Текст книги "Война 2020. Первая космическая"

Автор книги: Сергей Буркатовский

сообщить о нарушении

Текущая страница: 20 (всего у книги 21 страниц)

Программа «Constellation»: возвращение Америки

В начале 2004 года президент США Джордж Уокер Буш объявил о старте новой программы США – «Возвращение на Луну». Сложно сказать, что стало причиной обнародования этой программы. Возможно, тот факт, что программа «Space Shuttle» зашла в тупик – с окончанием строительства МКС челноки теряют свою последнюю область приложения и смысл существования, а сохранение и развитие высокотехнологичных отраслей (к которым, безусловно, относится и космическая отрасль) является непременным условием существования сверхдержавы. Если это, конечно, не «энергетическая сверхдержава», строящая свое благополучие на шатком фундаменте высоких цен на нефть.

Возможно, дело в самоощущении американцев – как элиты, так и простых граждан США. С 50-х годов XX века доля мирового валового продукта, производимого США, сократилась с 50% до приблизительно 20%. Внешняя политика вызывала неприятие даже у традиционных союзников. Военная машина буксовала: оказалось несложным задавить армию третьеразрядной страны (не важно, Ирак это или Югославия), но достичь заявленных целей – построить витрину демократии в отдемократизированнои, по самое не могу стране – не получается.

И в этих условиях новые великие дела в той сфере, где Америка является теперь, после распада СССР, уже единоличным общепризнанным лидером, очень важны для того морального фактора, который и определяет судьбы стран.

Экономическая мощь, военная мощь – все это держится на людях. И если люди теряют веру в собственную страну – что ж, значит, в мире скоро появится новый лидер. Другой лидер.

Оба этих фактора наложили серьезный отпечаток на программу «Constellation».

Первый выразился в том, что изначально программа была основана на максимальном использовании элементов системы «Space Shuttle» – в целях сохранения производственных мощностей и квалифицированного персонала. Те же многоразовые твердотопливные ускорители, те же двигатели «SSME» (Space Shuttle Main Engine – Главный Двигатель Космического Челнока), тот же стартовый стол, доставшийся, кстати, в наследство челнокам от лунных «Сатурнов» – своеобразное возвращение к истокам. Ради этого даже ракету малой (относительно малой) грузоподъемности – «Ares-I» – решили создавать с использованием того же ускорителя в качестве первой ступени, что привело к значительным техническим трудностям: проблемы управления по крену, уязвимость тонкой и длинной конструкции к ветровым нагрузкам, проблемы с вибрациями.

Однако усугубил эти проблемы второй фактор. «Повторение пройденного» – сбор образцов, исследование безжизненной равнины в окрестностях точек посадки кораблей и доставка какого-то количества лунного грунта – уже никому не интересно. Как минимум требуются более детальные исследования с глубоким бурением поверхности спутника, исследования недоступных ранее районов, а по возможности – организация постоянной или хотя бы долговременной базы на поверхности Луны. Экипаж экспедиции предполагается увеличить с трех до четырех человек, причем, в отличие от миссий по программе «Apollo», все четыре астронавта должны высаживаться на поверхность и работать там в течение 30 дней. Увеличена масса оборудования, доставляемого на поверхность Луны. Кроме того, новый корабль должен использоваться и в околоземных миссиях – для снабжения орбитальных станций, самостоятельных экспериментальных полетов (с экипажем до б человек) и, в сочетании с дополнительными платформами, для ремонта и обслуживания спутников.

Сходные требования порождают сходные решения. В результате спускаемый аппарат нового корабля «Orion» не просто напоминает капсулу командного модуля «Apollo», но и использует тот же самый материал для теплозащиты. Все почти такое же – только больше. Прозвище «Apollo на стероидах» прочно прилепилось к «Ориону».

Лунные носители США

• «Saturn-V», 196?год:

Стартовая масса 2700 тонн.

Масса полезной нагрузки (ПН) на низкой околоземной орбите (исключая 3-ю ступень РН) до 118 т.

Масса ПН на траектории к Луне 47 т.

Топливо 1-й ступени – керосин-кислород, 2-й и третьей ступеней – кислород-водород.

• « Space Shuttle », 1981 год:

Стартовая масса 2045 тонн.

Масса орбитального корабля до 109,5 т. Масса ПН 29,5 т.

