Шаттл американский многоразовый космический корабль. Чем отличаются «Буран» и «Шаттл». Сравнение ТТХ. Ночной старт Дискавери

На написание этой статьи меня сподвигли многочисленные обсуждения в форумах и даже статьи в серьезных журналах,в которых я сталкивался со следующей позицией:

«США активно разрабатывают ПРО (истребители 5-ого поколения,боевых роботов и т.п.). Караул! Они же ведь не дураки, деньги считать умеют и не будут делать ерунду???»

Дураки не дураки, но махинаций, тупости и «попила бабла» у них всегда было выше крыши - стоит только присмотреться к мегапроектам США повнимательней.

Они постоянно пытаются создать чудо-оружие или такую чудо-технику, которая надолго посрамит всех врагов/конкурентов и заставит их трепетать от немыслимой технологической мощи Америки. Делают эффектные презентации, сыпят потрясающими воображение данными, поднимают огромную волну в СМИ.

Заканчивается же всегда все банально - успешным надувательством налоплательщиков в лице Конгресса, выбиванием огромных денег и провальным результатом.

Вот например, история программы Space Shuttle - одна из типичных американских погонь за химерой.

Здесь на всех этапах, от постановки задачи до эксплуатации, руководством НАСА была допущена серия грубейших ошибок/махинаций, которые привели в итоге к созданию фантастически неэффективного Шаттла, досрочному закрытию программы и похоронили разработку национальной орбитальной станции.

Как все начиналось:

В конце 60-х годов, еще до высадки на Луну, в США было принято решение урезать (а потом и закрыть) программу «Аполлон». Производственные мощности стали быстро сокращаться, сотни тысяч рабочих и служащих подлежали увольнению. Огромные расходы на Вьетнамскую войну и космическую/военную гонку с СССР подорвали бюджет США и надвигался один из сильнейших экономических спадов в их истории.

Финансирование НАСА урезалось все сильнее с каждым годом и будущее американской пилотируемой космонавтики оказалось под угрозой. В Конгрессе крепли голоса критиков, которые говорили, что НАСА бессмысленно пускает деньги налогоплательщиков на ветер в то время, когда недофинансируются важнейшие социальные статьи в бюджете страны. С другой стороны, весь свободный мир с замиранием сердца следил за каждым жестом светочей демократии и ждал эффектного космического разгрома тоталитарных русских варваров

В то же время было ясно, что СССР не собирается отказываться от соревнования в космосе и что даже успешная высадка на Луну не может стать поводом успокоиться на достигнутом.

Нужно было срочно решать, что делать дальше. Для этого под эгидой администрации Президента была создана специальная рабочая группа ученых, которая занялась выработкой дальнейших планов развития в американской комонавтики..

Тогдабыло уже очевидно, что СССР пошел по пути развития техники орбитальных станций (ОС), в то время как участие в лунной гонке активно отрицалось советским официозом.

так, в 1968 году на орбите были состыкованы «Союз-4» и «Союз-5» и совершен переход через открытый космос из одного корабляв другой. В ходе перехода космонавты отрабатывали действия по выполнению монтажных работ в космосе, а весь проект был разрекламирован как «первая в мире экспериментальная орбитальная станция». Вся мировая пресса была наполнена восхищенными откликами. Стыковку «Союзов» некоторые оценивали даже выше облета Аполлоном-8 Луны.

Столь большой резонанс воодушевилруководство СССР и в 69-ом был затеян полет сразу трех «Союзов». Двое должны были состыковаться, а третий полетать вокруг, делая эффектный репортаж. То есть, была явно задумана игра на публику. Но задуманное не вышло, подвела автоматика и состыковаться не удалось. Тем не менее, был получен ценный опыт взаимного маневрирования на орбите, проведен уникальный эксперимент по сварке/пайке в вакууме, отработано взаимодействие наземных служб с кораблями на орбите. Так что групповой полет был объявлен в целом успешным и после приземления космонавтов, на митинге, Брежнев уже официально заявил о том, что «орбитальные станции - магистральный путь в космонавтике».

Что могла противопоставить Америка? Вообще-то проект создания своей ОС начался в США еще задолго до этих событий, но он почти не двигался с места, так как все возможные ресурсы были направлены на обеспечение скорейшей высадки на Луну. Сразу после того, как А11 наконец побывал на Луне, вопрос о строительстве ОС встал в НАСА в полный рост.

Тогда в НАСА решили максимально быстро построить из имевшихся наработок ОС Skylab (в двух экземплярах), отменили две из последних высадок на Луну, высвободив ракеты Сатурн-5 подвывод на орбиту этих станций. В какой спешке строили «Скайлэб» и какая ерунда при этом получилась - это отдельная песня.

Худо-бедно, они на время прикрыли «дыру» в этом соревновании. Но в любом случае программа Скайлэббыла заведомо тупиковой, поскольку ракеты-носители необходимые для ее развития были уже давно сняты с производства, летать приходилось на остатках.

Что предложили

Тогда «Группой по планированию космической деятельности» было предложено в ближайшие годы (после полета Скайлэба) создать огромную орбитальную станцию, с экипажем в десятки человек и к ней многоразовый космический челнок, возящий грузы и людей на станцию и обратно. Основной упор был сделан на то, что планируемый челнок будет настолько дешевым в эксплуатации и надежным, что полеты человека в космос станут почти такими же рутинными и безопасными, как и полеты гражданских авиалайнеров.

(вот тогда русские мол и утрутся со своими керосиновыми одноразовыми ракетами)

Исходный проект НАСА по постройке челнока был вполне рациональным:

Они предложили сделать космическую транспортную систему, состоящую из двух крылатых полностью многоразовых ступеней: «Бустера» («Разгонщика») и«Орбитера».

Выглядело это так:один большой «самолет» везет на спине другой, поменьше. Полезная нагрузка была ограничена 11 тоннами (это важно!) . Главное предназначение челнока было - обслуживать будущую орбитальную станцию. Именно большая ОС могла бы создать достаточно большой грузопоток на орбиту и главное - с нее.

