Несбывшиеся надежды: что планировали и что получилось в программе «Спейс Шаттл. Краткая история создания "спейс шаттла"

"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

Что такое шаттл? Это летательная конструкция американских производителей. Само слово «шаттл» означает «челнок». Такой корабль создан для неоднократного запуска, и изначально предполагалось, что шаттлы будут летать туда-сюда между Землей и ее орбитой, осуществляя доставку грузов.

Статья будет посвящена шаттлам - космическим аппаратам, а также всем другим шаттлам, существующим в наши дни.

История создания

Прежде чем ответить на вопрос, что такое шаттл, рассмотрим историю его создания. Она начинается в конце 60-х годов XX века в США, когда был поставлен вопрос о проектировании многоразового космического механизма. Это объяснялось экономической выгодой. Интенсивная эксплуатация космических шаттлов должна была понизить высокие расходы на космос.

В рамках концепции предусматривалось формирование орбитального пункта на Луне, а также Задания на земной орбите должны были выполняться многократно используемыми суднами, получившими наименование «Спейс Шаттл».

В 1972 году были подписаны документы, определившие облик будущего шаттла.

Программа проектирования готовилась фирмой North American Rockwell по заданию НАСА с 1971 года. Во время разработки программы применялись технологические идеи системы «Аполлон». Были спроектированы пять челноков, два из них не сохранились после крушений. Полеты проводились с 1981 по 2011 год.

По планам НАСА ежегодно должны были осуществляться 24 старта, и каждый борт должен был выполнить до 100 полетов. Но в процессе работы были выполнены всего 135 пусков. Самым большим количеством полетов отличился шаттл «Дискавери».

Конструкция системы

Рассмотрим, что такое шаттл с точки зрения его устройства. Его запуск происходит посредством пары ракетных ускорителей и трех двигателей, снабжаемых топливом из наружного бака внушительных размеров.

Лавирования на орбите выполняются с помощью двигателей специальной системы, предназначенной для осуществления орбитальных маневров. Эта система включает в себя такие ступени:

• Два ракетных ускорителя, работающих две минуты с момента включения. Они дают направление кораблю, затем отсоединяются от него и летят в океан с помощью парашютов. После заправки ускорители запускаются снова в работу.
• Заправочный бак с водородным и кислородным питанием для основных двигателей. Бак также отбрасывается, но чуть позже - через 8,5 минуты. Практически весь он подвергается горению в атмосферных толщах, его обломки попадают в океаническое пространство.
• Пилотируемое судно, которое садится на орбиту и является помещением для экипажа и помогает в осуществлении научных изысканий. Выполнив программу, орбитальный аппарат летит на Землю и садится как планер на участок, выделенный для посадки.

Внешне шаттл похож на самолет, но, по сути, он - тяжелый планер. У шаттла нет топливных запасов для двигателей. Двигатели работают, пока шаттл соединен с заправочным баком. Находясь в космосе, а также во время посадки корабль задействует не слишком мощные малые двигатели. Планировалось оснастить шаттл реактивными двигателями, но от идеи отказались из-за высокой стоимости.

Сила подъема корабля невысока, посадка происходит благодаря кинетической энергии. Корабль идет с орбиты на космодром. То есть у него только один шанс осуществить посадку. Возможности развернуться и сделать второй круг, к сожалению, нет. По этой причине НАСА соорудила несколько резервных участков для посадки летательных аппаратов.

Принципы работы ускорителей

Боковые ускорители - это большие и супермощные твердотопливные устройства, производящие тягу для отрыва шаттла от стартовой области и полета на высоту 46 км. Габариты ускорителя:

• 45,5 м в длину;
• 3,7 м - диаметр;
• 580 тыс. кг - масса.

Остановить ускорители после запуска не представляется возможным, поэтому их включение происходит после исправных стартов трех других двигателей. Спустя 75 секунд после запуска ускорители отделяются от системы, летят по инерции, достигают максимальной высоты, затем садятся в океане на парашютах на расстоянии примерно 226 км от старта. При этом скорость посадки равняется 23 м/с. Специалисты технической службы собирают ускорители и отправляют их на завод-изготовитель, где их восстанавливают для повторного применения. Ремонт и реконструкция шаттлов объясняются также экономическими соображениями, ведь создать новый корабль значительно дороже.

Выполняемые функции

Согласно требованию военных, летательный аппарат должен был заниматься доставкой грузов до 30 тонн, доставлять на Землю грузы до 14,5 тонн. Для этого грузовой отсек должен был иметь габариты 18 метров в длину и 4,5 м в диаметре.

Космическая программа не ставила своей целью «бомбардировочные» действия. Ни НАСА, ни Пентагон, ни Конгресс США подобную информацию не подтверждают. Для бомбардировочных целей был разработан проект Dyna-Soar. Однако со временем в рамках проекта занимались разведывательной деятельностью. Постепенно Dyna-Soar стал исследовательским проектом, а в 1963 году и вовсе был отменен. Многие результаты Dyna-Soar перешли в проект по созданию шаттлов.

Шаттлы доставляли грузы на высоту 200-500 км, они проводили многие научные разработки, обслуживали космические аппараты на орбитальных пунктах, занимались сборочными и восстановительными работами. Шаттлы выполняли рейсы по починке телескопической техники.

В 90-е годы шаттлы участвовали в программе «Мир-Шаттл», проводимой совместно Россией и США. Проведены девять состыковок со станцией «Мир».

Конструкция шаттлов неустанно совершенствовалась. За все время использования кораблей были разработаны тысячи аппаратов.

Шаттлы помогали в реализации проекта по формированию Многие модули на МКС доставлялись с помощью шаттлов. Некоторые такие модули не оснащены двигателями, поэтому не способны автономно передвигаться и маневрировать. Чтобы их доставить на станцию, нужен грузовой корабль или шаттл. Роль шаттлов в этом направлении нельзя переоценить.

Некоторые интересные данные

Средний срок пребывания космического корабля в космосе - две недели. Самый короткий полет выполнил шаттл «Колумбия», он длился чуть дольше двух дней. Самое продолжительное путешествие корабля «Колумбия» равнялось 17 суткам.

Состав экипажа - от двух до восьми астронавтов, вместе с ними пилот и командир. Орбиты шаттлов находились в интервалах от 185 643 км.

Программа «Спейс Шаттл» была свернута в 2011 году. Она существовала 30 лет. За все время ее выполнения было сделано 135 полетов. Шаттлы прошли 872 млн км и подняли грузов общей массой 1,6 тысячи тонн. Орбиту посетили 355 астронавтов. Стоимость одного полета равнялась примерно 450 млн долларов. Общая стоимость всей программы составила 160 млрд долларов.

Последним стартом стал запуск «Атлантиса». В нем экипаж был уменьшен до четырех человек.

По итогам проекта все шаттлы были аннулированы и направлены в музейное хранилище.

Катастрофы

Космические челноки за всю историю существования претерпели всего две катастрофы.

В 1986 году взорвался «Челленджер» спустя 73 секунды после запуска. Причиной послужила авария в твердотопливном ускорителе. Погиб весь экипаж - семь человек. Обломки челнока сгорели в атмосфере. После крушения программа была приостановлена на 32 месяца.

В 2003 году сгорел шаттл «Колумбия». Причиной стало разрушение теплозащитной оболочки корабля. Погиб весь экипаж - семь человек.

Советское руководство пристально следило за процессом осуществления программы по созданию и внедрению американских космических шаттлов. Данный проект был воспринят как угроза со стороны США. Были высказаны предположения о том, что:

• шаттлы могут применяться как платформы для ядерных боеприпасов;
• американские челноки могут похищать с земной орбиты спутники Советского Союза.

В итоге советское правительство приняло решение строить собственный космический механизм, по параметрам не уступающий американскому.

Кроме Советского Союза, многие страны вслед за США принялись конструировать свои многократные космические аппараты. Это ФРГ, Франция, Япония, Китай.

Вслед за американским кораблем в Советском Союзе был создан шаттл «Буран». Он предназначался для выполнения военных и мирных задач.

Сначала корабль задумывался как точная копия американского изобретения. Но в процессе разработки возникли некоторые трудности, поэтому советским конструкторам пришлось искать собственные решения. Одним из препятствий стало отсутствие двигателей подобных американским. Точнее, в СССР двигатели имели совсем другие технические параметры.

Полет «Бурана» состоялся в 1988 году. Это произошло под управлением бортового компьютера. Посадка шаттла определила успех полета, в который не верили многие высокопоставленные лица. Принципиальная разница «Бурана» и американских шаттлов состояла в том, что советский аналог смог сесть самостоятельно. Такой возможности у американских кораблей не было.

Особенности конструкции

«Буран» обладал внушительными размерами, как и его заокеанские собратья. В кабине помещались десять человек.

Важной особенностью конструкции была теплозащитная оболочка, вес которой был выше 7 тонн.

В просторном грузовом отсеке могли поместиться грузы больших размеров, в том числе космические спутники.

Запуск корабля был двухступенчатым. Сначала от корабля отделялись четыре ракеты и двигатели. Вторая ступень - двигатели с кислородом и водородом.

При создании «Бурана» одним из главных требований была его многоразовость. Одноразовым был только топливный бак. Американские ускорители имели возможность приводниться в океане. Советские ускорители садились в степях неподалеку от Байконура, так что вторичное их использование не представлялось возможным.

Второй особенностью «Бурана» было то, что двигатели располагались на топливном баке и поэтому сгорали в воздухе. Перед конструкторами стояла задача сделать двигатели многоразовыми, что могло бы удешевить программу по освоению космоса.

Если посмотреть на шаттл (фото его демонстрирует) и его советский аналог, складывается впечатление об идентичности этих кораблей. Но это лишь внешняя схожесть с принципиальными внутренними различиями двух систем.

Итак, мы рассмотрели, что такое шаттл. Но в наши дни этим словом называются не только корабли для внеземных полетов. Идея шаттла нашла свое воплощение во многих изобретениях науки и техники.

Автомобиль-корабль

Компания Honda выпустила автомобиль под названием «Шаттл». Изначально его произвели для США и дали название Odyssey. Этот свободный автомобиль пользовался успехом в Новом Свете благодаря своим превосходным техническим параметрам.

«Хонду Шаттл» выпустили непосредственно для Европы. Сначала так именовали универсал Honda Civic, напоминающий микровэн. Но в 1991 году его убрали из ряда выпускаемых модификаций. Название «Шаттл» оставалось невостребованным. И только в 1994 году японские машиностроители выпустили новый минивэн с таким названием. Почему производители решили остановиться на подобном наименовании модели, остается только догадываться. Возможно, идея стремительного космического челнока поразила создателей автомашин, и им захотелось создать уникальный быстрый автомобиль.

«Шаттл» представляет собой 5-дверный универсал, обладающий высокой проходимостью. У кузова округлены углы, большая часть поверхности остеклена. Салон отличается возможностью трансформации. Сиденья располагаются в три ряда, последний убирается в нишу. В салоне есть кондиционер, удобные кресла с большим запасом пространства.

Автомобиль чрезвычайно комфортабелен во время езды благодаря энергоемким передней и задней подвеске. «Шаттл» успешно справляется с поставленными на дороге задачами. Однако года поставок этой модели в Европу более не наблюдалось, ее место заняла Honda Stream.

Развивая в 2011 году начинает выпуск линейки Fit Shuttle. Линия создана на основе хэтчбека «Хонда Фит».

Машина обладает агрегатом 1,5 л и гибридом 1,3 л. Производятся как передне-, так и заднеприводные автомобили.

