Многоразовый космос: перспективные проекты космических кораблей США

14:34 21/02/2018
👁 330

Шаттл Атлантис

21 июля 2011 года американский космический корабль Atlantis совершил свою последнюю посадку, поставившую точку в длительной и интереснейшей программе Space Transportation System. По целому ряду причин технического и экономического характера было решено прекратить эксплуатацию системы Space Shuttle. Тем не менее, от идеи многоразового космического корабля не отказались. В настоящее время разрабатывается сразу несколько подобных проектов, и некоторые из них уже успели показать свой потенциал.

Проект многоразового космического корабля «Спейс Шаттл» преследовал несколько основных целей. Одной из главных было сокращение стоимости полета и подготовки к нему. Возможность многократного применения одного и того же корабля в теории давала известные преимущества. Кроме того, характерный технический облик всего комплекса позволил заметным образом увеличить допустимые габариты и массу полезной нагрузки. Уникальной особенностью STS была возможность возвращения космических аппаратов на Землю внутри своего грузоотсека.

Тем не менее, в ходе эксплуатации было установлено, что удалось выполнить далеко не все поставленные задачи. Так, на практике подготовка корабля к полету оказалась слишком долгой и дорогой – по этим параметрам проект не укладывался в изначальные требования. В ряде случаев многоразовый корабль принципиально не мог заменить «обычные» ракеты-носители. Наконец, постепенное моральное и физическое устаревание техники приводило к самым серьезным рискам для экипажей.

В итоге было принято решение о прекращении эксплуатации комплекса Space Transportation System. Последний 135-й полет состоялся летом 2011 года. Четыре имевшихся корабля списали и передали музеям за ненадобностью. Самым известным последствием таких решений стал тот факт, что американская космическая программа на несколько лет осталась без собственного пилотируемого корабля. До сих пор астронавтам приходится попадать на орбиту при помощи российской техники.

Кроме того, на неопределенный срок вся планета осталась без используемых многоразовых систем. Впрочем, уже принимаются определенные меры. К настоящему времени американские предприятия разработали сразу несколько проектов многоразовых космических кораблей того или иного рода. Все новые образцы уже, как минимум, выведены на испытания. В обозримом будущем они также смогут поступить в полноценную эксплуатацию.

Boeing X-37

Шаттл X-37B

Основной компонент комплекса STS представлял собой орбитальный самолет. Эта концепция в настоящее время находит применение в проекте X-37 компании Boeing. Еще в конце девяностых годов «Боинг» и NASA начали изучать тематику многоразовых кораблей, способных находиться на орбите и летать в атмосфере. В начале прошлого десятилетия эти работы привели к старту проекта X-37. В 2006 году опытный образец нового типа дошел до летных испытаний со сбросом с самолета-носителя.

Программа заинтересовала военно-воздушные силы США, и с 2006 года реализуется уже в их интересах, хотя и при определенном содействии со стороны NASA. По официальным данным, ВВС желают получить перспективный орбитальный самолет, способный выводить в космос различные грузы или выполнять разнообразные эксперименты. По разным оценкам, нынешний проект X-37B может использоваться и в иных миссиях, в том числе связанных с ведением разведки или выполнением полноценной боевой работы.

Первый космический полет аппарата X-37B состоялся в 2010 году. В конце апреля ракета-носитель Atlas V вывела аппарат на заданную орбиту, где он пробыл 224 дня. Посадка «по-самолетному» состоялась в начале декабря того же года. В марте следующего года начался второй полет, продолжавшийся до июня 2012-го. В декабре состоялся очередной запуск, а третья посадка была проведена только в октябре 2014 года. С мая 2015-го по май 2017-го опытный X-37B осуществлял свой четвертый полет. 7 сентября прошлого года начался очередной испытательный полет. Когда он завершится – не уточняется.