Первая ступень (ускорители) – твердотопливная, топливо орбитальной ступени – кислород-водород.

• « Ares – I », 2014 год (согласно плану):

Стартовая масса ок. 907 т.

Масса ПН на низкой околоземной орбите ок. 25 т.

1-я ступень твердотопливная, топливо 2-й ступени – кислород-водород.

• « Ares – V », 2018 год (согласно плану):

Стартовая масса более 3500 т.

Масса ПН на низкой околоземной орбите до 188 т.

Масса ПН на траектории к Луне ок 71,1 т.

Первая ступень (ускорители) – твердотопливная, 2-я ступень и разгонный блок – кислород-водород.

Эти «стероиды», да еще и требование посадки лунного корабля не только в экваториальной зоне, но и в любой точке Луны вплоть до полюсов, привели к значительному росту массы лунного экспедиционного комплекса. Теперь, в отличие от полета по схеме «Apollo», комплекс собирается на околоземной орбите из двух частей – орбитального корабля «Orion», запускаемого «легкой» ракетой «Ares-I» и запускаемой «тяжелой» «Ares-V» связки из разгонного блока и посадочного корабля «Altair».

Помимо роста массы экспедиционного комплекса (сейчас, согласно проекту, она превышает 200 тонн), новая программа требует большей энергетики двигателей, осуществляющих торможение у Луны и посадку. Если в программе «Apollo» эти операции осуществлялись с использованием долгохранимой, но относительно низкоэнергетической топливной пары – гидразина и азотного тетроксида, причем выход на окололунную орбиту выполнялся с помощью двигателя орбитального корабля, то в новом проекте для обеих этих операций используется посадочная ступень «Альтаира», работающая на жидком кислороде и жидком водороде.

Лунные орбитальные корабли США

• Орбитальный корабль « Orion » (проект):

Экипаж 6 человек на низкой околоземной орбите, 4 человека

при полетах к Луне.

Полная масса в «лунной» конфигурации ок. 25т

Масса спускаемой капсулы 8,5/7,3 т.

Располагаемая скорость AV не менее 2000 м/с.

•Командно-служебный модуль « Apollo », 1967 год:

Экипаж 3 человека.

Полная масса 30,3 т.

Масса командного отсека (спускаемой капсулы) 5,8 т.

Масса служебного отсека (сухая) 6,1 т.

Масса топлива 18,4 т.

Располагаемая скорость AV ок. 2800 м/с.

Лунные посадочные корабли США

• Лунный корабль « Altair », 2018 год (проект):

Экипаж 4 человека.

Полная масса 45,9 т.

Масса взлетной ступени полная 10,8 т.

Масса посадочной ступени полная 35,1 т.

Топливо посадочной ступени – кислород-водород.

Автономность не менее 30 суток, энергопитание обеспечивается электрохимическими генераторами за счет невыработанных остатков топлива первой ступени.

• Лунный модуль « Apollo », 1968 год:

Экипаж 2 чел.

Полная масса 14,7 т.

Масса взлетной ступени полная 4,5 т.

Масса топлива взлетной ступени 2,3 т.

Масса посадочной ступени полная 10,2 т.

Масса топлива посадочной ступени 8,2 т.

Автономность 3 суток.

Схема высадки на Луну по программе «Constellation»

1. Вывод космического корабля «Орион» с экипажем 4 человека на околоземную орбиту ракетой-носителем «Арес-1».

2. Вывод лунного корабля «Альтаир» и разгонного блока на околоземную орбиту ракетой-носителем «Apec-V». Стыковка «Ориона» с «Альтаиром» и разгонным блоком. Общая масса комплекса – свыше 200 тонн.

3. Вывод комплекса на отлетную траекторию к Луне с помощью двигателей разгонного блока.

4. Выход связки «Орион»-«Альтаир» на полярную окололунную орбиту с помощью двигателя посадочной ступени «Альтаира».

5. Переход экипажа во взлетную ступень «Альтаира».

6. Посадка «Альтаира» на поверхность Луны.

7. «Орион» продолжает полет по окололунной орбите в автоматическом режиме.

8. Пребывание на поверхности Луны экипажа из 4 человек -г– до 30 суток в автономном режиме, до 210 суток – в составе лунной базы. Для энергоснабжения экспедиции используются остатки топлива (жидкий кислород и жидкий водород) в баках посадочной ступени.

