Третье направление пилотируемой космонавтики

Валерий Петраков
(по материалам журнала "Вестник воздушного флота")

Предложения по созданию двухмодульного воздушно-космического корабля (ВКК) в 1991 году рассматривались в головном КБ НПО Энергия. В заключении указывалось на малую массу выводимого груза и в связи с этим - на отсутствие преимуществ по сравнению с другими вариантами ВКК. Однако специалисты МАТИ имени К. Э. Циолковского уверены, что у предлагаемого летательного аппарата такие преимущества есть. Он может работать с полезными нагрузками в широком диапазоне объемов и масс, способен выполнять спасательные операции на орбите, с его помощью можно будет проводить обслуживание технологических спутников.

Известно, что никакой, даже самый совершенный, аппарат не может заменить человека с его интуицией, умом и знаниями. Техника помогает нам, расширяет наши возможности, особенно при работе в экстремальных условиях. Практика внеземных полетов показала: люди могут производить ремонт оборудования в условиях космоса, управлять полетом, вести различные наблюдения и эксперименты. Для выполнения подобных работ необходимо иметь транспортные средства, которые бы доставляли космонавтов на орбиту и возвращали затем на Землю. Сейчас в мире реально применяются только два типа ВКК - российский Союз и американский Спейс-Шаттл.

Корабль Союз и его модификации используются с 1967 года. ВКК Союз состоит из трех модулей-отсеков: бытового, спускаемого аппарата и агрегатно-приборного отсека. Из них только спускаемый аппарат возвращается на Землю, а два других сгорают при спуске в атмосфере. Модульный принцип построения и использование теплозащиты на спускаемом аппарате позволили успешно решить проблемы, связанные с космическим полетом и возвращением на Землю.

Американские ВКК рассчитаны на многократное применение. Первый из них стартовал 12 апреля 1981 года. Собственно корабль представляет собой ракетопланер, совершающий спуск в атмосфере с боковым маневром до 2000 км и посадкой на специальную взлетно-посадочную полосу. Спейс-Шаттл имеет герметичную кабину объемом 70 м3. Экипаж - до семи человек, длительность полета - до 14 суток. В отличие от Союза Шаттл может выводить на орбиту в своем грузовом отсеке до 23 т полезной нагрузки.

Одноразовый Союз создан по типу первых космических кораблей. Его возможности по количеству выполняемых функций, числу перевозимых космонавтов (два-три) небольшие. Однако он надежен и дешев. Спейс-Шаттл - многоразовый и многофункциональный корабль, но его использование обходится в несколько раз дороже (около 25 тыс. долл. за 1 кг полезной нагрузки), чем запуски одноразовых ракет-носителей. Во многих случаях не нужна его большая грузоподъемность, поэтому эффективность применения Шаттла еще больше снижается.

Эти примеры двух реализованных направлений создания ВКК подтверждают одну из аксиом развития техники: рукотворный объект не может выполнять несколько разных функций с максимальной эффективностью. Сложность создания воздушно-космического корабля состоит в том, что такой аппарат должен работать в совершенно различных средах - в атмосфере и в космическом пространстве. Например, при полете в воздухе выгодно использовать крылья и воздушно-реактивные двигатели, которые не работают и не нужны на орбите. Как с пользой для дела объединить, на первый взгляд, несовместимое?

Опыт, приобретенный при разработке и эксплуатации ракетно-космической техники, современное состояние науки и техники позволяют создать ВКК по третьему направлению. Основу его концепции составляют три основных принципа: модульность построения корабля, взаимозаменяемость модулей, плавающие функциональные возможности ВКК. Первые два реализуются за счет известных способов формирования конструктивно-компоновочных схем. Третий достигается при оптимальном внутреннем устройстве корабля и его рациональном взаимодействии с другими космическими аппаратами. За счет такого подхода в заданных пределах можно менять массу ВКК, топлива, груза, устанавливать корабль на грузовой контейнер или другой космический аппарат. При разработке нового ВКК были учтены следующие требования: необходимость обеспечения аварийного спасения экипажа на старте и начальном участке полета, вместимость - от двух до шести человек, масса полезной нагрузки (включая топливо) - 2-3 т, возвращаемого груза - 0,5-1 т, многоразовость применения основных элементов корабля. Кроме того - возможность полета и маневра в космосе и атмосфере, использование при необходимости грузового контейнера и другого космического аппарата, самолетная посадка на обычный аэродром.

