Шаттл

КОСМИЧЕСКИЙ КОРАБЛЬ ШАТТЛ

, пилотируемый, частично многоразовый космический корабль Space Shuttle, предназначенный для доставки людей и грузов на низкие околоземные орбиты и обратно. Американский флот Шаттлов был создан и эксплуатируется Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) и ее основными и вспомогательными подрядчиками. Шаттл является частью более общей космической транспортной системы (КТС), состоящей из экспериментальных установок и разгонных блоков для вывода спутников на более высокие орбиты и использующей стартовые и посадочные комплексы в Космическом центре им. Кеннеди на о.Мерритт (шт. Флорида) и Центр управления и космической подготовки им. Джонсона в Хьюстоне (шт. Техас). Корабль Шаттл всегда летает с экипажем, в составе которого обычно командир, пилот, и от двух до пяти специалистов (научных сотрудников – специалистов по операциям) и два или три специалиста по полезному грузу (научные сотрудники – специалисты по конкретным исследованиям).

Конструкция Шаттла

КК «Шаттл» состоит из трех основных элементов: воздушно-космического самолета «Орбитер», многоразовых ракетных ускорителей и сбрасываемого топливного блока. Конструктивно многоразовая транспортная космическая система (МТКС) "Спейс Шаттл" состоит из двух спасаемых твердотопливных ускорителей, являющихся фактически I ступенью, и орбитального шаттла с тремя маршевыми кислородно-водородными двигателями и подвесным топливным отсеком, образующими II ступень, при этом топливный отсек является единственным одноразовым элементом всей системы. Предусматривается двадцатикратное использование твердотопливных ускорителей, стократное - орбитального корабля, а кислородно-водородные двигатели рассчитываются на 55 полетов. При проектировании предполагалось, что такая МТКС при стартовой массе 1995-2050 т сможет выводить на орбиту с наклонением 28.5 град. полезный груз массой 29.5 т на солнечно-синхронную орбиту - 14.5 т и возвращать на Землю с орбиты полезный груз массой 14.5 т. Предполагалось также, что количество запусков МТКС может быть доведено до 55-60 в год. В первом полете стартовая масса МТКС "Спейс Шаттл" составляла 2022 т, масса пилотируемого орбитального корабля при выведении на орбиту - 94.8 т, при посадке - 89.1 т. Разработка такой системы - весьма сложная и трудоемкая проблема, о чем говорит тот факт, что на сегодня оказались не выполненными заложенные в начале разработки показатели по общим затратам на создание системы, стоимости ее запуска и сроки создания. Так, стоимость возросла с 5,2 млрд. дол. (в ценах 1971 г.) до 10,1 млрд. дол. (в ценах 1982 г.), стоимость пуска - с 10,5 млн. дол. до 240 млн. дол. Не удалось выдержать срок и намечавшегося на 1979 г. первого экспериментального полета.

Состав МТКС "Спейс Шаттл"