Размер «Бустера» должен был быть сравним с размерами Боинга-747 (где-то 80 метров длиной), а размер «Орбитера» - как Боинг-707 (около 40 метров). Обе ступени предполагалось оснастить самыми лучшими двигателями -кислород-водородными. После взлета«Бустер», разогнав «Орбитер» - отделялся бы на пол-пути и возвращался/планировал бы сам на базу.

Стоимость запуска такого челнока составила бы около 10 млн. долларов (в ценах тех лет), при условии достаточно частых полетов, 40-60 раз в год. (для сравнения, стоимость запуска лунного Сатурна-5 тогда составляла200 млн. долларов)

Естественно, что идея создать такой дешевый и простой в плане эксплуатации орбитальный транспорт пришлась в Конгрессе/Администрации по душе. Пусть экономика на пределе, негры громят города- но мы разок еще раз поднапряжемся, сделаем суперштучку -зато потом как залета-а-е-е-е-м!

Все это замечательно, но на создание только суперчелнока НАСА хотело 9 миллиардов долларов минимум, а правительство соглашалось выделить только 5, да и то только при условии активного участия в финансировании военных.А на большую станцию деньги вообще давать отказались, резонно посчитав, что уже выделенных миллиардов на программу 2-х станций Скайлэб, (которым еще только предстояло полететь) - вполне достаточно на тот момент.

Но в НАСА взяли под козырек и родилив итоге такой вариант:

Во-первых, для такого длинного бокового маневра потребовались мощные крылья, которые увеличили вес челнока. Кроме того, теперь челноку - «Орбитеру» не хватало внутренних топливных баков, чтобы вывести 30 тонн груза на орбиту. Пришлось прилепить к нему огромный внешний бак.Этот бак, естественно, пришлось сделать одноразовым (спустить неповрежденным с орбиты такую тонкостенную хрупкую конструкцию очень сложно). Кроме того, встала проблема создания мощнейших водородных двигателей, способныхподнять всю эту махину. В НАСА реалистично оценили возможности в этом плане и снизили требования по максимальной тяге к маршевым двигателям, приделав им в помощь два огромных твердотопливных ускорителя (ТТУ) по бокам. Вышло, что водородный «Бустер» вообще пропал из конфигурации, выродившись в дверакеты-переростка от «Катюши».

Так наконец сформировался проект Шаттла в его современном виде. При «помощи» военных и под видом удешевления и ускоренияразработки Насовцы изуродовали исходный проект до неузнаваемости. Тем не менее, он был успешно утвержден в 1972 году и принят к исполнению.

Забегая вперед, скажем, что даже на это убожество они все равно потратили далеко не 5 миллиардов, как обещали.Разработка Шаттлауже к 80-ому годуобошлась им в 10 милиардов (в ценах 77 года) или около 7 миллиардов в ценах 71-ого года. Заметим, что идея с созданием станции отодвинулась пока на неопределенный срок и поэтому под новый проект Шаттла придумали новые задачи.

А именно,назначение Шаттла по ходу перепланировали под якобы сверхдешевый запуск коммерческих и военных спутников - всех подряд, от легких до сверхтяжелых, а также возврат спутников с орбиты.

Тут правда возникла нехорошая заковыка.Спутников тогда просто не делали так много, чтобы окупить частые запуски огромной ракеты. Но наши смелые ученые не растерялись! Они наняли частного подрядчика - фирму «Математика», которая очень дальновидно спрогнозировала в недалеком будущем просто огромные потребности в запусках. Сотни! Тысячи запусков! (кто бы сомневался)

В принципе, уже на этом этапе, на стадии утвержденного в 1972-ом году проекта, было ясно, что Шаттл никогда не станет дешевым средством вывода на орбиту, даже если дальше все пойдет как по маслу. Чудес ведь не бывает - нельзя вытащить в три раза более тяжелый груз на орбиту, потратив все те же 10-15 млн долларов, рассчитанные для исходной гораздо более легкой и продвинутой системы. Не говоря уж о том, что все расчеты по стоимости были приведены для полноценно многоразового аппарата, каким Шаттл уже не получался по определению.

Да и сама идея - выводить каждый раз на орбиту 100-тонный челнок с людьми, только для того, чтобы доставить в космос в лучшем случае десяток-другой тонн полезного груза - сильно попахивает абсурдом.

Однако как ни удивительно - все цифры и обещаниякакие были исходными для первоначального проекта были автоматически продекларированы и для кастрированного варианта!

Хотя потеря почти всех преимуществ относительно одноразовых ракет была очевидна. Например,стоимость спасения из океана, восстановления, транспортировки и сборки одних только твердотопливных ускорителей оказалась ненамного меньше стоимости изготовления новых.

Кстати, фирма «Тиокол Кемикл» выиграла конкурс на разработку твердотопливных ускорителей, занизив в три раза реальную стоимость расходов на транспортировку. Очередной маленький пример из тонн мухлежа и попила бюджета, сопровождавшихразработку Space Shuttle .

С обещанной безопасностью тоже оказался полный швах: твердотопливные ускорители невозможно остановить после поджига и отстрелить их тоже нельзя, в то время как экипаж лишен каких-либо средств спасения при старте. Но кого это волнует? НАСА было так увлечено освоением бюджета, что ничтоже сумняшесяобъявило в Конгрессе про достигнутую 100% надежность ТТУ. То есть, их авария не может произойти вообще никогда в принципе.

Как в воду глядели…

Что в итоге получилось

Но пришла беда - отворяй ворота, все оказалось еще веселее, когда дело дошло до реальной разработки и эксплуатации.

Напомню:

По замыслам разработчиков, Шаттл должен был стать многоразовой сверхнадежной и безопасной транспортной системой, с рекордно низкой стоимостью вывода на орбиту грузов и людей. Частоту полетов предполагалосьдовести до 50 в год.

