КОСМИЧЕСКИЙ КОРАБЛЬ "ШАТТЛ", пилотируемый, частично многоразовый космический корабль Space Shuttle, предназначенный для доставки людей и грузов на низкие околоземные орбиты и обратно. Американский флот "Шаттлов" был создан и эксплуатируется Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА) и ее основными и вспомогательными подрядчиками. "Шаттл" является частью более общей космической транспортной системы (КТС), состоящей из экспериментальных установок и разгонных блоков для вывода спутников на более высокие орбиты и использующей стартовые и посадочные комплексы в Космическом центре им. Кеннеди на о.Мерритт (шт. Флорида) и Центр управления и космической подготовки им. Джонсона в Хьюстоне (шт. Техас). Корабль "Шаттл" всегда летает с экипажем, в составе которого обычно командир, пилот, и от двух до пяти специалистов (научных сотрудников - специалистов по операциям) и два или три специалиста по полезному грузу (научные сотрудники - специалисты по конкретным исследованиям).
КОНСТРУКЦИЯ
КК "Шаттл" состоит из трех основных элементов: воздушно-космического самолета "Орбитер", многоразовых ракетных ускорителей и сбрасываемого топливного блока.
"Орбитер". Этот воздушно-космический самолет имеет три основных двигателя для вывода на орбиту, служебные системы и систему управления и наведения, а также теплозащиту, необходимую для возвращения на Землю. В "Орбитере" находятся экипаж и полезный груз. Этот летательный аппарат вместе с крыльями и шасси для посадки имеет длину 34,2 м, высоту 17,3 м и размах крыльев 23,8 м. Основной конструкционный материал - алюминий; используются также титан, композиционные и другие специальные легкие и прочные материалы. Сухая масса корабля варьируется в диапазоне от 80 977 до 82 166 кг. "Орбитер" состоит из трех основных частей: 1) носовой части, которая включает отсек экипажа, основное электронное оборудование и передние двигатели системы ориентации; 2) центральной части фюзеляжа с двумя крыльями, содержащей грузовой отсек и систему электропитания; 3) кормовой части, в которой находятся основные двигатели и вспомогательная система электропитания, а также вертикальное оперение (киль) и задние двигатели системы ориентации.
Многоразовый космический корабль выводит на орбиту экипаж и полезную нагрузку; корабль имеет три основных двигателя для выведения на орбиту, систему управления и наведения, а также тепловую защиту от нагрева при возвращении на Землю, крылья и шасси для самолетной посадки. 1 - элевон; 2 - щиток; 3 - задние двигатели ориентации; 4 - двигатели орбитального маневрирования (2 шт.); 5 - основные двигатели (3 шт.); 6 - руль направления и воздушный тормоз; 7 - баки с гидразином и азотным тетроксидом; 8 - радиаторы (с внутренней стороны створок); 9 - манипулятор; 10 - летная палуба; 11 - передние двигатели ориентации; 12 - носовая стойка шасси; 13 - средняя палуба; 14 - топливные элементы системы электропитания; 15 - главное шасси.">
ВНУТРЕННЕЕ УСТРОЙСТВО "ОРБИТЕРА". Многоразовый космический корабль выводит на орбиту экипаж и полезную нагрузку; корабль имеет три основных двигателя для выведения на орбиту, систему управления и наведения, а также тепловую защиту от нагрева при возвращении на Землю, крылья и шасси для самолетной посадки. 1 - элевон; 2 - щиток; 3 - задние двигатели ориентации; 4 - двигатели орбитального маневрирования (2 шт.); 5 - основные двигатели (3 шт.); 6 - руль направления и воздушный тормоз; 7 - баки с гидразином и азотным тетроксидом; 8 - радиаторы (с внутренней стороны створок); 9 - манипулятор; 10 - летная палуба; 11 - передние двигатели ориентации; 12 - носовая стойка шасси; 13 - средняя палуба; 14 - топливные элементы системы электропитания; 15 - главное шасси.
