Перспективы и проблемы космопланов
Последний старт шаттла Atlantis (STS-135), июль 2011 г.
Концепция аэрокосмической системы с орбитальным самолетом-космопланом имеет ряд положительных качеств и потому привлекает внимание. На протяжении нескольких десятилетий разрабатываются разнообразные проекты подобных систем, однако реальные их перспективы остаются под вопросом. К настоящему времени лишь несколько подобных проектов удалось довести до эксплуатации, а будущее всего направление остается под вопросом.
Успехи прошлого
Концепция орбитального самолета-космоплана предусматривает создание летательного аппарата, способного подниматься на орбиту самостоятельно или при помощи ракеты-носителя, а затем возвращаться на Землю за счет аэродинамического полета с горизонтальной посадкой. Такой способ полета дает определенные преимущества и потому представляет интерес для ракетно-космической отрасли.
Корабль Endeavour (STS-118) приближается к МКС, август 2007 г.
Ведущие державы начали активные работы по этой тематике еще в пятидесятых годах прошлого века. В дальнейшем было разработано множество разнообразных аэрокосмических систем (АКС) с применением отличающихся космопланов. Некоторые из этих проектов даже доходили до натурных экспериментов с применением опытной техники.
При этом направление до сих пор остается не слишком удачным и развитым. Количество испытанных образцов значительно меньше общего числа предлагавшихся проектов, а до реальной эксплуатации дошел только один комплекс.
Самым успешным орбитальным самолетом является американский Space Shuttle. В 1981-2011 гг. такие аппараты совершили 135 полетов (2 аварии), в ходе которых доставили на орбиту и вернули на Землю сотни тонн груза и десятки астронавтов. Однако эта программа не решила задачу сокращения стоимости вывода и возврата полезной нагрузки, а также оказалась чрезмерно сложной. Кроме того, к началу десятых годов космопланы выработали свой ресурс, а строительство новых оказалось нецелесообразным.
Опытный космоплан SpaceShipOne. Фото Wikimedia Commons
В нашей стране работы по космопланам остановились на стадии испытаний. Так, в семидесятых и восьмидесятых была проведена обширная программа стендовых и летных испытаний аппаратов серии БОР, в т.ч. с выходом на орбиту. В 1988 г. свой единственный космический полет совершил корабль «Буран». Дальнейшие отечественные проекты не продвигались дальше самых ранних стадий.
Перспективные разработки
В начале двухтысячных годов компании The Spaceship Company и Virgin Galactic провели испытания опытного космоплана SpaceShipOne. В дальнейшем на основе этого изделия разработали новый корабль SpaceShipTwo, способный поднимать небольшие грузы к нижней границе космического пространства. Из-за таких ограничений космоплан рассматривается только как транспорт для космических туристов или в качестве платформы для некоторых исследований.
В 2018-19 гг. опытный SpaceShipTwo в двух полетах поднялся на высоту более 80 км. Новые полеты планируется провести после завершения модернизации и подготовки имеющегося корабля к коммерческой эксплуатации. Также ведется строительство двух новых космопланов «серийного облика». Как скоро SpaceShipTwo дойдет до использования в коммерческих целях – неясно. Проект уже неоднократно сталкивался с проблемой переноса сроков, и такая тенденция может сохраняться в будущем.
SpaceShipTwo под крылом самолета-носителя. Фото Virgin Galactic
Более успешным и многообещающим является проект Dream Chaser от Sierra Nevada Corp. Он предлагает строительство АКС с ракетой-носителем и космопланом, способным подниматься на низкие околоземные орбиты. Dream Chaser разрабатывается, в первую очередь, для работы с Международной космической станцией; ему предстоит доставлять на орбиту и возвращать на Землю людей и грузы. Расчетная полезная нагрузка достигнет 5 т, время полета – не более нескольких часов.
К настоящему времени проведены наземные и летные испытания с использованием двух опытных космопланов. На 2022 г. запланирован первый полет с использованием штатной ракеты-носителя Vulcan Centaur. Затем состоится тестовый запуск к МКС. К концу десятилетия планируется начать полноценную эксплуатацию этой АКС с регулярными полетами с той или иной нагрузкой на борту. Насколько реалистичны такие планы – неясно. По сообщениям NASA, Sierra Nevada сталкивается с различными проблемами, которые, как минимум, затрудняют подготовку к полетам.
