Леонид Мартынов - Загадки звездных островов. Книга 3
Пока космические запуски были редкими, вопрос о стоимости ракет-носителей особого внимания не привлекал. Но по мере освоения космоса на него стали обращать все большее внимание. Стоимость ракеты-носителя в общей стоимости запуска космического аппарата бывает разная. Если носитель серийный, а космический аппарат, который он запускает, уникальный — около 10 процентов от общей стоимости запуска. Если космический аппарат серийный, а носитель уникальный — до 40 процентов и более. Высокая стоимость космической транспортировки объясняется тем, что ракета-носитель применяется один-единственный раз. Спутники и космические станции работают на орбите или в межпланетном пространстве, принося определенный научный или хозяйственный результат, а ступени ракеты, имеющие сложную конструкцию и дорогое оборудование, сгорают в плотных слоях атмосферы. Естественно, возник вопрос о снижении стоимости космических запусков за счет повторного запуска ракет-носителей.
Первые ракеты-носители создавались не как принципиально новые машины, а с использованием конструкций боевых баллистических ракет, которые проектировались как невозвращаемые машины. Но уже в 40-е годы делались отдельные попытки спасения отработанных ступеней ракеты с помощью парашютов. Несмотря на отдельные удачные попытки (в случае небольших ракет), эта задача не была решена. Для приземления с малой скоростью (чтобы не повредить хрупкую конструкцию ракеты) потребовался бы огромный парашют, масса которого составляет 6–8 процентов от массы конструкции. А это бы привело к значительному снижению полезного груза или дальности полета ракеты. Предлагалось много других способов возвращения ступеней космических аппаратов для повторного использования, в том числе с помощью крыльев, но они оказались нежизненными в основном по экономическим соображениям. Ракетные ступени для повторного использования должны быть подвергнуты восстановительному ремонту, стоимость которого будет соизмерима со стоимостью новой ракеты, особенно если она серийная. Может оказаться, что после ремонта надежность ступени будет ниже, чем у новой, и следовательно, увеличится риск при запуске дорогостоящего космического аппарата. Экономические оценки показывают, что спасать обычные ракетные ступени пока экономически нецелесообразно. Как считают специалисты, выход из положения состоит в создании космических летательных аппаратов многократного применения. Существует много проектов таких систем. Один из них — космический самолет. Это крылатая машина, которая, подобно воздушному лайнеру, взлетала бы с космодрома и, доставив полезный груз на орбиту (спутник или космический корабль), возвращалась бы на Землю. Но создать такой самолет пока трудно, главным образом из-за необходимого соотношения масс полезного груза и полной массы машины.
Одним из первых был такой вариант: самолет с воздушно-реактивным двигателем поднимает в воздух и разгоняет до большой скорости орбитальную ступень, которая так же, как и самолет-разгонщик, способна возвращаться на Землю и использоваться многократно. Такая схема весьма перспективна, но вопрос упирается в создание воздушно-реактивных двигателей, работающих до скорости два-три километра в секунду. По этой же причине не пошел и компромиссный вариант: самолет-раз-гонщик многократного использования несет на борту несколько ракетных ступеней с полезным грузом.
Затем появились множество других схем — двух- и трех-ступенчатые носители с самым различным сочетанием двигателей и принципов возвращения на Землю. Большинство из них оказалось или экономически невыгодными, или трудноосуществимыми в ближайшие годы.
Почему же в США все-таки был взят курс на создание космического корабля многоразового использования? Для этого надо вспомнить ситуацию, сложившуюся там в начале 70-х годов. В то время была завершена дорогостоящая престижная программа «Аполлон», главной целью которой была высадка человека на Луну. Примерно в то же время в СССР была завершена разработка орбитальной пилотируемой станции «Салют» и транспортных космических кораблей «Союз» для осуществления широкой программы исследований в интересах науки и народного хозяйства. Работа многочисленных экипажей космонавтов на станциях «Салют» явилась новым этапом планомерного и целеустремленного освоения космоса для практических нужд человека.
