Править] Технические характеристики

Старт комплекса «Энергия — Буран» 15 ноября 1988 года с космодрома Байконур

• Длина — 36, 4 м,
• Размах крыла — около 24 м,
• Высота корабля, когда он стоит на шасси, — более 16 м,
• Стартовая масса — 105 т.
• Грузовой отсек вмещает полезный груз массой до 30 т при взлёте, до 20 т при посадке.

В носовой отсек вставлена герметичная цельносварная кабина для экипажа и людей для проведения работ на орбите (до 10 человек) и большей части аппаратуры для обеспечения полёта в составе ракетно-космического комплекса, автономного полёта на орбите, спуска и посадки. Объём кабины составляет свыше семидесяти кубометров.

Имеет треугольное крыло с двойной стреловидностью, а также аэродинамические органы управления, работающие при посадке после возвращения в плотные слои атмосферы — руль направления, элероны и аэродинамический щиток.

Две группы двигателей для маневрирования размещены в конце хвостового отсека и передней части корпуса. Выполняется манёвр возврата или выхода на одновитковую траекторию.

Впервые в практике двигателестроения была создана объединённая двигательная установка, включающая топливные баки окислителя и горючего со средствами заправки, термостатирования, наддува, забора жидкости в невесомости, аппаратурой системы управления и т. д. Бортовой комплекс управления состоит примерно из пятидесяти систем. При разработке программного обеспечения для космического корабля и наземных систем использовались технология структурного проектирования программ и язык универсальной ЭВМ, что позволило в короткие сроки разработать программные комплексы объёмом около 100 Мб. В случае отказов ракетных блоков первой и второй ступеней ракеты-носителя система управления орбитального корабля обеспечивает в автоматических режимах его аварийное возвращение.

Первостепенное значение для успешного преодоления гравитационно обусловленных термических и пневматических нагрузок, возникающих при прохождении корабля в плотных слоях атмосферы, имеет его защитная обшивка.^[11] Ряд научно-исследовательских организаций страны получил задание по разработке огнеупорных материалов, соответствующих в характеристиках стойкости этим экстремальным техническим условиям. Институту химии силикатов (Санкт-Петербург), в числе других учреждений, выполнявшему эти работы, была доверена роль их координации, а общее руководство осуществлял выдающийся физико-химик М. М. Шульц^[12][13].

[править] Отличия от «Спейс Шаттл»

При общей внешней схожести проектов, имеются и существенные отличия.

Комплекс «Спейс шаттл» состоит из топливного бака (сигарообразный объект красного цвета по центру), двух твердотопливных ускорителей и самого космического челнока. При старте запускаются оба ускорителя и три маршевых двигателя шаттла (первая ступень). Из-за необходимости использования двигателей шаттла, комплекс невозможно применять для вывода на орбиту иных аппаратов или грузов, даже меньшей в сравнении с шаттлом массы.

Челнок садится с неработающими двигателями. Он не имеет возможности несколько раз заходить на посадку, поэтому предусмотрено несколько посадочных площадок на территории США.

«Буран»: название комплекса «Энергия — Буран». Комплекс состоял из: первой ступени (четыре боковых блока с кислород-керосиновыми четырёхкамерными двигателями РД-170, многоразовые), второй ступени (сигарообразный объект белого цвета в центре; оснащена четырьмя кислород-водородными двигателями РД-0120) и возвращаемого космического аппарата «Буран». При старте запускались обе ступени. Отработав, отстыковывалась первая ступень (4 боковые ракеты), и довывод осуществлялся второй ступенью.