"Хонда Фит Шаттл" характеризуется как экономичная, вместимая, эргономичная и комфортная на дороге машина. Автомобиль отлично ездит по улицам мегаполисов. Он подойдет для семейного отдыха и для бизнеса.

"Хонда Фит Шаттл" укомплектована по самым высоким требованиям безопасности. В ней присутствуют подушки безопасности, ABS, ESP.

"Фит Шаттл" по сей день пользуется большой популярностью в среде автовладельцев и имеет самые высокие рейтинги.

Вместе с детьми

Совершить полет на звездном шаттле можно вместе с ребенком, включив изображение и приобретя игрушку компании Lego. Первый набор космической тематики был выпущен компанией еще в 1973 году. Это была игра в виде конструктора. С тех пор производится несколько серий «космических» наборов, относящихся к разным ценовым уровням.

В популярный набор с артикулом 60078 входят:

• сервисный шаттл;
• космический спутник;
• фигурки космонавтов;
• наклейки;
• информация для сборки.

На упаковке изображен космический корабль, космонавты, планета Земля и ее спутник - Луна. В «Лего» шаттл - основной элемент набора. Он изготовлен из деталей белого цвета с темными вставками и ярко-красными полосками. В его кабине можно поместить две фигуры космонавтов. В наборе их два - мужчина и женщина. В корабле они сидят друг за другом. Чтобы попасть в кабину, нужно снять ее верхнюю часть.

Набор «Лего Шаттл» стал желанным воплощением мечты всех, кто грезит идеями космических войн. Его основной составляющей является не вымышленный корабль, а вполне реалистичный. Космический шаттл отзывы о себе собирает положительные, он сильно напоминает подлинные американские корабли, бороздившие просторы космоса. Вместе с этим уникальным набором можно окунуться в мир космических странствий и перелетов на пару с ребенком. Причем играть можно не только с мальчиками, но и с девочками, ведь в набор не зря входит женская фигура космонавта.

Похищенный корабль

Компанией «Лего» создан также шаттл «Тайдириум», напоминающий нам о многочисленных эпизодах "Звездных войн". Всего компания выпустила шесть таких кораблей, начиная с 2001 года. Все они отличаются размерами.

Имперский шаттл был украден повстанцами, и теперь предстоит его вернуть. Увлекательные приключения вместе с героями звездных путешествий ждут маленьких игроков.

В набор входят минифигурки: принцесса Лея, Хан Соло, Чубакка, повстанцы - 2 шт. Сам шаттл изготовлен в белом цвете с серыми вставками. В кабине умещаются две фигуры, открывается она через верхнюю часть носа. За кабиной имеется отсек для груза. Производители говорят, что процесс сборки шаттла может занять от 2 до 6 часов. С помощью минифигурок появляется возможность разыграть множество увлекательных сцен.

Космические игры для компьютера

Компания Bethesda, вдохновленная идеей освоения космических просторов, выпустила игру Prey для приставок и компьютеров с интересным сюжетом. В его основе несуществующая реальность, в которой американский президент Джон Кеннеди остался живым после покушения и стал интенсивно развивать проекты освоения космоса.

Пришельцы из космоса атакуют планету Земля. Их называют тифонами. США и СССР объединяют свои усилия в борьбе против вражеских сил. Но СССР подвергается распаду, и ликвидировать тифонов предстоит только США. Ученые могут контролировать мозг пришельцев, а также получать их способности.

Одной из миссий игры является попасть на шаттл. Для многих это является настоящей проблемой.

Опытные игроки покорили в Prey шаттл и дают советы новичкам. Для того чтобы забраться на корабль, нужно спуститься в одну из нижних комнат и там найти ключ-карту. Ключ помогает открыть дверь и разыскать лифт. На лифте нужно ехать наверх, там найти терминал, который активируют, после чего появляется мостик. С помощью моста и попадают на шаттл.

Автобусные варианты

В наши дни шаттлами называются не только космические корабли в реальности и в играх, но и автобусный транспорт. Как правило, это быстрые автобусы, доставляющие пассажиров от аэропорта к отелю, к станции метро или наоборот. Это может быть также корпоративный транспорт, осуществляющий перевозку пассажиров к местам различных мероприятий. Заранее составляется расписание шаттлов. Как правило, они курсируют довольно часто, что является чрезвычайно удобным.

Итак, мы разобрали многозначное слово «шаттл», рассмотрели все сферы, в которых оно используется, а также привели увлекательные истории, связанные с космическими челноками.

Шаттл «Дискавери» на стартовом столе

«Спейс шаттл» или просто «Шаттл» (Space Shuttle - «космический челнок») - американский многоразовый транспортный космический корабль. «Шаттлы» использовались в рамках осуществляемой НАСА государственной программы «Космическая транспортная система» (Space Transportation System, STS ). Подразумевалось, что шаттлы будут «сновать, как челноки» между околоземной и , доставляя полезные грузы в обоих направлениях.

Программа по созданию космических челноков разрабатывалась компанией North American Rockwell и группой ассоциированных подрядчиков по поручению НАСА с 1971 года. Разработка и опытно-конструкторские работы велись в рамках совместной программы НАСА и ВВС. При создании системы использовался ряд технических решений для лунных модулей 1960-х годов: эксперименты с твердотопливными ускорителями, системами их отделения и получения топлива из внешнего бака. Всего было построено пять шаттлов (два из них погибли в катастрофах) и один прототип. Полеты в космос осуществлялись с 12 апреля 1981 года по 21 июля 2011 года.

В 1985 году НАСА планировало, что к 1990 году будет совершаться по 24 старта в год, и каждый из кораблей совершит до 100 полётов в космос. На практике же они использовались значительно меньше - за 30 лет эксплуатации было произведено 135 пусков (в том числе две катастрофы). Больше всего полётов (39) совершил космический челнок .

Общее описание системы

Шаттл запускается в космос при помощи двух твердотопливных ракетных ускорителей и трёх собственных маршевых двигателей, которые получают топливо из огромного внешнего подвесного бака, на начальном участке траектории основную тягу создают отделяемые твердотопливные ускорители. На орбите шаттл осуществляет манёвры за счёт двигателей системы орбитального маневрирования, возвращаясь на Землю как планёр.

Данная многоразовая система состоит из трёх основных компонентов (ступеней):

1. Двух твердотопливных ракетных ускорителей, которые работают в течение примерно двух минут после запуска, разгоняя и направляя корабль, а затем отделяются на высоте около 45 км, приводняются на парашютах в океан и, после ремонта и перезаправки, используются вновь;
2. Большого внешнего топливного бака с жидкими водородом и кислородом для главных двигателей. Бак также служит каркасом для скрепления ускорителей с космическим кораблём. Бак отбрасывается примерно через 8,5 минут на высоте 113 км, бо́льшая его часть сгорает в , а остатки падают в океан.
3. Пилотируемого космического корабля-ракетоплана - (the Orbiter Vehicle или просто the Orbiter ) - собственно «спейс шаттла» (космического челнока), который выходит на околоземную орбиту, служит там платформой для исследований и домом для экипажа. После выполнения программы полёта возвращается на Землю и совершает посадку как планёр на взлётно-посадочную полосу.

В НАСА космические челноки имеют обозначение OV-ххх (Orbiter Vehicle - ххх )

Экипаж

Наименьший экипаж шаттла состоит из двух астронавтов - командира и пилота («Колумбия», запуски STS-1, STS-2, STS-3, STS-4). Наибольший экипаж шаттла - восемь астронавтов («Челленджер», STS-61A, 1985 год). Второй раз 8 астронавтов было на борту при посадке «Атлантиса» STS-71 в 1995 году. Чаще всего в экипаж входят от пяти до семи астронавтов. Беспилотных запусков не было.

Орбиты

Орбита шаттлов располагалась на высоте приблизительно в пределах от 185 до 643 км (115-400 миль).

Доставляемая в космос полезная нагрузка орбитальной ступени (орбитального ракетоплана) для зависит, в первую очередь, от параметров целевой орбиты, на которую выводится челнок. Максимальная масса полезной нагрузки может быть доставлена в космос при запуске на низкую околоземную орбиту с наклонением порядка 28° (широта ) и составляет 24,4 тонны. При запуске на орбиты с наклонением бо́льшим, чем 28°, допустимая масса полезной нагрузки соответственно уменьшается (так, при запуске на полярную орбиту расчетная грузоподъёмность челнока падает до 12 т; в реальности, однако, челноки никогда не запускались на полярную орбиту).

Максимальная масса загруженного космического корабля на орбите - 120-130 т. С 1981 года с помощью шаттлов было доставлено на орбиту более 1370 т полезных грузов.

Максимальная масса груза, возвращаемого с орбиты - до 14,4 т.

Длительность полёта

Шаттл рассчитан на двухнедельное пребывание на орбите. Обычно полёты шаттлов продолжались от 5 до 16 суток.

История создания

История проекта «Космическая транспортная система» начинается в 1967 году, когда ещё до первого пилотируемого полёта по программе «Аполлон» (11 октября 1968 года - старт «Аполлон-7») оставалось больше года, как обзор перспектив пилотируемой космонавтики после завершения лунной программы NASA.

30 октября 1968 года два головных центра NASA (Центр пилотируемых космических кораблей - MSC - в Хьюстоне и Космический центр имени Маршалла - MSFC - в Хантсвилле) обратились к американским космическим компаниям с предложением исследовать возможность создания многоразовой космической системы, что должно было снизить затраты космического агентства при условии интенсивного использования.

В сентябре 1970 года Целевая космическая группа под руководством вице-президента США С. Агню, специально созданная для определения следующих шагов в освоении космического пространства, оформила два детально проработанных проекта вероятных программ.

Большой проект включал:

• космические челноки;
• орбитальные буксиры;
• большую на Земной орбите (до 50 человек экипажа);
• малую орбитальную станцию на орбите ;
• создание обитаемой базы на Луне;
• пилотируемые экспедиции к ;
• высадку людей на поверхность Марса.

В качестве малого проекта предлагалось создать только большую орбитальную станцию на Земной орбите. Но в обоих проектах было определено, что орбитальные полёты: снабжение станции, доставку на орбиту грузов для дальних экспедиций или блоки кораблей для дальних полётов, смена экипажей и прочие задания на орбите Земли, должны осуществляться многоразовой системой, которая и получила тогда название Space Shuttle.

Командованием ВВС США были заключены контракты на проведение НИОКР и испытаний. Системное проектирование и системная интеграция были возложены на исследовательскую корпорацию Aerospace Corp. Кроме того, к работе над шаттлом подключились следующие коммерческие структуры: за разработку второй ступени отвечали General Dynamics Corp., McDonnell-Douglas Aircraft Corp., за разработку шаттла, организацию и проведение полётов - North American Rockwell Corp., TRW, Inc., полезной нагрузки - McDonnell-Douglas Aircraft Corp., TRW, Inc., Aerospace Corp. Курированием проекта от государственных структур занимался Космический центр им. Кеннеди.

В изготовлении узлов и агрегатов шаттла (Space Shuttle Orbiter ) на конкурсной основе, пройдя отбор среди множества конкурентов, были задействованы следующие коммерческие структуры (о заключении контрактов было объявлено 29 марта 1973):

• Космический аппарат в целом - North American Rockwell Corp., Space Division, Дауни, Калифорния (при 10 тысячах субподрядчиков в США);
• Фюзеляж - General Dynamics Corp., Convair Aerospace Division, Сан-Диего, Калифорния;
• Крыло - Grumman Corp., Бетпейдж, Лонг-Айленд;
• Вертикальный стабилизатор - Fairchild Industries, Inc., Fairchild Republic Division, Фармингдейл, Лонг-Айленд;
• Система орбитального маневрирования - McDonnell Douglas Astronautics Co., Eastern Division, Сент-Луис, Миссури;
• Маршевый двигатель - North American Rockwell Corp., Rocketdyne Division, Мак-Грегор, Техас (при 24 субподрядчиках с суммами контрактов превышающими $100 тыс.).

