«Буран» стал, пожалуй, последним масштабным техническим достижением советской космонавтики. Огромный космический корабль, запущенный сверхтяжёлой ракетой и совершивший полностью автоматический полёт, он стал настоящим глотком свежего воздуха для народа задыхающейся страны. Его разработчики прошли длинный путь, начало которого мы рассмотрим в этой статье.
Для того, чтобы понять, почему «Буран» стал именно таким, нам следует вернуться в конец шестидесятых годов и переместиться в США. Там завершалась подготовка к лунным миссиям, однако чиновники NASA уже думали над тем, что делать дальше. К началу 1969 года стало ясно, что программа «Аполлон» не будет продолжена после выполнения первичных задач, а значит космическому агентству придётся что-то изобретать, чтобы сохранить пилотируемую программу. Рабочая группа по космосу под руководством вице-президента страны Спиро Агню обратилась к четырём компаниям для того, чтобы собрать их предложения по многоразовой космической системе. По планам рабочей группы такая система позволила бы организовать в будущем экспедицию на Марс, а также снабжать масштабную космическую станцию и даже космический завод.
Старт Аполлона-11 к Луне
Наработки были представлены президенту Никсону в сентябре 1969 года, когда цель программы Apollo уже была выполнена – американцы побывали на Луне. Однако время для планирования новых свершений было выбрано неверное. После серии тяжелых сражений во Вьетнаме пришедший к власти Никсон планировал постепенно закончить войну. Началась политика «вьетнамизации» конфликта. Вкупе с космической гонкой, активно продолжавшейся уже более 10 лет, это привело к тому, что даже самый дешёвый вариант продолжения пилотируемой программы (шаттл и снабжаемая им орбитальная станция вкупе с постепенной подготовкой к марсианской экспедиции), стоивший «всего» около $5 млрд, был отвергнут президентом. Он потребовал оставить только шаттл, который должен был стать носителем для научных, военных и коммерческих задач.
Имея это в голове, NASA приступили к дальнейшей проработке проекта. Их расчёты показали, что окупаемости проекта можно было достичь только при выполнении ряда условий: не менее 28 пусков в год, полный отказ от одноразовых носителей, низкий уровень эксплуатационных расходов. И всё это только чтобы в принципе, может быть, сравняться по стоимости с одноразовой и отработанной ракетой-носителем Titan-III!
Расчёты специалистов NASA предсказывали, что стоимость одного пуска будущей системы будет составлять порядка $1-2,5 млн. По планам на 1971 фискальный год на производство одноразовых носителей выделялось $125 млн или 3,7% бюджета NASA, ровно столько могла сэкономить многоразовая система, будь она уже готова. Неубедительные цифры, учитывая, что NASA планировало удешевить полёты на 9% по сравнению с пусками Titan-III при условии проведения 55 полётов будущей системы в год. Поэтому агентство было вынуждено натягивать на глобус всё, что только можно, лишь бы доказать выгоды будущего проекта.
В частности, в случае постройки космической станции, для снабжения которой бы потребовалось совершить полёт раз в две недели, то можно было бы сэкономить более $1 млрд! Это уже куда интереснее! А технический директор NASA Роберт Линдли, ответственный за экономику будущего шаттла, и вовсе предположил, что удешевление пуска нового корабля может быть достигнуто благодаря удешевлению полезной нагрузки в будущем.
Пример спутника концепции Линдли. Это геостационарный спутник. Он практически в три раза тяжелее, имеет в шесть раз больший объём, но при этом проще и удобнее в обслуживании, а главное — почти в два раза дешевле
Своё слово сказали и военные, которые тоже были не против использовать шаттл для своих нужд, особенно в свете предполагаемого отказа от одноразовых РН. Тем более, что в тот период считалось, что военные нагрузки составят треть от всего будущего космического трафика. Более того, основную бюджетную нагрузку NASA планировала взять на себя, а от Минобороны лишь требовалось возвести подходящую для будущего шаттла стартовую площадку на авиабазе Ванденберг в Калифорнии. С этой площадки планировалось запускать челнок на полярные орбиты.
Один из ранних вариантов Шаттла, подготовленный компанией North American в 1969 году. От итога отличается разительно
Однако военные потребовали увеличить размеры корабля до более привычных, чтобы он смог выводить на орбиту грузы длиной до 18 метров и массой до 27 тонн (до 18 тонн на полярные орбиты). Это было сильно больше, чем рассчитывали в NASA, которые исходно работали над машиной, задача которой – снабжение космической станции. Но хуже другое – Минобороны желало, чтобы челнок мог совершать боковой манёвр величиной до 2000 км при спуске с орбиты вместо исходных 600 км. Проблема в том, что такой манёвр предъявляет совершенно иные требования к аэродинамике и теплозащите крылатого космического аппарата. В частности, NASA планировало использовать небольшое прямое крыло, но требования военных вынуждали применить крыло типа «двойная дельта».
Более того, к 1971 году стало понятно, что NASA не получит необходимого для разработки полноценной многоразовой системы бюджета. Вкупе с требованиями военных это заставило конструкторов отказаться от планов разработки полностью многоразовой системы, которая, при больших затратах на начальном этапе, обещала больший выигрыш в деньгах по мере эксплуатации. Так шаттл стал таким, каким мы его знаем – большим крылатым кораблём со своими двигателями, подвешиваемым топливным баком и двумя твердотопливными ускорителями в качестве первой ступени. В начале 1972 года Никсон одобрил проект, однако финальный вид он принял только к 1974 году.
Кстати, а что такое боковой манёвр? Этот термин часто упоминается в статьях о крылатых космических кораблях. Если говорить совсем грубо, то это расстояние между точкой на поверхности Земли и прямым курсом, если бы корабль продолжал движение по орбите. Но это слишком грубо, а для большей точности лучше в принципе разобраться в том, как крылатые корабли спускаются с орбиты.