Но гладко было на бумаге…

Табличка ниже наглядно показывает, насколько «удачным» в итоге получился Шаттл

Все цены приведены к долларам 71-ого года:

Таким образом,то что вышло, оказалось ровно наоборот

Не многоразовым

Недостаточно надежным и крайне опасным в случае аварии

С рекордно высокой стоимостью достижения орбиты.

Не многоразовый - потому что после полета Шаттла теряетсявнешний бак, приходят в негодность многие критические элементы системы или им требуется дорогостоящее восстановление. А именно:

Восстановление твердотопливных ускорителей обходится почти в половину стоимости изготовления новых, плюс транспортировка, плюс содержание инфраструктуры по вылову их в океане.

После каждой посадки капитальный ремонт проходят маршевые движки, хуже того - их ресурс оказался настолько низким, что пришлось изготовить к 5 челнокам дополнительно аж 50 маршевых двигателей!

Шасси полностью заменяются;

Теплозащитное покрытие планера после каждого полета требуют длительного восстановления. (вопрос - а что тогда по-настоящему многоразового в системе Space Shuttle ? остается только корпус челнока)

Получилось, что перед каждым стартом «многоразовый» Орбитер нуждается в длительном дорогостоящем восстановлении, продолжающемся месяцами. Да плюс сами старты постоянно и надолго откладываются из-за многочисленных неполадок. Иногда даже приходится снимать узлы с одного челнока, чтобы как можно быстрее запустить другой. Все это лишает МТКС способности к частым запускам (того, что хоть как-то могло удешевить эксплуатацию).

Далее, как уже упоминалось, при разработке НАСА уверяло Конгресс, что надежность ТТУ можно условно считать за 1. Поэтому никаких систем спасения на старте не было предусмотрено и сэкономили на этом неплохо. За что и поплатился экипаж Челенджера.

Сама же катастрофа произошла по вине руководства НАСА, которое с одной стороны, пыталось любой ценой поднять частоту запусков до максимума (чтобы снизить издержки и изобразить хорошую мину при плохой игре), а с другой - проигнорировало эксплуатационные требования к ТТУ, не допускавшие запуск при минусовых температурах. А тот злополучный запуск уже много раз переносился и дальнейшее ожидание срывало весь график полетов.Поэтому на температурные условия наплевали, дали добро на старт и подмороженная межсекционная прокладка в ТТУ, потеряв эластичность, прогорела, вырвавшийся факел прожег внешний бак и …. Ба-бах!

После катастрофы Челенджера пришлось усилить, утяжелить конструкцию, из-за чего требуемая грузоподъемность так и не была никогда достигнута. В итоге Шаттл выводит на орбиту полезного груза лишь чуть больше нашего Протона.

Кроме того,этакатастрофа помимо двухлетней задержки в полетах привела в итоге к срыву той самой долгожданной программы ОС «Фридом», на разработку которой, между прочим, было в итоге потрачено 10 миллиардов долларов! Из-за сниженной реальной грузоподьемности разработчики «Фридома» так и не смогли вписать в грузовой отсек модули станции.

Что касается катастрофы Колумбии - то проблемы с повреждением ТЗП при старте были известны с самого начала, но они точно так же игнорировались. Хотя опасность была очевидна! И она до сих пор сохраняется, так как кардинального решения эта проблема так и не получила.

В итоге,на сегодня Шаттлы не отлетали даже 30% запланированных полетов и программа будет закрыта к 2010 году, иначе вероятность очередной катастрофы недопустимо велика!

May 3rd, 2016

Одним из главных элементов экспозиции национального музея авиации и космонавтики Smithsonian (Центр имени Удвара Хейзи) является космический шаттл “Дискавери”. Собственно данный ангар в первую очередь и был построен, чтобы принять космический корабль NASA после завершения программы Спейс Шаттл. В период активного использования челноков, в центре Удвара Хейзи был выставлен тренировочный корабль Энтерпрайз, использовавшийся для испытаний в атмосфере и как весово-габаритная модель, перед созданием первого, по-настоящему космического челнока “Колумбии”.

Космический шаттл “Дискавери”. За 27 лет службы этот челнок побывал в космосе 39 раз.

Корабли построенные в рамках программы «Космическая транспортная система»
Схема корабля

К сожалению, большей части амбициозных планов агентства так и не суждено было сбыться. Высадка на Луне решила все политические задачи США в космосе на тот момент, а практического интереса полёты в дальний космос не представляли. Да и интерес общественности стал угасать. Кто сейчас сходу вспомнит имя третьего человека на Луне? На момент последнего полёта корабля Аполлон по программе "Союз-Апполон" в 1975 году финансирование американского космического агентства было радикально сокращено по решению президента Ричарда Никсона.

У США были более насущные проблемы и интересы на Земле. В итоге дальнейшие пилотируемые полёты американцев вообще оказались под вопросом. Недостаток финансирования и повышенная солнечная активность привели и к тому, что NASA потеряла станцию Skylab , проект, намного опередивший своё время и имевший преимущества даже перед сегодняшней МКС. У агентства просто не было кораблей и носителей, чтобы вовремя поднять её орбиту, и станция сгорела в атмосфере.

Спейс Шаттл "Дискавери" - носовая часть
Видимость из кабины пилотов достаточно ограниченная. Также видны носовые форсунки двигателей системы ориентации.

Всё, что на тот момент удалось сделать NASA, это подать программу космического челнока как экономически целесообразную. Спейс Шаттл должны были взять на себя как обеспечение пилотируемых полётов, запуск спутников, а так же их ремонт и обслуживание. NASA обещала взять на себя все запуски космических аппаратов, включая военные и коммерческие, что за счёт использования многоразового корабля, могло бы вывести проект на самоокупаемость при условии нескольких десятков запусков в год.

Спейс Шаттл "Дискавери" - крыло и панель питания
В задней части челнока, возле двигателей видна панель питания, через которую корабль был подсоединён на стартовом столе, в момент запуска панель отделялась от челнока.