Отсек экипажа. Отсек экипажа имеет три уровня. Самый верхний уровень - летная палуба, с которой происходит управление полетом. Во время взлета и приземления на ней находятся командир, пилот и два специалиста по операциям. Летная палуба имеет десять иллюминаторов: шесть передних (по три на командира и пилота), два верхних (для наблюдений) и два задних (для обзора грузового отсека). На средней палубе находятся шкафы, кухня, система переработки отходов, спальное помещение (спальные места или спальные мешки) и основание шлюзовой камеры, через которую космонавты выходят из корабля при проведении работ в открытом космосе. Во время взлета и спуска на средней палубе могут находиться до пяти человек. Боковой люк средней палубы служит для входа и выхода экипажа, когда корабль находится на Земле. Под средней палубой размещаются часть агрегатов системы жизнеобеспечения и кладовая.
Грузовой отсек. Отличительной особенностью "Орбитера" является отсек полезного груза, в котором могут располагаться космический аппарат или лабораторные модули до 5 м в диаметре и 18 м длиной. Вес полезной нагрузки зависит от высоты и наклонения выбранной орбиты полета корабля. Корабли могут выводить на околоземную орбиту до 25 000 кг; до 15 000 кг может быть возвращено на Землю. Для перемещения громоздких предметов космонавты могут использовать дистанционный манипулятор - 15-метровую механическую руку (разработанную Канадским космическим агентством), которая в сложенном состоянии располагается вдоль стойки дверного проема грузового отсека. Спроектированный как некое подобие человеческой руки, манипулятор имеет плечо, плечевое сочленение, локтевой сустав, предплечье, кистевой сустав и концевые захваты. Каждое сочленение приводится в действие одним-тремя электромоторами в ответ на команды космонавта, управляющего манипулятором с задней части летной палубы. Плечо и предплечье выполнены из легких углепластиковых трубок. На земле "рука" не может поднять даже собственный вес, однако в космосе она доказала свою высокую эффективность при операциях выгрузки и погрузки спутников и доставки космонавтов для технического обслуживания спутников.
Основные и вспомогательные двигатели. Три основных двигателя, расположенных в хвостовой части фюзеляжа, обеспечивают выведение корабля на орбиту. Вместе с внешним топливным блоком и магистралями подачи компонентов топлива они представляют собой основную двигательную установку. Тяга каждого из них составляет 1760 кН при 104% от номинальной мощности на взлете. Каждый двигатель имеет два низконапорных и два высоконапорных турбонасосных агрегата (ТНА), камеру сгорания с профилированным соплом и электронную систему управления. Горючее (водород) и окислитель (кислород) из топливного блока поступают в низконапорный ТНА, который поднимает давление компонентов топлива перед поступлением в основной ТНА, после которого они поступают в камеру сгорания. Основные ТНА приводятся в действие за счет неполного сгорания основного расхода водорода с частью кислорода; при этом образуется обогащенная водородом паровая смесь. Этот пар вращает турбины, а потом поступает в камеру сгорания, куда подается и остаток кислорода. Предварительно жидкий водород проходит через охлаждающий тракт двигателя, где испаряется и после этого вместе с кислородом используется для приведения в действие низконапорных насосов. В таком поэтапном цикле газификации и сгорания почти вся химическая энергия топлива превращается в тягу, и коэффициент полезного действия двигателя достигает 98%. Дублированная электронная система управления контролирует работу клапанов и регулирует уровень тяги, задаваемый бортовыми компьютерами. Блоки управления также контролируют температуру и число оборотов турбины и могут отключить двигатель при угрозе аварии. См. также РАКЕТА. Три блока вспомогательных ракетных двигателей, работающих на гидразине и азотном тетроксиде, обеспечивают управление кораблем и его ориентацию. Система ориентации имеет 38 основных двигателей (14 в носовом блоке и по 12 в каждом из двух хвостовых блоков) тягой до 3,82 кН. Кроме того, 6 верньерных двигателей ориентации тягой до 0,1 кН используются для точной регулировки положения корабля. Двигатели системы ориентации позволяют управлять положением корабля путем поворота его относительно трех осей (тангажа, крена и рысканья) и линейного перемещения вдоль этих осей. Включение двигателей осуществляется по командам бортовых компьютеров, которые реагируют на действия экипажа по управлению кораблем. Двигатели системы ориентации позволяют разворачивать корабль относительно Солнца, Земли или открытого космоса с целью регулирования температуры или наведения на цель, а также совершать маневры при приближении к другому космическому аппарату. Эти двигатели используются также при спуске, дросселируются и, наконец, выключаются при снижении скорости спуска до скорости звука; однако они недостаточно мощны, чтобы регулировать скорость при посадке. Два двигателя системы орбитального маневрирования (ОМС) тягой 34,3 кН, которые расположены в гондолах в хвостовой части корабля, обеспечивают окончательное выведение на орбиту, маневры изменения орбиты и схода с нее при завершении полета.