Согласно немногочисленным официальным данным, целью полетов является изучение работы новой техники на орбите, а также проведение различных экспериментов. Даже если опытные X-37B и решают задачи военного характера, заказчик и исполнитель не раскрывают подобную информацию.
В существующем виде изделие Boeing X-37B представляет собой самолет-ракетоплан характерного облика. Он отличается крупным фюзеляжем и плоскостями средней площади. Используется ракетный двигатель; управление осуществляется автоматикой или по командам с земли. По известным данным, в фюзеляже предусмотрен грузовой отсек длиной более 2 м и диаметром свыше 1 м, в котором можно разместить до 900 кг полезной нагрузки.

SpaceDev / Sierra Nevada Dream Chaser

Видео успешных испытаний космоплана Dream Chaser

Еще одной версией орбитального самолета является корабль Dream Chaser от компании SpaceDev. Этот проект разрабатывался с 2004 года для участия в программе NASA Commercial Orbital Transportation Services (COTS), однако не смог пройти первый этап отбора. Тем не менее, компания-разработчик вскоре договорилась о сотрудничестве с фирмой United Launch Alliance, которая была готова предложить свою ракету-носитель Atlas V. В 2008 году SpaceDev вошла в состав корпорации Sierra Nevada, и вскоре после этого получила дополнительное финансирование для создания своего орбитального самолета. Позже появилось соглашение с Lockheed Martin о совместном строительстве опытной техники.

В октябре 2013 года летный прототип аппарата Dream Chaser был сброшен с вертолета-носителя, после чего перешел в планирующий полет и выполнил горизонтальную посадку. Несмотря на поломку при посадке, прототип подтвердил расчетные характеристики. В дальнейшем были выполнены некоторые другие проверки на стендах. По их результатам проект был доработан, а в 2016 году стартовало строительство опытного образца для космических полетов. В середине прошлого года NASA, Sierra Nevada и ULA подписали соглашение о проведении двух орбитальных полетов в 2020-21 годах.

Не так давно разработчики аппарата Dream Chaser получили разрешение на проведение запуска в конце 2020 года. В отличие от ряда других современных разработок, первая космическая миссия этого корабля будет осуществляться с реальной нагрузкой. Корабль должен будет доставить на Международную космическую станцию определенные грузы.

В существующем виде многоразовый космический корабль Sierra Nevada / SpaceDev Dream Chaser представляет собой самолет характерного облика, внешне напоминающий некоторые американские и зарубежные разработки. Машина имеет общую длину 9 м и оснащена треугольным крылом размахом 7 м. Для совместимости с существующими ракетами-носителями в будущем будет разработано складное крыло. Взлетная масса определена на уровне 11,34 т. Dream Chaser сможет доставлять на МКС 5,5 т груза и возвращать на Землю до 2 т. Спуск с орбиты «по-самолетному» связан с меньшими перегрузками, что, как ожидается, может быть полезным для доставки некоторого оборудования и образцов в рамках отдельных экспериментов.

SpaceX Dragon

Dragon Дракон

По ряду причин, идея орбитального самолета в настоящее время не пользуется особой популярностью среди разработчиков новой космической техники. Более удобным и выгодным сейчас считается многоразовый корабль «традиционного» облика, выводимый на орбиту при помощи ракеты-носителя и возвращающийся на Землю без использования крыльев. Наиболее успешной разработкой такого рода является изделие Dragon от компании SpaceX.

Работы по проекту Dragon стартовали в 2006 году и выполнялись в рамках программы COTS. Целью проекта являлось создание космического корабля с возможностью неоднократных запусков и возвращений. Первый вариант проекта предполагал создание транспортного корабля, а в дальнейшем на его базе планировалось разработать пилотируемую модификацию. К настоящему времени Dragon в версии «грузовика» показал определенные результаты, тогда как ожидаемый успех пилотируемой версии корабля постоянно сдвигается по срокам.

