«Частники» в космосе
25 мая этого года, около шести часов вечера по московскому времени произошла первая стыковка Международной космической станции и SpaceX Dragon – космического аппарата, разработанного частной компанией. Это событие стало причиной массы хвалебных отзывов и самых смелых предположений о будущем мировой космонавтики. По мнению большинства специалистов и любителей этой области человеческой деятельности, привлечение в космонавтику частных финансов и усилий даст ей превосходный толчок. Следует заметить, что подобные измышления гуляют по свету уже лет десять, если не больше. Но именно выход на орбиту грузовика Dragon с последующей стыковкой стал тем событием, которое превратило простые догадки в весьма реалистичные версии. В свете такого изменения взглядов стоит ожидать успешное завершение и других коммерческих проектов в сфере космонавтики.
SpaceShipOne
Самый первый частный проект космического корабля под названием SpaceShipOne создавался компанией Scaled Compositer LLS с конца девяностых. Разработка этого аппарата для суборбитальных полетов шла, в том числе, для участия в конкурсе Ansari X-Prize. Для получения последнего новый аппарат должен был за две недели совершить два суборбитальных полета и вернуться на Землю.
Ввиду особенностей предполагавшегося хода полета SpaceShipOne получил характерный внешний вид. Аэродинамически он представляет собой самолет-бесхвостку с вынесенными назад вертикальными килями. При этом, в отличие от подавляющего большинства других бесхвосток, на килях имеется горизонтальное оперение. Этот факт в свое время доставил немало волнений людям, пытавшимся вписать SpaceShipOne в существующую классификацию компоновок. В хвостовой части фюзеляжа был размещен специально разработанный гибридный ракетный двигатель. Небольшие габариты и требования к тяге ГРД стали причиной поисков нового нестандартного топлива. В итоге была выбрана топливная пара полибутадиен – оксид азота. Полибутадиеновый блок располагается в камере сгорания, а при запуске двигателя в камеру подается окислитель.
Помимо необычной силовой установки корабля интересен и ход его полета. Взлет с обычной взлетно-посадочной полосы достаточной длины производится при помощи специально созданного самолета WhiteKnight. Самолет оригинальной конструкции поднимает космический корабль до высоты в 14 километров, после чего происходит отцепка. Далее летящий по инерции SpaceShipOne выходит на необходимый угол атаки и его пилот запускает двигатель. В течение минуты с небольшим гибридный ракетный двигатель обеспечивает тягу порядка 7500 кгс. Во время разгона суборбитальный аппарат достигает скорости чуть более М=3, что явно недостаточно для выхода на орбиту. Тем не менее, после выключения двигателя на высоте около 50 километров скорости аппарата оказывается достаточно для продолжения полета по баллистической траектории. По инерции SpaceShipOne поднимается на максимальную высоту полета – порядка 100 километров – где находится три минуты. После того, как скорость корабля оказывается недостаточной для продолжения нахождения в космосе, начинается спуск. Интересно, что при начале снижения задняя часть крыльев аппарата вместе с установленными на ней килями и стабилизаторами поднимается вверх на значительный угол. Делается это для того, чтобы увеличить сопротивление воздуха и уменьшить скорость спуска. На высоте в 17 километров крылья возвращаются в исходное положение и SpaceShipOne планирует на аэродром посадки.
Первый испытательный полет суборбитального аппарата состоялся 20 мая 2003 года. Тогда WhiteKnight поднял опытный экземпляр корабля на высоту более 14 километров. Через год с лишним состоялись два пилотируемых полета, которые и принесли создателям проекта заслуженную славу и приз фонда X-Prize. 29 сентября 2004 года пилот М. Мелвилл вывел опытный SpaceShipOne на высоту 102,93 километра. Всего через пять дней пилот Б. Бинни совершил второй зачетный подъем в космос, достигнув 112-ти километров. За два пилотируемых суборбитальных полета в течение двух недель (фактически – одной) компания Scaled Compositer LLS получила премию в размере десяти миллионов долларов.
SpaceShip Two
Проект SpaceShip One был, безусловно, удачным и успешным. Но всего три посадочных места в кабине делали коммерческие перспективы этого проекта весьма сомнительными. Требовалось значительно пересмотреть конструкцию с целью привести грузоподъемность корабля в более удачный вид. Для этого почти сразу после получения премии Ansari X-Prize компания Scaled Compositer LLS начала новый проект – SpaceShipTwo (SS2).
По своей конструкции вторая версия «Спейс Шипа» в некоторой мере аналогична первой. Однако новые требования по грузоподъемности не могли не сказаться на компоновке. Так, пришлось изменить размеры фюзеляжа, перекомпоновать его и поменять расположение крыла. В отличие от высокоплана SpaceShipOne, SS2 является низкопланом: его крыло крепится к нижней части фюзеляжа. Это было сделано для улучшения летных характеристик в плотных слоях атмосферы и повышения термической стойкости при спуске. Наконец, была изменена форма килей и стабилизаторов. Что касается системы подъема крыльев, то такой способ уменьшения скорости спуска был признан полностью удачным и приемлемым для использования в новом проекте. Подобное случилось и с типом двигательной установки, хотя изменение массогабаритных параметров аппарата повлекло за собой разработку нового ГРД.