Забегая вперёд, скажу, что на самоокупаемость проект так никогда и не вышел, но на бумаге всё выглядело достаточно гладко (возможно так и было задумано), поэтому на строительство и обеспечение кораблей деньги выделены были. К сожалению, построить новую станцию у NASA возможности не было, все тяжёлые ракеты “Сатурн” были истрачены в лунной программе (последняя запустила Skylab), а на строительство новых не было средств. Без космической станции Спейс Шаттл имели достаточно ограниченное время пребывания на орбите (не более 2 недель).

Вдобавок запасы dV многоразового корабля были намного меньше, чем у одноразовых советских Союзов или американских же Аполлонов. В результате Спейс Шаттл имел возможность выхода лишь на низкие орбиты (до 643 км), во многом именно этот факт предопределил, что и на сегодняшний день, 42 года спустя, последним пилотируемым полётом в дальний космос была и остаётся миссия Аполлона-17.

Хорошо видны крепления створок грузового отсека. Они достаточно маленькие и сравнительно хрупкие, так как грузовой отсек открывался только в невесомости.

Спейс Шаттл “Индевор” с открытым грузовым отсеком. Сразу позади кабины экипажа виден стыковочный узел для работы в составе МКС.

Космические челноки были способы поднимать на орбиту экипаж до 8 человек и, в зависимости от наклонения орбиты, от 12 до 24,4 тонн грузов. И, что немаловажно, спускать с орбиты грузы весом до 14,4 тон и выше при условии, что они вмещались в грузовой отсек корабля. Советские и российские космические аппараты такими возможностями не обладают до сих пор. Когда NASA опубликовала данные по грузоподъёмности грузового отсека Спейс Шаттл, в Советском Союзе всерьёз рассматривали идею похищения советских орбитальных станций и аппаратов кораблями Спейс Шаттл. Предлагалось даже оснащать советские пилотируемые станции вооружением, для защиты от возможного нападения челнока.

Сопла системы ориентации корабля. На тепловой обшивке хорошо видны следы от последнего входа корабля в атмосферу.

Корабли Спейс Шаттл активно использовались для орбитальных запусков беспилотных аппаратов, в частности, космического телескопа Хаббл. Наличие экипажа и возможность ремонтных работ на орбите позволяли избегать постыдных ситуаций в духе Фобос-Грунт. Так же Спейс Шаттл работал с космическими станциями по программе Мир-Спейс Шаттл в начале 90-х и до недавнего времени доставлял модули для МКС, которые при этом не требовалось оснащать собственной двигательной установкой. Из-за высокой стоимости полётов полностью обеспечить ротацию экипажей и снабжение МКС (по задумке разработчиков - свою основную задачу) корабль не смог.

Спейс Шаттл "Дискавери" - керамическая обшивка.
Каждая плитка обшивки имеет свой серийный номер и обозначение. В отличии от СССР, где для программы “Буран” плитки керамической обшивки делали с запасом, НАСА построила цех где специальная машина по серийному номеру изготавливала плитку нужных размеров автоматически. После каждого полёта приходилось заменять несколько сотен таких плиток.

Схема полёта корабля

1. Старт - зажигание двигательные установки I и II ступеней, управление полетом осуществляется отклонением вектора тяги двигателей челнока, и до высоты порядка 30 километров дополнительно управление обеспечивается отклонением руля. Ручное управление на этапе взлёта не предусмотрено, корабль управляется компьютером, аналогично обычной ракете.

2. Отделение твердотопливных ускорителей происходит на 125 секунде полета при достижении скорости 1390 м/с и высоты полета около 50 км. Чтобы не повредить челнок, они отделяются с помощью восьми малых ракетных двигателей на твердом топливе. На высоте 7,6 км ускорители раскрывают тормозной парашют, а на высоте 4,8 км - основные парашюты. На 463 секунде с момента старта и на расстоянии 256 км от места старта происходит приводнение твердотопливных ускорителей, после чего их буксируют к берегу. В большинстве случаев ускорители удавалось заправлять и использовать повторно.

Видеозапись полёт в космос с камер твердотопливных ускорителей.

3. На 480 секунде полета происходит отделение подвесного топливного бака (оранжевого цвета), учитывая скорость и высоту отделения, спасение и повторное использование топливного бака потребовало бы оснастить его такой же тепловой защитой, как и сам челнок, что, в конечном счёте, сочли нецелесообразным. По баллистической траектории бак падает в Тихий или Индийский океан, разрушаясь в плотных слоях атмосферы.
4. Выход орбитального корабля на околоземную орбиту, с помощью двигателей системы ориентации.
5. Выполнение программы орбитального полёта.
6. Ретроградный импульс гидразиновыми двигателями ориентации, сход с орбиты.
7. Планирование в земной атмосфере. В отличие от “Бурана” посадка осуществляется только вручную, поэтому без экипажа корабль летать не мог.
8. Посадка на космодром, корабль приземляется со скоростью около 300 километров в час, что намного выше скорости посадки обычных самолётов. Для сокращения тормозного пути и нагрузки на шасси, сразу после касания раскрываются тормозные парашюты.

Двигательная установка. Хвост челнока способен раздваиваться, выступая на заключительных этапах посадки воздушным тормозом.

Несмотря на внешнее сходство, космоплан имеет очень мало общего с самолётом, это скорее очень тяжёлый планер. Шаттл не имеет собственных запасов топлива для основных двигателей, поэтому двигатели работают только пока корабль соединён с оранжевым топливным баком (по этой же причине двигатели установлены ассиметрично). В космосе и во время посадки корабль использует только маломощные двигатели ориентации и два маршевых двигателя на гидразиновом топливе (малые двигатели по бокам от основных).

Были планы снабдить Спейс Шаттлы реактивными двигателями, но из-за высокой стоимости и снижения полезной нагрузки корабля весом двигателей и топлива, от реактивных двигателей решили отказаться. Подъёмная сила крыльев корабля небольшая, а сама посадка осуществляется исключительно за счёт использования кинетической энергии схода с орбиты. По сути, корабль планировал с орбиты прямо на космодром. По этой причине у корабля есть только одна попытка для захода на посадку, развернуться и зайти на второй круг челнок уже не сможет. Поэтому НАСА построила по всему миру несколько резервных полос для посадки челноков.