дракон

Первый демонстрационный запуск транспортного корабля Dragon состоялся в конце 2010 года. После всех требуемых доработок NASA заказало полноценный запуск такого аппарата с целью доставки грузов на Международную космическую станцию. 25 мая 2012 года «Дракон» успешно пристыковался к МКС. В дальнейшем было проведено несколько новых запусков с доставкой грузов на орбиту. Важнейшим этапом программы стал пуск 3 июня 2017 года. Впервые в истории программы состоялся повторный запуск отремонтированного корабля. В декабре в космос отправился еще один аппарат, уже летавший к МКС. С учетом всех испытаний к настоящему времени изделия Dragon совершили 15 полетов.

В 2014 году компания SpaceX анонсировала перспективный пилотируемый корабль Dragon V2. Утверждалось, что этот аппарат, представляющий собой развитие существующего грузовика, сможет доставлять на орбиту или возвращать домой до семи космонавтов. Также сообщалось, что в будущем новый корабль сможет использоваться для облета Луны, в том числе с туристами на борту.

Дракон Луна

Как нередко случается с проектами компании SpaceX, сроки реализации проекта Dragon V2 несколько раз смещались. Так, из-за задержек с предполагаемым носителем Falcon Heavy дата первых испытаний переместилась на 2018 год, а первый пилотируемый полет постепенно «уполз» на 2019-й. Наконец, несколько недель назад компания-разработчик объявила о намерении отказаться от сертификации нового «Дракона» для пилотируемых полетов. В будущем такие задачи предполагается решать при помощи многоразовой системы BFR, которая еще не создана.

Транспортный корабль Dragon имеет полную длину 7,2 м при диаметре 3,66 м. Сухая масса – 4,2 т. Он способен доставлять к МКС полезную нагрузку весом 3,3 т и возвращать до 2,5 т груза. Для размещения тех или иных грузов предлагается использовать герметичный отсек объемом 11 куб.м и негерметичный 14-кубовый объем. Отсек без герметизации при спуске сбрасывается и сгорает в атмосфере, тогда как второй грузовой объем возвращается на Землю и осуществляет посадку на парашюте. Для коррекции орбиты аппарат оснащается 18 двигателями типа Draco. Работоспособность систем обеспечивается парой солнечных батарей.

Дракон Скафандр

При разработке пилотируемой версии «Дракона» были использованы определенные агрегаты базового транспортного корабля. При этом герметичный отсек пришлось заметным образом переработать для решения новых задач. Также изменились некоторые иные элементы корабля.

Lockheed Martin Orion

Orion Орион

В 2006 году NASA и компания Lockheed Martin договорились о создании перспективного космического корабля, пригодного для многократного использования. Проект назвали в честь одного из самых ярких созвездий – Orion. На рубеже десятилетий, уже после завершения части работ, руководство Соединенных Штатов предложило отказаться от этого проекта, но после долгих споров его удалось спасти. Работы были продолжены и к настоящему времени привели к определенным результатам.

В соответствии с исходной концепцией, корабль «Орион» должен был использоваться в разных миссиях. С его помощью предполагалось доставлять грузы и людей на Международную космическую станцию. Получив соответствующее оборудование, он мог бы отправиться к Луне. Также прорабатывалась возможность осуществления полета к одному из астероидов или даже к Марсу. Тем не менее, решение таких задач относили к отдаленному будущему.

Согласно планам прошлого десятилетия, первый испытательный запуск корабля Orion должен был состояться в 2013 году. На 2014-й планировали старт с астронавтами на борту. Полет к Луне можно было осуществить до конца десятилетия. Впоследствии график был скорректирован. Первый беспилотный полет перенесли на 2014 год, а запуск с экипажем – на 2017-й. Лунные миссии перенесли на двадцатые годы. К настоящему времени на следующее десятилетие были перенесены и полеты с экипажем.

5 декабря 2014 года состоялся первый испытательный запуск «Ориона». Корабль с имитатором полезной нагрузки был выведен на орбиту ракетой-носителем Delta IV. Через несколько часов после старта он вернулся на Землю и приводнился в заданном районе. Новые запуски пока не проводились. Впрочем, специалисты «Локхид-Мартин» и НАСА не сидели без дела. За несколько последних лет был построен ряд опытных образцов для проведения тех или иных испытаний в земных условиях.