В США перед правительственными кругами встала проблема: «Что делать дальше в космической области?» Возникший было ажиотаж вокруг честолюбивых планов посылки экспедиции на Марс быстро угас. Оказалось, что се организация превышает технические и финансовые возможности страны. Корабль же «Аполлон», разработанный для полета на Луну, был слишком специализированным и дорогостоящим, чтобы его можно было использовать в качестве транспортного корабля для орбитальных станций. Именно поэтому станция «Скайлэб», созданная как «побочный продукт» в рамках программы «Аполлон», работала на орбите недолго. Корабль «Аполлон», который использовался для доставки космонавтов на ее борт, был мало приспособлен для этой цели. В такой обстановке было принято решение о разработке транспортного корабля «Шаттл». Многие специалисты были против столь дорогостоящего проекта. По его поддержал Пентагон.
Космический летательный аппарат «Шаттл» своего рода компромисс и в техническом и экономическом отношениях. Максимальный полезный груз, доставляемый «Шаттлом» на орбиту, — от 14,5 до 29,5 тонны, а его стартовая масса около 2 тысяч тонн, то есть полезная нагрузка составляет всего 0,8–1,5 процента от полной массы заправленного корабля. В то же время этот показатель для обычной ракеты при том же полезном грузе составляет 2–4 процента. Если же взять в качестве показателя отношение полезного груза к весу конструкции без учета топлива, то преимущество в пользу обычной ракеты еще более возрастет. Такова плата за возможность хотя бы частично использовать повторно конструкции космического аппарата.
Один из создателей космических кораблей и станций, летчик-космонавт СССР профессор К. П. Феоктистов, так оценивает экономическую эффективность «Шаттлов»: «Что и говорить, создать экономичную транспортную систему непросто. Некоторых специалистов в идее «Шаттла» смущает еще и следующее. Согласно экономическим расчетам он оправдывает себя примерно при 40 полетах в год на один образец. Получается, что в год только один «самолет», чтобы оправдать свою постройку, должен выводить на орбиту порядка тысячи тонн разных грузов. С другой стороны, имеет место тенденция к снижению веса космических аппаратов, увеличению продолжительности их активной жизни на орбите и вообще к снижению количества запускаемых аппаратов за счет решения каждым из них комплекса задач. Если говорить об орбитальных станциях и пилотируемых кораблях, то их запускается в год считанные единицы. Тут, конечно, можно и возразить: тенденция снижения массы запускаемых спутников может быть временной, появившейся как раз из-за отсутствия экономичных средств выведения. И когда такие средства появятся, в них, очевидно, возникнет необходимость. Задач в космосе и сейчас хоть отбавляй, и космонавтика явно вышла на тот рубеж, когда дальнейшее ее развитие не может успешно идти без принципиального решения экономических проблем. С другой стороны, экономический эффект от средств многократного использования, подсчитанный как чистая экономия по сравнению с применением обычных одноразовых средств, начнет ощущаться по крайней мере через 10 лет, даже при оптимальном количестве запусков.
Так что с точки зрения текущих потребностей народного хозяйства создание транспортного корабля многоразового использования такой большой грузоподъемности дело пока еще преждевременное. На данном этапе для снабжения орбитальных станций (а это одно из применений «Шаттла») гораздо выгоднее автоматические транспортные корабли типа «Прогресс».
Оптимальное, экономически выгодное годовое число стартов «Шаттлов» труднодостижимо еще и по экологическим причинам. По подсчетам специалистов США, при частоте полетов транспортных космических кораблей свыше 85 в год, разрушение озонового слоя Земли будет носить катастрофический и необратимый характер.
Без прямой поддержки Пентагона проект вряд ли удалось бы довести до стадии полетных экспериментов. В самом начале проекта при штабе ВВС США был учрежден комитет по использованию корабля «Шаттл». Военный заказчик планирует использовать корабли «шаттл» для выполнения широкой программы размещения в космосе разведывательных спутников, систем радиолокационного обнаружения и наведения на цель боевых ракет, для пилотируемых разведывательных полетов, создания космических командных постов, орбитальных платформ с лазерным оружием, для «инспекции» на орбите чужих космических объектов и доставки их на Землю для демонтажа и уничтожения… Рассматриваются также возможности использования кораблей серии «Шаттл» в качестве носителей оружия для уничтожения космических объектов, размещения на орбитах так называемых космических мин, нанесения ударов «по особо важным целям на Земле». (Космические мины — это спутники, расположенные на орбите, вблизи своих потенциальных «жертв» и взрывающиеся по команде с Земли или при столкновении с ними.)