Рассмотрим на примере шаттла, поскольку это будет справедливо и для Бурана. Итак, корабль начинает сход с орбиты, выдавая тормозной импульс своими двигателями. На высоте порядка 90 км корабль входит в плотные слои атмосферы, и становится возможным управление с помощью аэродинамики. На этом этапе корабль набирает угол атаки (этот термин мы разбирали в статье про «Спираль», но если вкратце, без определения из справочника, то это угол между прямой линией, проходящей через крыло от его передней до задней кромки — то есть хордой крыла, и направлением встречного потока воздуха) порядка 40 градусов, сильно задирая нос вверх. При таком угле атаки достигается баланс между подъёмной силой, создаваемой крыльями и днищем, и силой сопротивления воздуха, которая тормозит машину. На этапе снижения корабль должен балансировать между этими двумя величинами, потому что при слишком большом сопротивлении воздуха он попросту не выдержит напора и разрушится, а при слишком сильной подъёмной силе попросту отскочит от атмосферы или же перегреет свою теплозащиту за счёт слишком долгого полёта в зоне высоких температур, что может привести к перегреву основной конструкции и разрушению корабля.
Следующий важный параметр – это угол крена. Что это, думаю, понятно из картинки выше. Изменение угла крена помогает нашему кораблю перенаправить создаваемую его крыльями и днищем подъёмную силу (физически корректнее будет сказать «изменить направление вектора подъёмной силы») в сторону. При угле крена 0 градусов она будет действовать прямо вверх, а вот если начать кренить корабль (или самолёт), то она будет действовать в сторону крена. Благодаря этому у нас растёт скорость снижения, а вследствие этого и сопротивление воздуха, которое, в свою очередь, тормозит корабль.
У изменения угла крена есть и минус. Дело в том, что с изменением угла крена меняется и курс корабля, то есть направление его движения. Угол между текущим курсом корабля и курсом на цель (в нашем случае это ВПП) называется азимутальной ошибкой. На большой скорости радиус поворота корабля также велик, соответственно он уходит от конечной точки на большое расстояние. Манёвр, который позволяет это расстояние скомпенсировать, и называется боковым манёвром. Боковой манёвр осуществляется благодаря изменению угла крена, то есть корабль кренится на один из бортов (при этом всё ещё сохраняя угол атаки), благодаря чему меняется направление вектора подъёмной силы. Если нужно повернуть в другую сторону, то происходит крен на другой борт.
К началу 1970-х советская космонавтика подошла, пребывая в глубоком кризисе. После полёта Гагарина в ответ на американские планы полёта человека на Луну советские конструкторы и, в частности, ОКБ-1 активно занимались отечественной лунной программой, явно проигрывавшей американцам по всем фронтам – и по ракете-носителю, и по лунному кораблю. Два пуска ракеты Н-1 в 1969 году были абсолютно неудачными – обе ракеты взорвались на начальном этапе работы, причём второй взрыв разрушил стартовый стол, отбросив программу на два года. При этом в том же 1969 году американские астронавты уже высадились на поверхность Луны.
Второй пуск Н-1. Видно срабатывание системы аварийного спасения
Параллельно с лунной программой в СССР шли работы по орбитальным станциям. Разрабатывалось сразу несколько типов станций, самыми известными из которых стали гражданская ДОС (долговременная орбитальная станция или «Салют»), разрабатывавшаяся в ОКБ-1 и военная ОПС (орбитальная пилотируемая станция), которую проектировало ОКБ-52 Владимира Челомея. Хотя корректнее говорить, конечно, ЦКБЭМ и ЦКБМ соответственно, так как к этому времени уже прошла реформа наименования конструкторских бюро. Также в ЦКБЭМ работали и над более масштабными орбитальными станциями МОК и МКБС, которые в значительной степени нужны были для лунной программы.
Космическая промышленность вела и другие программы, в том числе полёты беспилотных аппаратов к Луне, Венере и Марсу, военные задачи по баллистическим ракетам и так далее. Короче говоря, перед советской космонавтикой (в отличие от американской) совершенно точно не стояла проблема сохранения пилотируемой космонавтики и загрузки имеющихся мощностей. Именно поэтому появившиеся сведения о разработке в США новой многоразовой космической системы в целом были встречены без большого интереса. Тут бы со своими проблемами разобраться, которые были гораздо глубже, чем просто низкая надёжность новых разработок – не хватало стендов для наземной отработки решительно всего. Классический уже для отечественного космоса способ испытаний непосредственно при пуске изделия использовался в том числе именно поэтому. Осложнял ситуацию и постоянный антагонизм между космическим Министерством общего машиностроения (МОМ) и Министерством авиационной промышленности (МАП), о котором я подробно рассказал в ещё одной статье про «Спираль».
Тем не менее, первичные просчёты и обсуждения, в том числе на уровне Военно-промышленной комиссии при Совмине СССР, всё же велись. Более того, в 1972 году, когда президент США одобрил проект Шаттла, вопрос впервые был поднят на высшем уровне. Так, в апреле было выпущено решение ВПК, согласно которому следовало продолжать изучение многоразовых систем. Тогда же состоялось и расширенное совещание, в котором приняли участием представителей военного руководства, учёных и конструкторов. По итогам встречи пришли к ряду выводов. Во-первых, для многоразовых космических систем (МКС) на данный момент нет задач. Во-вторых, их применение по сравнению с одноразовыми системами невыгодно финансово. В-третьих, военные не видят в разрабатываемом в США корабле непосредственной военной угрозы. В-четвёртых, необходимо проработать вопрос глубже, чтобы понять, что требуется для разработки подобной системы и зачем она может быть нужна.
Между тем, в 72-74 годах под руководством Центрального НИИ Машиностроения (ЦНИИМаш), головное научное учреждение по космическим программам велось изучение потенциальных путей развития советской космонавтики. В частности рассматривались четыре основных пути:
При этом рассматривалось два типа МКС – лёгкая (полезная нагрузка до 3-5 тонн) и тяжёлая (30-40 тонн). Также изучались различные варианты повторного использования первых ступеней.
Выводы были представлены летом 1974 года. Они гласили, что разработка МКС будет иметь смысл только при условии большого количества пусков, а общая годовая выводимая полезная нагрузка составит 10 тыс. тонн. При этом размер корабля не так важен, гораздо больше будет зависеть от того, какую нужно будет запускать, ремонтировать и/или возвращать полезную нагрузку. Иначе говоря, МКС не даст значительной финансовой выгоды даже при большом количестве пусков, поэтому имеет смысл рассматривать её разве что в качестве первого шага на пути к более совершенным транспортным системам. При этом если уж разрабатывать, то тогда большую систему по типу американской.
