§ 4. Многоразовый транспортный космический корабль (МТКК)

Этот корабль должен представлять собой орбитальный самолет, который если и будет стартовать вертикально, наподобие ракеты (в начале полета мала подъемная сила), то садиться будет горизонтально на беговую полосу, обладая крыльями. Большая скорость спуска должна обеспечивать хорошую маневренность и большую

боковую дальность. Нижняя, разгонная, ступень должна также обладать крыльями или опускаться на парашютах. Она может представлять собой обычную ракету, к которой орбитальная ступень прикреплена в носовой части наподобие полезной нагрузки или сбоку. Многочисленные варианты МТКК разрабатывались в США в 60-х годах.

Соображения экономической целесообразности заставили в конце концов остановиться на схеме двухступенчатого МТКК, получившего название «Шатл» (Shuttle - «челнок», а также «паром») или «Спейс шатл» (Space Shuttle - «космический челнок», «космический паром»).

На рис. 62 указаны габариты «Шатла» в целом, а на рис. 63 размеры орбитальной ступени (по данным на февраль 1976 г.). Как видим, устройство этой ракетно-космической системы довольно необычно. Маршевые ЖРД второй ступени питаются топливом из огромного внешнего топливного бака (диаметр напоминающего ракету. Он содержит отсек с кислородом (впереди) и отсек с водородом Стартовые массы: всего МТКК (без полезной нагрузки) разгонной ступени (двух РДТТ) - 1160 т; внешнего бака (в том числе 708 т топлива); орбитальной (крылатой) ступени (сухая масса-68 т).

Суммарная стартовая тяга двух РДТТ разгонной ступени при скорости истечения суммарная тяга трех маршевых ЖРД орбитальной ступени, имеющих карданные подвесы, на уровне моря а скорость истечения (в пустоте Маневрирование на орбите осуществляется с помощью двух ЖРД тягой каждый при скорости истечения (монометилгидразин и четырехокись азота). Запас топлива внутри орбитальной ступени (без дополнительных баков) соответствует характеристической скорости при нагрузке Сорок ЖРД ориентации (16 в переднем блоке, по 12 в двух задних) имеют тягу по и шесть по (то же топливо).

Сообщались следующие данные о полезной нагрузке. При запуске с мыса Канаверал" когда запуск происходит точно на восток (наклонение орбиты 28,5° — широта мыса Канаверал) на круговой орбите высотой при наклонении на высоте без полезной нагрузки и запуске на восток — круговая орбита высотой При запуске на юг с базы ВВС Ванценберг (западное побережье на круговой орбите высотой Полезная нагрузка помещается в специальном негерметизированном грузовом отсеке длиной и диаметром (объем Члены экипажа могут проникнуть в него из кабины через шлюзовую камеру.

(кликните для просмотра скана)

Энергетические характеристики МТКК могут быть улучшены, если занять часть грузового отсека под дополнительные комплекты (до трех комплектов) баков топлива для ЖРД орбитального маневрирования. Каждому комплекту соответствует увеличение характеристической скорости на . С этими тремя комплектами МТКК может доставить на круговую орбиту высотой при запуске в восточном направлении с мыса Канаверал или выйти на -километровую круговую орбиту без полезной нагрузки при запуске на юг с базы Ванденберг.

Масса полезной нагрузки, возвращаемой с орбиты на Землю — до

Рассмотрим примерную схему полета «Шатла» (отдельные операции обозначаются в скобках цифрами, соответствующими позициям на рис. 64).

Рис. 64. Схема операций корабля «Шатл»

МТКК стартует (1) вертикально при одновременно работающих двух РДТТ и трех маршевых ЖРД. Через 6 с (2) начинается разворот по крену («запрокидывание на спину») и отклонение от вертикали. Примерно через 125 с, на высоте при скорости и наклоне траектории к горизонту 28° отделяются пустые корпуса РДТТ (3), которые спускаются в океан на парашютах (4—6, допустима скорость удара и затем отбуксировываются (7) к стартово-посадочному комплексу для повторного (до 100 раз) использования (5). Через 8 мин после старта, когда до выхода на орбиту недостает примерно марщэвые ЖРД выключаются и еще через 23 с отделяется опустевший внешний топливный бак и после этого

включаются ЖРД орбитального маневрирования (9). Бак падает в удаленный район Индийского океана и гибнет (10). Через примерно 11 мин после старта орбитальная ступень на высоте переходит на эллиптическую орбиту перехода (11). Затем импульс в апогее переводит МТКК на круговую орбиту. Орбитальные операции (12) продолжаются от нескольких часов до месяца. Перед сходом с орбиты орбитальная ступень поворачивается хвостом вперед и ЖРД орбитального маневрирования сообщают ей тормозной импульс (13). Затем ступень снова разворачивается, и вход в атмосферу происходит под углом 0,8°, но с большим углом атаки (14), со скоростью Далее осуществляется боковое маневрирование в пределах полосы шириной На высоте начинается конечный участок спуска с примерно постоянной скоростью Через 3,5 мин на расстоянии от посадочной полосы, на высоте при скорости начинается заход на посадку. Посадочная скорость составляет Через 14 суток (160 рабочих часов) после ремонта (17) орбитальная ступень должна быть готова к новому полету. Она должна использоваться до 500 раз (после 100 полетов — капитальный ремонт).

Экипаж «Шатла» (3 человека) находится во время работы на верхней палубе трехпалубной кабины. На средней палубе находится жилая зона, а также помещены дополнительные кресла на случай, когда в полете примут участие ученые и инженеры, не проходящие специальной подготовки (среди них предполагаются и женщины). Никому не придется при выведении испытывать перегрузки более 3,2 (при спуске еще меньше). На нижней палубе размещена система жизнеобеспечения.

По данным на конец 1979 г. первый экземпляр «Шатла», носящий собственное имя «Колумбия», впервые выйдет на орбиту во второй половине 1980 г. На программу создания «Шатла» должно было быть израсходовано 5,6 млрд. долл. Стоимость выведения полезной нагрузки оценивается в 370 долл. Постепенно будут изготовлены четыре экземпляра «Шатла», которые, по планам 1977 г., за период 1980-1991 гг. совершат 560 полетов.

Существуют различные проекты совершенствования «Шатла» — орбитального самолета первого поколения, чья конструкция соответствует скорее располагаемым ассигнованиям, чем действительным экономическим требованиям и перспективам завтрашнего дня космонавтики. Следует прежде всего добиться спасения всех частей корабля, сделав, например, крылатой первую ступень. Цель — уменьшить стоимость выведения на орбиту до 200 долл. и ниже, даже до 65 долл. Рассматриваются и варианты непилотируемых МТКК.

Более смелые проекты предусматривают создание одноступенчатого орбитального самолета, возможно, дозаправляющегося в воздухе или стартующего горизонтально с использованием разгонной тележки. Все это требует дальнейшего совершенствования ракетного двигателестроения. К сожалению, использование воздушно-реактивных двигателей сопряжено с опасностью для окружающей среды, да и других трудностей более чем достаточно.