Расчётный объём работы над шаттлом превысил 750 тыс. человеко-лет работ, что создавало на период работы над ним с 1974 по 1980 год 90 тыс. рабочих местнапрямую занятых в создании шаттла с перспективой доведения показателя трудоустройства до 126 тыс. при пиковой загрузке, плюс 75 тыс. рабочих мест на второстепенных направлениях деятельности, опосредованно связанных с проектом шаттла. Итого, на указанный период создавалось более 200 тыс. рабочих мест и предполагалось израсходовать около $7,5 млрд. бюджетных средств на оплату труда занятых работников всех специальностей.

Также существовали планы создания «атомного шаттла» - челнока с ядерной двигательной установкой NERVA, которая разрабатывалась и испытывалась в 1960-х годах. Атомный шаттл должен был осуществлять полёты между земной орбитой и орбитами Луны и Марса. Снабжение атомного челнока рабочим телом (жидкий водород) для ядерного двигателя возлагалось на обыкновенные шаттлы:

Nuclear Shuttle: This reusable rocket would rely on the NERVA nuclear engine. It would operate between low earth orbit, lunar orbit, and geosynchronous orbit, with its exceptionally high performance enabling it to carry heavy payloads and to do considerable amounts of work with limited stores of liquid-hydrogen propellant. In turn, the nuclear shuttle would receive this propellant from the Space Shuttle.

SP-4221 The Space Shuttle Decision

Однако президент США Ричард Никсон отверг все варианты, потому что даже самый дешёвый требовал 5 млрд долл. в год. NASA оказалось перед тяжёлым выбором: нужно было или начать новую крупную разработку, или объявить о прекращении пилотируемой программы.

Было решено настаивать на создании шаттла, но подать его не как транспортный корабль для сборки и обслуживания космической станции (держа, однако, это про запас), а как систему, способную приносить прибыль и окупить инвестиции за счёт выведения на орбиту спутников на коммерческой основе. Экономическая экспертиза подтвердила: теоретически при условии не менее 30 полётов в год и полном отказе от использования одноразовых носителей «Космическая транспортная система» может быть рентабельной.

Проект создания шаттлов был принят Конгрессом США.

Одновременно, в связи с отказом от одноразовых , определялось, что на шаттлы возлагается обязанность осуществлять вывод на земную орбиту и всех перспективных аппаратов Минобороны, ЦРУ и АНБ США.

Военные предъявили свои требования к системе:

• Космическая система должна была способна выводить на орбиту полезный груз до 30 тонн, возвращать на Землю полезную нагрузку до 14,5 т, иметь размер грузового отсека не менее 18 м длиной и 4,5 м в диаметре. Это были размер и вес проектировавшегося тогда оптической разведки KH-11 KENNAN, который сопоставим по размерам с .
• Обеспечить возможность бокового манёвра для орбитального корабля до 2000 км для удобства посадки на ограниченное количество военных аэродромов.
• Для запуска на околополярные орбиты (с наклонением 56-104°) ВВС решили построить собственный технический, стартовый и посадочный комплексы на авиабазе в Калифорнии.

Этим требования военного ведомства к проекту были ограничены.

Использовать челноки в качестве «космических бомбардировщиков» не планировалось никогда. Во всяком случае, не существует никаких открытых документов NASA, Пентагона, или Конгресса США, свидетельствующих о таких намерениях. Не упоминаются «бомбардировочные» мотивы ни в мемуарах, ни в частной переписке участников создания шаттлов.

Проект космического бомбардировщика «X-20 Dyna Soar» официально стартовал 24 октября 1957 года. Однако с развитием МБР шахтного базирования и атомного подводного флота, вооружённого баллистическими ракетами, создание орбитальных бомбардировщиков в США было признано нецелесообразным. Уже после 1961 годаиз проекта «X-20 Dyna Soar» исчезают упоминания о «бомбардировочных» задачах, но остаются разведывательные и «инспекционные». 23 февраля 1962 года министр обороны Р. Макнамара одобрил последнюю реструктуризацию программы. С этого момента «Dyna-Soar» официально называлась научно-исследовательской программой, имеющей целью исследовать и показать возможность выполнения пилотируемым орбитальным планёром маневрирования при входе в атмосферу и посадки на взлётно-посадочную полосу в заданном месте Земли с необходимой точностью.

К середине 1963 года министерство обороны серьёзно сомневалось относительно необходимости программы «Dyna-Soar».

При принятии этого решения было учтено, что космические аппараты такого класса не могут «висеть» на орбите достаточно продолжительное время, чтобы считать их «орбитальными платформами», а запуск каждого корабля на орбиту занимает даже не часы, а сутки и требует применения ракет-носителей тяжёлого класса, что не позволяет их использовать ни для первого, ни для ответного ядерного удара.

Многие технические и технологические наработки программы «Dyna-Soar» были впоследствии использованы при создании шаттлов.

Первоначально, в 1972 году, планировалось что шаттл станет основным средством доставки в космос, но в 1984 году ВВС США доказали что им необходимы дополнительные, резервные, средства доставки. В 1986 году, после катастрофы шаттла «Челленджер», была пересмотрена политика использования шаттла: шаттлы должны использоваться для миссий требующих взаимодействие с экипажем; так же коммерческие аппараты не могут запускаться на шаттле, за исключением аппаратов разработанных для запуска шаттлом или требующих взаимодействия с экипажем, или по соображениям внешней политики.

Реакция СССР

Советское руководство внимательно наблюдало за развитием программы «Космическая транспортная система», но, предполагая худшее, искало скрытую военную угрозу. Таким образом, было сформировано два основных предположения:

• Возможно использование космических челноков в качестве орбитальных бомбардировщиков-носителей ядерного оружия;
• Возможно использование космических челноков для похищения с орбиты Земли советских спутников, а также ДОС (долговременных обитаемых станций) «Салют» и ОПС (орбитальных пилотируемых станций) «Алмаз» ОКБ-52 Челомея. Для защиты, на первом этапе, советские ОПС оснащались модифицированной автоматической пушкой НР-23 конструкции Нудельмана - Рихтера (система «Щит-1»), которую позднее должна была сменить система «Щит-2», состоящая из двух ракет класса «космос-космос». Предположение о «похищениях» основывалось исключительно на габаритах грузового отсека и возвращаемой полезной нагрузке, открыто объявленным американскими разработчиками шаттлов, близким к габаритам и массе «Алмазов». О габаритах и весе разрабатывавшегося в то же время спутника оптической разведки KH-11 KENNAN в советском руководстве информации не было.

В результате советская космическая отрасль получила задание создать многоразовую многоцелевую космическую систему с характеристиками, аналогичными шаттлу - «Буран».

Конструкция

Технические данные

Твердотопливный ускоритель

Внешний топливный бак

Шаттл Атлантис

Бак содержит горючее (водород) и окислитель (кислород) для трёх жидкостных ракетных двигателей (ЖРД) SSME (RS-25) на орбитальном аппарате и не снабжён собственными двигателями.

Внутри топливный бак разделён на три секции. Верхнюю треть бака занимает ёмкость, предназначенная для охлаждённого до температуры −183 °C (−298 °F) жидкого кислорода. Объём этой ёмкости составляет 650 тыс. литров (143 тыс. галлонов). Нижние две трети бака предназначены для охлаждённого до температуры −253 °C (−423 °F) жидкого водорода. Объём этой ёмкости составляет 1,752 млн литров (385 тыс. галлонов). Между ёмкостями для кислорода и водорода находится кольцевидный промежуточный отсек, который соединяет топливные секции, несёт в себе оборудование, и к которому крепятся верхние концы ракетных ускорителей.

Начиная с 1998 года баки изготавливались из алюминиево-литиевого сплава. Поверхность топливного бака покрыта термозащитной оболочкой из напылённой пены полиизоцианурата толщиной в 2,5 см. Задачи этой оболочки - защитить горючее и окислитель от перегрева и предотвратить образование льда на поверхности бака. В месте крепления ракетных ускорителей во избежание образования льда установлены дополнительные нагреватели. Для защиты водорода и кислорода от перегрева внутри бака также имеется система кондиционирования. Особая электрическая система встроена в бак для защиты от молний. За регулировку давления в топливных ёмкостях и за поддержание безопасных условий в промежуточном отсеке отвечает система клапанов. В баке находится множество датчиков, сообщающих о состоянии систем. Топливо и окислитель из бака подаются к трём маршевым ЖРД орбитального ракетоплана (орбитера) по магистралям питания диаметром 43 см каждая, которые затем разветвляются внутри ракетоплана и подводят реагенты к каждому двигателю. Баки изготавливались компанией «Lockheed Martin».

Орбитер (орбитальный ракетоплан)

Размеры орбитального корабля по сравнению с «Союзом»

Орбитальный ракетоплан оснащён тремя собственными (бортовыми) разгонными маршевыми двигателями RS-25 (SSME), начинавшими работу за 6,6 секунд до момента старта (отрыва от стартового стола), и выключавшимися незадолго до отделения внешнего топливного бака. Далее, на участке довыведения (в качестве доразгонных двигателей), а также для маневрирования на орбите и схода с неё использовались два двигателя системы орбитального маневрирования (Orbital Maneuvering System, OMS ), каждый тягой 27 кН. Горючее и окислитель для OMS хранились на шаттле, использовались для орбитальных манёвров и при торможении космического челнока перед сходом с орбиты. Кроме того, OMS включает задний ряд двигателей реактивной системы управления (Reaction Control System, RCS ), предназначенных для ориентации космического корабля на орбите, расположенных в его хвостовых мотогондолах. В носовой части ракетоплана располагается передний ряд двигателей RCS .

При посадке используется, для гашения горизонтальной скорости, тормозной парашют, и, в дополнение к нему, - аэродинамический тормоз (разделяющийся руль направления).

Внутри ракетоплан разделён на отсек экипажа, находящийся в передней части фюзеляжа, большой грузовой отсек и хвостовой двигательный отсек. Отсек экипажа двухпалубный, рассчитан в норме на 7 астронавтов, хотя был запуск STS-61A с 8 астронавтами, при спасательной операции может принять ещё троих, доводя экипаж до 11 человек. Его объём составляет 65,8 м 3 , имеет 11 окон и иллюминаторов. В отличие от грузового отсека, в отсеке экипажа поддерживается постоянное давление. Отсек экипажа разделён на три подотсека: полётную палубу (кабину управления), салон и переходный воздушный шлюз. Кресло командира экипажа находится в кабине слева, кресло пилота - справа, органы управления полностью продублированы, так что и капитан, и пилот может управлять в одиночку. В кабине в общей сложности отображается более двух тысяч показаний приборов. Астронавты живут в салоне, там находится стол, спальные места, там же хранится дополнительное оборудование и находится станция оператора экспериментов. В воздушном шлюзе находятся скафандры для двух астронавтов и инструменты для работы в открытом космосе.

В грузовом отсеке располагаются доставляемые на орбиту грузы. Наиболее известной деталью грузового отсека является Система удалённого манипулирования (англ. Remote Manipulator System , сокр. RMS ) - механическая рука длиной 15,2 м, управляемая из кабины ракетоплана. Механическая рука применяется для фиксирования и манипуляций с грузами в грузовом отсеке. Створки люка грузового отсека имеют встроенные радиаторы и используются для отвода тепла.