Данная схема универсальна, поскольку позволяла осуществлять вывод на орбиту не только МТКК «Буран», но и другие полезные грузы (массой до 100 тонн). «Буран» входил в атмосферу и начинал гасить скорость (угол входа примерно 30°, постепенно угол входа уменьшался). Первоначально, для управляемого полёта в атмосфере, «Буран» должен был быть оснащён двумя ТРД, находившимися в зоне аэродинамической тени, рядом с килем, однако к моменту первого (и единственного) старта данная система не была готова к полёту, поэтому корабль управлялся рулями, не используя тягу двигателей (в атмосфере). Перед приземлением «Буран» осуществил гасящий скорость корректирующий манёвр (полёт по нисходящей восьмёрке), после чего шёл на посадку. В этом единственном полёте у «Бурана» была лишь одна попытка для захода на посадку. При посадке скорость составляла 300 км/ч, во время входа в атмосферу доходила до 25 скоростей звука (почти 30 тыс. км/ч).

В отличие от шаттлов, в «Буране» была предусмотрена система экстренного спасения экипажа. На малых высотах работала катапульта для первых двух пилотов, на достаточной высоте, в случае нештатной ситуации, «Буран» мог отделяться от ракеты-носителя и совершать экстренную посадку.

Главные конструкторы «Бурана» никогда не отрицали, что «Буран» был частично скопирован с американского спейс шаттла. В частности, генеральный конструктор Лозино-Лозинский высказался на вопрос о копировании следующим образом^[14]:

Генеральный конструктор Глушко посчитал, что к тому времени было мало материалов, которые бы подтверждали и гарантировали успех, в то время, когда полёты «Шаттла» доказали, что подобная «Шаттлу» конфигурация работает успешно, и здесь риск при выборе конфигурации меньше. Поэтому, несмотря на больший полезный объём конфигурации «Спирали», было принято решение выполнять «Буран» по конфигурации, подобной конфигурации «Шаттла».

… Копирование, как это указано в предыдущем ответе, было, безусловно, совершенно сознательным и обоснованным в процессе тех конструкторских разработок, которые проводились, и в процессе которых было внесено, как уже было указано выше, много изменений и в конфигурацию, и в конструкцию. Основным политическим требованием было обеспечение габаритов отсека полезного груза, одинакового с отсеком полезного груза «Шаттла».

… отсутствие маршевых двигателей на «Буране» заметно меняло центровку, положение крыльев, конфигурацию наплыва, ну, и целый ряд других отличий.

После катастрофы космического корабля «Колумбия», и в особенности с закрытием программы «Спейс Шаттл», в западных СМИ неоднократно высказывалось мнение о том, что американское космическое агентство NASA заинтересовано в возрождении комплекса «Энергия-Буран», и предполагает сделать соответствующий заказ России в ближайшее время. Между тем, по сообщению агентства «Интерфакс» директор ЦНИИМаш Г. Г. Райкунов заявил, что Россия может вернуться после 2018 года к этой программе и созданию ракетоносителей, способных выводить на орбиту груз до 24 тонн; испытания её будут начаты в 2015 году. В дальнейшем предполагается создание ракет, которые будут доставлять на орбиту грузы весом более 100 тонн. На отдаленное будущее имеются планы по разработке нового пилотируемого космического корабля и многоразовых ракетоносителей.^[15][16][17]

[править] Причины и следствия различий систем «Энергия — Буран» и «Спейс Шаттл»

Первоначальный вариант ОС-120, появившийся в 1975 году в томе 1Б «Технические предложения» «Комплексной ракетно-космической программы», был практически полной копией американского спейс шаттла — в хвостовой части корабля размещались три маршевых кислородно-водородных двигателя (11Д122 разработки КБЭМ тягой по 250 т. с. и удельным импульсом 353 сек на земле и 455 сек в вакууме) с двумя выступающими мотогондолами для двигателей орбитального маневрирования.

Ключевым вопросом оказались двигатели, которые должны были быть по всем основным параметрам равными или превосходить характеристики бортовых двигателей американского орбитального корабля SSME и боковые твердотопливные ускорители.

Двигатели, созданные в воронежском КБ химавтоматики, оказались по сравнению с американским аналогом:

• тяжелее (3450 против 3117 кг),
• больше по габаритам (диаметр и высота: 2420 и 4550 против 1630 и 4240 мм),
• с меньшей тягой (на уровне моря: 155 против 190 т. с.).

