Страница 12 из 14
Нам же предстояло летать на крылатом носителе, представлявшем собой наполовину космический корабль, наполовину – самолет. Он запускался в космос вертикально, как и ракеты прошлых лет, но это крылатое судно было способно войти в атмосферу на скорости в 25 раз выше скорости звука и совершить планирующую посадку, как обычный аэроплан. Тысячи плиток на кремниевой основе, приклеенные к донной части корабля, и листы углепластикового материала, прикрепленные болтами к передней кромке крыла и на носу, должны были защищать его от нагрева до 1700 °C во время возращения с орбиты. Считалось, что после недели или двух на межполетное обслуживание и установки в грузовом отсеке нового полезного груза массой до 29 500 килограммов корабль будет готов к отправлению в следующий полет.
В кормовой части орбитальной ступени системы Space Shuttle, то есть крылатого корабля, предполагалось три жидкостных двигателя с суммарной тягой около 680 тонн[32]. Они должны были сжигать жидкий водород в жидком кислороде, получая эти компоненты из огромного «бензобака», смонтированного с донной стороны и именуемого внешним баком (External Tank, ET). Через восемь с половиной минут после старта опустевший внешний бак должен был отделиться и сгореть в атмосфере, будучи единственной одноразовой частью системы, ушедшей со старта.
При всей своей мощи три маршевых двигателя шаттла (Space Shuttle Main Engine, SSME) не имели достаточной силы, чтобы самостоятельно поднять машину на орбиту. Требовалась дополнительная стартовая тяга[33]. NASA сначала хотело, чтобы ее давали жидкостные ускорители многократного использования, однако спуск такого изделия в соленую океанскую воду создавал серьезные проблемы с точки зрения многоразового использования. Представьте себе, что вы заехали на автомобиле прямо в море, затем вытянули машину на берег и теперь надеетесь, что при повороте ключа она заведется вновь. Флаг вам в руки, что называется. Поэтому перед инженерами встала задача разработки системы, в которой жидкостные ускорители возвращаются на сушу. Вскоре стало ясно, что невозможно с помощью парашютов посадить на Землю столь массивные объекты со сложным оборудованием, не повредив его и не создав при этом угрозы населенным пунктам. В результате инженеры рассмотрели планирующую посадку на полосу аэродрома, и в один из первых проектных вариантов космического челнока была заложена именно такая концепция. Согласно ей два крылатых аппарата, оба с экипажами, соединенные донными частями, подобно спаривающимся дельфинам, стартуют как единое целое. Один из них представляет собой комбинацию жидкостного ускорителя с огромным топливным баком, а второй, меньший по размеру, и есть собственно орбитальный аппарат. Проделав с последним часть пути до космоса, ускоритель отделяется, и два астронавта уводят его на посадку в Космическом центре имени Кеннеди[34]. Другие астронавты на борту орбитального корабля продолжают полет в космос, используя собственный запас топлива для окончательного набора орбитальной скорости.
Однако разработка и изготовление такого пилотируемого жидкостного самолета-ускорителя были бы очень дороги, а бюджет NASA в то время урезали. Агентство победило в соревновании за полет на Луну, и конгресс теперь был готов найти другое применение миллиардам долларов, которые тратились на NASA в 1960-е годы. В этой новой бюджетной реальности NASA стало искать более дешевые проекты первой ступени и остановилось на двух одинаковых твердотопливных ускорителях (Solid Rocket Booster, SRB) многоразового использования. По существу, это были просто стальные трубы, заполненные топливом из перхлората аммония и алюминиевого порошка. Эти ингредиенты соединялись с химическим «связующим», перемешивались подобно цементу в большой бетономешалке и заливались в ракетные «трубы», как тесто в форму для выпечки хлеба. После вулканизации в печи топливо затвердевало до консистенции твердой резины, откуда и название – твердотопливный ракетный ускоритель{4}.
Очень простые по своей сути, SRB, соответственно, дешевы. К тому же, поскольку после выгорания топлива ускорители превращались в полые трубы, они могли опускаться на парашютах в соленую морскую воду и использоваться повторно. Одна беда: твердотопливные ускорители значительно опаснее жидкостных ракетных двигателей. Последними можно управлять во время работы. Датчики могут отслеживать температуру и давление, и, если обнаруживается проблема, компьютер даст команду перекрыть клапаны, после чего поток компонентов прекратится и двигатель закончит работу, как если бы мы выключили газ в газовой плите. После этого можно перенаправить неиспользованные компоненты топлива в оставшиеся двигатели и продолжать полет. Именно такой сценарий в пилотируемых программах был реализован дважды. При запуске «Аполлона-13» в центральном двигателе второй ступени возникла проблема, и он был выключен. Четыре остальных двигателя проработали дольше запланированного, и носитель выполнил свою задачу. А в одном из стартов шаттла перед «Челленджером» центральный двигатель отключился за три минуты до расчетного момента. Полет продолжался на двух оставшихся двигателях, которые сжигали топливо, предназначавшееся для отказавшего двигателя[35].