Профиль полёта

Запуск и выведение на орбиту

Старт системы выполняется вертикально, на полной тяге маршевых двигателей шаттла (SSME) и двух твердотопливных ускорителей, при этом последние создают около 80 % стартовой тяги системы. Зажигание трёх маршевых двигателей происходит за 6,6 секунд до назначенного времени старта (Т), двигатели включаются последовательно, с интервалом 120 миллисекунд. В течение трёх секунд двигатели выходят на стартовую мощность (100 %) тяги. Точно в момент старта (Т=0) производится одновременное зажигание боковых ускорителей и подрыв восьми пироболтов, обеспечивающих крепление системы к стартовому комплексу. Начинается подъём системы. Непосредственно после отхода от стартового комплекса начинается разворот системы по тангажу, вращению и рысканию для выхода на азимутцелевого наклонения орбиты. В ходе дальнейшего подъёма с постепенным уменьшением тангажа (траектория отклоняется от вертикали к горизонту, в конфигурации «спиной вниз») выполняется несколько кратковременных дросселирований маршевых двигателей с целью снижения динамических нагрузок на конструкцию. Так, на участке максимального аэродинамического сопротивления (Max Q) мощность маршевых двигателей дросселируется до 72 %. Перегрузки на этапе выведения системы на орбиту составляют до 3g.

Приблизительно через две минуты (126 секунд) после подъёма, на высоте 45 км, боковые ускорители отделяются от системы. Дальнейший подъём и разгон системы осуществляется маршевыми двигателями шаттла (SSME), питающимися из внешнего топливного бака. Их работа прекращается по достижении кораблём скорости 7,8 км/с на высоте несколько более 105 км ещё до полной выработки топлива; через 30 секунд после отключения двигателей (примерно через 8,5 минут после старта) на высоте около 113 км производится отделение внешнего топливного бака.

Существенно, что на данном этапе скорость орбитального корабля ещё недостаточна для выхода на устойчивую низкую круговую орбиту (по сути, челнок выходит на баллистическую траекторию) и требуется дополнительный разгонный импульс до выведения на орбиту. Этот импульс выдаётся через 90 секунд после отделения бака - в момент, когда челнок, продолжая движение по баллистической траектории, достигает её апогея; необходимый доразгон производится кратковременным включением двигателей системы орбитального маневрирования. В некоторых полётах для этой цели использовалось два последовательных включения двигателей на разгон (один импульс увеличивал высоту апогея, другой формировал круговую орбиту).

Такое решение профиля полёта позволяет избежать выведения топливного бака на ту же орбиту, что и челнок; продолжая снижение по баллистической траектории, бак падает в заданную точку Индийского океана. В случае, если импульс довыведения не удастся осуществить, челнок всё же может совершить одновитковый полёт по очень низкой орбите и вернуться на космодром.

На любом этапе выведения на орбиту предусмотрена возможность аварийного прекращения полёта с использованием соответствующих процедур.

Непосредственно после формирования низкой опорной орбиты (круговой орбиты с высотой порядка 250 км, хотя значение параметров орбиты зависело от конкретного полёта) производится сброс остатков топлива из системы маршевых двигателей SSME и вакуумирование их топливных магистралей. Кораблю придаётся необходимая осевая ориентация. Раскрываются створки грузового отсека, которые служат также и радиаторами системы терморегуляции корабля. Системы корабля приводятся в конфигурацию орбитального полёта.

Посадка

Посадка состоит из нескольких этапов. Вначале производится выдача тормозного импульса на сход с орбиты - приблизительно за половину витка до места посадки, при этом шаттл летит кормой вперёд в перевернутом положении. Продолжительность работы двигателей орбитального маневрирования составляет около 3 минут; характеристическая скорость, отнимаемая от орбитальной скорости шаттла - 322 км/ч; такого торможения достаточно для того, чтобы перигей орбиты оказался в пределах атмосферы. Затем челнок выполняет разворот по тангажу, принимая необходимую ориентацию для входа в атмосферу. Корабль входит в атмосферу с большим углом атаки (порядка 40°). Сохраняя данный угол тангажа, корабль выполняет несколько S-образных манёвров с креном до 70°, эффективно гася скорость в верхних слоях атмосферы (это также позволяет минимизировать подъёмную силу крыла, нежелательную на данном этапе). Температура отдельных участков теплозащиты корабля на этом этапе превышает 1500°. Максимальная перегрузка, испытываемая астронавтами на этапе атмосферного торможения - около 1,5 g.

После гашения основной части орбитальной скорости корабль продолжает снижаться как тяжёлый планёр с невысоким аэродинамическим качеством, постепенно уменьшая тангаж. Выполняется манёвр захода на посадочную полосу. Вертикальная скорость корабля на этапе снижения весьма высока - порядка 50 м/с. Угол посадочной глиссады также велик - порядка 17-19°. На высоте порядка 500 м и скорости около 430 км/ч начинается выравнивание корабля и производится выпуск шасси. Касание полосы происходит на скорости порядка 350 км/ч, после чего выпускается тормозной парашют диаметром 12 м; после торможения до скорости 110 км/ч парашют сбрасывается. Экипаж выходит из корабля через 30-40 минут после остановки.

История применения

• «Энтерпрайз» (OV-101) - использовался для отработки наземных и атмосферных испытаний, а также подготовительных работ на стартовых площадках; никогда не летал в космос. Его начали строить в 1974 году, в 1977 году началась его опытная эксплуатация. В самом начале предполагалось назвать этот орбитальный корабль «Конституция» (Constitution ) в честь двухсотлетия американской Конституции, но многочисленным предложениям зрителей популярного телевизионного сериала «Звёздный путь», было выбрано имя «Энтерпрайз».
• Первый космический челнок - «Колумбия» (OV-102) стал первым действующим многоразовым орбитальным аппаратом . Его начали строить в марте 1975 года, и уже в марте 1979 года передали . Шаттл был назван по имени парусника, на котором капитан Роберт Грей в мае 1792 года исследовал внутренние воды Британской Колумбии (ныне штаты США Вашингтон и Орегон). До первого запуска этого шаттла в 1981 году НАСА не выводило астронавтов на орбиту уже 6 лет.
  Шаттл «Колумбия» погиб 1 февраля 2003 года (полёт STS-107) при входе в атмосферу Земли перед посадкой. Это было 28-е космическое путешествие «Колумбии».
• Второй космический челнок - «Челленджер» (OV-099) - был передан НАСА в июле 1982 года. Он был назван по имени морского судна, исследовавшего океан в 1870-е годы. При девятом запуске он нёс рекордный экипаж - 8 человек.
  «Челленджер» погиб при своём десятом запуске 28 января 1986 года (полёт STS-51L).
• Третий шаттл - «Дискавери» (OV-103) - был передан НАСА в ноябре 1982 года. Совершил 39 полетов. «Дискавери» был назван по имени 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. Такое же имя («Дискавери») носило одно из судов Генри Гудзона, который в 1610-1611 годах исследовал Гудзонов залив. Ещё два «Дискавери» были построены Британским Королевским Географическим Обществом для исследования Северного полюса и Антарктики в 1875 и 1901 годах.
• Четвёртый шаттл - «Атлантис» (OV-104) - вступил в строй в апреле 1985 года. Совершил 33 полета, в том числе в 2011 году совершил 135-й последний полёт по программе «Шаттл». В этом полёте экипаж был сокращён до четырёх человек на случай аварии, поскольку в этом случае эвакуировать экипаж с МКС пришлось бы российскими .
• Пятый шаттл - «Индевор» (OV-105) - был построен взамен погибшего «Челленджера» и принят в эксплуатацию в мае 1991 года. Совершил 25 полетов. Шаттл «Индевор» был назван также по имени одного из кораблей Джеймса Кука. Этот корабль также использовался в астрономических наблюдениях, которые позволили точнее установить расстояние от Земли до .
• Патфайндер (OV-098) - массогабаритный макет челнока, созданный для отработки процедур их транспортировки и технического обслуживания, чтобы этими испытаниями не занимать лётный прототип - «Энтерпрайз». Построен в 1977 году, в дальнейшем был переделан для придания большего сходства с лётными образцами и отправлен в Японию на выставку. После возвращения в США он выставлен в Ракетно-космическом центре в Хантсвилле (Алабама) вместе с внешним топливным баком и двумя твердотопливными ускорителями.
• «Эксплорер» (OV-100) - ещё один полномасштабный макет челнока. Был построен в 1993 году в качестве музейного экспоната для демонстрационного комплекса Космического центра Кеннеди.

Обозначения номеров полётов

Каждый пилотируемый полёт по программе «Космическая транспортная система» имел своё обозначение, которое состояло из сокращения STS (Space Transportation System ) и порядкового номера полёта шаттла. Например, STS-4 означает четвёртый полёт по программе «Космическая транспортная система». Порядковые номера присваивались на стадии планирования для каждого полёта. Но в ходе подготовки многие полёты откладывались или переносились на другие сроки. Часто случалось так, что полёт, запланированный на более поздний срок и имеющий больший порядковый номер, оказывался готовым к полёту раньше, чем другой полёт, запланированный на более ранний срок. Раз присвоенные порядковые номера не изменялись, то и полёты с бо́льшим порядковым номером часто осуществлялись раньше, чем полёты с меньшим номером.

С 1984 года была введена новая система обозначений. Сокращение STS осталось, но порядковый номер был заменён кодовой комбинацией, которая состояла из двух цифр и одной буквы. Первая цифра в этой кодовой комбинации соответствовала последней цифре текущего года, но не календарного, а бюджетного года НАСА, который продолжался с октября по сентябрь. Например, если полёт происходит в 1984 году до октября, то берётся цифра 4, если в октябре и позже - цифра 5. Второй цифрой в кодовой комбинации всегда была 1. Обозначение 1 было принято для запусков шаттлов с мыса Канаверал. Ранее планировалось, что шаттлы будут также стартовать с военно-воздушной базы Ванденберг в Калифорнии; для этих стартов планировалась цифра 2. Но катастрофа «Челленджера» (STS-51L) прервала эти планы. Буква в кодовой комбинации соответствовала порядковому номера полёта шаттла в текущем году. Но и этот порядок не соблюдался, так, например, полёт STS-51D состоялся раньше, чем полёт STS-51B.

Пример: полёт STS-51A - состоялся в ноябре 1984 года (цифра 5), это был первый полёт в новом бюджетном году (буква А), шаттл стартовал с мыса Канаверал (цифра 1).

После катастрофы «Челленджера» произошедшей в январе 1986 года и отмены запусков с базы Ванденберг НАСА вернулось к старой системе обозначения.

Список полётов по программе «Спейс Шаттл»

Катастрофы

Гибель «Челленджера»

За все время эксплуатации шаттлов было всего две аварии, в которых погибло в общей сложности 14 астронавтов:

• 28 января 1986 года - катастрофа шаттла «Челленджер» в миссии STS-51L. Космический челнок в самом начале миссии разрушился в результате взрыва внешнего топливного бака на 73-й секунде полёта. Разрушение летательного аппарата было вызвано повреждением уплотнительного кольца правого твердотопливного ускорителя при старте. Вопреки распространенному заблуждению, «шаттл» не взорвался, а разрушился в результате действия нештатных аэродинамических перегрузок. Погибли все 7 членов экипажа. После катастрофы программа «шаттлов» была свёрнута на 32 месяца.

• 1 февраля 2003 года - катастрофа шаттла «Колумбия» в миссии STS-107. Авария произошла во время возвращения шаттла из-за разрушения наружного теплозащитного слоя, вызванным падением на него куска теплоизоляции кислородного бака при старте корабля. Погибли все 7 членов экипажа.

Выполненные задачи

Шаттлы использовались для вывода грузов на орбиты высотой 200-500 км, проведения научных исследований, обслуживания орбитальных космических аппаратов (монтажные и ремонтные работы).