Параллельно с этим в конце 1973 года ВПК поручило трём ведущим КБ по космическим и многоразовым системам подготовить технические предложения по МКС. ЦКБЭМ вышла с проектом корабля типа Шаттла, только выводимого в космос с помощью многострадальной Н-1, которая к тому моменту уже успела совершить ещё два неудачных пуска, при этом на август 1974 года планировался пятый на доработанных двигателях. ЦКБМ предложила корабль массой 20 тонн, который бы выходил на орбиту с помощью ракеты-носителя (РН) «Протон». Этот же носитель предлагали использовать для «Спирали» в ОКБ-155.
В 1974 году произошла реформа ЦКБЭМ. Вызвана она была целым рядом факторов, главным из которых стал провал лунной программы.
Василий Мишин
Причин у этой неудачи было много. Если взглянуть на Н-1 как на единственную ракету-носитель, то выяснится, что это была переусложнённая и оттого недостаточно надёжная ракета, причём ещё и с недостаточной грузоподъёмностью. Ключевой проблемой была сама её конструкция. Огромное количество подверженных поломкам двигателей плохо контролировалось системой управления. На Н-1 стояли двигатели конструкции КБ Николая Кузнецова. Выбор был обусловлен желанием Сергея Королёва использовать относительно безопасное кислородно-керосиновое топливо, в то время как ведущий советский специалист, выдающийся двигателист Валентин Глушко настаивал на применении связки токсичных компонентов АТ+НДМГ. На тот момент (начало 60-х) создание достаточно мощных двигателей именно на этих компонентах представлялось куда более выполнимой задачей. Спор двух светил отечественной космонавтики не без помощи одного из ведущих соратников Королёва Василия Мишина выродился в тяжелейший конфликт, в результате которого в ОКБ-1 были вынуждены обратиться к Николаю Кузнецову. Созданные им двигатели оказались недостаточно мощными и надёжными, потому пришлось увеличивать их количество, что в итоге повлекло за собой все проблемы ракеты.
Американский Сатурн-5, Н-1 и лунный корабль
Кроме того, тяжело шла разработка и лунного корабля Л-3, который мы сейчас знаем как «Союз». На ранних этапах этот корабль, во многом наследовавший идеологию ранних «Востоков» и «Восходов», также отличался низкой надёжностью, которая в конечном итоге привела к гибели четырёх космонавтов. До сих пор это единственные отечественные космонавты, погибшие в ходе полёта (что характерно – все на этапе возвращения с орбиты).
Не стоит забывать и проблемы, возникавшие на других направлениях – разработке ДОС, пусках спутников и межпланетных зондов, программе «Союз-Аполлон».
Руководил ЦКБЭМ Мишин. По воспоминаниям это был весьма неоднозначный человек. Великолепный специалист и инженер, он был соратником Королёва и прошёл с ним весь путь от Германии и до самой его смерти. По просьбе коллектива именно он был назначен главным конструктором реформированного королёвского КБ. При этом, несмотря на все достижения и покровительство Королёва, Мишин не имел того авторитета, которым обладал великий Главный. При этом вспыльчивость и бескомпромиссность привели к тому, что он нажил себе немало влиятельных врагов как в своём коллективе, так и в высоких кабинетах. Кто-то обвинял его в малодушии, когда он по требованию свыше давал согласие на пуск недоработанных «Союзов» с космонавтами на борту. Некоторые злились из-за того, что считали его недостаточно грамотным специалистом по сравнению с Королёвым.
Так или иначе, Мишин был грамотным специалистом и искренне верил в то, что делал, особенно учитывая, что большая часть наработок ему досталась от Королёва вместе с целым рядом уже утверждённых проектных ошибок. Однако руководство страны уже «требовало крови».
На место Василия Мишина пришёл Валентин Глушко, один из ветеранов, можно сказать патриарх отечественной ракетной индустрии. На его двигателях королёвские ракеты летали ещё до ВОВ, а уж после войны вплоть до лунной программы успехи советского космоса достигались именно благодаря его двигателям. Но затем был конфликт с Королёвым вокруг топлива для двигателей будущей Н-1, и пути ОКБ-1 и ОКБ-456 разошлись, чтобы снова сойтись под другими именами спустя более чем 10 лет.
Валентин Глушко
Глушко был очень сложным по характеру человеком (хотя кто из первых Главных был простым?). Чрезвычайно интеллигентный, сдержанный (так, многие противопоставляли это постоянным срывам Королёва на подчинённых) и отлично образованный, он был амбициозным, жёстким и придирчивым руководителем. Отстранение от Н-1 стало для Валентина Петровича личной обидой, а Мишин – врагом. Дошло до того, что как только власть в ЦКБЭМ сменилась, в первый же день Мишин лишился доступа туда и даже не смог забрать часть личных вещей.
Вместе с руководством поменялся и статус организации. Теперь она была объединена с рядом других работавших на неё предприятий и глушковским НПО «Энергомаш» в единую крупную структуру – НПО «Энергия».
Но первым крупным решением Глушко стал приказ о закрытии программы Н1-Л3. Несмотря на то, что пятая ракета уже почти была готова к полёту, а лунная программа, основанная на ней, уже находилась в разработке, да даже официального государственного решения не было! Вместо же неё Глушко предложил разработать новое семейство ракет РЛА – РЛА-120 (30 тонн полезной нагрузки на околоземной орбите, главная задача – постоянная орбитальная станция в 1979 году), -135 (100 тонн, лунная экспедиция в 1981 году), -150 (250 тонн, экспедиция на Марс в 1983 году). Фактически, РЛА-120 должна была заменить ракету-носитель Протон, РЛА-130 – Н-1, а РЛА-150 – это совершенно новый по задачам сверхмощный носитель. Особенностью семейства должна была стать максимальная унификация – ракеты собирались бы из унифицированных блоков. При этом для РЛА должны были использовать кислородно-керосиновое топливо, то самое, которое в своё время Глушко отказался применять для сверхтяжёлой ракеты Н-1. Более того, позднее Глушко и вовсе придёт к использованию криогенного топлива на основе жидкого водорода и жидкого кислорода. Правда, к тому моменту РЛА будут де-факто похоронены.
Сотрудники «Энергии» восприняли начинание своего нового начальника чрезвычайно сдержанно. Они слишком долго работали над Н-1, чтобы вот так вот взять и отказаться от неё. К тому же концепция РЛА в принципе казалась им ущербной, так как несколько ранних попыток разработать семейства унифицированных ракет закончились неудачей.