9. Старт взлетной ступени «Альтаира» с экипажем с поверхности Луны.

10. Стыковка взлетной ступени с «Орионом». Переход экипажа в «Орион», сброс взлетной ступени.

11. Выход КК «Орион» на траекторию возвращения к Земле с использованием собственного двигателя.

12. Торможение спускаемого аппарата «Ориона» в атмосфере Земли.

13. Парашютная посадка спускаемого аппарата с экипажем в океан.

Рост массы комплекса привел к тому, что от элементов челнока, которые предполагалось сохранить, почти ничего не осталось. Твердотопливные ускорители подросли в длину на один сегмент и требуют дополнительной разработки и дополнительных испытаний. Двигатели шаттла на второй ступени уступили место более мощным и более дешевым одноразовым «RS-68». Даже диаметр баков и межбаковых отсеков второй ступени вырос с шаттловских 8 метров до более чем 10, что требует новой оснастки для их изготовления.

Да и стартовый стол, унаследованный от «Аполлонов», нуждается в замене из-за резко возросшей стартовой массы «Ареса».

В этом-то и состоит самая большая беда нового американского проекта. Без радикальных изменений в новую программу не удается интегрировать почти ничего из наследства «Шаттла» – разве что теплозащитное покрытие капсулы «Ориона» да двигатель посадочной ступени «Альтаира» наследуются от старого доброго «Аполлона». Соответственно, цена программы драматически растет, и будет ли проект по силам все еще могучей экономике США – вопрос открытый.

Впрочем, американцы доказали свою настойчивость, и их возвращение на Луну весьма вероятно. Однако также весьма вероятно, что программу «Constellation» постигнет судьба того же «Apollo».

Ares-V обладает еще большей грузоподъемностью, чем «Сатурн». Да, уже планируется использование этих гигантских ракет для вывода тяжелых автоматических межпланетных станций, громадных телескопов, по сравнению с которыми летающий сейчас орбитальный телескоп «Hubble» – просто дешевая цифромыльница. Но это все – затратные проекты, а вот коммерческую нагрузку для ракеты 188-тонного класса представить (пока?) невозможно. Так что не исключено, что после нескольких успешных полетов и эта программа будет признана слишком затратной и подлежащей закрытию. И, как и в случае программы «Apollo», модули базы, герметичные луноходы, реакторы и прочие замечательные вещи останутся на чертежах или в опытных образцах. Увы, при всей целеустремленности в рамках среднесрочных программ в стратегическом плане у США наблюдаются определенные метания – кульбиты с переходом от «Apollo» к «Шаттлу» и затем опять к «Apollo на стероидах» тому свидетельство. Гарантией долговременности программы послужила бы финансовая окупаемость ключевых ее компонентов.

Ракета «Ares-I» в этом смысле имела бы большие коммерческие перспективы – 20-тонные космические носители весьма востребованы. Но, помимо внешних конкурентов – французской «Ariane», российского «Протона», новой китайской ракеты «Великий Поход-5», – в самих Соединенных Штатах уже имеются носители подобного класса. Это тяжелые версии ракет «Atlas» и «Delta». И третий скорее всего окажется лишним.

Разумеется, в самих США данная проблема осознается, и в кругах сотрудников NASA в инициативном порядке разрабатывается альтернативная схема экспедиции под условным названием «Direct». Эта схема также предусматривает двойной пуск для одной экспедиции, однако вместо одной относительно легкой и одной супертяжелой ракеты предполагается использовать две ракеты одинаковой и при этом значительно меньшей грузоподъемности, для которых, возможно, и удастся найти коммерческую нишу.

Плюс этого подхода также и в том, что, в отличие от «Ares-I» и V, элементы системы «Space Shuttle», от ускорителей до баков и стартового комплекса, используются практически без изменений. Однако на официальном уровне эта схема пока не признана.

