Антон Первушин - Битва за звезды-2. Космическое противостояние (часть I)
Тут надо отметить, что фирмы, участвующие в конкурсе по разработке лучшего проекта транспортного космического корабля, представили предложения, не имеющие принципиальных отличий, но при выборе фирмы было принято во внимание то обстоятельство, что «Норт Америкен» затребовала на разработку такого корабля почти на миллиард долларов меньше, чем планировалось НАСА (3,5 миллиарда долларов).
Согласно проекту, космический корабль состоял из орбитальной ступени, внешнего сбрасываемого топливного бака и двух разгонных РДТТ. Орбитальная ступень имела самолетную схему с треугольным крылом. Длина ступени — 33,5 метра, высота 16,7 метра, размах — 24 метра.
Центральная часть корпуса занята отсеком полезного груза размером 18,3 на 4,5 метра. В отсеке можно разместить груз массой до 29,5 тонны или 12 пассажиров.
В хвостовой части корпуса находятся двигатели различного назначения, а в носовой — кабина экипажа, рассчитанная на четыре человека. Кабина состоит из двух секций: верхней — для командира экипажа и второго пилота и нижней — для двух операторов, обслуживающих приборы управления механизмами грузового отсека и системы проверок полезного груза. Приборы и органы управления для командира и его помощника полностью дублированы.
Стыковочное устройство орбитальной ступени размещено в верхней носовой части фюзеляжа для обеспечения визуального наблюдения за стыковкой с космическими аппаратами и работой космонавтов за бортом. Кабина экипажа связана со стыковочным устройством шлюзовой камеры, которая идентична камере, в свое время разработанной для стыковки космических кораблей «Союз» и «Аполлон».
Топливный бак длиной около 57 метров, диаметром 7,9 метра и массой около 31,7 тонны содержит жидкие кислород и водород для питания основной двигательной установки орбитальной ступени. Бак изготавливается из алюминиевого сплава и имеет теплозащитное покрытие на основе полиуретана.
Разгонные двигатели на твердом топливе крепятся к топливному баку. Длина РДТТ — около 46 метров, диаметр — 3,96 метра, стартовая масса — 100 тонн, тяга — 1600 тонн.
РДТТ включаются на старте одновременно с двигателями главной двигательной установки орбитальной ступени. Предполагалось, что обнуление тяги РДТТ и их сбрасывание будут осуществляться на высоте около 40 километров. Корпуса РДТТ в процессе падения наберут скорость до 15001600 км/ч, после чего сработает система спасения, состоящая из 3-10 парашютов.
Главная двигательная установка орбитальной ступени включает три двигателя, работающие на жидких водороде и кислороде. В хвостовой части фюзеляжа, рядом с ЖРД главной двигательной установки, размещаются два ракетных двигателя системы орбитального маневрирования тягой.
Кроме того, с обеих сторон хвостовой части фюзеляжа над крылом пристыковывается по одному РДТТ системы аварийного спасения. Они сбрасываются на заданной высоте.
По условиям контракта фирма должна была к 1978 году разработать, испытать и поставить НАСА два летных образца орбитальной ступени, запасные части и некоторое вспомогательное оборудование.
На начальной стадии эксплуатации предполагалось осуществлять не более 10 запусков транспортного корабля в год, а затем — до 60 запусков ежегодно.
В конце 1972 года в результате пересмотра технических требований к транспортному кораблю было принято решение внести изменения в его конструкцию. Во-первых, с целью улучшения аэродинамических характеристик была изменена общая конфигурация корабля. Во-вторых, отказались от использования аварийных РДТТ и ВРД.
В связи с некоторым смещением орбитальной ступени к хвостовой части сбрасываемого топливного бака, длина которого сократилась в результате увеличения утла раствора носового конуса с 20 до 30°, общая длина корабля уменьшилась с 62,8 до 61,6 метра. Внесение изменений в разгонные РДТТ и в орбитальную ступень привело к некоторому увеличению массы корабля (до 2450 тонн) и тяги двигателей при старте. Длина разгонных двигателей увеличилась с 46 до 56,4 метра.
РДТТ имели систему управления вектором тяги, что позволило применять их в качестве аварийных, если основные ЖРД орбитальной ступени выйдут из строя в течение первых 30 секунд полета. В этом случае разгонные РДТТ обеспечат подъем орбитальной ступени на высоту около 4300 метров, откуда она сможет планировать на землю.