Система электропитания. Электроснабжение корабля обеспечивается тремя топливными элементами, которые питаются от восьми баков с жидкими водородом и кислородом. Все топливные элементы и баки расположены в трюме под грузовым отсеком. В топливном элементе происходит реакция между водородом и кислородом в присутствии электролита для получения электричества. Основной продукт реакции - вода - используется для питья. Кислород для дыхания экипажа поступает из тех же баков. Энергии топливных элементов хватает на 10-14 сут в зависимости от энергопотребления корабля или на три недели при установке модуля с дополнительными баками. Три вспомогательных блока электропитания обеспечивают работу приводов для поворота двигателей во время спуска и аэродинамических органов управления при входе в атмосферу, а также торможение колес после приземления.
Система жизнеобеспечения. Корабль оборудован системой кондиционирования и обеспечения жизнедеятельности открытого типа, поскольку продолжительность полетов "Шаттла" слишком мала, чтобы оправдать применение более сложных и тяжелых систем замкнутого цикла с регенерацией отходов. В кабине экипажа поддерживается атмосферное давление на уровне моря и состав атмосферы 20% кислорода и 80% азота при 22° С. Кислород поступает из баков системы топливных элементов. Углекислый газ, выдыхаемый экипажем, извлекается из атмосферы в емкостях с гидроксидом лития; при этом образуются карбонат лития и водяной пар, который удаляется специальными поглотителями влаги. В длительных полетах могут также использоваться молекулярные фильтры для улавливания и последующего выбрасывания диоксида углерода; этот метод оказывается более выгодным по массе, чем применение большого числа емкостей с гидроксидом лития. Отходы жизнедеятельности собираются в устройстве для переработки отходов, в котором они обезвоживаются для удаления после полета, а пары воды выбрасываются в космос. Температура в отсеке экипажа поддерживается системой терморегулирования, которая поглощает метаболическое тепло, выделяемое экипажем (за счет обдува отсека воздухом), и тепло, выделяемое электронным оборудованием (снимается водой, циркулирующей в термоплатах, на которых оно устанавливается), и переносит его на панели радиатора, расположенные на внутренней стороне створок грузового отсека. Отражательная способность панелей такова, что они остаются холодными, даже когда на них светит Солнце.
Бортовые компьютеры. Для нормального полета "Шаттла" необходим один компьютер. Чтобы обезопасить себя от возможных неисправностей, учитывая возможность ошибок программирования, пять одинаковых компьютеров выполняют две разные программы. Две пары компьютеров, работающие с программным обеспечением основного электронного оборудования, проверяют расчеты друг друга 440 раз в секунду и отбрасывают те результаты, которые наиболее сильно отличаются от трех других. Пятый компьютер, который выполняет резервную программу полета, может взять управление на себя при определенных условиях; это же может быть сделано экипажем. На наиболее ответственных этапах полета - выведении на орбиту и спуске - работают все пять компьютеров. Для рутинных операций на орбите достаточно одного или двух компьютеров, а остальные находятся в горячем резерве или выключены.
Система теплозащиты. Орбитальный корабль имеет теплозащитное покрытие, состоящее из 24 192 плиток и 3254 гибких матов изоляции, которое защищает его от аэродинамического нагрева при выведении на орбиту и спуске. Плитки поглощают тепло и затем постепенно излучают его. Теплозащитное покрытие состоит из нескольких различных материалов, каждый из которых рассчитан на свою тепловую нагрузку (максимально до 1650° С), которую должны выдерживать различные части корабля во время выведения и спуска. Наиболее теплостойкий материал плиток - серый композиционный углерод-графитовый материал - применен на носовой части и передней кромке крыльев. Черные плитки из стекловолокна использованы на тех участках поверхности (днище, передняя часть фюзеляжа и передняя кромка вертикального стабилизатора), где температуры составляют от 650 до 1260° С. Белые плитки из стекловолокна защищают участки (хвостовая часть, задняя часть носового отсека и боковые поверхности киля), где температура не превышает 650° С. Маты из кварцевого волокна и войлочные маты устанавливаются на тех поверхностях, которые подвергаются значительному аэродинамическому нагреву при выведении на орбиту.