Многоразовая транспортная космическая система состоит из многоразового транспортного космического корабля (МТКК), разгонного космического блока - космического буксира (КБ) и комплекса наземных, воздушных и морских средств, обеспечивающих транспортирование, ремонтно-восстановительные работы, подготовку МТКК к старту, а также операции управления, контроля и связи в ходе полета МТКК. Многоразовый транспортный космический корабль (МТКК) состоит из пилотируемого орбитального корабля (ОК), подвесного топливного отсека (ПТО) и двух твердотопливных ускорителей (ТТУ). Для увеличения продолжительности эксплуатации ОК на орбите или снабжения электроэнергией полезных грузов, выводимых с помощью МТКК, разрабатывалась энергетическая установка SРМ мощностью 25 кВт и предполагалась разработка энергетической установки мощностью 200-500 кВт. В качестве космического буксира разработаны два вида одноразовых твердотопливных многоступенчатых буксиров JUS и SSUS (разработки ВВС США и NАSА). Такой выбор сделан - на первом этапе из-за низкой стоимости, простоты и высокой надежности РДТТ. В дальнейшем предполагалась разработка и ввод в эксплуатацию к 1986 г. многоразового буксира второго поколения ОТV с ЖРД, работающим на жидких кислороде и водороде, однако катастрофа ОК "Челенджер" поставили крест на этих планах. Буксиры JUS и SSUS обеспечивают запуск полезных грузов массой 2.3 т на геостационарную орбиту, 2.72 т на 12-часовую орбиту и более 5 т на межпланетную траекторию. Схема функционирования МТКК В процессе выведения МТКК выполняет как бы роль ракеты-носителя в одноразовых транспортных космических системах. В орбитальном корабле размещаются экипаж и полезный груз. В подвесной топливный отсек заправляется все кислородно-водородное топливо, расходуемое в процессе выведения на орбиту. Два твердотопливных ускорителя обеспечивают дополнительную тягу на начальном участке траектории полета и гарантированную для спасения ОК скорость в случае аварии на начальном участке выведения. В момент старта МТКК одновременно работают двигательные установки I и II ступеней, при этом управление полетом осуществляется отклонением вектора тяги их двигателей, а на атмосферном участке полета дополнительно отклонением руля направления ОК. На 125 с полета при достижении скорости 1390 м/с и высоты полета ~ 50 км твердотопливные ускорители (ТТУ) отделяются с помощью восьми ракетных двигателей на твердом топливе (РДТТ). Дальнейший неуправляемый полет ТТУ происходит по баллистической траектории, причем на высоте 7.6 км раскрываются тормозной парашют, а на высоте 4.8 км - основные парашюты. Приводнение ТТУ происходит на 463 с с момента старта и на расстоянии 256 км от него. Затем ТТУ буксируют к берегу для проведения восстановительных работ и повторного использования их в составе МТКК. Три основных двигателя ОК продолжают работать, используя топливо ПТО, и обеспечивают скорость, близкую к орбитальной. После выработки топлива на 480 с полета подвесной топливный отсек отделяется и по баллистической траектории падает в Тихий или Индийский океан, разрушаясь в плотных слоях атмосферы; его спасение не предусмотрено. С помощью двигателей системы орбитального маневрирования ОК создается дополнительный импулъс по приращению скорости, необходимой для его вывода на опорную орбиту. Эти же двигатели используются для маневрирования при аварийном прекращении штатного полета на участке выведения, для межорбитальных переходов, сближения и выдачи тормозного импульса при сходе с орбиты для посадки. Имея запас энергии, путем торможения и маневрирования на атмосферном участке спуска ОК достигает заданной боковой и продольной дальности для обеспечения безмоторной посадки на посадочную полосу стартово-посадочного комплекса или запасного аэродрома посадки. С момента старта до посадки весь полет МТКК состоит из следующих этапов: набор высоты и скорости, отделение ПТО и выход ОК на орбиту, орбитальный полет, сход с орбиты, полет в атмосфере при спуске и посадка. Отличительной особенностью МТКК "Спейс Шаттл" при возникновении аварийной ситуации на участке выведения и посадки является обязательное спасение и возврат на Землю всего ОК вместе с экипажем (который остается в кабине ОК во время аварийного спасения) и полезным грузом, так как традиционные способы аварийного спасения одноразовых кораблей для ОК МТКК принципиально непригодны (гибель ОК "Челленджер" вместе с экипажем на этапе выведения произошла из-за отсутствия надежной системы предупреждения о развитии аварийной ситуации). Для повышения живучести всей системы использованы резервирование бортовых систем; твердотопливные ускорители, надежность которых близка к единице; эффективная система диагностики, позволяющая выключать неисправный двигатель без его разрушения; 9% запас по форсированию тяги основных двигателей, что позволяет частично компенсировать потери тяги одного выключенного двигателя, для чего в подвесном топливном отсеке имеется резервное топливо. Все это в зависимости от того, в какой момент произошла авария, должно способствовать реализации различных вариантов спасения ОК: прекращение разгона и выведения с возвратом на посадочную полосу (ПП), расположенную на полигоне запуска; полет с выходом на одновитковую траекторию с последующей посадкой на ПП стартового комплекса после выполнения нормального входа в атмосферу и маневров перед посадкой; выход на орбиту с последующим возвратом (после нескольких витков ожидания) на ПП стартового комплекса или запасной аэродром, или проведением спасательных операций на орбите. На первых полетах как мера дополнительной безопасности для экипажа предусматривалась установка катапультируемых кресел. После катастрофы ВКС "Challenger", унесший жизни семи астронавтов, была разработана схема покидания ВКС на атмосферном участке полета при невозможности по каким-либо причинам приземления ВКС на ПП аэродрома. Характерной особенностью используемого способа спасения является самостоятельное поочередное покидание ВКС всеми члена экипажа с использованием разворачиваемого в поток гибкого шеста, основным назначением которого является увод астронавтов под крыло для исключения столкновения с его лобовой кромкой:

Шаттл и российско-американское космическое сотрудничество

По всей видимости, полет шаттла «Дискавери» стал в обозримом будущем последним для американской многоразовой транспортной системы «Спейс Шаттл». Руководство НАСА, просмотрев фотоснимки, запечатлевшие, как от внешнего топливного бака орбитальной ступени оторвался кусок теплоизоляционного покрытия, приняло решение приостановить все полеты челноков - шаттлов на неопределенный срок. Катастрофа шаттла «Колумбия» два с половиной года назад почти полностью заморозила всю программу МКС.