Испытания на орбитах
С начала двухтысячных годов перспективный космоплан разрабатывали ВВС США, DARPA, NASA и Boeing. Летные испытания изделия под названием X-37A начались в 2006 г. Затем был создан усовершенствованный аппарат X-37B, пригодный для запусков на орбиту. Проект создавался по заказу ВВС и, вероятно, имел исключительно военное предназначение. При этом точные данные такого рода до сих пор не раскрыты.
Опытный корабль Dream Chaser, летавший на высоту 80 км. Фото NASA
Первый орбитальный полет опытного X-37B начался в апреле 2010 г. и продолжался 224 дня – до декабря. Затем состоялось еще четыре полета, и последний продолжался более 779 суток. С мая прошлого года один из двух прототипов пребывает на орбите; дата возвращения и посадки неизвестна. Возможно, на этот раз вновь установят рекорд продолжительности полета.
По разным данным и оценкам, X-37B уже используется ВВС США для решения реальных задач. Аппарат совершает различные маневры и меняет орбиты. Сообщалось, что он сбрасывает полезную нагрузку. Таким образом, процесс отработки летно-технических возможностей может сопровождаться реальной работой в пользу армии.
В сентябре 2020 г. китайские специалисты осуществили запуск ракеты-носителя «Чанчжэн-2F» с перспективным многоразовым космическим аппаратом. Последний вышел на низкую околоземную орбиту и, вероятно, приступил к выполнению поставленных задач. Какие-либо подробности китайского проекта АКС не сообщались. Неизвестным остается даже класс выведенного аппарата.
Подготовка корабля X-37B к первому полету, апрель 2010 г. Фото US Air Force
Согласно зарубежным источникам, первый многоразовый корабль КНР по своей архитектуре и внешнему виду похож на американский X-37B и должен иметь схожие возможности. Это изделие, якобы, выполнено в виде самолета с дельтавидным крылом малого размаха и имеет массу не более 8 т. Круг решаемых задач и сферы применения неизвестны. Китай до сих пор не раскрывает подробности своего проекта.
Проблемы направления
Несмотря на все усилия, направление АКС с орбитальным самолетом пока имеет лишь ограниченные успехи. В ближайшем будущем ситуация может измениться – но сроки и результаты текущих процессов пока остаются под вопросом. К такому положению дел привел ряд характерных факторов и затруднений, с которыми приходится сталкиваться ракетно-космической отрасли.
Главная проблема космопланов заключается в сложности их создания. Конструкторам необходимо совмещать специфические особенности орбитальной техники и аэродинамического полета, учитывая характерные нагрузки на конструкцию. Для этого нередко требуется разработка новых технологий и компонентов. Соответствующим образом растет стоимость работ.
Старт ракеты "Чанчжэн-2F". Такой же носитель вывел на орбиту китайский многоразовый корабль. Фото "Синьхуа"
Предлагаемые проекты космопланов пока не могут составить конкуренцию ракетно-космическим системам других классов. Существующие корабли и ракеты-носители способны доставлять разную полезную нагрузку на различные орбиты – заказчик имеет возможность выбрать оптимальную систему. Космопланы предлагаемых типов пока не могут обеспечить такую гибкость применения. Для этого необходимо завершить разработку нынешних проектов и создать новые образцы с другими характеристиками.
Наконец, на перспективах направления негативно сказывается общая конъюнктура ракетно-космической отрасли. Наилучшие успехи показывают американский и китайский проекты, создаваемые по заказу вооруженных сил и при их непосредственной поддержке. Коммерческие разработчики с инициативными проектами и даже крупные организации, такие как NASA, пока не в состоянии самостоятельно обеспечить быстрое и качественное создание систем с желаемыми возможностями.
Из-за объективных ограничений и различных трудностей разработка аэрокосмических систем с космопланами пока может похвастать лишь ограниченными достижениями. Большая часть проектов такого рода ушла в историю без реальных результатов, а основная масса актуальных разработок пока не вышла из стадии испытаний. Однако интерес к этой тематике сохраняется и стимулирует продолжение работ. Можно предполагать, что в будущем ситуация станет постепенно меняться, и новые образцы орбитальных самолетов будут доведены до эксплуатации. Впрочем, аналоги старого «Спейс Шаттла» с такими же размерами и полезной нагрузкой, по всей видимости, в ближайшие годы не появятся.
Информация