Спейс Шаттл "Дискавери" - люк экипажа.
Эта дверь используется для посадки и высадки членов экипажа. Люк не снабжён воздушным шлюзом и в космосе блокируется. Выходы в открытый космос, стыковку с Мир и МКС экипаж выполнял через шлюз в грузовом отсеке на “спине” корабля.

Герметичный костюм для взлёта и посадки космического челнока.

Первые тестовые полёты челноков снабжались креслами-катапультами, которые позволяли аварийно покинуть корабль, потом катапульту убрали. Так же был один из аварийных сценариев посадки, когда экипаж покидал корабль на парашютах на последнем этапе спуска. Характерный оранжевый цвет костюма был выбран для упрощения проведения спасательных работ в случае аварийной посадки. В отличие от космического скафандра, этот костюм не имеет системы тепло-распределения и для выхода в открытый космос не предназначен. В случае полной разгерметизации корабля даже при наличии гермокостюма шансов выжить хотя бы несколько часов - немного.

Спейс Шаттл "Дискавери" - шасси и керамическая обшивка днища и крыла.

Скафандр для работы в открытом космосе программы Спейс Шаттл.

Катастрофы
Из 5 построенных кораблей 2 погибли вместе со всем экипажем.

Катастрофа Шаттла “Челленджер” миссия STS-51L

28 января 1986 года челнок “Челленджер” взорвался через 73 секунды после старта из-за аварии уплотнительного кольца твердотопливного ускорителя, прорвавшаяся сквозь щель, струя огня расплавила топливный бак и привела ко взрыву запаса жидкого водорода и кислорода. Экипаж, по всей видимости, уцелел непосредственно во взрыве, но кабина не была оборудована парашютами или другими средствами спасения и разбилась о воду.

После катастрофы Челленджера, NASA разработала несколько процедур спасения экипажа, во время взлёта и посадки, но ни одни из этих сценариев всё равно не смог бы спасти экипаж “Челленджера”, даже если бы он был предусмотрен.

Катастрофа шаттла “Колумбия” миссия STS-107
Обломки шаттла “Колумбия” сгорают в атмосфере.

Участок тепловой обшивки кромки крыла оказался повреждён при запуске двумя неделями ранее, отвалившимся куском теплоизоляционной пены, покрывающей бак с топливом (бак заполняется жидким кислородом и водородом, поэтому изоляционная пена позволяет избежать образование льда и уменьшить испарение топлива). Этот факт заметили, но не придали должного значения исходя из того, что в любом случае астронавты мало что могут сделать. В результате пролёт проходил штатно до этапа возвращения в атмосферу 1 февраля 2003 года.

Здесь хорошо заметно, что тепловой щит покрывает только кромку крыла. (Именно здесь “Колумбия” получила повреждение).

Под воздействием высоких температур плитка тепловой обшивки разрушилась и на высоте около 60 километров, высокотемпературная плазма прорвалась в алюминиевые конструкции крыла. Ещё через несколько секунд крыло разрушилось, на скорости порядка 10 мах, корабль потерял устойчивость и был уничтожен аэродинамическими силами. До того как в экспозиции музея появилась “Дискавери”, на этом же месте был выставлен Энтерпрайз (Тренировочный шаттл который совершал только атмосферные полёты).

Комиссия по расследованию инцидента вырезала фрагмент крыла музейного экспоната для проведения экспертизы. Специальной пушкой по кромке крыла выстреливались куски пены и оценивался ущерб. Именно этот эксперимент помог прийти к однозначному заключению о причинах катастрофы. Большую роль в трагедии сыграл и человеческий фактор, сотрудники NASA недооценили ущерб, полученный кораблём на этапе старта.

Простой обзор крыла в открытом космосе мог выявить повреждение, но ЦУП не дал экипажу такой команды, считая, что проблему можно решить по возвращению на Землю, а даже если повреждения необратимы, экипаж всё равно ничего не сможет сделать и нет смысла напрасно волновать астронавтов. Хотя это было не так, к старту готовился челнок “Атлантис”, который можно было бы использовать для проведения спасательной операции. Аварийный протокол, который примут на вооружение во всех последующих полётах.

Среди обломков корабля удалось найти видеозапись которую астронавты вели во время входа в атмосферу. Официально запись обрывается за несколько минут до начала катастрофы, но я сильно подозреваю, что NASA решила не публиковать последние секунды жизни астронавтов по этическим соображениям. Экипаж не знал о грозящей им гибели, глядя на бушующую за иллюминаторами корабля плазму кто-то из астронавтов шутит “Не хотелось бы сейчас оказаться снаружи”, не зная, что именно этого ждёт весь экипаж буквально через несколько минут. Жизнь полна мрачной иронии.

Прекращение программы

Логотип окончания программы Спейс Шаттл (слева) и памятная монета (справа). Монеты изготовлены из металла побывавшего в космосе в рамках первой миссии шаттла “Колумбия” STS-1

Гибель космического шаттла "Колумбия" поставила серьёзный вопрос о безопасности оставшихся 3 кораблей, находившихся к тому моменту в эксплуатации свыше 25 лет. В результате, последующие полёты стали проходить с сокращённым экипажем, а в резерве всегда держали ещё один челнок, готовый к пуску, который смог бы провести спасательную операцию. В сочетании со сменой акцентов правительства США на коммерческое освоение космоса, эти факторы привели к прекращению программы в 2011 году. Последним полётом челноков стал старт «Атлантиса» к МКС 8 июля 2011 года.

Программа Спейс Шаттл сделала огромный вклад в освоение космоса и развития знаний и опыта о работе на орбите. Без Спейс Шаттл, строительство МКС было бы совершенно другим и вряд ли на сегодняшний день было бы близко к завершению. С другой стороны, существует мнение, что программа Спейс Шаттл сдерживала NASA последние 35 лет, требуя больших затраты на обслуживание челноков: стоимость одного полёта составляла около 500 миллионов долларов, для сравнения, - запуск каждого “Союза” обходился всего в 75-100.