МНОГОРАЗОВЫЙ КОСМИЧЕСКИЙ КОРАБЛЬ "КОЛУМБИЯ", транспортируемый самолетом "Боинг-747", перед отправлением в Космический центр им. Кеннеди.
Твердотопливные ускорители. Два твердотопливных ускорителя обеспечивают импульс тяги, необходимый для прохождения "Шаттла" через плотные нижние слои земной атмосферы. Каждый ускоритель имеет длину 45,7 м и диаметр 3,7 м (в районе топливных сегментов двигателя), стартовую массу 750 000 кг; масса выработанного ускорителя 87 000 кг. Ускоритель состоит из трех основных частей: юбки (хвостового отсека), двигателя и передней сборки. Юбка служит опорой всей системе при старте. Стартовый вес корабля с ускорителями передается через юбки и восемь мощных пироболтов (по четыре на каждую юбку), которыми "Шаттл" крепится к стартовому столу. Эти болты устанавливаются во время сборки и освобождают систему в момент запуска ускорителя путем подрыва пиропатронов, срезающих гайки, которые держат болты. Два гидропривода, расположенные в юбке, управляют вектором тяги путем поворота сопла РДТТ в первые две минуты полета. Корпус двигателя состоит из четырех последовательно расположенных сегментов, которые содержат смесевой твердотопливный заряд из алюминиевого порошка, перхлората аммония, полимерного связующего и катализатора скорости горения (окись железа) с поверхностным ингибитором горения. Размер сегментов определяется максимальным размером груза, который может быть перевезен в железнодорожном вагоне. При сборке сегменты соединяются соединительными скобами, через которые проходят стальные шпильки; по окружности нижнего торца сегмента сделана круговая канавка, в которую вставляется верхняя часть следующего сегмента. Три мощных резиновых кольца и специальный герметик обеспечивают герметичное уплотнение и предохраняют соединение от воздействия горячих газообразных продуктов сгорания. Два центральных сегмента двигателя практически одинаковы. В переднем сегменте поверхность горения заряда имеет звездообразную форму, что позволяет увеличить тягу при отрыве от стартового стола; эта часть заряда выгорает непосредственно перед достижением максимума динамического давления на участке выведения. На верхнем днище корпуса двигателя (переднего сегмента) крепится устройство зажигания. Задний сегмент сужается до образования горловины сопла. К ней через гибкий переходник крепится расширяющаяся часть сопла. В передней сборке находится система спасения ускорителя. Вытяжной (тормозной) парашют стабилизирует ускоритель во время спуска, а затем вытягивает три основных парашюта, на которых ускоритель опускается в океан. Для спуска достаточно двух основных парашютов, третий используется как запасной. Поскольку в полете ускорители несколько отклоняются от своего первоначального положения, небольшая собственная система наведения, расположенная в передней сборке, выдает компьютерам корабля скорректированные данные.
Топливный блок. Во внешнем топливном блоке находится топливо, необходимое для работы трех основных ЖРД "Шаттла". Его длина 46,9 м, диаметр 8,3 м, сухая масса 30 000 кг, масса топлива до 700 000 кг. За исключением нескольких специальных деталей, топливный блок сделан из панелей алюминиевого сплава, отштампованных и сваренных между собой. Топливный блок содержит два бака: один - в форме яйца - с жидким кислородом, а другой - цилиндрический - с жидким водородом. Поскольку плотность жидкого кислорода много больше, более тяжелый кислородный бак помещен выше, чтобы облегчить центровку "Шаттла". Бочкообразный межбаковый отсек представляет собой массивную оребренную конструкцию, приваренную к верхнему днищу водородного бака и нижнему днищу кислородного бака. Мощный коробчатый шпангоут межбакового отсека несет передние узлы крепления двух твердотопливных ускорителей. По двум магистралям питания диаметром 43 см, которые проходят через нижний узел крепления РДТТ, водород и кислород подаются в основные ЖРД корабля. Топливный блок также обеспечивает конструктивную прочность всей системы. "Орбитер", как и ускорители, крепится к топливному блоку в двух точках. Каждый ускоритель дополнительно крепится шаровым шарнирным соединением вблизи своей вершины на уровне межбакового отсека и тремя распорками около основания топливного блока. Верхнее соединение воспринимает тяговое усилие от ускорителей, а нижнее фиксирует ускоритель на месте. "Орбитер" удерживается нижним узлом крепления и передним креплением типа сошки. Нижнее крепление представляет собой коробчатую балку, удерживаемую на топливном блоке двумя двойными распорками с двумя мощными пироболтами, которыми крепится днище корабля в районе хвостовой части фюзеляжа. Тяговое усилие основных двигателей корабля воспринимается нижним узлом крепления. Верхний узел крепления удерживает нос корабля в правильном положении при нахождении на стартовом столе и во время подъема.