У твердотопливного ускорителя этого существенного преимущества в области безопасности нет. После запуска его уже нельзя выключить, а поскольку твердое топливо не обладает текучестью, его невозможно перенаправить в другой двигатель. В некотором смысле современные твердотопливные ускорители ничем не отличаются от первых ракет, которые китайцы запускали тысячи лет назад, – после зажигания они обязаны работать, так как в случае отказа уже ничего не сделаешь. И, как правило, если что-то пошло не так, катастрофа неминуема. У военных была долгая история использования твердотопливных ускорителей на беспилотных носителях[36], и уж если они отказывали, то почти всегда без всякого предупреждения и со взрывом.
Ускоритель SRB, разработанный для шаттла, был даже еще более опасен, чем другие твердотопливные ракеты, так как огромные размеры (длина 46 метров, диаметр 3,7 метра, тяга 1200 тонн) заставили собирать его из четырех заправленных сегментов, изготовленных и привезенных по отдельности. В Космическом центре имени Кеннеди эти сегменты соединялись вместе, образуя целую ракету[37]. Каждый стык сегментов нес риск утечки горячих газов, и на каждом ускорителе было четыре таких стыка. Дублированные резиновые кольцевые уплотнения должны были надежно герметизировать стыки, в противном случае астронавтов ждала смерть.
И еще один аспект конструкции шаттла делал его значительно более опасным, чем любой из предшественников. У него не было системы аварийного спасения в полете. Если бы взорвалась в полете ракета «Атлас», на которой стартовал Джон Гленн, или ракета «Сатурн», несущая Нила Армстронга и его экипаж, эти астронавты, скорее всего, были бы спасены предусмотренными на такой случай системами. Наверху капсул «Меркурия» и «Аполлона» находились аварийные тянущие спасательные ракеты, которые при срабатывании обеспечивают отрыв капсулы от отказавшего носителя{5}. Затем должны автоматически развернуться парашюты, чтобы капсула опустилась в воду. Астронавты, стартовавшие в капсулах «Джемини», имели защиту в виде катапультируемого кресла на малой высоте и системы экстренного отделения капсулы и ввода парашютной системы в случае аварии на больших высотах.
Следует признать, что конструкция шаттла предусматривала два катапультируемых кресла для командира и пилота, но это было временное решение, обеспечивающее защиту только двух человек в четырех первых испытательных полетах системы. Предполагалось, что после этих четырех экспериментальных миссий NASA примет шаттлы в эксплуатацию, после чего уберет два катапультируемых кресла и будет отправлять в космос до десяти астронавтов за полет. Такие большие экипажи могли потребоваться для выполнения запланированных задач по выведению на орбиту спутников и их возвращению, для выходов в открытый космос, исследований в космических лабораториях шаттловской эры. У этих экипажей никакой системы аварийного спасения в полете не предусматривалось вообще. Вот в этих-то полетах нам, 35 новичкам, и предстояло участвовать. У нас не было шансов выжить при катастрофическом отказе ракеты – весьма сомнительное «первенство» в истории пилотируемых космических полетов.
32
Номинальная тяга одного двигателя составляла 375 000 фунтов, то есть 170 тонн силы. Ракетчики по сей день предпочитают эти несистемные единицы «правильным» ньютонам и килоньютонам.
33
Не вдаваясь в теорию многоступенчатых систем, отметим, что проблема не в тяге двигателей, а в формуле Циолковского, связывающей стартовую и конечную массу ракеты для заданной конечной скорости при доступном удельном импульсе двигателя. Создание одноступенчатого носителя на химическом топливе без сбрасываемых в процессе выведения частей физически вполне реально, но весьма сложно технически и катастрофически невыгодно экономически, так как доля массы полезного груза в стартовой массе ракеты будет удручающе низкой. До сих пор ни одна попытка создания такой системы не была доведена до конца.
34
Ke
4
Строго говоря, автор описывает формирование топливного заряда в цилиндрическом сегменте твердотопливного ракетного двигателя SRM (Solid Rocket Motor), который включает четыре таких сегмента и сопловой блок в нижней части. Ускоритель SRB – это двигатель SRM с некоторыми дополнительными системами, наиболее существенной из которых является система управления вектором тяги с собственной силовой установкой и приводами качания сопла двигателя.
35
Речь идет о запуске «Челленджера» с полетным заданием 51-F и лабораторией «Спейслэб-2» 29 июля 1985 г. Этот же корабль погиб шестью месяцами позже, при запуске 28 января 1986 г.
36
На тяжелых ракетах «Титан IIIC» и их последующих вариантах, а также на средних носителях семейства «Дельта».
37
Вопреки математическому значению слова «сегмент» они представляли собой секции цилиндрической формы, устанавливавшиеся друг на друга.
5
Единственный в истории космонавтики случай реального применения системы аварийного спасения аналогичного типа в полете имел место 5 апреля 1975 г. Благодаря ей спускаемый аппарат транспортного корабля «Союз» с Василием Лазаревым и Олегом Макаровым на борту благополучно приземлился на Алтае, космонавты были спасены. Кроме того, 26 сентября 1983 г. аналогичная система была с успехом использована для спасения прямо со старта экипажа корабля «Союз-Т» – Владимира Титова (который, кстати, впоследствии слетал на шаттле) и Геннадия Стрекалова.