Однако для Глушко, выходца из старых времён, подлинного мечтателя, приоритетом оставалась Луна. В том числе и для этого планировались РЛА. Дошло до того, что на знаменитом совещании Главных 13 августа 1974 года, в присутствии главы МОМ Сергея Афанасьева и секретаря ЦК КПСС, ответственного за оборону и ракетную программы Дмитрия Устинова, Глушко предложил передать постройку лунной базы – знаменитого «Барминграда» (официальные обозначения: ДЛБ и «Звезда») – под его руководство у ещё одного космического патриарха – Владимира Бармина.
Чертеж ДЛБ «Звезда» (Фото: ОКБ-1)
К концу 1974 года Валентин Глушко «завладел» главным космическим предприятием — НПО Энергия — и теперь готовился к тому, чтобы превзойти Королёва и американцев благодаря созданию на Луне постоянной базы. Однако эти планы были под угрозой — военные желали получить полноценный ответ заокеанскому Шаттлу. Валентину Петровичу ничего не оставалось, кроме как пойти у них на поводу.
О дальнейших перипетиях амбициозного проекта я поведаю вам уже завтра, спасибо за внимание!
Автор: Александр Старостин
Предпосылки
Для того, чтобы понять, почему «Буран» стал именно таким, нам следует вернуться в конец шестидесятых годов и переместиться в США. Там завершалась подготовка к лунным миссиям, однако чиновники NASA уже думали над тем, что делать дальше. К началу 1969 года стало ясно, что программа «Аполлон» не будет продолжена после выполнения первичных задач, а значит космическому агентству придётся что-то изобретать, чтобы сохранить пилотируемую программу. Рабочая группа по космосу под руководством вице-президента страны Спиро Агню обратилась к четырём компаниям для того, чтобы собрать их предложения по многоразовой космической системе. По планам рабочей группы такая система позволила бы организовать в будущем экспедицию на Марс, а также снабжать масштабную космическую станцию и даже космический завод.
Старт Аполлона-11 к Луне
Наработки были представлены президенту Никсону в сентябре 1969 года, когда цель программы Apollo уже была выполнена – американцы побывали на Луне. Однако время для планирования новых свершений было выбрано неверное. После серии тяжелых сражений во Вьетнаме пришедший к власти Никсон планировал постепенно закончить войну. Началась политика «вьетнамизации» конфликта. Вкупе с космической гонкой, активно продолжавшейся уже более 10 лет, это привело к тому, что даже самый дешёвый вариант продолжения пилотируемой программы (шаттл и снабжаемая им орбитальная станция вкупе с постепенной подготовкой к марсианской экспедиции), стоивший «всего» около $5 млрд, был отвергнут президентом. Он потребовал оставить только шаттл, который должен был стать носителем для научных, военных и коммерческих задач.
Имея это в голове, NASA приступили к дальнейшей проработке проекта. Их расчёты показали, что окупаемости проекта можно было достичь только при выполнении ряда условий: не менее 28 пусков в год, полный отказ от одноразовых носителей, низкий уровень эксплуатационных расходов. И всё это только чтобы в принципе, может быть, сравняться по стоимости с одноразовой и отработанной ракетой-носителем Titan-III!
Расчёты специалистов NASA предсказывали, что стоимость одного пуска будущей системы будет составлять порядка $1-2,5 млн. По планам на 1971 фискальный год на производство одноразовых носителей выделялось $125 млн или 3,7% бюджета NASA, ровно столько могла сэкономить многоразовая система, будь она уже готова. Неубедительные цифры, учитывая, что NASA планировало удешевить полёты на 9% по сравнению с пусками Titan-III при условии проведения 55 полётов будущей системы в год. Поэтому агентство было вынуждено натягивать на глобус всё, что только можно, лишь бы доказать выгоды будущего проекта.
В частности, в случае постройки космической станции, для снабжения которой бы потребовалось совершить полёт раз в две недели, то можно было бы сэкономить более $1 млрд! Это уже куда интереснее! А технический директор NASA Роберт Линдли, ответственный за экономику будущего шаттла, и вовсе предположил, что удешевление пуска нового корабля может быть достигнуто благодаря удешевлению полезной нагрузки в будущем.
Для этого нужно было полностью пересмотреть стандартную практику проектирования и разработки спутников. Космические аппараты 1970 года имели жесткие ограничения по весу и объему, налагаемые ограниченными возможностями ракет-носителей той эпохи. Поскольку не было возможности вернуть на Землю вышедший из строя спутник для его изучения, значительные усилия были направлены на проведение обширных наземных испытаний, которые могли бы гарантировать надежность. Обеспечение качества требовало обширной документации, чтобы инженеры могли использовать ограниченные данные телеметрии для отслеживания и воссоздания причины отказа в полете. Чтобы справиться с таким отказом, сотрудники проекта должны были постоянно дежурить, получая при этом зарплату. Для обеспечения успеха также требовался многочисленный технический персонал, который проводил всестороннюю проверку перед запуском и затем работал со спутником после выхода на орбиту.
Шаттл предлагал совершенно иную концепцию. Уже его вместительный отсек для полезной нагрузки обещал облегчить ограничения по весу и объему. С точки зрения Линдли это означало, что электроника будущих космических кораблей может быть упакована в модули, установленные в стойки, со стандартными соединениями для питания и передачи данных. <...> Эти модули смогут сообщать экипажу шаттла о своем состоянии.
Проверка спутников должна была происходить после выхода на орбиту, а не на земле. Астронавты будут находить проблемы с помощью системы обнаружения неисправностей спутника, удалять неисправные модули и заменять их запасными. Спутник также включает в себя другие системы: солнечные батареи, системы управления питанием, положением, передачи данных и телеметрии. Они также могут пройти проверку на орбите. Кроме того, поскольку они будут выполнять стандартные функции, их можно будет создавать по стандартным проектам. Они будут формироваться как дополнительные модули, внесенные в каталог.
Томас Хеппенгеймер, The Space Shuttle Decision, перевод автора
Пример спутника концепции Линдли. Это геостационарный спутник. Он практически в три раза тяжелее, имеет в шесть раз больший объём, но при этом проще и удобнее в обслуживании, а главное — почти в два раза дешевле
Своё слово сказали и военные, которые тоже были не против использовать шаттл для своих нужд, особенно в свете предполагаемого отказа от одноразовых РН. Тем более, что в тот период считалось, что военные нагрузки составят треть от всего будущего космического трафика. Более того, основную бюджетную нагрузку NASA планировала взять на себя, а от Минобороны лишь требовалось возвести подходящую для будущего шаттла стартовую площадку на авиабазе Ванденберг в Калифорнии. С этой площадки планировалось запускать челнок на полярные орбиты.
