РАКЕТОСТРОЕНИЕ
Ракетостроение имеет в своей основе два источника - авиацию и артиллерию. Авиационное начало требовало многоразовости и крылатости, тогда как артиллерия была склонна к одноразовому применению «ракетного снаряда». Боевые ракеты, из которых выросла практическая космонавтика, были, естественно, одноразовыми.
Когда дело дошло до практики, конструкторы столкнулись с целым комплексом проблем высокоскоростного полёта, в числе которых - чрезвычайно высокие механические и тепловые нагрузки. Путём теоретических исследований, а также проб и ошибок инженеры смогли подобрать оптимальную форму боевой части и эффективные теплозащитные материалы.
И когда на повестку дня встал вопрос о разработке космических кораблей, проектанты оказались перед выбором концепции: строить космический «самолёт» или аппарат капсульного типа, похожий на головную часть межконтинентальной баллистической ракеты? Поскольку космическая гонка шла в бешеном темпе, было выбрано наиболее простое решение - ведь в вопросах аэродинамики и конструкции капсула куда проще самолёта.
Быстро выяснилось, что на техническом уровне тех лет сделать капсульный корабль многоразовым практически нереально. Баллистическая капсула входит в атмосферу с огромной скоростью, а её поверхность может нагреваться до 2 500-3 000 градусов. Космический самолёт, обладающий высоким аэродинамическим качеством, при спуске с орбиты испытывает почти вдвое меньшие температуры (1 300-1 600 градусов), но материалы, пригодные для его теплозащиты, в 1950 - 1960-е годы ещё не были созданы. Единственной действенной теплозащитой была тогда, заведомо одноразовая абляционная обмазка: вещество покрытия оплавлялось и испарялось с поверхности капсулы потокам набегающего газа, поглощая и унося при этом тепло, которое в противном случаи вызвало бы недопустимый нагрев аппарата.
Попытки разместить в одной капсуле все системы - двигательную установку и топливный бак, системы управления, жизнеобеспечения и энергопитания - вели к быстрому росту массы аппарата: чем больше размеры капсулы, тем больше масса теплозащитного покрытия (в качестве которой использовались, например, стеклотекстолиты, пропитанные фенольными смолами с довольно большей плотностью). Однако грузоподъемность тогдашних ракет-носителей была ограниченна. Решения было найдено в делении корабля на функциональные отсеки. «Сердце» системы обеспечения жизнедеятельности космонавта размещалось в относительно небольшой кабине-капсуле с тепловой защитой, а блоки остальных систем были вынесены в одноразовые отделяемые отсеки, естественно, не имевшие никакого теплозащитного покрытия.
ПЕРВОЕ ВОПЛОЩЕНИЕ. ПРЕДЫСТОРИЯ КОСМИЧЕСКИХ КОРАБЛЕЙ.
И всё же идея многоразовости ракетно-космической техники оказалась живучей. К концу 1960-х годов в США и несколько позднее в СССР и Европе был накоплен изрядный задел в области гиперзвуковой аэродинамики, новых конструкционных и теплозащитных материалов.
В1969 году NASA заключило первые аэрокосмические контракты с США на исследование облика перспективной космической системы Space Shuttle (англ. - «космический челнок»).
Шаттлам предстояло ежегодно совершать 50 - 60 полётов, доставляя на околоземную орбиту космические аппараты разного назначения, а также экипажи и грузы для орбитальных станций. При этом от космического челнока требовались умения возвращаться с орбиты.
В СССР, ещё да полёта Юрия Гагарина, рассматривалось несколько вариантов крылатых пилотируемых аппаратов многоразового использования, таких как ВКА-23 (главный конструктор В.М. Мясищев), «136» (А.Н. Тополев), а также проект П.В. Цыбина, известный как «лапоток», разработанный по заказу С.П. Королёва.
Во второй половине 1960-х годов в СССР в ОКБ А.И. Микояна, под руководством Г.Е. Лозино-Лозинского, велась работа над многоразовой авиационно-космической системой «Спираль», которая состояла из сверх звукового самолёта-разгонщика и орбитального самолёта, выводимого на орбиту с помощью двухступенчатого ракетного ускорителя.
Орбитальной самолёт по размерности и по назначению в общих чертах повторял Dyna Soar, однако отличался формой и техническими деталями. Рассматривался и вариант запуска «Спираль» в космос с помощью ракеты-носителя «Союз».
Из-за недостаточного технического уровня тех лет ни один из многочисленных проектов многоразовых крылатых аппаратов 1950 - 1960 годов не вышли из стадии проектирования.
Полномасштабная разработка Space Shuttle, порученная фирме North American Rockwell (позднее Rockwell International), началась в 1972 году. К моменту ввода системы в эксплуатацию (а первый полет «Колумбии» состоялся 12 апреля 1981 года - ровно через 20 лет после Гагарина) это был во всех отношениях технологический шедевр. Но у этого шедевра были свои недостатки.
Во-первых, не оправдались прогнозы по объемам грузопотока - он оказался на порядок меньше ожидавшегося. Во-вторых, компромисс между инженерами и финансистами не пошел на пользу эффективности челнока: стоимость ремонтно-восстановительных работ для ряда агрегатов и систем достигло половины стоимости их производства! Особенно дорого обходилось обслуживание уникальной керамической теплозащиты. Наконец, для повторного использования твердотопливных ускорителей пришлось организовать дорогостоящие поисково-спасательные операции.
Кроме того, Шаттл мог работать только в пилотируемом режиме. Кабина с астронавтами не отделяется от корабля, из-за чего на некоторых участках полета любая серьезная авария чревата катастрофой с гибелью экипажа и потерей челнока. Это случилось уже дважды - с «Челленджером» (28 января 1986 года) и «Колумбией» (1 февраля 2003 года). Последняя катастрофа изменила отношение к программе Space Shuttle: после 2010 года челнок будет выведен из эксплуатации. На смену им придут «Орионы» (смотри приложение 10), внешне весьма напоминающие своего дедушку - корабль «Апполон» - и обладающие многоразовой спасаемой капсулой экипажа.