Процедура полета SpaceShipTwo в целом аналогична процессу первой версии аппарата. Разница только в типе самолета-носителя – для SS2 был разработан WhiteKnight II, имеющий другую компоновку фюзеляжей и новые турбореактивные двигатели. По словам главного конструкта проекта Б. Рутана, SS2 способен подниматься на высоту до 300 километров, хотя на практике эти данные пока не подтверждены.
Испытания различных подпрограмм проекта SpaceShipTwo были далеко не простыми. Так, новая конструкция аппарата нуждалась в том числе в новой термозащите. Но самые сложные работы касались нового гибридного двигателя большей мощности. 26 июля 2007 года в испытательном центре при аэропорте Мохаве во время испытаний двигателя произошла трагедия. Бак с 4,5 тоннами окислителя не выдержал давления и взорвался. Разлетевшиеся осколки металла убили трех человек и еще трое получили ранения различной степени тяжести. К счастью, раненные вовремя получили необходимую помощь и через несколько недель смогли вернуться к активной жизни.
Первый пробный полет первого опытного образца SS2, получившего собственное имя VSS Enterprise, состоялся 22 марта 2010 года. Как и в случае с первым SpaceShip, во время этого полета опытный корабль все время был пристыкован к самолету-носителю. Следующие несколько месяцев ушли на беспилотные вывозки и проверку всех бортовых систем. В середине июля того же года SS2 впервые поднялся в воздух с экипажем на борту. Двое пилотов в очередной раз проверили работу систем связи, навигации и управления. Еще через три месяца была проведена первая отцепка «Энтерпрайза» с последующим планирующим спуском. Из-за некоторых финансовых и технических причин планировавшийся на 2011 год первый суборбитальный полет с пересечением нижней границы космоса так и не состоялся. Более того, прошлой осенью пришлось на время приостановить испытательные полеты на неопределенный срок. В настоящее время возобновить испытания планируется текущим летом.
По понятным причинам, пока рано говорить о коммерческих перспективах SpaceShipTwo. Еще не завершены испытания и аппарат ни разу не был в космосе. Но уже сейчас руководство компании-разработчика утверждает, что в ближайшем будущем будет построено пять SS2 и два WhiteKnight II. Кроме того, еще в 2009 году Scaled Compositer LLS предлагали бронировать места на туристические полеты. За билет просили 200 тысяч долларов США. Однако даже через три года после начала записи клиентов первые из них так и не смогли подняться в космическое пространство.
SpaceX Dragon
Более удачливым, нежели SS2 оказался проект Dragon компании SpaceX. Правда, в отличие от программ фирмы Scaled Compositer LLS он создавался при поддержке НАСА. Кроме того, он имеет другие цели. В отличие от сугубо туристического SpaceShip, «Дракон» является возвращаемым аппаратом, предназначенным для доставки полезной нагрузки на космические станции.
Именно особенности применения стали причиной характерного внешнего вида и конструктивного деления аппарата Dragon. Он состоит из двух частей – цилиндрической аппаратно-грузовой и грузовой в виде усеченного конуса. Внутри корабля имеется герметизированный объем в 14 кубических метров и еще 10 не имеют защиты от утечек воздуха. Вывод аппарата на орбиту производится при помощи ракеты-носителя Falcon-9.
Первый испытательный полет «Дракона» состоялся 8 декабря 2010 года. Ракета-носитель взлетела со стартовой площадки Центра имени Кеннеди и вывела аппарат на орбиту. Dragon совершил два витка вокруг Земли и пошел на снижение. Приводнение спускаемой капсулы произошло в Тихом океане, недалеко от американского побережья. Спустя полтора года – в мае 2012-го – был проведен первый полноценный запуск Dragon. Выведенный на орбиту аппарат успешно приблизился к МКС и был пристыкован к ней. Примечательно, что из возможных шести тонн полезной нагрузки «Дракон» доставил на МКС только 520 килограммов. Такую разницу в весе руководители проекта объясняют необходимостью дополнительной проверки систем и нежеланием рисковать тяжелым грузом большой важности. Dragon привез на МКС, как их называют, необязательные предметы.
В ближайшем будущем компания SpaceX намерена завершить получение всех необходимых для эксплуатации корабля документов. После этого можно будет запускать полноценную коммерческую эксплуатацию. Хотя, как говорят в SpaceX, первое время их творение будет работать исключительно на доставке грузов к МКС. В более отдаленной перспективе на базе «Дракона» будет создан пилотируемый аппарат Red Dragon, предназначенный для полета на Марс. Но разработка этого варианта пока что находится в зачаточном состоянии.