Шаттлом «Дискавери» в апреле 1990 года был доставлен на орбиту телескоп «Хаббл» (полёт STS-31). На шаттлах «Колумбия», «Дискавери», «Индевор» и «Атлантис» были осуществлены четыре экспедиции по обслуживанию телескопа «Хаббл». Последняя экспедиция шаттла к «Хабблу» состоялась в мае 2009 года. Так как с 2011 года полёты шаттлов были прекращены, это была последняя экспедиция человека к телескопу, и на текущий момент (август 2013) эти работы невозможно выполнить какими-либо другими имеющимися космическими аппаратами.

Шаттл «Индевор» с открытым грузовым отсеком

В 1990-е годы шаттлы принимали участие в совместной российско-американской программе «Мир - Шаттл». Было осуществлено девять стыковок со .

В течение всех тридцати лет, когда шаттлы были в эксплуатации, они постоянно развивались и модифицировались. За всё время эксплуатации было произведено более тысячи модификаций к изначальному проекту шаттла.

Шаттлы играли важную роль в осуществлении проекта по созданию (МКС). Так, например, некоторые модули МКС, в том числе российский модуль «Рассвет» (был доставлен шаттлом «Атлантис»), не имеют своих двигательных установок (ДУ) в отличие от российских «Заря», «Звезда», и модулей «Пирс», «Поиск» которые стыковались в составе грузового корабля-модуля «Прогресс М-СО1», а значит, не могут самостоятельно маневрировать на орбите для поиска, сближения и стыковки со станцией. Поэтому их нельзя просто «забрасывать» на орбиту ракетой-носителем типа «Протон». Существует несколько способов собирать станции из таких модулей - в составе грузового корабля, доставка в грузовом отсеке шаттла или, гипотетически, использовать орбитальные «буксиры», которые смогли бы подхватывать модуль, выведенный на орбиту ракетой-носителем, стыковаться с ним и подводить его к станции для стыковки.

Стоимость

В 2006 году общие расходы составили 160 млрд долл. США, к этому времени было выполнено 115 запусков. Средние расходы на каждый полёт составили 1,3 млрд долл. США, но основная часть расходов (проектирование, модернизация и др.) не зависит от числа запусков.

Несмотря на то, что стоимость каждого полёта шаттла составляла около 450 млн долл., на обеспечение 22 полётов шаттлов с середины 2005 года по 2010 год в бюджете NASA было заложено около 1 млрд 300 млн долл. прямых затрат.

За эти деньги орбитальный аппарат шаттла мог доставлять за один рейс к МКС 20-25 тонн груза, включая модули МКС, и плюс к этому 7-8 астронавтов.

Завершение программы «Космическая транспортная система»

Программа «Космическая транспортная система» была завершена в 2011 году. Все действующие шаттлы были списаны после их последнего полёта.

В пятницу, 8 июля 2011 года был осуществлён последний старт «Атлантиса» с сокращённым до четырёх астронавтов экипажем. Это был последний полёт по программе «Космическая транспортная система». Он завершился рано утром 21 июля 2011 года.

Последние полёты шаттлов

Итоги

За 30 лет эксплуатации пять шаттлов совершили 135 полётов. В общей сложности все шаттлы совершили 21 152 витка вокруг Земли и пролетели 872,7 млн км (542 398 878 миль). На шаттлах в космос было поднято 1,6 тыс. тонн (3,5 млн фунтов) полезных грузов. Совершили полёты 355 астронавтов и космонавтов; в общем 852 членов экипажей шаттлов за всю эксплуатацию.

После завершения эксплуатации все шаттлы отправлены в музеи: никогда не летавший в космос шаттл «Энтерпрайз», ранее находившийся в музее Смитсоновского института в районе вашингтонского аэропорта Даллеса, перемещён в Морской и аэрокосмический музей в Нью-Йорке. Его место в Смитсоновском институте занял шаттл «Дискавери». Шаттл «Индевор» встал на вечную стоянку в Калифорнийском научном центре в Лос-Анджелесе, а шаттл «Атлантис» был выставлен в Космическом центре имени Кеннеди во Флориде.

• Слово «шаттл» переводится как «челнок» и означает рабочий орган ткацкого станка, перемещающийся туда и обратно поперёк полотна ткани; другое общеупотребительное значение - транспортное средство, обслуживающее маршрут на короткое расстояние без промежуточных пунктов (челночный маршрут, экспресс).

• Первый старт «шаттла» состоялся в двадцатилетнюю годовщину старта Гагарина - 12 апреля 1981 года. Это был первый в истории мировой космонавтики случай полёта корабля нового типа сразу с экипажем, без предварительных беспилотных запусков. Миф заключается в том, что первый старт был приурочен к годовщине. На самом деле первый старт планировался на 10 апреля, но за двадцать минут до старта была обнаружена потеря синхронизации при обмене данных между основным и резервным компьютерами шаттла (из-за ошибки в программном обеспечении). Старт был отменён за 16 минут до расчётного времени и был перенесён на двое суток

• Экипаж Колумбия STS-1, состоявший из двух человек, получил Космические медали почёта, но командир Джон Янг - сразу после полёта, а второй пилот Роберт Криппен - в 2006 году, к 25-й годовщине. По состоянию на август 2012 это последнее (28-е) награждение этой медалью.

• На шаттле «Челленджер» в 1983 году поднялся в космос первый экипаж из 5 человек, включая первую американскую астронавтку. Командир - Роберт Криппен.
• На шаттле «Колумбия» в 1983 году поднялся в космос первый экипаж из 6 человек, включая первого на американском корабле иностранца. Командир - Джон Янг.
• На шаттле «Челленджер» в 1984 году поднялся в космос первый экипаж из 7 человек, впервые включавший сразу двух женщин. В этом полёте в открытый космос впервые вышла американская астронавтка Кэтрин Салливан. Командир - Роберт Криппен.
• В октябре 1985 года шаттл «Челленджер» совершил первый в истории космонавтики полёт с 8 членами экипажа. Впервые в экипаже было сразу трое иностранцев - два немца и голландец. Также это был первый полёт шаттла, финансируемый другой страной - ФРГ, и последний успешный полёт «Челленджера».
  • Второй раз 8 человек было на борту шаттла при посадке «Атлантиса» в июне 1995 года (STS-71).

• Максимальное количество запусков было сделано за год до катастрофы шаттла «Челленджер», в 1985 году 9 полетов. На роковой 1986 год планировалось 15 полетов. В 1992 и 1997 году было произведено по 8 полетов.

• Хотя для приземления шаттлов предназначено три полосы, только один раз, во время выполнения миссии «Колумбия» STS-3 была произведена посадка на полигоне Уайт Сэндс (White Sands ) в штате Нью-Мексико.

История программы "Спейс Шаттл" началась в конце 1960-х годов, на вершине триумфа американской национальной космической программы. 20 июня 1969 года два американца - Нейл Армстронг и Эдвин Олдрин высадились на Луне. Выиграв в "лунной" гонке, Америка блестяще доказала свое превосходство и тем самым решила свою главную задачу в освоении космоса, провозглашенную президентом Джоном Кеннеди в своей знаменитой речи 25 мая 1962 года: "Я верю, что наш народ может поставить себе задачу до конца этого десятилетия высадить человека на Луну и благополучно вернуть его на Землю".

Таким образом, 24 июля 1969 г., когда экипаж "Аполлона-11" вернулся на Землю, американская программа утратила свою цель., что сразу сказалось на пересмотре дальнейших планов и сокращении ассигнований на программу "Аполлон". И хотя полеты к Луне продолжались, Америка встала перед вопросом: а что делать человеку в космосе дальше?

То, что такой вопрос встанет, было очевидно задолго до июля 1969 г. И первая эволюционная попытка ответа была естественной и разумной: NASA предложило, используя разработанную для программы "Аполлон" уникальную технику, расширить фронт работ в космосе: провести длительную экспедицию на Луну, построить базу на ее поверхности, создать обитаемые космические станции для регулярного наблюдения за Землей, организовать заводы в космосе, наконец, начать пилотируемое исследование и освоение Марса, астероидов и дальних планет...

Даже начальный этап этой программы требовал сохранения расходов на гражданский космос на уровне не ниже $6 млрд. в год. Но Америка - богатейшая страна мира - не могла себе этого позволить: Президенту Л.Джонсону нужны были деньги на объявленные социальные программы и на войну во Вьетнаме. Поэтому еще 1 августа 1968 г., за год до высадки на Луну, было принято принципиальное решение: ограничить производство ракет-носителей "Сатурн" первым заказом - 12 экземпляров "Сатурн-1В" и 15 изделий "Сатурн-5". Это означало, что лунная техника не будет более использоваться - и от всех предложений дальнейшего развития программы "Аполлон" в итоге осталась только экспериментальная орбитальная станция "Скайлэб". Нужны были новые цели и новые технические средства для доступа людей в космос, и 30 октября 1968 г. два головных центра NASA (Центр пилотируемых космических кораблей - MSC - в Хьюстоне и Космический центр имени Маршалла - MSFC - в Хантсвилле) обратились к американским космическим фирмам с предложением исследовать возможность создания многоразовой космической системы.

До этого все ракеты-носители были одноразовыми - выводя полезный груз (ПГ) на орбиту, они расходовали себя без остатка. Космические аппараты также были одноразового применения, за редчайшим исключением в области пилотируемых кораблей - дважды слетали "Меркурии" с заводскими номерами 2, 8 и 14 и второй "Джемини". Теперь была сформулирована задача: создать систему многоразового применения, когда и ракета-носитель, и космический корабль возвращаются после полета и используются многократно, - и за счет этого снизить стоимость космических транспортных операций в 10 раз, что было очень актуально в условиях бюджетного дефицита.

В феврале 1969 г. были заказаны исследования четырем компаниям, для того, чтобы выявить наиболее подготовленную из них для заключения контракта. В июле 1970 г. уже две фирмы получили заказы на более подробную проработку. Параллельно исследования велись и в техническом директорате MSC под руководством Максима Фаже.

Носитель и корабль задумывались крылатыми и пилотируемыми. Они должны были стартовать вертикально, как и обычная РН. Самолет-носитель работал как первая ступень системы и после отделения корабля садился на аэродром. Корабль за счет бортового топлива выводился на орбиту, выполнял задание, сходил с орбиты и также приземлялся "по-самолетному". За системой закрепилось название "Space Shuttle" - "Космический челнок".

В сентябре Целевая космическая группа под руководством вице-президента С.Агню, образованная для формулирования новых целей в космосе, предложила два варианта: "по максимуму" - экспедицию на Марс, пилотируемую станцию на окололунной орбите и тяжелую околоземную станцию на 50 человек, обслуживаемую кораблями многоразового использования. "По минимуму" - только космическую станцию и космический челнок. Но президент Никсон отверг все варианты, потому что даже самый дешевый требовал 5 млрд. долларов в год.
NASA оказалось перед тяжелым выбором: нужно было или начать новую крупную разработку, позволяющую сохранить кадры и накопленный опыт, или объявить о прекращении пилотируемой программы. Было решено настаивать на создании шаттла, но подать его не как транспортный корабль для сборки и обслуживания космической станции (держа, однако, это про запас), а как систему, способную приносить прибыль и окупить инвестиции за счет выведения на орбиту спутников на коммерческой основе. Проведенная в 1970 г. экономическая оценка показала, что при выполнении ряда условий (не менее 30 полетов шаттлов в год, низкий уровень эксплуатационных расходов и полный отказ от одноразовых носителей) окупаемость в принципе достижима.