Известно что, для вывода на орбиту одинаковой полезной нагрузки с космодрома Байконур, по географическим причинам, нужно иметь большую тягу, чем с космодрома на мысе Канаверал.

Для старта системы «Спейс Шаттл» используются два твердотопливных ускорителя с тягой по 1280 т. с. каждый (самые мощные ракетные двигатели в истории), с суммарной тягой на уровне моря 2560 т. с., плюс общая тяга трёх двигателей SSME 570 т. с., что вместе создает тягу при отрыве от стартового стола 3130 т. с. Этого достаточно, чтобы с космодрома Канаверал вывести на орбиту полезную нагрузку до 110 тонн, включающую сам челнок (78 тонн), до 8 астронавтов (до 2 тонн) и до 29, 5 тонн груза в грузовом отсеке. Соответственно, для вывода на орбиту 110 тонн полезной нагрузки с космодрома Байконур, при прочих равных условиях, требуется создать тягу при отрыве от стартового стола примерно на 15 % больше, то есть около 3600 т. с.

Советский орбитальный корабль ОС-120 (ОС означает «орбитальный самолёт») должен был иметь вес 120 тонн (добавить к весу американского челнока два турбореактивных двигателя для полётов в атмосфере и систему катапультирования двух пилотов в аварийной ситуации).^[18] Простой расчёт показывает, что для вывода на орбиту полезной нагрузки в 120 тонн требуется тяга на стартовом столе более 4000 т. с.

В то же время получалось, что тяга маршевых двигателей орбитального корабля, если использовать аналогичную конфигурацию челнока с 3 двигателями, уступает американскому (465 т. с. против 570 т. с.), что совершенно недостаточно для второй ступени и довывода челнока на орбиту. Вместо трёх двигателей нужно было ставить 4 двигателя РД-0120, но в конструкции планера орбитального корабля запаса места и веса не было. Конструкторам пришлось резко снижать вес челнока.

Так родился проект орбитального корабля ОК-92, вес которого был снижен до 92 тонн за счёт отказа от размещения маршевых двигателей вместе с системой криогенных трубопроводов, их запирания при отделении внешнего бака и т. д.

В результате проработки проекта, четыре (вместо трёх) двигателя РД-0120 были перенесены из хвостовой части фюзеляжа орбитального корабля в нижнюю часть топливного бака.

9 января 1976 года генеральный конструктор НПО «Энергия» Валентин Глушко утвердил «Техническую справку», содержащую сравнительный анализ нового варианта корабля " ОК-92".

После выхода постановления № 132-51, разработку планера орбитера, средств воздушной транспортировки элементов МКС и системы автоматической посадки поручили специально организованному НПО «Молния», которое возглавил Глеб Евгеньевич Лозино-Лозинский.

Изменения коснулись и боковых ускорителей. В СССР не имелось опыта проектирования, необходимой технологии и оборудования для производства таких больших и мощных твердотопливных ускорителей, которые используются в системе спейс шаттл и обеспечивают 83 % тяги на старте. Конструкторы НПО «Энергия» приняли решение использовать самый мощный из имеющихся ЖРД — двигатель, созданный под руководством Глушко, четырёхкамерный РД-170, который мог развивать тягу (после доработки и модернизации) 740 т. с. Однако пришлось вместо двух боковых ускорителей по 1280 т. с. использовать четыре по 740. Суммарная тяга боковых ускорителей вместе с двигателями второй ступени РД-0120 при отрыве от стартового стола достигла 3425 т. с., что примерно равно стартовой тяге системы «Сатурн-5» с кораблями «Аполлон».