СХЕМА ПОЛЕТА
Подготовка. Подготовка "Шаттла" к полету начинается с ремонта ускорителей и "Орбитера", использовавшихся в предыдущем полете. После спуска на парашютах в Атлантический океан ускорители подбираются двумя спасательными судами и буксируются на мыс Канаверал (шт. Флорида), где осматриваются, подвергаются чистке и разборке. Передняя сборка и юбка перевозятся в космический центр им. Кеннеди (КЦК) и подготавливаются для следующего полета. Корпуса твердотопливных ускорителей возвращают производителю (корпорация "Тиокол" в шт. Юта) для контроля и заливки топлива, а затем перевозят в КЦК. Если приземление "Орбитера" произошло на военно-воздушной базе Эдвардс или в другом месте из-за плохой погоды или аварийной ситуации, корабль грузится на специально оборудованный самолет "Боинг-747" для доставки его в КЦК. После прибытия в КЦК "Орбитер" помещается в монтажно-испытательный комплекс - специальное здание, где инженеры и техники проверяют все его системы; снимают, ремонтируют и вновь устанавливают двигатели; вынимают старый полезный груз и устанавливают новый.
КОСМИЧЕСКАЯ ТРАНСПОРТНАЯ СИСТЕМА "ШАТТЛ" в монтажно-испытательном корпусе.
Полностью вся система собирается в корпусе вертикальной сборки. Сначала устанавливаются ускорители на подвижной пусковой платформе, а затем между ними монтируется топливный блок. После этого "Орбитер" вывозится из монтажно-испытательного комплекса, устанавливается в специальный стапель, поднимается вертикально, аккуратно устанавливается в нужное положение и крепится болтами к топливному блоку. После проведения завершающих проверок вся сборка на пусковой платформе транспортируется на стартовую позицию.
Отсчет времени. Отсчет времени перед стартом начинается приблизительно за трое суток до пуска, когда руководитель полета выпускает "извещение всем постам", предписывающее обслуживающему персоналу занять свои рабочие места. Члены экипажа корабля прибывают в КЦК за двое суток до старта и изучают особенности программы полета и действий в аварийных ситуациях. Стартовая команда начинает заправку топливного блока компонентами в ночь перед стартом. Экипаж просыпается за пять часов до старта (Т -5 ч) и занимает места в корабле в момент Т -2. Фактически до старта у них остается больше трех часов, поскольку предстартовый отсчет имеет несколько запланированных перерывов на устранение наземными службами возможных мелких непредвиденных неполадок. Последние десятиминутные остановки запланированы на моменты Т -20 и Т -9 мин. Когда в момент Т -9 мин начинается последний этап предстартового отсчета, все системы корабля активизируются и выводятся на полную мощность. В момент Т -5 мин наземная система электропитания отключается, и происходит переход на питание от бортовых систем. В момент Т -31 с бортовые компьютеры принимают на себя отсчет времени. В момент Т -9 с топливо начинает поступать в основные двигатели, а в момент Т -6,7 с начинается процесс воспламенения. При достижении 90% расчетной тяги двигатели прижимают "Шаттл" к топливному блоку и толкают его вперед. "Шаттл" изгибается, как огромная плоская пружина; верхушка топливного блока отклоняется почти на метр, а затем возвращается обратно.