CST-100
Кроме небольших компаний созданием коммерческих космических аппаратов занимаются и гиганты авиационной промышленности. С 2009 года компания Boeing ведет работы по проекту CST-100. Зимой 2010-го к разработке проекта присоединилось агентство НАСА, хотя его участие заключается в помощи в сфере исследований и взятии на себя небольшой части финансирования. Целью проекта CST-100 является создание нового космического корабля для вывода грузов и людей на орбиту. В перспективе аппарат, способный вывести в космос семерых человек, должен стать в некоторой мере преемником «Шаттлов».
По понятным причинам, технические подробности проекта в основном пока не известны. Тем не менее, специалисты «Боинга» уже публиковали некоторые нюансы облика будущего космического корабля. При полной массе около 10 тонн и диаметре корпуса до 4,5 метра он будет доставляться на орбиту при помощи ракеты-носителя Atlas V. Спуск планируется проводить по той же методике, по которой осуществляется спуск Dragon или российских «Союзов». На базе CST-100 планируется создать несколько аппаратов различного назначения, предназначенных для вывода в космос груза и людей.
В настоящее время ведутся испытания разных систем и узлов будущего корабля. Первый полет CST-100 запланирован на 2015 год. Всего за 15-й год предполагается произвести три пуска. Во время первого произойдет вывод аппарата на орбиту в автоматическом режиме. Затем второй беспилотный корабль поучаствует в пробах системы спасения, и только в третьем полете на борту CST-100 будут находиться люди. Коммерческое использование нового космического корабля будет начато только в 2016 году, при условии отсутствия серьезных проблем на испытаниях.
Tycho Brahe
Все описанные выше проекты имеют один общий признак. Их разрабатывают достаточно крупные организации. Как оказалось, для участия в космической гонке частных проектов фирме вовсе не обязательно быть таковой. Так, конструкторское бюро Copenhagen Suborbitals состоит всего из двух человек – это Кристиан фон Бенгтсон и Петер Мадсен. Им помогают 17 энтузиастов, которые участвуют в сборке всех компонентов проекта. Космическая программа «Тихо Браге» названа в честь датского астронома эпохи Возрождения. Целью проекта имени астронома является постройка ракетно-космического комплекса для суборбитальных полетов.
Комплекс Tycho Brahe состоит из пусковой установки для ракеты вкупе с ракетой-носителем HEAT-1X и обитаемой капсулы MSC (MicroSpaceCraft). Ракета с гибридным двигателем имеет необычный для такого класса техники размер. Так, диаметр HEAT-1X имеет диаметр всего в 25 дюймов (64 сантиметра). Нетрудно догадаться, что обитаемая капсула также выполнена в небольших габаритах. Капсула MSC представляет собой герметизированную трубу со стеклянной носовой частью. По задумке конструкторов, капсула должна выводиться на высоту порядка 100 километров при помощи ракеты. На конечном участке полета ракета вместе с капсулой переходит в движение по баллистической траектории. Спуск предполагается производить при помощи аэродинамических тормозов, парашюта и ряда другого оборудования. Ввиду малых габаритов спускаемого аппарата возникают серьезные сомнения в осуществимости благополучного спуска.
Первый пуск ракеты с массогабаритным имитатором человека был запланирован на 5 сентября 2010 года. За несколько часов до назначенного времени он был отменен. Во время одной из последних проверок систем выяснилось, что возникли неполадки с подогревом клапана подачи окислителя. Из-за специфики проекта подогрев этой детали должен был осуществляться при помощи обычного бытового фена, пусть даже и мощного. Доработки затянулись до начала июня прошлого года. Но и тогда возникли неполадки, на этот раз с системой зажигания. К счастью, ее быстро исправили и третьего июня ракета HEAT-1X наконец-то подняла MSC в воздух. Согласно плану полета, ракета должна была подняться на высоту около 2,8 километра, после чего сбросить обтекатель и модуль MSC. Последний должен был спуститься на парашюте. Выход на расчетную высоту и отстрел модуля с манекеном прошли удачно. Но стропы посадочного парашюта запутались. Аппарат упал в Балтийское море.
После первого пробного запуска сотрудники Copenhagen Suborbitals пришли к выводу о необходимости массы доработок. Собственно, именно этим сейчас и занимаются все два десятка энтузиастов. По-видимому, Tycho Brahe имеет множество недостатков. Это предположение подкрепляется тем фактом, что спустя год после первого не совсем удачного полета комплекса, авторы проекта не спешат делиться информацией о дате следующего пуска. Очевидно, группа инициативных граждан пока не в силах довести свои разработки до ума. Тем не менее, в настоящее время именно Tycho Brahe является единственным европейским частным космическим проектом, который хотя бы дошел до стадии испытаний.
По материалам сайтов:
http://scaled.com/
http://spacex.com/
http://boeing.com/
http://copenhagensuborbitals.com/
Информация