Россия: тоска по несбывшемуся

Что касается космической программы современной России (не лунной программы, а программы вообще), то жив ли пациент, мертв ли – вопрос вызывает довольно жаркие дискуссии. Резко уменьшилось количество ежегодных космических пусков, и отечественные ракеты потеряли главное преимущество – крупносерийность и, следовательно, дешевизну. Разрушены производственные связи, драматический отток кадров из высокотехнологичных отраслей привел к тому, что на большинстве космических предприятий остались либо люди предпенсионных и пенсионных возрастов, либо вчерашние выпускники, легально пересиживающие время между окончанием института и получением военного билета. Увы, пока зарплата уборщицы в банке превосходит зарплату молодого инженера – иного ждать сложно.

Отсюда и результат. С середины 1990-х тянется волынка с новым ракетным комплексом «Ангара» – вот уже лет десять до первого старта неизменно остается два года. Создание новых спутников, несмотря на немыслимый ранее доступ к импортным (в основном французским и американским) комплектующим, упирается в громадные трудности.

Однако кое-какие сегменты не сказать что здравствуют, но хотя бы живут.

Россия пока имеет свою немалую долю на рынке коммерческих пусков. К сожалению, нередки аварии, вызванные спадом культуры производства, к сожалению, наши носители, разработанные еще во времена СССР, стареют – но успешные модернизации базовых конструкций ракет позволяют надеяться, что эта отрасль еще способна развиваться. Российские ракеты осваивают другие континенты – на конец 2010 года запланирован запуск очередной модификации «Семерки» – «Союза-СТ» – с французского экваториального космодрома в Куру.

Решаются прикладные задачи – во второй раз (впервые – в 1993 году) введена в действие навигационная система ГЛОНАСС. Существуют серьезные проблемы со временем жизни входящих в нее спутников, почти полный провал наблюдается в области компактной наземной аппаратуры – но, по крайней мере, повторить достижения СССР в этой сфере России оказалось по силам.

В области пилотируемых полетов благодаря планомерному развитию линии орбитальных станций если и нет особых прорывов, то нет и спада, за исключением трагедии «Бурана». Ведутся работы по модернизации нашего пилотируемого корабля «Союз», проведены работы с китайскими коллегами – их корабль «Шеньчжоу», «Волшебная Лодка», весьма напоминает тот же «Союз». Весьма существенен вклад российской стороны в создание европейского транспортного корабля «Жюль Берн».

Иначе говоря, пульс слабый, неровный – но есть. А пока организм жив и сохраняет надежду, он неизбежно стремится расширить доступное ему пространство. Лежачий больной хочет встать с постели и сделать хотя бы два шага, потом – самостоятельно дойти до двери в коридор, потом – выйти в большой

мир.

И в этом смысле Луна – прекрасный ориентир. Не случайно в период «межкризисного благополу-чия»руководительроссийскойРакетно-космической корпорации «Энергия», легендарной «Королевской фирмы», Николай Николаевич Севастьянов выступил с инициативой осуществления российской пилотируемой экспедиции на Луну с максимальным использованием существовавшей на то время техники.

Схема четырехпусковои высадки на Луну по проекту РКК «Энергия»

1. 1. Вывод лунного корабля (ЛК) с разгонным блоком на дол-гохранимых компонентах (РБ) на околоземную орбиту ракетой-носителем «Протон» либо «Ангара-А5».

2. Вывод криогенно-водородного разгонного блока (КВРБ) на околоземную орбиту ракетой-носителем «Протон» или «Ангара А-5».

3. Стыковка ЛК и КВРБ.

4. Вывод ЛК на высокоэллиптическую орбиту.

5. Доразгон ЛК с помощью РБ на долгохранимых компонентах на отлетную траекторию к Луне.

6. Выход ЛК на окололунную орбиту ожидания с помощью двигателей разгонного блока.

7. Вывод модифицированного космического корабля (КК) «Союз» с экипажем 3 человека в связке с разгонным блоком «Фрегат» ракетой-носителем «Союз-2-3».

8. Вывод КВРБ на околоземную орбиту ракетой-носителем «Протон» или «Ангара А-5».

9. Стыковка связки «Союз-Фрегат» и КВРБ.

10. Вывод связки «Союз-Фрегат» на отлетную траекторию к Луне.

11. Вывод ЛК «Союз» на окололунную орбиту с помощью двигателей РБ «Фрегат».

12. Стыковка связки «Союз-Фрегат» с ЛК. Переход двух космонавтов в ЛК.

13. Посадка ЛК с двумя космонавтами на поверхность Луны.