В орбитальной ступени было предложено переделать носовую часть, перенеся стыковочный блок за кабину экипажа.
При этом конструкция кабины стала частью общей конструкции фюзеляжа.
После внесения изменений общая длина орбитальной ступени увеличилась до 38,3 метра, а размах крыла — до 25,6 метра. Габариты отсека полезного груза остались прежними.
Схема полета на транспортном космическом корабле многоразового использования выглядела следующим образом.
Вначале включаются три основных ЖРД орбитальной ступени. Как только они разовьют полную тягу, включаются два разгонных РДТТ. После того как отношение суммарной тяги к стартовой массе превысит единицу, освобождаются узлы крепления корабля к пусковой установке, и он стартует.
Отделение разгонных РДТТ происходит через 120 секунд полета, после того как корабль совершит начальный маневр по тангажу. В это время скорость должна быть 15 001 550 м/с, а высота полета около 45,5 километра.
После сбрасывания разгонных РДТТ орбитальная ступень с топливным баком выходит на орбиту высотой 80-160 километров. Ориентирование осуществляется таким образом, чтобы обеспечивались наиболее благоприятные условия для входа в атмосферу сбрасываемого топливного бака.
Перед сбрасыванием бака оставшееся в нем топливо сливается за борт, а после сбрасывания в его носовой части включается тормозной двигатель, обеспечивающий сход бака с орбиты.
В это же время орбитальная ступень, используя бортовую систему маневрирования, отходит от сброшенного топлив ного бака и приступает к выполнению поставленных перед ней задач.
По завершении программы полета орбитальная ступень выходит на траекторию возвращения на Землю. Вход в атмосферу осуществляется при постоянном угле атаки 32° до тех пор, пока скорость аппарата не упадет до 7 Махов. Затем ступень совершает маневр относительно поперечной оси и переходит на планирующий полет.
На конечном участке входа в атмосферу, начиная с высоты 120 километров, орбитальная ступень имеет достаточный запас энергии, чтобы обеспечить номинальную поперечную маневренность в пределах 2000 километров.
Специалисты НАСА рассчитывали, что скорость захода на посадку и скорость приземления ступени будут почти такими же, как и у современных мощных реактивных лайнеров — в пределах 315 км/ч.
Продолжая исследовательские работы, НАСА весной 1973 года утвердило проект облегченного варианта транспортного космического корабля, главным исполнителем которого была фирма «Рокуэл».
В результате изменений, внесенных в конструкцию орбитальной ступени и разгонных РДТТ, фирме удалось значительно снизить массу корабля, сохранив тем не менее его способность доставлять на орбиту полезный груз весом 29,5 тонны.
Стартовая масса облегченного варианта корабля предполагалась 1810 тонн, а масса незаправленной орбитальной ступени — 8 тонн. Указывалось, что при использовании облегченного варианта корабля стоимость доставки на орбиту одного килограмма полезного груза составит немногим более 350 долларов (410 долларов — в исходном варианте).
Основное отличие орбитальной ступени облегченного варианта от исходного состояло в применении крыла новой формы, площадь его на 16 % меньше площади крыла в исходном варианте. Новое крыло обладало лучшим аэродинамическим качеством и на 9 тонн легче.
Отсек полезного груза имел длину 19 метров, ширину — 5,2 метра и высоту — около 4 метров.
На орбитальной ступени использовано вертикальное хвостовое оперение обычной самолетной схемы с рулем направления и тормозным щитком.
Система маневрирования ступени состояла из двух ЖРД, установленных в гондолах с обеих сторон хвостовой части корпуса. Она предназначалась для изменения параметров орбиты и выполнения действий, связанных со встречей и стыковкой, обеспечивающих сход с орбиты.
Топливный бак питал основные ЖРД орбитальной ступени с момента старта и почти до выхода на орбиту. При этом предусматривалась такая процедура запуска, при которой топливный бак сбрасывается непосредственно перед выходом ступени на орбиту, что исключало необходимость применения тормозных двигателей и оборудования для обеспечения схода с орбиты, а это в свою очередь позволило уменьшить массу и снизить стоимость. Что касается стартовых РДТТ, то они, согласно проекту, имели систему управления вектором тяги.
НАСА и авиационным фирмам, работавшим над проектом нового транспортного корабля, получившего название «Космический челнок» («Space Shuttle»), не удалось уложиться ни в заявленные сроки, ни в заявленную стоимость.