СТАРТ "ШАТТЛА"
Подъем. В момент Т - 0, когда верхушка бака возвращается в первоначальное положение, поступает команда на включение твердотопливных ускорителей и отстрел нижних крепежных болтов, что позволяет "Шаттлу" оторваться от стартового стола. В момент Т +7 с отходит пусковая башня, и ЦУП в космическом центре им. Джонсона берет на себя управление полетом. "Шаттл" поворачивается на небольшой угол, чтобы вектор тяги проходил через центр тяжести системы. В момент Т +60 с топливо в передних сегментах ускорителей выгорает, а тяга основных ЖРД "Шаттла" снижается, чтобы уменьшить нагрузки на конструкцию в период максимального динамического давления. В момент Т +90 с, когда плотность атмосферы и аэродинамическое сопротивление уменьшаются, мощность двигателей снова увеличивается; увеличивается также и тяга ускорителей вследствие увеличения поверхности горения заряда топлива. В момент Т +120 с заряд ускорителей полностью выгорает, они отделяются, на парашютах спускаются в океан, а затем подбираются для повторного использования. Связка "Орбитер" - топливный блок продолжает совместный полет до момента Т +520 с, когда вырабатывается топливо и выключаются основные двигатели. Через несколько секунд после этого пустой топливный блок отделяется, а "Орбитер" выходит на эллиптическую околоземную орбиту с апогеем 298 км и перигеем 93 км. Из точки перигея возможен сход с орбиты после половины витка, а в точке апогея включаются два двигателя системы орбитального маневрирования на две минуты для выхода на круговую орбиту. После этого космонавты открывают створки грузового отсека, чтобы можно было сбрасывать избыточное тепло из корабля (которое до этого момента отводилось путем испарения воды из водяных баков), и развертывают оборудование, которое будет использоваться в полете.
Возвращение с орбиты. В конце полета после выполнения программы исследований экипаж упаковывает оборудование и закрывает створки грузового отсека. Время возвращения определяется моментом, когда земной след (т.е. проекция траектории на поверхность Земли) "Орбитера" оказывается на расстоянии 800 км от запланированного места приземления. Экипаж (точнее, командир и пилот) начинают возвращение с разворачивания корабля так, чтобы он летел хвостом вперед; при этом вектор тяги двигателей ОМС направлен против направления полета. Находясь примерно над противоположной от места приземления точкой земного шара, экипаж включает двигатели приблизительно на пять минут, тормозя корабль и уменьшая высоту орбиты. Затем экипаж разворачивает корабль носом вперед с большим углом атаки. Таким образом осуществляется торможение корабля при спуске в атмосфере. В плотных слоях атмосферы на несколько минут теряется радиосвязь из-за образования вокруг корабля плазмы, которая отражает радиоволны. Когда становятся эффективными аэродинамические органы управления (т.е. когда скорость достаточно снизится, а плотность атмосферы возрастет), экипаж опускает нос корабля и выключает двигатели системы ориентации. Приблизительно за 1600 км от места посадки экипаж может совершить несколько S-образных разворотов, чтобы компенсировать отклонение от расчетной скорости. "Шаттл" не летит прямо на посадочную полосу, а пролетает ее и делает крутой спиральный разворот. Обычно только при входе в этот разворот корабль переходит на дозвуковую скорость. Окончательный заход на посадочную полосу происходит по крутой глиссаде с наклоном 22°. Перед началом посадочной полосы корабль выпускает трехколесное посадочное шасси (носовое и два основных колеса). При этом он увеличивает угол атаки (для улучшения управления), основные колеса касаются посадочной полосы, затем мягко опускается носовое колесо шасси и выпускается хвостовой парашют для торможения корабля. В это время наземная команда со специальным оборудованием проверяет наличие в воздухе паров топлива и токсических веществ. Специальный автомобиль, подъехав к остановившемуся "Орбитеру", забирает летный экипаж, а наземная команда проводит дезактивацию корабля. Посадочная полоса КЦК является предпочтительным местом посадки, поскольку в этом случае доставка корабля в монтажно-испытательный комплекс осуществляется быстрее и дешевле. Посадочная полоса на высохшем озере Роджерс военно-воздушной базы Эдвардс в пустыне Мохаве (шт. Калифорния) (где проходили почти все летные испытания и посадки во время первых экспериментальных полетов, поскольку там больше места в случае ошибок при посадке) остается в резерве и используется, когда плохая погода не позволяет совершить посадку в КЦК. (Спускаемый аппарат может совершать полеты и во время дождя, однако при высоких скоростях водяные капли вызывают повреждение теплозащитных плиток.) Специально оборудованные аэродромы в Сенегале, Испании, на Гавайях, Окинаве и в других местах могут принять "Орбитер" в случае аварийной ситуации. В экстремальных ситуациях он может приземлиться в любом аэропорту, имеющем посадочную полосу, пригодную для больших реактивных самолетов.