Обратите внимание на этот очень важный момент в понимании истории шаттла. На этапе концептуальных исследований облика новой транспортной системы произошла замена принципиального подхода к проектированию: вместо создания аппарата для определенных целей в рамках отпущенных средств разработчики начали любой ценой, путем "притягивания за уши" экономических расчетов и будущих условий эксплуатации, спасать существующий проект челнока, сохраняя созданные производственные мощности и рабочие места. Другими словами, не челнок проектировался под задачи, а задачи и экономическое обоснование подгонялись под его проект ради спасения отрасли и американской пилотируемой космонавтики. Такой подход "продавливало" в Конгрессе "космическое" лобби, состоящее из сенаторов - выходцев из "аэрокосмических" штатов - в первую очередь, Флориды и Калифорнии.

Именно такой подход и сбил с толку советских экспертов, не понимавших истинных мотивов в принятии решения на разработку шаттла. Ведь проверочные расчеты заявленной экономической эффективности шаттла, проведенные в СССР, показали, что затраты на его создание и эксплуатацию никогда не окупятся (так оно и вышло!), а предполагаемый грузопоток "Земля-орбита-Земля" не обеспечивался реальными или проектируемыми полезными нагрузками. Не зная о будущих планах по созданию крупной космической станции, у наших экспертов сформировалось мнение, что американцы к чему-то готовятся - ведь создавался аппарат, возможности которого значительно предвосхищали все обозримые цели в использовании космоса... "Масла в огонь" недоверия, опасений и неопределенности "подливало" участие Министерства обороны США в определении будущего облика челнока. Но иначе и быть не могло, ведь отказ от одноразовых РН означал, что шаттлы должны запускать и все перспективные аппараты Минобороны, ЦРУ и Агентства национальной безопасности США. Требования военных свелись к следующему:

• во-первых , шаттл должен был быть способен выводить на орбиту разрабатывавшийся в первой половине 1970-х годов спутник видовой оптико-электронной разведки KH-II (военного прототипа космического телескопа "Хаббл"), обеспечивающий разрешение на местности при съемке с орбиты не хуже 0,3 м; и семейство крио-генных межорбитальных буксиров. Геометрические и весовые габариты секретного спутника и буксиров определили габариты грузового отсека - длину не менее 18 м и ширину (диаметр) не менее 4,5 метра. Аналогично определилась и способность шаттла доставлять на орбиту груз массой до 29500 кг и возвращать из космоса на Землю до 14500 кг. Все мыслимые гражданские полезные грузы укладывались в указанные параметры без проблем. Однако советские эксперты, внимательно следившие за "завязыванием" проекта шаттла и не знавшие о новом американском спутнике-шпионе, выбранные габариты полезного отсека и грузоподъемность шаттла могли объяснить только желанием "американской военщины" иметь возможность инспектировать и при необходимости снимать (точнее сказать, захватывать) с орбиты советские пилотируемые станции серии "ДОС" (долговременные орбитальные станции) разработки ЦКБЭМ и военные ОПС (орбитальные пилотируемые станции) "Алмаз" разработки ОКБ-52 В.Челомея. На ОПС, кстати, "на всякий случай" была установлена автоматическая пушка конструкции Нудельмана-Рихтера.
• во-вторых , военные потребовали, чтобы проектируемая величина бокового маневра при спуске орбитального корабля в атмосфере была увеличена с первоначальных 600 км до 2000-2500 км для удобства посадки на ограниченное количество военных аэродромов. Для запуска на околополярные орбиты (с наклонением 56º...104º) ВВС решили построить собственный технический, стартовый и посадочный комплексы на авиабазе Ванденберг в Калифорнии.

Требования военных по полезному грузу предопределили размеры орбитального корабля и величину стартовой массы системы в целом. Для увеличенного бокового маневра требовалась значительная подъемная сила на гиперзвуковых скоростях - так на корабле появилось крыло двойной стреловидности и мощная теплозащита.
В 1971 г. стало окончательно ясно, что NASA не получит $9-10 млрд., необходимых для создания полностью многоразовой системы. Это второй важный поворотный момент в истории создания шаттла. До этого у проектировщиков еще было две альтернативы - потратить много средств на разработку и построить многоразовую космическую систему с небольшой стоимостью каждого запуска (и эксплуатации в целом), либо попытаться сэкономить на этапе проектирования и перенести затраты в будущее, создав дорогую в эксплуатации систему из-за высокой стоимости разового запуска. Высокая стоимость запуска в этом случае обуславливалась наличием в составе МКС одноразовых элементов. Чтобы спасти проект, конструкторы пошли по второму пути, отказавшись от "дорогой" в проектировании многоразовой системы в пользу "дешевой" полумногоразовой, тем самым поставив окончательный крест на всех планах будущей окупаемости системы.

В марте 1972 г. на базе хьюстонского проекта MSC-040С был утвержден тот облик шаттла, который мы знаем сегодня: стартовые твердотопливные ускорители, одноразовый бак компонентов топлива и орбитальный корабль с тремя маршевыми двигателями, лишившийся воздушно-реактивных двигателей для захода на посадку. Разработка такой системы, где многократно используется все, кроме внешнего бака, оценивалась в 5.15 млрд. долларов.

На этих условиях Никсон и объявил о создании шаттла в январе 1972-го. Уже шла предвыборная гонка, и республиканцы были рады заручиться поддержкой избирателей "аэрокосмических" штатов. 26 июля 1972 г. Отделению космических транспортных систем компании North American Rockwell был выдан контракт на $2.6 млрд., включающий проектирование орбитального корабля, изготовление двух стендовых и двух летных изделий. Разработка маршевых двигателей корабля была возложена на Rocketdyne - подразделение все того же "Рокуэлла", внешнего топливного бака - на фирму Martin Marietta, ускорителей - на United Space Boosters Inc. и собственно твердотопливных двигателей - на Morton Thiokol. Со стороны NASA руководство и надзор осуществляли MSC (орбитальная ступень) и MSFC (остальные компоненты).

Первоначально летные корабли обозначались номерами OV-101, OV-102 и так далее. Изготовление первых двух началось на заводе N42 ВВС США в Палмдейле в июне 1974 г. Корабль OV-101 был выпущен 17 сентября 1976 г. и получил название "Энтерпрайз" (Enterprise) по имени звездолета из фантастического телесериала Star Trek. После горизонтальных летных испытаний его планировали переоборудовать в орбитальный корабль, но первым на орбиту должен был подняться OV-102.

В ходе испытаний "Энтерпрайз" - атмосферных в 1977 и вибрационных в 1978 г. - выяснилось, что крылья и среднюю часть фюзеляжа надо значительно усилить. Эти решения были частично внедрены на OV-102 в процессе сборки, но грузоподъемность корабля пришлось ограничить 80% номинальной. Второй летный экземпляр нужен был уже полноценный, способный запускать тяжелые спутники, а чтобы усилить конструкцию OV-101, его пришлось бы почти полностью разобрать. В конце 1978 г. родилось решение: быстрее и дешевле будет довести до летной кондиции машину для статических испытаний STA-099. 5 и 29 января 1979 г. NASA выдало Rockwell International контракты на доработку STA-099 в летный корабль OV-099 ($596.6 млн. в ценах 1979 г.), на модификацию "Колумбии" после летных испытаний ($28 млн.) и на строительство OV-103 и OV-104 ($1653.3 млн.). А 25 января все четыре орбитальные ступени получили собственные имена: OV-102 стала "Колумбией" (Columbia), OV-099 получил имя "Челленджер" (Challenger), OV-103 - "Дискавери" (Discovery) и OV-104 - "Атлантис" (Atlantis). Впоследствии, для пополнения флота шаттлов после гибели "Челленджера", был построен ВКС OV-105 "Эндевор" (Endeavour).

Итак, что же такое "Space Shuttle"?
Конструктивно многоразовая транспортная космическая система (МТКС) "Спейс Шаттл" состоит из двух спасаемых твердотопливных ускорителей, являющихся фактически I ступенью, и орбитального корабля 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.

Всего на сегодняшний день построено семь шаттлов, пять кораблей были предназначены для космических полетов, два из которых потеряны в катастрофах.

В любом онлайн-обсуждении компании SpaceX обязательно появляется человек, который заявляет, что -де на примере Шаттла все уже с этой вашей многоразовостью понятно. И вот, после недавней волны обсуждений успешной посадки первой ступени Фалькона на баржу, я решил написать пост с кратким описанием надежд и чаяний американской пилотируемой космонавтики 60-х, как эти мечты потом разбились о суровую реальность, и почему из-за всего этого Шаттл не имел никаких шансов стать экономически эффективным. Картинка для привлечения внимания: последний полет Шаттла "Индевор":

Планов громадье

В первой половине шестидесятых, после обещания Кеннеди высадиться на Луну до конца десятилетия, на НАСА полился денежный дождь бюджетных средств. Это, конечно же, вызвало там определенное головокружение от успехов. Не считая текущей работы над Аполлоном и над "практическим применением программы Аполлон" (Apollo Applications Program), работа шла над следующими перспективными проектами:

- Космические станции. По планам их должно было быть три: одна на низкой опорной орбите у Земли (НОО), одна на геостационаре, одна на лунной орбите. Экипаж каждой составлял бы двенадцать человек (в дальнейшем предполагалось строительство еще бОльших станций, с экипажем в пятьдесят-сто человек), диаметр основного модуля был девять метров. Каждому члену экипажа выделялась отдельная комната с кроватью, столом, стулом, телевизором, и кучей шкафов для личных вещей. Предусматривалось две ванных комнаты (плюс у командира в каюте был личный туалет), кухня с духовкой, посудомойкой и обеденными столами со стульями, отдельная зона отдыха с настольными играми, медпункт с операционным столом. Предполагалось что выведет центральный модуль оной станции сверхтяжелый носитель Сатурн-5, а для снабжения её необходимо будет десять полетов гипотетического тяжелого носителя ежегодно. Не будет преувеличением сказать, что по сравнению с этими станциями нынешняя МКС смотрится конурой.

Лунная база . Вот пример проекта НАСА конца шестидесятых. Насколько я понимаю, предполагалась унифицация с модулями космической станции.

Ядерный челнок . Корабль предназначенный для перемещения грузов с НОО на геостационар или на лунную орбиту, с ядерными ракетным двигателем (ЯРД). В качестве рабочего тела использовался бы водород. Также челнок мог служить разгонным блоком марсианского корабля. Проект, кстати, был весьма интересный и был бы полезен и в сегодняшних условиях, да и с ядерным двигателем в результате продвинулись довольно далеко. Жаль что ничего не вышло. можно про него почитать подробнее.

Космический буксир . Предназначался для перемещения груза с космического челнока на ядерный челнок, или с ядерного челнока на требуемую орбиту или на лунную поверхность. Предлагалась большая степень унификации при выполнении различных задач.

Космический челнок . Многоразовый корабль предназначенный для поднятия грузов с поверхности Земли на НОО. На иллюстрации космический буксир перевозит груз с него на ядерный челнок. Собственно это и есть то, что мутировало со временем в Спейс Шаттл.

Марсианский космический корабль . Показан тут с двумя ядерными челноками, выполняющими функцию разгонных блоков. Предназначался для полета к Марсу в начале восьмидесятых годов, с двухмесячным пребыванием экспедиции на поверхности.

Если кому интересно, и подробнее написано про все это, с иллюстрациями (англ.)

Космический челнок

Как видим выше, космический челнок был всего лишь одной из частей задуманной циклопической космической инфраструктуры. В комплексе с базирующимися в космосе ядерным челноком и буксиром он должен был обеспечить доставку грузов с земной поверхности в любую точку пространства вплоть до лунной орбиты.

