Омский государственный технический университет
Многоразовые космические системы – это космические системы и летательные космические аппараты, применяемые многократно. Изначально целью создания таких аппаратов была экономичность их использования благодаря многоразовости.
Исторически первой концепцией космического челнока был ракетоплан немецкого изобретателя Ойгена Зенгера, который выбрал этот проект для докторской диссертации в 1929 году. Разработки велись в 30-х и 40-х годах ХХ века в закрытой лаборатории, а конструкция по внешнему виду напоминала самолёт-бомбардировщик. К счастью, реализации проекта не произошло, но идея создания такого аппарата для гражданских целей не исчезла. Основными техническими проблемами того времени было неимение материалов с нужными свойствами, обеспечивающими теплозащиту и легкость конструкции по массе.
В настоящей статье будут рассмотрены летательные аппараты многократного использования нашего времени российского и зарубежного проектирования – МАКС, «Клипер», «Dyna Soar» и «Гермес», а также проблемы, стоящие на пути создания оптимально высококачественной и относительно не затратной МТКС.
Многоразовая авиационно-космическая система представляла собой орбитальный самолёт и самолёт-носитель, с которого происходил старт. Основная задача такой системы – доставка грузов и экипажей на орбиту, а также аварийное спасение экипажей и проведение ремонтных работ. Преимущество МАКС заключается в отсутствии необходимости космодрома, так как система может стартовать с обыкновенных аэродромов 1-го класса.
В 2005 году была представлена новая версия космического корабля многоразового применения – «Клипер», имеющего похожие характеристики с одноразовыми аппаратами «Союз». Внешне Клипер был похож на крылатый шаттл утюгообразной формы и отличался от «Союза» многоразовостью, увеличенной массой полезного груза и экипажем (700 кг и 6 человек соответственно), повышенной безопасностью и комфортабельностью, а также способностью маневрировать.
Среди зарубежных многоразовых ракетных летательных аппаратов основными проектами были французский «Гермес» и американская программа «X-20 Dyna Soar».
X-20 Dyna Soar представляла собой многоразовый орбитальный самолёт-бомбардировщик, выводимый на орбиту ракетой-носителем. Разработки велись с 24 октября 1957 по 10 декабря 1963, а первый пилотируемый полёт предполагался на июль 1966 года. Однако вследствие причин военно-политического характера программа была закрыта, так не испытавши ни одного полёта.
Проект "Гермес" – небольшой космический самолёт, похожий на Клипер и Dyna Soar и выводимый на орбиту одноразовой ракетой «Ариан-5» - начали разрабатывать во Франции в конце 1970-х годов. По задумке, такой аппарат должен был доставлять на орбиту несколько человек экипажа и до 3 тонн груза. В связи с финансовой ситуацией, этот проект завершили в 1993 году, ни один корабль построен так и не был.
По способу старта «Dyna Soar» и «Гермес» выводятся на орбиту одноразовой ракетой-носителем, а МАКС – возвращаемым самолётом, что избавляет эту систему от необходимости в космодроме. Также, МАКС использует менее токсичное топливо – керосин/водород+кислород по сравнению с топливом Клипера – этанол/жидкий кислород.
По принципу управления и полёту наиболее эффективен Клипер, оснащённый двигателями аварийного спасания и конструкцией, сопутствующей совершению планирующего спуска, боковых манёвров и разгону до 420 м/с. К слову, общая взлётная масса МАКС составляет 620 т, затрудняя полёт, а орбитальный самолёт Dyna Soar являлся полностью пилотируемым на всех участках полёта, что резко снижало его безопасность.
Доставка экипажа и полезного груза на орбиту - одна из главных задач. Лучше остальных с ней справляется МАКС – до 8 т груза, тогда как Гермес способен выводить до 3 т, Клипер – до 0,7 т, а Dyna Soar – всего лишь 0,45 т.
Таким образом, проект многоразовой авиационно-космической системы оказался наиболее действенным и близким к реализации. В настоящее время имеются десятки проектов многоразовых транспортных космических систем на разной стадии разработки. Важнейшие направления их совершенствования повышение надежности, экологичности, многоразовости; снижение удельной стоимости выведения, массы, числа ступеней РН; интеграция планера с двигателем. Основной барьер, препятствующий развитию МТКС – отсутствие технологий, обеспечивающих необходимые летно-технические характеристики, надежность и безопасность, а также очень велики первоначальные вложения в проекты систем, требуется длительное и рискованное отвлечение ресурсов.