ИСТОРИЯ СОЗДАНИЯ
Проектирование. Проектирование транспортной космической системы "Шаттл" началось в конце 1960-х годов, когда программа "Аполлон" доставки человека на Луну была близка к завершению, и руководство НАСА начало планировать свою деятельность на следующее десятилетие. Оно было озабочено дороговизной космических полетов и стремилось снизить стоимость наиболее дорогого первого шага - выведения аппарата на низкую околоземную орбиту. Оригинальный проект, из которого впоследствии возник "Шаттл", представлял собой полностью многоразовый двухступенчатый летательный аппарат; каждая ступень его была похожа на гигантский реактивный самолет. Первая ступень - ускоритель - должна была с экипажем из двух космонавтов возвращаться на место старта после выведения на большую высоту второй ступени - орбитального корабля, собственные двигатели которого далее выводят его на конечную орбиту. Орбитальный корабль после выполнения программы входит в атмосферу и возвращается для посадки вблизи места старта. Считая, что орбитальный корабль может быть снова готов к повторному полету через две недели, специалисты НАСА предусматривали эксплуатацию "Шаттлов" в самолетном режиме с запусками каждую неделю, стоимостью менее 10 млн. долл. за каждый запуск. Однако при этом требовались очень большие затраты на разработку (по оценкам, от 10 до 12 млрд. долл.). Администрация Никсона поручила НАСА изучить альтернативные проекты, в которых затраты на разработку были бы меньше, даже ценой увеличения расходов на предполетную подготовку и снижения функциональных возможностей. Основным экспертом выступало министерство обороны. Группа его специалистов сформулировала следующие требования к запускаемой полезной нагрузке: диаметр - 5 м, длина - 18 м, масса - 29 000 кг. После одобрения проекта в январе 1972 министерство финансов выделило НАСА на него 5,15 млрд. долл. К этому времени НАСА снизило стоимость "Шаттла" за счет отказа от пилотируемого ускорителя в пользу беспилотных и уменьшения размеров пилотируемого орбитального корабля за счет размещения топлива для основных двигателей в сбрасываемом топливном блоке. В середине 1972 инженеры НАСА выбрали конструктивную схему, в которой ускорители и основные двигатели при подъеме работают вместе. Были выбраны твердотопливные ускорители из-за меньшего риска при проектировании и более легкой их модификации на поздних этапах в случае невозможности достичь нужных параметров основного двигателя.
Разработка и испытания. Вскоре после начала разработки инженеры НАСА и подрядных фирм столкнулись с трудностями. Разработка основных ЖРД орбитального корабля оказалась более сложной, чем предполагалось, потому что они должны были работать при значительно более высоких (на порядок) давлениях и в три раза более высоких скоростях вращения турбины, чем двигатели J-2, использовавшиеся на ракете "Сатурн-5" в программе "Аполлон". Взрывы, вызванные прогарами и отказами подшипников, повредили или разрушили несколько двигателей. Особенно большие проблемы возникли с тепловой защитой. Теплозащитные плитки оказались более хрупкими, чем ожидалось, и их часто неправильно приклеивали их к алюминиевому фюзеляжу орбитального корабля. Кроме того, расчетные нагрузки постоянно менялись. Эти и другие проблемы задержали первый полет "Шаттла", который планировался на 1977, а состоялся лишь в 1981. НАСА сначала планировало построить пять летных орбитальных кораблей: два опытно-конструкторских и три штатных. Из-за бюджетных ограничений строительство пятого корабля было отменено. Руководство НАСА также решило, что переделка корабля "Энтерпрайз" для космических полетов после изменений, внесенных в конструкцию корабля "Колумбия", обойдется слишком дорого. Оно также решило переделать образец для прочностных испытаний в "Челленджер". Два штатных корабля были названы "Дискавери" и "Атлантис". В серии из пяти летных испытаний (1977) две команды космонавтов стартовали на корабле "Энтерпрайз" с борта реактивного транспортного самолета "Боинг-747", а затем совершали планирующий полет и посадку, имитируя возвращение из космоса. В ходе наземных динамических испытаний в 1978 "Энтерпрайз" дооборудовали, а затем провели вибрационные и статические испытания. Программа всесторонних испытаний корабля, его блоков и агрегатов завершилась 20 февраля 1981 20-секундным пробным включением на стартовом столе в КЦК основных двигателей первого экземпляра "Шаттла" (корабль "Колумбия", твердотопливные ускорители и топливный блок), подготовленного для космического полета.
