В Советском Союзе предложения о разработке такого рода систем рассматривались Яковлевым, Микояном и Мясищевым в 1947 году, но развития не получили из-за ряда трудностей, связанных с технической реализацией.

С бурным развитием ракетной техники в конце 40-х - начале 50-х годов необходимость в завершении работ по пилотируемому бомбардировщику-ракетоплану отпала. В ракетной промышленности сформировалось направление крылатых ракет баллистического типа, которые, исходя из общей концепции их применения, нашли своё место в общей системе обороны СССР.

Но в CША исследовательские работы по ракетоплану поддерживались военными. В то время считалось, что обычные самолёты или самолёты-снаряды с воздушно-реактивными двигателями являются наилучшим средством доставки зарядов на территорию противника. Родились проекты по программе планирующих ракет «Навахо». Фирма «Белл Эйркрафт» продолжала исследования космического самолёта для того, чтобы использовать его не в качестве бомбардировщика, а как разведывательный аппарат. В 1960 году был заключён контракт с фирмой «Боинг» на разработку суборбитального разведывательного ракетоплана «Дайна-Сор», который предполагалось выводить ракетой «Титан-3».

Однако СССР вернулся к идее космических самолётов в начале 60-х годов и развернул работы в КБ Микояна сразу по двум проектам суборбитальных аппаратов. В первом предусматривался самолёт-разгонщик, во втором - ракета «Союз» с орбитальным самолётом. Двухступенчатая воздушно-космическая система именовалась «Спираль», или проект «50/50».

Орбитальный корабль-ракетоплан стартовал со спины мощного сверхзвукового самолёта-носителя Ту-95К на высоте 20-30 км. Ракетоплан «Спираль» на жидкостных ракетных двигателях достигал околоземной орбиты, а, выполнив там все запланированные работы, возвращался на Землю, планируя в атмосфере, и садился на аэродром. Функции этого компактного летающего космического корабля-аэроплана были значительно шире, чем только работа на орбите. Натурная модель ракетоплана совершила несколько полётов в атмосфере.

Советский проект предусматривал создание аппарата массой более 10 тонн со складывающимися консолями крыла. Опытный вариант аппарата в 1965 году был готов к первому полёту как дозвуковой аналог.

Для решения проблем теплового воздействия на конструкцию в полёте и управляемости аппарата на дозвуковых и сверхзвуковых скоростях были созданы летающие модели, которые получили название «Бор». Их испытания были проведены в 1969-1973 годах.