До этого все ракеты космического назначения (РКН) были одноразовыми. Космические аппараты также были одноразового применения, за редчайшим исключением в области пилотируемых кораблей -- дважды слетали "Меркурии" с заводскими номерами 2, 8, 14 и также второй "Джемини". В силу гигантских планируемых объемов вывода полезной нагрузки (ПН) на орбиту, руководством НАСА была сформулирована задача: создать систему многоразового применения, когда и ракета-носитель, и космический корабль возвращаются после полета и используются многократно. Такая система стоила бы гораздо больше в разработке нежели обычные РКН, но в счет меньших расходов при эксплуатации быстро окупилась бы при уровне планируемого грузопотока.

Умами большинства овладела идея создания многоразового ракетоплана -- в середине шестидесятых было немало причин думать, что создание такой системы это не слишком сложная задача. Пусть проект космического ракетоплана Dyna-Soar и был отменен МакНамарой в 1963 году, но случилось это не из-за того, что программа была технически невозможной, а просто потому что для КК не было задач -- "Меркурии" и создаваемые тогда "Джемини" справлялись с доставкой астронавтов на околоземную орбиту, а выводить значительную ПН или долго находиться на орбите X-20 не мог. А вот экспериментальный ракетоплан X-15 отлично показал себя во время эксплуатации. В ходе 199 полетов на нем был отработан выход за линию Кармана (т.е. за условную границу космоса), гиперзвуковой вход назад в атмосферу и управление в условиях вакуума и невесомости.

Естественно, для предполагаемого космического челнока понадобился бы куда более мощный многоразовый двигатель и более совершенная теплозащита, но проблемы эти не видились непреодолимыми. Жидкостный ракетный двигатель (ЖРД) RL-10 показал к тому времени отличную многоразовость на стенде: в одном из испытаний оный ЖРД был успешно запущен более пятидесяти раз подряд, и проработал в общей сложности два с половиной часа. Предполагаемый ЖРД Шаттла, Space Shuttle Main Engine (SSME) так же как и RL-10 предполагалось создать на топливной паре кислород-водород, но повысить при том его эффективность, увеличив давление в камере сгорания и введя схему закрытого цикла с дожиганием топливного генераторного газа.

С теплозащитой также не ожидалось особых проблем. Во-первых велась уже работа над новым типом теплозащиты на основе волокон двуокиси кремния (именно из нее состояли плитки созданных потом Шаттла и Бурана). В качестве запасного варианта оставались абляционные панели, которые можно было за сравнительно небольшие деньги менять после каждого полета. А во-вторых для уменьшения тепловой нагрузки предполагалось сделать вход аппарата в атмосферу по принципу "тупого тела" (blunt body) -- т.е. с помощью формы летательного аппарата создавать перед тем фронт ударной волны, которая охватывала бы большую область нагретого газа. Таким образом кинетическая энергия корабля интенсивно нагревает окружающий воздух, уменьшая нагрев летательного аппарата.

Во второй половине шестидесятых несколько аэрокосмических корпораций представили свое видение будущего ракетоплана.

Стар Клиппер Локхида был космопланом с несущим корпусом -- благо к тому времени летательные аппараты (ЛА) с несущим корпусом были неплохо уже отработаны: ASSET, HL-10, PRIME, M2-F1/M2-F2, X-24A/X-24B (к слову, создающийся сейчас Дримчейсер это тоже космоплан с несущим корпусом). Правда Стар Клиппер не был полностью многоразовым, топливные баки диаметром в четыре метра по краям ЛА сбрасывались во время взлета.

Проект МакДоннелл Дуглас также имел сбрасываемые баки, и неcущий корпус. Изюминкой проекта были выдвигаемые из корпуса крылья, которые должны были улучшить взлетно-посадочные характеристики космоплана:

Дженерал Дайнэмикс выдвинул концепцию "триамского близнеца". Аппарат в середине был космопланом, два аппарата по бокам служили первой ступенью. Планировалось, что унификация первой ступени и корабля поможет сэкономить средства в ходе разработки.

Сам ракетоплан должен был быть многоразовым, а вот насчет бустера уверенности не было довольно долго. В рамках этого рассматривалось немало концептов, часть из них которых балансировала на грани благородного безумия. Как вам например вот этот концепт многоразовой первой ступени, с массой на старте в 24 тысячи тонн (слева МБР Атлас, для масштаба). Посла пуска ступень должна была плюхаться в океан и буксироваться в порт.

Впрочем наиболее серьезно рассматривались три возможных варианта: дешевая одноразовая ракетная ступень (т.е. Сатурн-1), многоразовая первая ступень с ЖРД, многоразовая первая ступень с гиперзвуковым прямоточным двигателем. Иллюстрация 1966 года:

Примерно в то же время были начаты исследования в техническом директорате Manned Spacecraft Center под руководством Макса Фаже. У него, на мой личный взгляд, был самый элегантный проект созданный в рамках разработки Спейс Шаттла. И носитель и корабль космического челнока задумывались крылатыми и пилотируемыми. Стоит отметить что Фаже отказался от несущего корпуса, рассудив что тот значительно усложнит процесс разработки -- изменения в компоновке челнока могли сильно влиять на его аэродинамику. Самолет-носитель стартовал вертикально, работал как первая ступень системы и после отделения корабля садился на аэродром. При сходе с орбиты космоплан должен был тормозить так же как и X-15, входом в атмосферу со значительным углом атаки, создавая тем самым обширный фронт ударной волны. После входа в атмосферу челнок Фаже мог планировать около 300-400км (так называемый горизонтальный маневр, "cross-range") и приземляться на вполне комфортной посадочной скорости в 150 узлов.

Над НАСА сгущаются тучи

Тут небходимо сделать краткое отступление об Америке второй половины шестидесятых, дабы читателю стало более понятным дальнейшее развитие событий. Шла чрезвычайно непопулярная и дорогостоящая война во Вьетнаме, в 1968 году там погибло почти семнадцать тысяч американцев -- больше чем потери СССР в Афганистане за все время конфликта. Движение за гражданские права чернокожих в США в том же 1968 году кульминировалось убийством Мартина Лютера Кинга и последовавшей за ним волной бунтов в крупных американских городах. Стали чрезвычайно популярными масштабные государственные социальные программы (Медикэр был принят в 1965), президент Джонсон обявил "войну против бедности" и расходы на инфраструктуру -- все это потребовало значительных государственных расходов. В конце шестидесятых началась рецессия.

В то же время значительно притупился страх перед СССР, мировая ракетно-ядерная война уже не казалось столь неизбежной как в пятидесятые годы и в дни Карибского кризиса. Программа Аполлон выполнила свое назначение, выиграв в американском общественном сознании космическую гонку с СССР. Причем выигрыш этот у большинства американцев неизбежно ассоциировался с морем денег, которым буквально залили НАСА для выполнения этой задачи. По результатам опроса Харриса 1969 г. 56% американцев считали, что стоимость программы "Аполлон" была слишком велика, а 64% -- что 4 млрд. долл. в год на разработки НАСА это слишком много.

И в НАСА, похоже, многие этого всего попросту не понимали. Уж точно этого не понимал не слишком опытный в политических делах новый директор НАСА Томас Пейн (а может просто не хотел понимать). В 1969 году им был выдвинут план действий НАСА на следующие 15 лет. Предусматривалась лунная орбитальная станция (1978 год) и лунная база (1980 год), пилотируемая экспедиции к Марсу (1983 год) и орбитальная станция на сто человек (1985 год). По среднему (т.е. базовому) варианту предполагалось, что финансирование НАСА должно будет быть увеличено с текущих 3.7 миллиардов в 1970 году до 7.65 миллиардов к началу восьмидесятых:

Все это вызвало острейшую аллергическую реакцию в Конгрессе и, соответственно, и в Белом Доме тоже. Как писал один из конгрессменов, в те годы ничего не резалось так легко и непринуждённо, как космонавтика, если сказал на заседании "эту космическую программу надо прекратить" -- популярность тебе обеспечена. В течении относительно малого периода времени один за одним были формально упразднены практически все масштабные проекты НАСА. Само собой были отменены пилотируемая экспедиция к Марсу и база на Луне, отменили даже полеты Аполло 18 и 19. Зарезали РКН Сатурн V. Отменили все гигантские космические станции, оставив только обрубок Apollo Applications в виде Скайлэба -- впрочем и там отменили второй Скайлэб. Заморозили, а потом и отменили ядерный челнок и космический буксир. Под горячую руку попал даже ни в чём неповинный Вояджер (предшественник Викинга). Космический челнок почти было попал под нож, и чудом уцелел в Палате представителей с перевесом в один-единственный голос. Вот так выглядел бюджет НАСА в реальности (постоянные доллары 2007 года):

Если посмотреть на выделяемые им средства как на % от федерального бюджета, то все еще грустней:

Практически все планы НАСА по развитию пилотируемой космонавтики оказались в мусорной корзине, а еле-еле выживший Шаттл из не самого большого элемента некогда грандиозной программы превратился во флагмана американской пилотируемой космонавтики. НАСА все еще боялась отмены программы, и для её обоснования начала убеждать всех, что Шаттл будет дешевле существующих тогда тяжелых носителей, причем без бешеного грузопотока который должен был генерироваться почившей в бозе космической инстраструктурой. Потерять челнок НАСА позволить себе не могла -- организация фактически была создана пилотируемой космонавтикой, и хотела продолжать посылать в космос людей.

Альянс с ВВС

Враждебность Конгресса сильно впечатлила функционеров НАСА, и заставила тех искать союзников. Пришлось идти на поклон в Пентагон, а точнее -- к ВВС США. Благо НАСА и ВВС довольно неплохо сотрудничали с начала шестидесятых, в частности над XB-70 и над упомянутым выше X-15. НАСА даже пошла на отмену свой Сатурн I-B (внизу справа), чтобы не создавать ненужную конкуренцию тяжелой РКН ВВС Титан-III (внизу слева):

Генералов ВВС весьма заинтересовала идея дешевого носителя, да и иметь возможность посылать людей в космос им тоже хотелось -- примерно тогда же была окончательно зарублена военная космическая станция Manned Orbiting Laboratory, примерный аналог советского "Алмаза". Еще им понравилась декларируемая возможность возврата грузов на Шаттле, рассматривались даже варианты похищения советских космических аппаратов.

Однако в целом ВВС были куда меньше НАСА заинтересованы в этом союзе, ибо свой отработанный носитель у них был и так. Из-за этого они были в состоянии легко прогнуть дизайн Шаттла под свои требования, чем и незамедлительно воспользовались. Размер грузового отсека для полезной нагрузки был по настояниям военных увеличен с 12 x 3.5 метров до 18.2 x 4.5 метров (длина x диаметр), дабы туда помещались перспективные спутники-шпионы видовой оптико-электронной разведки (конкретно -- KH-9 Hexagon и, возможно, KH-11 Kennan). Полезную нагрузку челнока надо было увеличить до 30 тонн при полете на низкую околоземную орбиту, и до 18 тонн на полярную орбиту.