Один из ранних вариантов Шаттла, подготовленный компанией North American в 1969 году. От итога отличается разительно
Однако военные потребовали увеличить размеры корабля до более привычных, чтобы он смог выводить на орбиту грузы длиной до 18 метров и массой до 27 тонн (до 18 тонн на полярные орбиты). Это было сильно больше, чем рассчитывали в NASA, которые исходно работали над машиной, задача которой – снабжение космической станции. Но хуже другое – Минобороны желало, чтобы челнок мог совершать боковой манёвр величиной до 2000 км при спуске с орбиты вместо исходных 600 км. Проблема в том, что такой манёвр предъявляет совершенно иные требования к аэродинамике и теплозащите крылатого космического аппарата. В частности, NASA планировало использовать небольшое прямое крыло, но требования военных вынуждали применить крыло типа «двойная дельта».
Более того, к 1971 году стало понятно, что NASA не получит необходимого для разработки полноценной многоразовой системы бюджета. Вкупе с требованиями военных это заставило конструкторов отказаться от планов разработки полностью многоразовой системы, которая, при больших затратах на начальном этапе, обещала больший выигрыш в деньгах по мере эксплуатации. Так шаттл стал таким, каким мы его знаем – большим крылатым кораблём со своими двигателями, подвешиваемым топливным баком и двумя твердотопливными ускорителями в качестве первой ступени. В начале 1972 года Никсон одобрил проект, однако финальный вид он принял только к 1974 году.
В двух словах о понятии бокового манёвра
Кстати, а что такое боковой манёвр? Этот термин часто упоминается в статьях о крылатых космических кораблях. Если говорить совсем грубо, то это расстояние между точкой на поверхности Земли и прямым курсом, если бы корабль продолжал движение по орбите. Но это слишком грубо, а для большей точности лучше в принципе разобраться в том, как крылатые корабли спускаются с орбиты.
Рассмотрим на примере шаттла, поскольку это будет справедливо и для Бурана. Итак, корабль начинает сход с орбиты, выдавая тормозной импульс своими двигателями. На высоте порядка 90 км корабль входит в плотные слои атмосферы, и становится возможным управление с помощью аэродинамики. На этом этапе корабль набирает угол атаки (этот термин мы разбирали в статье про «Спираль», но если вкратце, без определения из справочника, то это угол между прямой линией, проходящей через крыло от его передней до задней кромки — то есть хордой крыла, и направлением встречного потока воздуха) порядка 40 градусов, сильно задирая нос вверх. При таком угле атаки достигается баланс между подъёмной силой, создаваемой крыльями и днищем, и силой сопротивления воздуха, которая тормозит машину. На этапе снижения корабль должен балансировать между этими двумя величинами, потому что при слишком большом сопротивлении воздуха он попросту не выдержит напора и разрушится, а при слишком сильной подъёмной силе попросту отскочит от атмосферы или же перегреет свою теплозащиту за счёт слишком долгого полёта в зоне высоких температур, что может привести к перегреву основной конструкции и разрушению корабля.
Следующий важный параметр – это угол крена. Что это, думаю, понятно из картинки выше. Изменение угла крена помогает нашему кораблю перенаправить создаваемую его крыльями и днищем подъёмную силу (физически корректнее будет сказать «изменить направление вектора подъёмной силы») в сторону. При угле крена 0 градусов она будет действовать прямо вверх, а вот если начать кренить корабль (или самолёт), то она будет действовать в сторону крена. Благодаря этому у нас растёт скорость снижения, а вследствие этого и сопротивление воздуха, которое, в свою очередь, тормозит корабль.
У изменения угла крена есть и минус. Дело в том, что с изменением угла крена меняется и курс корабля, то есть направление его движения. Угол между текущим курсом корабля и курсом на цель (в нашем случае это ВПП) называется азимутальной ошибкой. На большой скорости радиус поворота корабля также велик, соответственно он уходит от конечной точки на большое расстояние. Манёвр, который позволяет это расстояние скомпенсировать, и называется боковым манёвром. Боковой манёвр осуществляется благодаря изменению угла крена, то есть корабль кренится на один из бортов (при этом всё ещё сохраняя угол атаки), благодаря чему меняется направление вектора подъёмной силы. Если нужно повернуть в другую сторону, то происходит крен на другой борт.
А что у нас?
К началу 1970-х советская космонавтика подошла, пребывая в глубоком кризисе. После полёта Гагарина в ответ на американские планы полёта человека на Луну советские конструкторы и, в частности, ОКБ-1 активно занимались отечественной лунной программой, явно проигрывавшей американцам по всем фронтам – и по ракете-носителю, и по лунному кораблю. Два пуска ракеты Н-1 в 1969 году были абсолютно неудачными – обе ракеты взорвались на начальном этапе работы, причём второй взрыв разрушил стартовый стол, отбросив программу на два года. При этом в том же 1969 году американские астронавты уже высадились на поверхность Луны.
Второй пуск Н-1. Видно срабатывание системы аварийного спасения
Параллельно с лунной программой в СССР шли работы по орбитальным станциям. Разрабатывалось сразу несколько типов станций, самыми известными из которых стали гражданская ДОС (долговременная орбитальная станция или «Салют»), разрабатывавшаяся в ОКБ-1 и военная ОПС (орбитальная пилотируемая станция), которую проектировало ОКБ-52 Владимира Челомея. Хотя корректнее говорить, конечно, ЦКБЭМ и ЦКБМ соответственно, так как к этому времени уже прошла реформа наименования конструкторских бюро. Также в ЦКБЭМ работали и над более масштабными орбитальными станциями МОК и МКБС, которые в значительной степени нужны были для лунной программы.