Орбитальные летные испытания. Было проведено четыре орбитальных летных испытания (12-14 апреля и 12-14 ноября 1981, и 22-30 марта и 27 июня - 4 июля 1982), во время которых экипаж из двух человек проверял "Колумбию" во всех режимах программы штатного полета. Полезным грузом в первом полете было измерительное оборудование, которое использовалось для сбора данных о поведении корабля в полете. Наиболее существенной неполадкой в этом полете была потеря нескольких теплозащитных плиток на гондолах двух двигателей в хвостовой части корабля. Повреждение плиток было вызвано ударными волнами, образующимися при полете со сверхзвуковой скоростью на участке выведения. При возвращении на Землю ни одна плитка не была потеряна. Послеполетный анализ показал, что динамические нагрузки при включении ускорителей были больше расчетных, что привело к некоторой деформации корпуса "Колумбии". Чтобы избежать этого в дальнейшем, было принято решение покрыть поверхность газоходов стартового стола слоем льда, который поглощал бы энергию ударной волны. Полезный груз второго запуска (приборы для наблюдения Земли, которые включали радар, предназначенный для получения детального изображения поверхности, датчики загрязнения воздуха и другие приборы) был выбран заранее, потому что цель полета состояла в проверке "Колумбии" в условиях, когда полезный груз длительное время ориентирован на Землю. Во время полета один топливный элемент засорился и вышел из строя. Чтобы избежать риска выхода из строя второго элемента и спуска с одним исправным, руководители полета сократили продолжительность полета с пяти до двух суток. Однако большинство задач было выполнено, включая первое испытание манипулятора. Во время третьего полета космонавты работали с комплектом приборов наблюдения Солнца и измерения параметров космической среды, а специалисты на Земле проводили измерения температуры "Колумбии" в условиях интенсивных утечек тепла. Во время четвертого полета "Колумбия" впервые несла секретный полезный груз министерства обороны - инфракрасный телескоп для изучения верхней атмосферы применительно к проектам разработки противоракетной обороны. Хотя не удалось открыть защитную крышку телескопа, в остальном полет прошел нормально. После приземления "Колумбии" (в первый раз на бетонную посадочную полосу авиабазы Эдвардс) космическая транспортная система "Шаттл" была объявлена принятой в эксплуатацию. Эксплуатация "Челленджера" - второго летного образца "Шаттла" - началась полетом 18-24 июня 1983, затем последовали "Дискавери" (30 августа - 5 сентября 1984) и "Атлантис" (3-7 октября 1985).
КОСМИЧЕСКИЙ АППАРАТ "Магеллан", запускаемый с корабля "Атлантис" в долгое путешествие к планете Венера.
Верхние ступени. В середине 1970-х годов ВВС США планировали создание двухступенчатого орбитального блока (впоследствии названного инерциальной верхней ступенью, IUS) для выведения спутников массой до 2300 кг с орбиты "Шаттла" на геостационарную орбиту высотой 35 900 км и его трехступенчатой модификации для выведения космических зондов НАСА с "Шаттла" на межпланетные траектории. Проблемы с разработкой IUS вынудили НАСА в начале 1980-х годов рассмотреть возможность использования вместо него модифицированной верхней ступени "Центавр". Поскольку конструкция IUS оказалась слишком громоздкой и дорогостоящей для большинства выводимых на геостационарную орбиту спутников, фирма "Макдоннелл - Дуглас" разработала специальный модуль, который представлял собой раму с поворотным столом для раскрутки и последующего выбрасывания спутников. После этого небольшой ракетный двигатель и собственные двигатели спутника могли бы выводить его на геостационарную орбиту. Катастрофа "Челленджера" и ее последствия. Уже было осуществлено 24 успешных полета кораблей "Шаттл", когда 28 января 1986 произошла трагедия: корабль "Челленджер" разрушился во время 25-го запуска. Все семь членов экипажа - Ф.Скоби, М.Смит, Ю.Резник, Р.Макнейр, Э.Онизука, Г.Джарвис и К.Маколиф - погибли. Как установила президентская комиссия под председательством государственного секретаря У.Роджерса, катастрофа произошла из-за недостаточно надежной конструкции соединения сегмен