14. Пребывание Л К на поверхности Луны, длительность пребывания – до 6 суток.

15. Старт взлетной ступени ЛК с экипажем с Луны.

16. Стыковка взлетной ступени ЛК со связкой «Союз-Фрегат», Возвращение космонавтов в КК «Союз».

17. Вывод КК «Союз» на высокоэллиптическую лунную орбиту.

18. Доразгон КК «Союз» на траекторию возвращения к Земле с использованием штатного двигателя.

19. Первый вход спускаемого аппарата (СА) «Союза» в атмосферу, гашение скорости до 7,5 км/с.

20. Второй вход СА «Союза» в атмосферу.

21. Парашютная посадка спускаемого аппарата на территории Казахстана или России.

Основной космический корабль России – «Союз-ТМА» – дальний родственник советского лунного орбитального корабля. И при усилении тепловой защиты спускаемого аппарата, при серьезной модернизации бортовых систем и при увеличении запасов топлива он вполне может быть адаптирован для полетов к Луне и возвращения экипажа с лунной орбиты. Учитывая относительно небольшую грузоподъемность отечественных ракет, выводить экспедиционный комплекс на орбиту предполагалось по частям.

Первоначально, с использованием исключительно ракет и блоков производства РККЭ, задачу планировалось решить семью пусками ракет, позднее, скрепя сердце и подключив к проекту конкурента – Государственный космический научно-производственный центр имени Хруничева (ЦИХ), – количество пусков удалось ужать до четырех. При этом все компоненты комплекса, за исключением лунного посадочного корабля, либо уже существовали, либо, как водородные разгонные блоки КВРБ и новая версия ракеты-носителя «Союз» с массой полезной нагрузки до 15 тонн, были включены в космическую программу России и имели прикладное применение.

Конечно, в этом предложении была изрядная доля прожектерства. Вспомнить хотя бы предполагаемые источники финансирования и этой программы, и ее первого этапа – облета Луны по двух-пусковой схеме. Предложение было выдвинуто через компанию «Space Adventures», предоставляющей услуги по туристическим полетам в космос. Всего-то делов: триста мегабаксов – и можно полюбоваться обратной стороной Луны с расстояния 100 километров.

Трудно сказать, действительно ли Николай Николаевич рассчитывал на «богатеньких буратин» или же он просто пытался привлечь общественное внимание и внимание руководства страны к проекту развития отечественного пилотируемого космоса, – но с его отставкой проект был похоронен. Так же, как был похоронен широко распиаренный проект нового орбитального корабля «Клипер».

Однако Луна продолжает манить. В уже официальных, правительственных требованиях к новому пилотируемому транспортному кораблю (ПТК) из состава перспективной пилотируемой транспортной системы (ППТС) заложена возможность доставки экипажа из четырех человек на орбиту Луны и обратно. Те же самые требования, что и у американцев. Неудивительно, что эскизы нового корабля подозрительно напоминают американский «Orion». И если тот приобрел прозвище «Apollo на стероидах», то для ПТК американцами уже заготовлена кличка «Orionski». Впрочем, подражание позднесоветской и российской космической программы американским решениям уже стало недоброй традицией. Как «Буран» должен был стать функциональной копией «Шаттла», так и тот же «Клипер» был ответом на первоначальный проект нового орбитального корабля США, выполненного по схеме «несущий корпус». Да и похоронили «Клипер» вслед за американским аналогом. Увы, на фоне несопоставимых по возможностям экономик такое подражание иногда напоминает смертельную схватку Эллочки-Людоедки с Вандербильдихой из «Двенадцати стульев» Ильфа и Петрова.

К счастью, «битва на мексиканских тушканах» не добралась (пока?) до области ракет-носителей. В требованиях к разрабатываемым в рамках программы ППТС ракетам нет 188-тонного монстра; линейка включает ряд унифицированных по блокам и агрегатам носителей грузоподъемностью от 23 до 55-60 тонн.

Лунные орбитальные корабли СССР и России

• Лунный орбитальный корабль комплекса Н-1/Л-3, 1969 год:

Экипаж 2 человека.

Полная масса 9,8 т.

Масса спускаемого аппарата 2,9 т.

Масса топлива 3,1 т.

Располагаемая скорость AV ок. 1100 м/с (с отстреленным

бытовым отсеком).