Также ВВС потребовали горизонтальный маневр шаттла минимум в 1800 километров. Тут дело было вот в чем: в ходе Шестидневной войны американская разведка получила спутниковые фотографии уже после того как боевые действия конились, ибо использовавшиеся тогда спутники разведки Гамбит и Корона не успели вернуть отснятую пленку на Землю. Предполагалось, что Шаттл сможет стартовать из Ванденберга на западном побережье США на полярную орбиту, отснять что надо, и сразу же сесть после одного витка -- обеспечивая тем самым высокую оперативность получения разведданных. Необходимая дистанция бокового маневра при том определялась сдвигом Земли за время витка, и составляла как раз упомянутые выше 1800 километров. Чтобы выполнить это требование пришлось во-первых поставить на Шаттл более подходящее для планирования треугольное крыло, а во-вторых весьма сильно усилить теплозащиту. На графике ниже показан расчетный темп нагрева космического челнока с прямым крылом (концепт Фаже), и с треугольным крылом (т.е. то что оказалось на Шаттле в результате):

Ирония тут в том, что вскоре на спутники-шпионы стали ставить ПЗС-матрицы, способные передавать снимки прямо с орбиты, без необходимости возвращать пленку. Надобность в посадке после одного витка орбиты отпала, хотя потом эту возможность еще оправдывали возможностью быстрой аварийной посадки. А вот треугольное крыло и связанные с ним проблемы теплозащиты у Шаттла остались.

Впрочем дело было сделано, и поддержка ВВС в Конгрессе позволила отчасти обезопасить будущее Шаттла. В НАСА окончательно утвердили в качестве проекта двухступенчатый полностью многоразовый Шаттл, имеющий 12(!) SSME на первой ступени и разослали контракты на прорабатку его компоновки.

Проект Норт Американ Рокуэлл:

Проект МакДоннелл Дуглас:

Проект Грумман. Любопытная деталь: несмотря на требование НАСА о полной многоразовости, у челнока тем ни менее предполагались одноразовые баки для водорода по бокам:

Экономические обоснования

Выше я упомянул, что после того как Конгресс выпотрошил космическую программу НАСА, тем пришлось начать обосновывать создание челнока с экономической точки зрения. И вот, в начале семидесятых чиновники из Управления менеджмента и бюджета (The Office of Management and Budget, OMB) попросили их доказать декларируемую экономическую эффективность Шаттла. Причем надо было продемонстрировать не тот факт, что запуск челнока будет дешевле запуска одноразового носителя (это воспринималось как должное); нет, надо было сравнить выделение потребных для создания Шаттла средств с продолжением использования существующих одноразовых носителей и инвестицией высвободившихся денег под 10% годовых -- т.е. по сути в OMB дали Шаттлу "мусорный" рейтинг. Это сделало любые экономические обоснования создания челнока в качестве коммерческой ракеты-носителя нереальными, особенно после того как его "раздуло" из-за требований ВВС. И все же НАСА попыталась это сделать, ибо повторюсь, на кону стояло существование американской пилотируемой программы.

Было заказано исследование экономической целесообразности у фирмы Mathematica. Нередко упоминаемая цифра стоимости запуска Шаттла в районе $1-2.5 млн это лишь обещания Мюллера на конференции в 1969 году, когда еще не была ясна окончательная его конфигурация, и до вызванных требованиями ВВС изменений. Для проектов приведенных выше стоимость полета была следующей: 4.6 миллиона долларов образца 1970г. для челноков Норт Американ Рокуэлл и МакДоннелл Дуглас, и 4.2 миллиона долларов для челнока Груммана. Составители отчета худо-бедно смогли натянуть сову на глобус, показав, что якобы уже к середине восьмидесятых Шаттл выглядел более привлекательно с финансовой точки зрения нежели уже существующие носители, даже с учетом 10% требований OMB:

Однако дьявол кроется в деталях. Как я упомянул выше, не было никакой возможности продемонстрировать, что Шаттл, с его предполагаемой стоимостью разработки и производства в двенадцать миллиардов долларов, будет дешевле одноразовых носителей при учете 10% дисконта OMB. Так что пришлось в ходе анализа сделать допущение, что более низкая стоимость вывода позволит производителям спутников тратить значительно меньше времени и средств на научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР), а также на производство спутников. Декларировалось, что они предпочтут воспользоваться возможностью дешевого вывода спутников на орбиту и ремонта оных. Далее, было предположено весьма большое количество запусков в год: базовый сценарий, показаннный на графике выше, постулировал 56 пусков Шаттла каждый год с 1978 по 1990 (736 всего). Причем в качестве предельного сценария рассматривался даже вариант с 900 полетами в указанный период, т.е. старт каждые пять дней в течении тринадцати лет!

Стоимость трех различных программ в базовом сценарии -- две одноразовые ракеты и Шаттл, 56 пусков в год (млн. долларов):

Извиняюсь, что так много пишу о финансовых деталях которые, возможно, не всем интересны. Но это все крайне важно в контексте обсуждения многоразовости Шаттла -- тем более что упомянутые выше и, скажем честно, высосанные из пальца цифры можно до сих пор увидеть в обсуждениях про многоразовость космических систем. На самом деле, без учета "эффекта ПН" даже по принятым Mathematica цифрам и без всяких 10% дисконтов Шаттл становился выгоднее Титана только начиная с ~1100 полетов (реальные шаттлы слетали 135 раз). Но не забываем -- речь идет о "раздутом" требованиями ВВС Шаттле с треугольным крылом и сложной теплозащитой.

Шаттл становится полу-многоразовым

Никсону не хотелось быть президентом, который полностью прикроет американскую пилотируемую программу. Но и просить Конгресс выделить прорву денег на создание Шаттла он также не хотел, тем более после заключения чиновников из OMB конгрессмены все равно на это не согласились бы. На разработку и производству Шаттлов было решено выделить около пяти c половиной миллиардов долларов (т.е. более чем в два раза меньше чем тем надо было для полностью многоразового Шаттла), с требованием тратить не больше миллиарда в любой отдельно взятый год.

Дабы суметь в рамках выделенных средств создать Шаттл, было сделать систему частично многоразовой. Сначала был творчески переосмыслен концепт Грумман: размер челнока сумели уменьшить поместив обе топливные пары во внешний бак, заодно уменьшился и потребный размер первой ступени. На схеме ниже показан размер полностью многоразового космоплана (reusable), космоплана со внешним баком для водорода (LH2) и космоплана со внешним баком и для кислорода и для водорода (LO2/LH2).

Но стоимость разработки все еще сильно превышала количество выделенных из бюджета средств. В результате НАСА пришлось еще и отказаться от многоразовой первой ступени. К вышеупомянутому баку было решено присоединить некий простой бустер, либо в параллель, либо внизу бака:

После недолгих обсуждений было утверждено размещение бустеров в параллель с внешним баком. В качестве бустеров рассматривалось два основных варианта: твердотопливные (ТТУ) и ЖРД ускорители, последние либо с турбокомпрессором, либо с вытеснительной подачей компонентов. Было решено остановится на ТТУ, опять же в силу более низкой стоимости разработки. Иногда можно услышать что якобы имелось некое обязательное требование использовать ТТУ которые -де все и испортило -- но, как видим, замена ТТУ на бустеры с ЖРД уже ничего бы не смогла исправить. Более того, у плюхающихся в океан бустеров на ЖРД, пусть и с вытеснительной подачей компонентов, проблем на деле было бы еще больше чем с твердотопливными ускорителями.

В результате получился тот Спейс Шаттл, который мы и знаем сегодня:

Ну и краткая история эволюции оного (кликабельно):

Эпилог

Шаттл не был столь неудачной системой какой его принято нынче выставлять. В восьмидесятых годах Шаттл вывел на околоземную орбиту 40% от всей доставленной в то десятилетие массы ПН, несмотря на то что его пуски составляли лишь 4% из общего количеств пусков РКН. Он также доставил в космос львиную долю из побывавших там на сегодняшний день людей (другое дело, что сама необходимость наличия людей на орбите по-прежнему неясна):

В ценах 2010 год стоимость программы составляла 209 миллиардов, если разделить это на количество пусков выйдет где-то 1.5 миллиарда за пуск. Правда основная часть расходов (проектирование, модернизация и др.) не зависит от числа запусков -- поэтому по оценкам НАСА к конце нулевых стоимость каждого полёта составляла около 450 миллионов долларов. Впрочем это ценник уже под завершение программы, да еще и после катастроф Челленджера и Колумбии, которые привели к дополнительным мерам безопасности и росту стоимости пуска. По идее в середине 80-ых, до катастрофы Челленджера, стоимость пуска была гораздо меньше, но конкретных цифр у меня нет. Разве что укажу на тот факт, что у Titan IV Centaur стоимость пуска в первой половине девяностых годов составляла 325 миллионов тех долларов, что даже слегка превышает указанную выше стоимость пуска Шаттла в ценах 2010 года. А ведь именно тяжелые РН из семейства Титан были конкурентом Шаттла в ходе его создания.

Разумеется, Шаттл не был экономически эффективным с коммерческой точки зрения. К слову, экономическая нецелесообразность оного весьма взволновала в свое время руководство СССР. Они не понимали политических причин которые привели к созданию Шаттла, и придумывали ему различные предназначения, чтобы хоть как-то увязать в голове его существование со своими взглядами на действительность -- тот самый знаменитый "нырок на Москву", или базирование оружия в космосе. Как вспоминал в 1994-м году директор головного в ракетно-космической промышленности Центрального НИИ машиностроения Ю.А.Мозжорин: "Челнок выводил на околоземную орбиту 29,5 т, и мог спускать с орбиты груз до 14,5 т. Это очень серьезно, и мы начали изучать, для каких целей он создается? Ведь все было очень необычно: вес, выводимый на орбиту при помощи одноразовых носителей в Америке, даже не достигал 150 т/год, а тут задумывалось в 12 раз больше; ничего с орбиты не спускалось, а тут предполагалось возвращать 820 т/год... Это была не просто программа создания какой-то космической системы под девизом снижения затрат на транспортные расходы (наши, нашего института проработки показали, что никакого снижения фактически не будет наблюдаться), она имела явное целевое военное назначение. И действительно, в это время начали говорить о создании мощных лазеров, лучевого оружия, оружия на новых физических принципах, которое - теоретически - позволяет уничтожать ракеты противника на расстоянии в несколько тысяч километров. Как раз вот создание такой системы и предполагалось для отработки этого нового оружия в космических условиях ". Свою роль в этой ошибке сыграло то, что Шаттл делался с учётом требований ВВС, но в СССР не поняли причин, по которым ВВС был втянут проект. Они думали, что проект изначально инициирован военными, и делается с военными целями. На самом деле, НАСА позарез нужен был Шаттл чтобы остаться на плаву, и если бы поддержка ВВС в Конгрессе зависела от того, что ВВС потребовал бы покрасить Шаттл в зелёный цвет и украсить его гирляндами -- они бы это сделали. В восьмидесятых Шаттл уже попытались притянуть к программе СОИ, но когда его проектировали в семидесятых ни о чем таком и речи еще не шло.

Надеюсь теперь читателю понятно, что судить о многоразовости космических систем на примере Шаттла это крайне неудачная затея. Грузовые потоки под которые делался челнок никогда не материализовались из-за урезания расходов НАСА. Дизайн Шаттла пришлось серьезным образом менять дважды -- сначала из-за требований ВВС, политическая поддержка которых нужна была НАСА, а затем из-за критики OMB и недостаточного размера ассигнований на программу. Все экономические обоснования, отсылки к котором иногда попадаются в обсуждениях многоразовости, появились в период когда НАСА нужно было любой ценой спасти и так уже сильно мутировавший из-за требований ВВС челнок, и являются попросту притянутыми за уши. Причем все участники программы это все понимали -- и Конгресс, и Белый Дом, и ВВС, и НАСА. Например Michoud Assembly Facility мог от силы производить двадцать с чем-то внешних топливных баков в год, то есть ни о каких пятидесяти шести или даже тридцати с чем-то полетах в год, как в отчете Mathematica, и речи не могло идти.

Почти всю информацию я взял из замечательной книги , которую я рекомендую к прочтению всем интересующимся вопросом. Также некоторые отрывки текста были позаимствованы из постов ув. Tico в этом топике.