Корабли потребляли средства, которые могли бы пойти на развитие межпланетных программ и более перспективных направлений в исследовании и развитии космоса. Например, строительство более компактного и дешёвого многоразового или одноразового корабля, для тех миссий, где 100 тонный Спейс Шаттл был просто не нужен. Откажись NASA от Спейс Шаттл, развитие космической отрасли США могло бы пойти совсем по-другому.

Как именно, сейчас уже трудно сказать, возможно, у NASA просто не было выбора и не будь челноков, гражданское освоение космоса Америкой могло вообще прекратиться. Уверенно утверждать можно одно, на сегодняшний день корабли Спейс Шаттл были и остаются единственным примером успешной многоразовой космической системы. Советский “Буран” хоть и был построен как многоразовый корабль, в космосе побывал только однажды, впрочем, это совсем другая история.

Взят у lennikov в Виртуальная экскурсия по национальному аэрокосмическому музею Smithsonian: часть вторая

Жми на кнопку, чтобы подписаться на "Как это сделано"!

Если у вас есть производство или сервис, о котором вы хотите рассказать нашим читателям, пишите Аслану ([email protected] ) и мы сделаем самый лучший репортаж, который увидят не только читатели сообщества, но и сайта Как это сделано

Подписывайтесь также на наши группы в фейсбуке, вконтакте, одноклассниках и в гугл+плюс , где будут выкладываться самое интересное из сообщества, плюс материалы, которых нет здесь и видео о том, как устроены вещи в нашем мире.

Жми на иконку и подписывайся!

Американская государственная программа STS (Space Transportation System, «Космическая транспортная система») более известна во всем мире как Space Shuttle («Космический челнок»). Данная программа была реализована специалистами NASA, ее основной целью было создание и использованием многоразового пилотируемого транспортного космического корабля, предназначенного для доставки на низкие околоземные орбиты и обратно людей и различных грузов. Отсюда собственно и название – «Космический челнок».

Над программой начали работать в 1969 году по линии финансирования двух государственных ведомств США: NASA и Минобороны. Разработка и опытно-конструкторские работы осуществлялись в рамках совместной программы NASA и ВВС. При этом специалисты применили ряд технических решений, которые ранее были опробованы на лунных модулях программы «Аполлон» 1960-х годов: эксперименты с твердотопливными ускорителями, системами их отделения и получения топлива из внешнего бака. Основу создаваемой космической транспортной системы должен был составить пилотируемый космический корабль многоразового применения. Также в систему входили наземные обеспечивающие комплексы (монтажно испытательный и стартово посадочный комплекс космического центра имени Кеннеди, расположенный на авиационной базе Ванденберг, штат Флорида), центр управления полетом в Хьюстоне (Техас), а также системы ретрансляции данных и связи через спутники и иные средства.

В работах по данной программе приняли участие все ведущие американские аэрокосмические компании. Программа была по-настоящему масштабной и национальной, различные изделия и оборудование для «Спейс Шаттл» поставляли более 1000 компаний из 47 штатов. Контракт на строительство первого орбитального корабля в 1972 году выиграла компания Rockwell International. Строительство первых двух шаттлов началось уже в июне 1974 года.

Первый полёт космического челнока «Колумбия». Внешний топливный бак (в центре) покрашен в белый цвет только в двух первых полётах. В дальнейшем бак не красили для снижения веса системы.

Конструктивно многоразовая транспортная космическая система Space Shuttle включала в себя два спасаемых твердотопливных ускорителя, которые выполняли роль первой ступени и орбитального многоразового корабля (орбитер, orbiter) с тремя кислородно водородными двигателями, а также большим подвесным топливным отсеком, который образовывал вторую ступень. После завершения программы космического полета орбитер самостоятельно возвращался на Землю, где выполнял посадку по-самолетному на специальных ВПП.
Два твердотопливных ракетных ускорителя работают в течение примерно двух минут после запуска, разгоняя космический корабль и направляя его. После чего на высоте примерно 45 километров они отделяются и при помощи парашютной системы приводняются в океан. После ремонта и перезаправки они используются вновь.

Сгорающий в земной атмосфере внешний топливный бак, заполненный жидким водородом и кислородом (топливо для главных двигателей), является единственным одноразовым элементом космической системы. Сам бак также является каркасом для скрепления твердотопливных ускорителей с космическим кораблем. Он отбрасывается в полете примерно через 8,5 минут после взлета на высоте около 113 километров, большая часть бака сгорает в земной атмосфере, а сохранившиеся части падают в океан.

Наиболее известной и узнаваемой частью системы является сам многоразовый космический корабль – челнок, собственно сам «спейс шаттл», который и выводится на околоземную орбиту. Данный челнок служит полигоном и платформой для проведения научных исследований в космосе, а также домом для экипажа, в состав которого может входить от двух до семи человек. Сам шаттл выполнен по самолетной схеме с треугольным в плане крылом. Для посадки он использует шасси самолетного типа. Если твердотопливные ракетные ускорители рассчитаны на использование до 20 раз, то сам челнок – до 100 полетов в космос.

Размеры орбитального корабля по сравнению с «Союзом»

Что удалось реализовать, а что из задуманного осталось лишь на бумаге

В рамках симпозиума, который был посвящен реализации программы «Спейс Шаттл», он состоялся в октябре 1969 года, «отец» шаттла Джордж Мюллер отмечал: «Наша цель – уменьшить стоимость доставки килограмма полезного груза на орбиту с 2000 долларов для Сатурна-V до уровня 40-100 долларов за килограмм. Так мы сможем открыть новую эру освоения космоса. Задачей на будущие недели и месяцы для этого симпозиума, а также для NASA и для ВВС является обеспечение уверенности в том, что мы сможем этого добиться». В целом для различных вариантов на базе космического челнока «Спейс Шаттл» прогнозировалось достижение стоимости выведения полезной нагрузки в пределах от 90 до 330 долларов за килограмм. Более того, считалось, что шаттлы второго поколения позволят снизить сумму до 33-66 долларов за килограмм.