• Связка «Союз-Фрегат» РКК «Энергия» (проект):

Экипаж 3 человека.

Масса модифицированного КК «Союз» 7,4 т.

Масса топлива КК «Союз» 0,9 т.

Масса РБ «Фрегат» 6,5 т.

Масса топлива РБ «Фрегат» 5,6 т.

Располагаемая скорость AV ок. 2050 м/с.

• Перспективный транспортный корабль, 1 -й этап (проект), 2018 год:

Экипаж 6 человек (при полетах на низкую околоземную орбиту).

Полная масса 12,5 т.

Располагаемая скорость AV ок. 400 м/с.

• Перспективный транспортный корабль, 2-й этап (проект), после 2020 года:

Экипаж 6 человек (при полетах к Луне).

Полная масса 16,5 т.

Располагаемая скорость AV ок. 1200 м/с.

• Облик перспективных транспортных кораблей реконструирован Анатолием Закон, http://tvww.russianspaceweb.com/

Лунные носители СССР и России

• Н-1, 1969 год:

Стартовая масса 2700 т.

Масса полезной нагрузки (ПН) на низкой околоземной орбите до 95 т.

Масса ПН на траектории к Луне 32 т. Топливо всех ступеней – керосин-кислород.

• ППТС-3 (проект), 2016 год (согласно плану):

Стартовая масса ок. 800 т.

Масса ПН на низкой околоземной орбите 23 т.

Топливо первой ступени (3 блока) – кислород-керосин,

2-й ступени – кислород-водород.

• ППТС-5 (проект), 2020 год (согласно плану):

Стартовая масса ок. 1350 т.

Масса ПН на низкой околоземной орбите ок. 55 т.

Масса ПН на траектории к Луне ок. 23 т.

Топливо первой ступени (3 блока) – кислород-керосин.

2-й ступени – кислород-водород.

• Ангара-А5П, 2011 год (согласно плану):

Стартовая масса 770 т.

Масса ПН на низкой околоземной орбите 24,5 т (20 тонн

в пилотируемой версии «5П-›, до 28 тонн с водородом на

3-й ступени в версии «5В»).

Топливо на всех ступенях – кислород-керосин, возможно

применение кислород-водородного топлива на 3-й ступени

(Ангара-А5В).

• «Ангара-7» (проект), 2018 год (Р): Стартовая масса ок. 1080 т.

Масса ПН на низкой околоземной орбите от 35 до 40 т

(с водородной 3-й ступенью).

Масса ПН на траектории к Луне до 19,3 т.

Топливо первой и второй ступеней – кислород-керосин,

3-й ступени – кислород-керосин или кислород-водород.

Интересно, что «рожающий в муках» семейство «Ангара» ГКНПЦ имени Хруничева тоже выдвигал предложения по увеличению грузоподъемности ракет этого ряда. В частности, был предложен проект ракеты «Ангара-7» с повышенной по сравнению с базовыми вариантами грузоподъемностью (40 тонн с использованием водорода на третьей ступени). На одной из состоявшихся в начале 2009 года конференций предложены частично унифицированные с тем же семейством носители с массой полезной нагрузки 30 и 50 тонн, предназначенные для использования в лунной программе. Там же был анонсирован проект лунного посадочного корабля от центра Хруничева, рассчитанного на работу в связке с ПТК и лунной орбитальной станцией.

Лунные посадочные корабли – наименее применимая в других программах и, вследствие этого, наименее отработанная часть возможного экспедиционного комплекса. Об их эскизах можно судить только по кадрам с конференций и презентаций. В частности, взлетную ступень корабля от «Энергии», по всей видимости, планируется унифицировать со второй ступенью взлетной ракеты марсианского комплекса, а масса всего лунного корабля от РККЭ вряд ли сильно превосходит 13 тонн. Хруничевцы рассматривают свой корабль как переходную модель к полностью многоразовому аппарату, дозаправляемому либо на орбите, либо, с использованием местных ресурсов, прямо на Луне.

В любом случае, хотя официально экспедиция на Луну в государственной космической программе отсутствует, предпосылки для нее создаются в уже одобренных и профинансированных государством программах.

Останутся ли эти программы на бумаге или воплотятся в следы подошв наших соотечественников в серой лунной пыли – пока неизвестно.