Спроектированный корабль интегрирован из двух аппаратов-модулей: один - крылатый, другой выполнен по схеме несущего корпуса. Модули соединены не последовательно, как у Союза, а параллельно. При этом самолет - пилотируемый модуль (ПМ) - устанавливается на несущий корпус - служебный модуль (СМ) - с некоторым утоплением, крепится жестко в двух-трех точках при помощи быстроразъемных соединений, например пироболтов. Аналогично закреплен и защитный кожух-обтекатель.

Пилотируемый модуль используется многократно, служебный - один раз, но при этом он является сменным, что расширяет функциональные возможности корабля за счет установки той или иной его модификации. В зависимости от выполняемых задач СМ имеет различное оборудование и разного объема топливные баки. В этом одна из особенностей ВКК третьего направления. Другая особенность нового корабля состоит в том, что технологическое соединение пилотируемого и служебного модулей происходит только после выхода корабля на орбиту на то время, пока он работает в космосе. Перед сходом ВКК с орбиты производится расстыковка кабелей и магистралей. Внутренний стыковочный узел обеспечивает герметичное соединение обоих модулей для перемещения космонавтов в рабочий отсек СМ. Такой подход позволяет использовать систему разделения модулей в аварийной ситуации на старте и начальном участке полета. В этой системе используются пороховые двигатели.

Как же устроены модули ВКК? Пилотируемый имеет герметичную кабину для экипажа, крылья и двигательную установку, предназначенную для полета в атмосфере, в которой планируется использовать малогабаритные воздушно-реактивные двигатели. В ПМ установлены кресла для четырех-шести космонавтов, а сам он закрыт кожухом с иллюминаторами. В служебном модуле размещается основное оборудование корабля. Здесь же находятся топливные баки, часть приборов, исполнительные элементы реактивной системы управления, при помощи которых ВКК совершает полет и ориентацию в космическом пространстве, внешний стыковочный узел. Рабочий отсек предназначен для работы и отдыха космонавтов, выхода их в открытый космос, а также для перехода в другой космический аппарат через люки. По функциональному назначению его можно сравнить с бытовым отсеком Союза.

Старт и выведение ВКК в космос осуществляются с помощью ракеты-носителя или самолета-носителя. При возникновении аварийной ситуации защитный кожух сбрасывается, самолет уводится на безопасное расстояние и, используя собственную двигательную установку, совершает полет и посадку.

В нормальном полете оба модуля скреплены до участка спуска на высоте 6-10 км, когда они полностью расстыковываются. С этого момента каждый из них совершает самостоятельный полет и посадку. Самолет, имея малую массу и скорость и используя свой воздушно- реактивный двигатель, приземляется на обычный аэродром. Служебный модуль имеет гораздо меньшие возможности по дальности полета и управляемости, поэтому он совершает спуск за счет аэродинамического качества несущего корпуса, а на последнем участке - на парашюте. Мягкая посадка обеспечивается амортизационными устройствами или ракетными двигателями, в зависимости от назначения СМ и доставляемой полезной нагрузки.

Предлагаемый воздушно-космический корабль может использоваться для решения самых разнообразных задач. Это и доставка экипажей на орбитальную станцию, и возвращение их на Землю, и проведение технологических и ремонтных работ на орбите, и спасательные операции в космосе, и оперативное дистанционное зондирование. Создание ВКК не требует длительных разработок и фундаментальных исследований. Не потребует оно и больших материальных затрат. Это корабль, отвечающий новейшим требованиям, предъявляемым к космической технике, и ему принадлежит будущее.