Космическая промышленность вела и другие программы, в том числе полёты беспилотных аппаратов к Луне, Венере и Марсу, военные задачи по баллистическим ракетам и так далее. Короче говоря, перед советской космонавтикой (в отличие от американской) совершенно точно не стояла проблема сохранения пилотируемой космонавтики и загрузки имеющихся мощностей. Именно поэтому появившиеся сведения о разработке в США новой многоразовой космической системы в целом были встречены без большого интереса. Тут бы со своими проблемами разобраться, которые были гораздо глубже, чем просто низкая надёжность новых разработок – не хватало стендов для наземной отработки решительно всего. Классический уже для отечественного космоса способ испытаний непосредственно при пуске изделия использовался в том числе именно поэтому. Осложнял ситуацию и постоянный антагонизм между космическим Министерством общего машиностроения (МОМ) и Министерством авиационной промышленности (МАП), о котором я подробно рассказал в ещё одной статье про «Спираль».
Тем не менее, первичные просчёты и обсуждения, в том числе на уровне Военно-промышленной комиссии при Совмине СССР, всё же велись. Более того, в 1972 году, когда президент США одобрил проект Шаттла, вопрос впервые был поднят на высшем уровне. Так, в апреле было выпущено решение ВПК, согласно которому следовало продолжать изучение многоразовых систем. Тогда же состоялось и расширенное совещание, в котором приняли участием представителей военного руководства, учёных и конструкторов. По итогам встречи пришли к ряду выводов. Во-первых, для многоразовых космических систем (МКС) на данный момент нет задач. Во-вторых, их применение по сравнению с одноразовыми системами невыгодно финансово. В-третьих, военные не видят в разрабатываемом в США корабле непосредственной военной угрозы. В-четвёртых, необходимо проработать вопрос глубже, чтобы понять, что требуется для разработки подобной системы и зачем она может быть нужна.
Между тем, в 72-74 годах под руководством Центрального НИИ Машиностроения (ЦНИИМаш), головное научное учреждение по космическим программам велось изучение потенциальных путей развития советской космонавтики. В частности рассматривались четыре основных пути:
- Дальнейшее использование одноразовых ракет-носителей до 2000 года в нынешнем виде;
- Использование одноразовых ракет-носителей, но со стандартизированными спутниками;
- Использование МКС для возврата космических объектов на Землю с целью последующего ремонта и повторного пуска;
- Использование МКС для ремонта спутников на орбите.
При этом рассматривалось два типа МКС – лёгкая (полезная нагрузка до 3-5 тонн) и тяжёлая (30-40 тонн). Также изучались различные варианты повторного использования первых ступеней.
Выводы были представлены летом 1974 года. Они гласили, что разработка МКС будет иметь смысл только при условии большого количества пусков, а общая годовая выводимая полезная нагрузка составит 10 тыс. тонн. При этом размер корабля не так важен, гораздо больше будет зависеть от того, какую нужно будет запускать, ремонтировать и/или возвращать полезную нагрузку. Иначе говоря, МКС не даст значительной финансовой выгоды даже при большом количестве пусков, поэтому имеет смысл рассматривать её разве что в качестве первого шага на пути к более совершенным транспортным системам. При этом если уж разрабатывать, то тогда большую систему по типу американской.
Параллельно с этим в конце 1973 года ВПК поручило трём ведущим КБ по космическим и многоразовым системам подготовить технические предложения по МКС. ЦКБЭМ вышла с проектом корабля типа Шаттла, только выводимого в космос с помощью многострадальной Н-1, которая к тому моменту уже успела совершить ещё два неудачных пуска, при этом на август 1974 года планировался пятый на доработанных двигателях. ЦКБМ предложила корабль массой 20 тонн, который бы выходил на орбиту с помощью ракеты-носителя (РН) «Протон». Этот же носитель предлагали использовать для «Спирали» в ОКБ-155.
Конец наследия Королёва
В 1974 году произошла реформа ЦКБЭМ. Вызвана она была целым рядом факторов, главным из которых стал провал лунной программы.
Василий Мишин
Причин у этой неудачи было много. Если взглянуть на Н-1 как на единственную ракету-носитель, то выяснится, что это была переусложнённая и оттого недостаточно надёжная ракета, причём ещё и с недостаточной грузоподъёмностью. Ключевой проблемой была сама её конструкция. Огромное количество подверженных поломкам двигателей плохо контролировалось системой управления. На Н-1 стояли двигатели конструкции КБ Николая Кузнецова. Выбор был обусловлен желанием Сергея Королёва использовать относительно безопасное кислородно-керосиновое топливо, в то время как ведущий советский специалист, выдающийся двигателист Валентин Глушко настаивал на применении связки токсичных компонентов АТ+НДМГ. На тот момент (начало 60-х) создание достаточно мощных двигателей именно на этих компонентах представлялось куда более выполнимой задачей. Спор двух светил отечественной космонавтики не без помощи одного из ведущих соратников Королёва Василия Мишина выродился в тяжелейший конфликт, в результате которого в ОКБ-1 были вынуждены обратиться к Николаю Кузнецову. Созданные им двигатели оказались недостаточно мощными и надёжными, потому пришлось увеличивать их количество, что в итоге повлекло за собой все проблемы ракеты.
Американский Сатурн-5, Н-1 и лунный корабль
Кроме того, тяжело шла разработка и лунного корабля Л-3, который мы сейчас знаем как «Союз». На ранних этапах этот корабль, во многом наследовавший идеологию ранних «Востоков» и «Восходов», также отличался низкой надёжностью, которая в конечном итоге привела к гибели четырёх космонавтов. До сих пор это единственные отечественные космонавты, погибшие в ходе полёта (что характерно – все на этапе возвращения с орбиты).
Не стоит забывать и проблемы, возникавшие на других направлениях – разработке ДОС, пусках спутников и межпланетных зондов, программе «Союз-Аполлон».
Руководил ЦКБЭМ Мишин. По воспоминаниям это был весьма неоднозначный человек. Великолепный специалист и инженер, он был соратником Королёва и прошёл с ним весь путь от Германии и до самой его смерти. По просьбе коллектива именно он был назначен главным конструктором реформированного королёвского КБ. При этом, несмотря на все достижения и покровительство Королёва, Мишин не имел того авторитета, которым обладал великий Главный. При этом вспыльчивость и бескомпромиссность привели к тому, что он нажил себе немало влиятельных врагов как в своём коллективе, так и в высоких кабинетах. Кто-то обвинял его в малодушии, когда он по требованию свыше давал согласие на пуск недоработанных «Союзов» с космонавтами на борту. Некоторые злились из-за того, что считали его недостаточно грамотным специалистом по сравнению с Королёвым.