На деле же эти цифры оказались недостижимы даже близко. Более того, по расчетам Мюллера, стоимость запуска шаттла должна была составлять 1-2,5 миллиона долларов. На деле же, по информации НАСА, средняя стоимость запуска шаттла составляла около 450 миллионов долларов. И это существенное различие можно назвать главным несоответствием между заявленными целями и реальностью.

Шаттл «Индевор» с открытым грузовым отсеком

Достигнуты цели по программе «Спейс Шаттл»:

1. Реализация доставки на орбиту грузов разного типа (разгонные блоки, спутники, сегменты космических станций, в том числе МКС).
2. Возможность проведения ремонта спутников, расположенных на низкой околоземной орбите.
3. Возможность возврата спутников назад на Землю.
4. Возможность совершать полеты с отправкой в космос до 8 человек (во время спасательной операции экипаж можно было довести до 11 человек).
5. Успешная реализация многоразовости полета и многоразового использования самого челнока и твердотопливных разгонных ускорителей.
6. Реализация на практике принципиально новой компоновки космического корабля.
7. Возможность осуществления кораблем горизонтальных маневров.
8. Большой объем грузового отсека, возможность возврата на Землю грузов массой до 14,4 тонн.
9. Стоимость и время разработки удалось уложить в сроки, которые были обещаны президенту США Никсону в 1971 году.

Не достигнутые цели и провалы:
1. Качественное облегчение доступа в космос. Вместо уменьшения стоимости доставки килограмма грузов на орбиту на два порядка, «Спейс Шаттл» на деле оказался одним из наиболее дорогих способов доставки спутников на земную орбиту.
2. Быстрая подготовка шаттлов между космическими полетами. Вместо ожидаемого срока, который оценивался в две недели между стартами, шаттлы на деле могли готовиться к запуску в космос месяцами. До катастрофы космического челнока «Челленджер» рекорд между полетами составлял 54 дня, после катастрофы – 88 дней. За все время их эксплуатации они запускались в среднем 4,5 раза в год, тогда как минимально допустимая экономически обоснованная цифра запусков составляла 28 стартов в год.
3. Простота обслуживания. Выбранные при создании шаттлов технические решения были достаточно трудоемкими в обслуживании. Главные двигатели требовали процедуры демонтажа и длительных затрат времени на сервис. Турбонасосные агрегаты двигателей первой модели требовали полной их переборки и ремонта после совершения каждого полета в космос. Плитки теплозащиты являлись уникальными – в каждое гнездо монтировалась своя плитка. Всего же их было 35 тысяч, к тому же, плитки могли быть повреждены или потеряны во время полета.
4. Замена всех одноразовых носителей. Шаттлы ни разу не стартовали на полярные орбиты, что было необходимо в основном для развертывания разведывательных спутников. В данном направлении велись подготовительные работы, однако они были свернуты после катастрофы «Челленджера».
5. Надежный доступ в космос. Четыре космических челнока означали, что потеря любого из них – это потеря 25% всего флота (летающих орбитеров всегда было не больше 4-х, шаттл «Индевор» был построен взамен погибшего «Челенджера). После катастрофы полеты прекращались на длительный срок, к примеру, после катастрофы «Челенджера» – на 32 месяца.
6. Грузоподъемность шаттлов оказалась на 5 тонн ниже требуемой спецификациями военных (24,4 тонны вместо 30 тонн).
7. Большие возможности горизонтального маневра никогда не применялись на практике по той причине, что шаттлы не совершали полетов на полярные орбиты.
8. Возврат спутников с земной орбиты прекратился уже в 1996 году, при этом за все время из космоса было возвращено всего 5 спутников.
9. Ремонт спутников оказался слабо востребован. Всего отремонтировано 5 спутников, правда, шаттлы также 5 раз проводили обслуживание знаменитого телескопа «Хаббл».
10. Реализованные инженерные решения негативно влияли на надежность всей системы. В момент взлета и посадки имелись участки, которые не оставляли экипажу шансов на спасение в аварийной ситуации.
11. Тот факт, что шаттл мог совершать только пилотируемые полеты, подвергал астронавтов риску без необходимости, к примеру, для рутинных запусков спутников на орбиту хватило бы автоматики.
12. Закрытие программы «Спейс Шаттл» в 2011 году накладывалось на отмену программы «Созвездие». Это стало причиной потери США самостоятельного доступа в космос на многие годы. Как результат имиджевые потери и необходимость приобретения мест для своих астронавтов на космических кораблях другой страны (российские пилотируемые космические корабли «Союз»).

Шаттл «Дискавери» выполняет маневр перед стыковкой с МКС

Шаттлы были рассчитаны на пребывание на орбите Земли на протяжении двух недель. Обычно их полеты продолжались от 5 до 16 суток. Рекорд самого короткого полета в программы принадлежит шаттлу «Колумбия» (погиб вместе с экипажем 1 февраля 2003 года, 28-й полет в космос), который в ноябре 1981 года провел в космосе всего 2 дня 6 часов и 13 минут. Этот же шаттл совершил и самый продолжительный полет в ноябре 1996 года – 17 суток 15 часов 53 минуты.

В общей сложности за время действия данной программы с 1981 по 2011 год космическими челноками было осуществлено 135 стартов, из них «Дискавери» – 39, «Атлантис» – 33, «Колумбия» – 28, «Индевор» – 25, «Челенджер» – 10 (погиб вместе с экипажем 28 января 1986 года). Всего в рамках программы было построено пять перечисленных выше шаттлов, которые совершали полеты в космос. Еще один шаттл «Энтерпрайз» был построен первым, но изначально предназначался только для отработки наземных и атмосферных испытаний, а также проведения подготовительных работ на стартовых площадках, в космос никогда не летал.