Всего несколько недель назад началось строительство первого корабля Orion для пилотируемого полета. Его запуск запланирован на следующий год. Задача вывода корабля на орбиту будет возложена на перспективную ракету-носитель Space Launch System. Завершение текущих работ покажет реальные перспективы всего проекта.

Проект Orion предусматривает строительство корабля длиной порядка 5 м и диаметром около 3,3 м. Характерной чертой этого аппарата является большой внутренний объем. Несмотря на установку необходимой аппаратуры и приборов, внутри герметичного отсека остается чуть менее 9 куб.м свободного пространства, пригодного для установки тех или иных устройств, в том числе кресел экипажа. Корабль сможет брать на борт до шести астронавтов или определенный груз. Полная масса корабля определена на уровне 25,85 т.

Суборбитальные системы

В настоящее время реализуется несколько любопытных программ, не предусматривающих выведение полезной нагрузки на орбиту Земли. Перспективные образцы техники от ряда американских компаний смогут осуществлять только суборбитальные полеты. Такую технику предполагается использовать для проведения некоторых исследований или в ходе развития космического туризма. Новые проекты такого рода не рассматриваются в контексте развития полноценной космической программы, но все же представляют определенный интерес.

SpaceShipTwo Юнити

Проекты SpaceShipOne и SpaceShipTwo от компаний Scale Composites и Virgin Galactic предлагают строительство комплекса в составе самолета-носителя и орбитального самолета. С 2003 года техника двух типов выполнила значительное число испытательных полетов, в ходе которых отрабатывались различные особенности конструкции и методики работы. Ожидается, что корабль типа SpaceShipTwo сможет брать на борт до шести пассажиров-туристов и поднимать их на высоту не менее 100-150 км, т.е. выше нижней границы космического пространства. Взлет и посадка должны осуществляться с «традиционного» аэродрома.

New Shepard

Компания Blue Origin с середины прошлого десятилетия прорабатывает иной вариант суборбитальной космической системы. Она предлагает выполнять подобные полеты при помощи связки ракеты-носителя и корабля по типу используемых в иных программах. При этом и ракета, и корабль должны быть многоразовыми. Комплекс получил название New Shepard. C 2011 года ракеты и корабли нового типа регулярно совершают испытательные полеты. Уже удалось отправить космический аппарат на высоту более 110 км, а также обеспечить безопасное возвращение как корабля, так и ракеты-носителя. В будущем система New Shepard должна будет стать одной из новинок в сфере космического туризма.
Многоразовое будущее

В течение трех десятилетий, с начала восьмидесятых годов прошлого века, основным средством доставки людей и грузов на орбиту в арсенале NASA был комплекс Space Transportation System / Space Shuttle. Ввиду морального и физического устаревания, а также в связи с невозможностью получения всех желаемых результатов эксплуатация «Шаттлов» была прекращена. С 2011 года США не располагает работоспособными многоразовыми кораблями. Более того, пока у них нет и собственного пилотируемого аппарата, вследствие чего астронавтам приходится летать на зарубежной технике.

Несмотря на прекращение эксплуатации комплекса Space Transportation System, американская космонавтика не отказывается от самой идеи многоразовых космических кораблей. Такая техника все еще представляет большой интерес и может использоваться в самых разных миссиях. На данный момент силами NASA и ряда коммерческих организаций разрабатывается сразу несколько перспективных космических кораблей, как орбитальных самолетов, так и систем с капсулами. На данный момент эти проекты находятся на разных стадиях и показывают разные успехи. В самое ближайшее время, не позднее начала двадцатых годов, большинство новых разработок дойдет до стадии испытательных или полноценных полетов, что позволит вновь изучить ситуацию и сделать новые выводы.

Источник

Добавить комментарий