Причиной срыва этого полёта к Луне стала грубейшая ошибка Мишина и его помощников. Тюлин был в бешенстве и при разговоре с Мишиным по телефону (Мишин в Евпатории) нагрубил ему, обозвав м….ом. Вечером Тюлин ещё «кипел» и, рассказывая мне о неприятных разговорах с начальством (Устинов, Смирнов), дал Мишину убийственную, но верную характеристику: «Глупый индюк. Гонору у него в пять раз больше, чем было у Королёва, а уменья — в десять раз меньше». Мне с первых шагов Мишина как Главного конструктора было ясно, что он — не тот «конь», который сможет вывезти наш «космический воз». Непрерывная цепь промахов и ошибок, неорганизованность, легкомыслие и неуменье заставить людей планово работать — вот неполный перечень итогов работы Мишина. Все это в конечном счете и определило решение об освобождении его от руководства предприятием в мае 1974 года.
Николай Каманин «Скрытый космос», Книга третья.
Так или иначе, Мишин был грамотным специалистом и искренне верил в то, что делал, особенно учитывая, что большая часть наработок ему досталась от Королёва вместе с целым рядом уже утверждённых проектных ошибок. Однако руководство страны уже «требовало крови».
В общей организации работ в ЦКБЭМ в это время отмечались недостатки, что позволило коллегии Министерства общего машиностроения в феврале 1973 года сделать вывод о том, что "… в последние годы заметно снизилась эффективность работы предприятия… Недостатки, имеющие место на предприятии в вопросах обеспечения высокого качества и надежности создаваемых изделий, которые неоднократно обсуждались на коллегии Министерства (это нашло отражение в целой серии приказов), ЦКБЭМ изживаются медленно..." и что «в вопросах внутренней организации ЦКБЭМ имеются еще существенные недостатки, которые отрицательно сказываются на работе предприятия, в частности: отсутствие головного проектного подразделения, отвечающего за разработку принципиальных конструктивных и схемных решений; не закончена организация подразделений надежности в комплексах ЦКБЭМ и на ЗЭМ; недостаточность реализации мероприятий по обеспечению требуемого высокого качества и надежности разрабатываемых и изготавливаемых изделий на всех этапах их создания...».
Недостатки в руководстве ЦКБЭМ привели к тому, что группа работников предприятия (К.Д. Бушуев, Б.Е. Черток, К.П. Феоктистов, Д.И. Козлов и С.С. Крюков), предварительно согласовав свои действия с Секретарем ЦК КПСС Д.Ф. Устиновым, в 1973 году обратилась в ЦК КПСС и Министерство общего машиностроения с письмом, в котором указывалось на неудовлетворительное руководство работами по всей тематике ЦКБЭМ со стороны главного конструктора и начальника предприятия В.П. Мишина. В письме также отмечалось, что на замечания о недостатках в руководстве предприятием и в личном плане В.П. Мишин никак не реагирует. Письмо заканчивалось просьбой о замене руководства ЦКБЭМ.
«Ракетно-космическая корпорация „Энергия“ им. С.П. Королева», под редакцией Юрия Семёнова
Новая метла старой закалки
На место Василия Мишина пришёл Валентин Глушко, один из ветеранов, можно сказать патриарх отечественной ракетной индустрии. На его двигателях королёвские ракеты летали ещё до ВОВ, а уж после войны вплоть до лунной программы успехи советского космоса достигались именно благодаря его двигателям. Но затем был конфликт с Королёвым вокруг топлива для двигателей будущей Н-1, и пути ОКБ-1 и ОКБ-456 разошлись, чтобы снова сойтись под другими именами спустя более чем 10 лет.
Валентин Глушко
Глушко был очень сложным по характеру человеком (хотя кто из первых Главных был простым?). Чрезвычайно интеллигентный, сдержанный (так, многие противопоставляли это постоянным срывам Королёва на подчинённых) и отлично образованный, он был амбициозным, жёстким и придирчивым руководителем. Отстранение от Н-1 стало для Валентина Петровича личной обидой, а Мишин – врагом. Дошло до того, что как только власть в ЦКБЭМ сменилась, в первый же день Мишин лишился доступа туда и даже не смог забрать часть личных вещей.
Любой поход к Генеральному требовал от каждого собранности, еще одного переосмысления своих предложений, еще одной проверки «писанины» и стыковки цифр. А это означало, что и остальные руководители требовали от подчиненных уважительного и серьезного отношения к своим обязанностям.
В. П. не ходил по залам, не упрекал опаздывающих, но если кем-то не выполнялись его указания, или проваливалась работа, или он слышал от какого-либо руководителя неуважительное высказывание о космической технике, для него такой человек переставал существовать. Он просто не принимал его, и его карьера заканчивалась. Иногда он просто вызывал к себе начальника отдела кадров и давал указание «забить» кому-то пропуск. И все это без крика, тихим и спокойным голосом. От его слов «с вами невозможно работать» бледнел не один руководитель.
Вячеслав Филин, заместитель главного конструктора ракеты-носителя «Энергия», «Путь к «Энергии»»
Вместе с руководством поменялся и статус организации. Теперь она была объединена с рядом других работавших на неё предприятий и глушковским НПО «Энергомаш» в единую крупную структуру – НПО «Энергия».
Но первым крупным решением Глушко стал приказ о закрытии программы Н1-Л3. Несмотря на то, что пятая ракета уже почти была готова к полёту, а лунная программа, основанная на ней, уже находилась в разработке, да даже официального государственного решения не было! Вместо же неё Глушко предложил разработать новое семейство ракет РЛА – РЛА-120 (30 тонн полезной нагрузки на околоземной орбите, главная задача – постоянная орбитальная станция в 1979 году), -135 (100 тонн, лунная экспедиция в 1981 году), -150 (250 тонн, экспедиция на Марс в 1983 году). Фактически, РЛА-120 должна была заменить ракету-носитель Протон, РЛА-130 – Н-1, а РЛА-150 – это совершенно новый по задачам сверхмощный носитель. Особенностью семейства должна была стать максимальная унификация – ракеты собирались бы из унифицированных блоков. При этом для РЛА должны были использовать кислородно-керосиновое топливо, то самое, которое в своё время Глушко отказался применять для сверхтяжёлой ракеты Н-1. Более того, позднее Глушко и вовсе придёт к использованию криогенного топлива на основе жидкого водорода и жидкого кислорода. Правда, к тому моменту РЛА будут де-факто похоронены.