Стоит отметить, что в НАСА планировали использовать шаттлы гораздо активнее, чем это вышло на самом деле. Еще в 1985 году специалисты американского космического агентства рассчитывали, что к 1990 году они будут совершать по 24 старта каждый год, а корабли налетают до 100 полетов в космос, на практике же все 5 челноков совершили за 30 лет всего 135 полетов, два из которых закончились катастрофой. Рекорд по количеству полетов в космос принадлежит шаттлу «Дискавери» – 39 полетов в космос (первый 30 августа 1984 года).

Посадка шаттла «Атлантис»

Программа «Космическая транспортная система» была официально завершена в 2011 году. Все действующие шаттлы были списаны и отправлены в музеи. Последний полет состоялся 8 июля 2011 года и был осуществлен шаттлом «Атлантис» с сокращенным до 4 человек экипажем. Полет завершился рано утром 21 июля 2011 года. За 30 лет эксплуатации эти космические корабли выполнили 135 полетов, в общей сложности они совершили вместе 21 152 витка вокруг Земли, доставив в космос 1,6 тысяч тонн различных полезных грузов. В состав экипажей за это время вошло 355 человек (306 мужчин и 49 женщин) из 16 различных стран. Астронавт Фрэнклин Стори Масгрейв был единственным, кто совершил полеты на всех пяти построенных челноках.

Источники информации:
https://geektimes.ru/post/211891
https://ria.ru/spravka/20160721/1472409900.html
http://www.buran.ru/htm/shuttle.htm
По материалам из открытых источников

"Спейс шаттл" (Space Shuttle - космический челнок) - многоразовый пилотируемый транспортный космический корабль США , предназначенный для доставки людей и грузов на низкие околоземные орбиты и обратно. Шаттлы использовались в рамках осуществляемой Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) государственной программы "Космическая транспортная система" (Space Transportation System, STS).

Шаттл "Дискавери" (Discovery , OV-103) начали строить в 1979 году. Он был передан НАСА в ноябре 1982 года. Челнок назвали в честь одного из двух судов, на которых в 1770-х годах британский капитан Джеймс Кук открыл Гавайские острова и исследовал побережье Аляски и северо-западной Канады. Первый полет в космос шаттл совершил 30 августа 1984 года, а последний - с 24 февраля по 9 марта 2011 года.
В его "послужном списке" числятся столь ответственные операции, как первые полеты после гибели шаттлов "Челленджер" и "Колумбия", доставка на орбиту космического телескопа "Хаббл", вывод на траекторию перелета автоматической межпланетной станции "Улисс", а также второй полет к "Хабблу" для проведения профилактических и ремонтных работ. За время своей службы шаттл совершил 39 полетов на орбиту Земли и провел в космосе 365 дней.

(Atlantis , OV-104) был передан в эксплуатацию НАСА в апреле 1985 года. Челнок был назван в честь океанографического исследовательского парусного судна, которое принадлежало океанографическому институту в Массачусетсе и эксплуатировалось с 1930 года по 1966 год. Первый полет шаттл совершил 3 октября 1985 года. "Атлантис" был первым шаттлом, который состыковался с российской орбитальной станцией "Мир", а всего он совершил к ней семь полетов.

Шаттлом "Атлантис" были доставлены на орбиту космические зонды "Магеллан" и "Галилео", направленные затем к Венере и Юпитеру, а также одна из четырех орбитальных обсерваторий НАСА. "Атлантис" стал последним кораблем, запускаемым по программе Space Shuttle. Свой последний полет "Атлантис" совершил 8-21 июля 2011 года, состав экипажа для этого полета был уменьшен до четырех человек.
За время своей службы шаттл выполнил 33 рейса на орбиту Земли и провел в космосе 307 дней.

В 1991 году флот американских космических челноков пополнил (Endeavour , OV-105), названный в честь одного из кораблей британского флота, на котором совершал путешествия капитан Джеймс Кук. Его строительство началось в 1987 году. Он был построен взамен потерпевшего катастрофу шаттла "Челленджер". "Индевор" - самый современный из американских космических челноков, и многие новшества, впервые опробованные на нем, были позднее использованы при модернизации остальных шаттлов. Первый полет совершил 7 мая 1992 года.
За время своей службы шаттл выполнил 25 полетов на орбиту Земли и провел в космосе 299 дней.

Всего шаттлы совершили 135 полетов. Челноки рассчитаны на двухнедельное пребывание на орбите. Самое длинное космическое путешествие совершил шаттл "Колумбия" в ноябре 1996 года - 17 суток 15 часов 53 минуты, самое короткое - он же в ноябре 1981 года - 2 дня 6 часов 13 минут. Обычно полеты шаттлов продолжались от 5 до 16 суток.
Они использовались для вывода грузов на орбиту, проведения научных исследований, обслуживания орбитальных космических аппаратов (монтажные и ремонтные работы).

В 1990-е годы шаттлы принимали участие в совместной российско-американской программе "Мир - Спейс шаттл". Было осуществлено девять стыковок с орбитальной станцией "Мир". Шаттлы играли важную роль в осуществлении проекта по созданию Международной космической станции (МКС). Одиннадцать полетов были выполнены по программе МКС.
Причина прекращения полетов шаттлов - выработка ресурса кораблей и огромные финансовые затраты на подготовку и обслуживание космических челноков.
Стоимость каждого полета шаттла составляла около 450 миллионов долларов. За эти деньги орбитер шаттла мог доставить за один рейс к МКС 20-25 тонн груза, включая модули для станции, и семь-восемь астронавтов.

После закрытия программы НАСА Space Shuttle в 2011 году все "ушедшие на пенсию" шаттлы . Не летавший шаттл "Энтерпрайз", который находился в Национальном музее авиации и космонавтики Смитсоновского института в Вашингтоне (США), в июне 2012 года был доставлен на музей-авианосец Intrepid в Нью-Йорке (США). Его место в Смитсоновском институте занял шаттл "Дискавери". Шаттл "Индевор" в середине октября 2012 года был доставлен в Калифорнийский научный центр, где он будет установлен в качестве экспоната.

Планируется, что в начале 2013 года шаттл в Космическом центре имени Кеннеди во Флориде.

Материал подготовлен на основе информации РИА Новости и открытых источников