Сотрудники «Энергии» восприняли начинание своего нового начальника чрезвычайно сдержанно. Они слишком долго работали над Н-1, чтобы вот так вот взять и отказаться от неё. К тому же концепция РЛА в принципе казалась им ущербной, так как несколько ранних попыток разработать семейства унифицированных ракет закончились неудачей.
Примером тому может служить история, произошедшая спустя некоторое время, когда Глушко собрал второе, расширенное совещание, на котором еще раз остановился на своей идее разработки унифицированного семейства носителей, созданных из разного количества типовых ракетных блоков. Рассказывая об этом, Валентин Петрович в качестве иллюстрации взял в руку пачку одинаковых карандашей и стал показывать различные варианты будущих РН, зажимая в руке разное количество карандашей. Присутствующая аудитория отнеслась к этому негативно — первый же выступающий заявил: «Мы это проходили еще с М.К.Тихонравовым в 1953 году при выполнении работ по теме „Пакет“ в НИИ-4. Ничего у вас не получится — нельзя из одинаковых блоков создать семейство носителей разных классов так, чтобы каждый из носителей был бы достаточно эффективен в своем классе».
После первого выступления в зале раздалось еще много подобных реплик с мест, общий смысл которых сводился к тому, что, создавая универсальный ряд ракет-носителей, нужно начинать с носителя самого легкого класса, и после отработки использовать его в качестве верхней ступени носителя следующего, более тяжелого класса, и так далее до носителя сверхтяжелого класса.
Под огнем критики оппонентов Глушко сказал: «Я двигателист, и в ракетах пока учусь у Садовского» (впоследствии эту фразу Валентин Петрович говорил многократно. Это была страховка — если что-то пойдет не так, то в конечном итоге будет виноват Садовский).
(прим. А.С. Игорь Садовский был заместителем ещё Мишина, он в частности был первым генеральным конструктором многоразовой космической системы)
Вадим Лукашевич, Многоразовый орбитальный корабль ОК-92, ставший «Бураном»
Однако для Глушко, выходца из старых времён, подлинного мечтателя, приоритетом оставалась Луна. В том числе и для этого планировались РЛА. Дошло до того, что на знаменитом совещании Главных 13 августа 1974 года, в присутствии главы МОМ Сергея Афанасьева и секретаря ЦК КПСС, ответственного за оборону и ракетную программы Дмитрия Устинова, Глушко предложил передать постройку лунной базы – знаменитого «Барминграда» (официальные обозначения: ДЛБ и «Звезда») – под его руководство у ещё одного космического патриарха – Владимира Бармина.
Чертеж ДЛБ «Звезда» (Фото: ОКБ-1)
К концу 1974 года Валентин Глушко «завладел» главным космическим предприятием — НПО Энергия — и теперь готовился к тому, чтобы превзойти Королёва и американцев благодаря созданию на Луне постоянной базы. Однако эти планы были под угрозой — военные желали получить полноценный ответ заокеанскому Шаттлу. Валентину Петровичу ничего не оставалось, кроме как пойти у них на поводу.
…перед министерством (общего машиностроения, прим. А.С.) уже поставлена задача создания пилотируемой многоразовой системы, не уступающей американскому «шаттлу». Это важнейшая и труднейшая задача. <…>
Сергей Александрович Афанасьев, министр общего машиностроения СССР
О дальнейших перипетиях амбициозного проекта я поведаю вам уже завтра, спасибо за внимание!
Автор: Александр Старостин
Источники
— Материалы сайта Buran.ru Вадима Лукашевича, а именно:
Вадим Лукашевич. «Советская копия шаттла — многоразовая космическая система с орбитальным самолетом ОС-120»
Вадим Лукашевич. «Многоразовый орбитальный корабль ОК-92, ставший «Бураном»»
Вадим Лукашевич. «Краткая история создания многоразового орбитального корабля «Буран» (изделия 11Ф35)»
Игорь Афанасьев. Многоразовый корабль с вертикальной посадкой
— Барт Хендрикс, Берт Вис. «Энергия-Буран: советский Space Shuttle (Energiya-Buran. The Soviet Space Shuttle)»
— Борис Черток. «Ракеты и люди»
— Борис Губанов. «Триумф и трагедия «Энергии». Размышления главного конструктора»
— Вячеслав Филин. «Путь к Энергии»
— «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С.П. Королева 1946-1996», под редакцией Юрия Семёнова
— Анализ возможных целей создания многоразовой космической транспортной системы США. SPACE SHUTTLE, подготовлен Д.Охоцимским и Ю.Сихарулидзе, оцифрован и составлен П.Шубиным
— Томас Хеппенгеймер. «Решение о Space Shuttle (The Space Shuttle Decision)»
— Станислав Смирнов, Ольга Поплевина. «Я не могу понять старт космического корабля, поставленного «на попа»»
— Материалы сайта Марка Уэйда Astronautix.com
Вадим Лукашевич. «Советская копия шаттла — многоразовая космическая система с орбитальным самолетом ОС-120»
Вадим Лукашевич. «Многоразовый орбитальный корабль ОК-92, ставший «Бураном»»
Вадим Лукашевич. «Краткая история создания многоразового орбитального корабля «Буран» (изделия 11Ф35)»
Игорь Афанасьев. Многоразовый корабль с вертикальной посадкой
— Барт Хендрикс, Берт Вис. «Энергия-Буран: советский Space Shuttle (Energiya-Buran. The Soviet Space Shuttle)»
— Борис Черток. «Ракеты и люди»
— Борис Губанов. «Триумф и трагедия «Энергии». Размышления главного конструктора»
— Вячеслав Филин. «Путь к Энергии»
— «Ракетно-космическая корпорация «Энергия» им. С.П. Королева 1946-1996», под редакцией Юрия Семёнова
— Анализ возможных целей создания многоразовой космической транспортной системы США. SPACE SHUTTLE, подготовлен Д.Охоцимским и Ю.Сихарулидзе, оцифрован и составлен П.Шубиным
— Томас Хеппенгеймер. «Решение о Space Shuttle (The Space Shuttle Decision)»
— Станислав Смирнов, Ольга Поплевина. «Я не могу понять старт космического корабля, поставленного «на попа»»
— Материалы сайта Марка Уэйда Astronautix.com