Возможность повторного использования боковых ускорителей была ультимативным требованием заказчика — ЦК КПСС и министерства обороны в лице Д. Ф. Устинова. Официально считалось, что боковые ускорители являются многоразовыми, однако в тех двух полётах «Энергии», которые имели место, задача сохранения боковых ускорителей даже не ставилась. Американские ускорители опускаются на парашютах в океан, что обеспечивает довольно «мягкую» посадку, щадящую двигатели и корпуса ускорителей. К сожалению, в условиях старта из казахстанской степи нет шансов провести «приводнение» ускорителей, а парашютная посадка в степи недостаточно мягкая для сохранения двигателей и корпусов ракет. Планирующая, либо парашютная с пороховыми двигателями посадка хоть и проектировались, но так никогда и не были реализованы на практике. Ракеты «Зенит», которые являются теми самыми боковыми ускорителями «Энергии» и активно используются по сей день, так и не стали многоразовыми носителями и утрачиваются в полёте.

Начальник 6-го испытательного управления космодрома Байконур (1982—1989), (управления военно-космических сил по системе «Буран») генерал-майор В. Е. Гудилин отмечал^[19]:

Одной из проблем, которые пришлось учитывать при разработке конструктивно-компоновочной схемы ракеты-носителя, была возможность производственно-технологической базы. Так, диаметр ракетного блока 2 ступени был равен 7, 7 м, так как больший диаметр (8, 4 м как у шаттла, целесообразный по условиям оптимальности) реализовать было нельзя из-за отсутствия соответствующего оборудования для механической обработки, а диаметр ракетного блока 1 ступени 3, 9 м диктовался возможностями железнодорожного транспорта, стартово-стыковочный блок сваривался, а не отливался (что было бы дешевле) из-за неосвоенности стального литья таких размеров и т. д.

Большое внимание уделялось выбору компонентов топлива: рассматривалась возможность использования твёрдого топлива на 1 ступени, кислородно-керосинового топлива на обеих ступенях и т. д., но отсутствие необходимой производственной базы для изготовления крупногабаритных твердотопливных двигателей и оборудования для транспортирования снаряженных двигателей исключили возможность их применения

Несмотря на все усилия по возможности в точности скопировать американскую систему, вплоть до химического состава алюминиевого сплава^[20], в результате внесённых изменений, при меньшем на 5 тонн весе полезной нагрузки, стартовый вес системы «Энергия — Буран» (2400 тонн) оказался на 370 тонн больше стартового веса системы спейс шаттл (2030 тонн).

Изменения, ставшие отличиями системы «Энергия — Буран» от системы «Спейс Шаттл», имели следующие последствия:

• в системе «Спейс Шаттл» одноразовым является только самая дешёвая часть комплекса — внешний топливный бак, ни один из ракетных двигателей не утрачивается и может использоваться многократно.
• в системе «Энергия — Буран» многоразовым элементом является орбитальный корабль и блоки первой ступени, спускаемые на парашютной системе^[21]. Центральный блок, являющийся второй ступенью вместе с двигателями, топливными баками, переходным и хвостовым отсеком, а также системами контроля и управления утрачиваются в процессе запуска^[22].
• создание самостоятельного сверхтяжёлого носителя «Энергия» не обнаружило применения, кроме самого орбитального корабля и одной частично успешной попытки запуска весогабаритного макета орбитальной боевой лазерной платформы «Полюс» (Скиф-ДМ) весом 77 тонн.
• снижение коэффициента повторного использования наиболее дорогостоящих элементов (ракеты и ракетные двигатели) резко повысило стоимость использования системы «Энергия — Буран»^[8].

По мнению генерал-лейтенанта авиации лётчика-испытателя Степана Анастасовича Микояна, руководившего испытательными полётами «Бурана», эти отличия, а также то, что американская система спейс шаттл уже успешно летала, послужили в условиях финансового кризиса причиной консервации, а потом и закрытия программы «Энергия — Буран»^[8]:

Как ни обидно создателям этой исключительно сложной, необычной системы, вложившим душу в работу и решившим массу сложных научных и технических проблем, но, по моему мнению, решение о прекращении работ по теме «Буран» было правильным. Успешная работа над системой «Энергия — Буран» — большое достижение наших учёных и инженеров, но стоила она очень дорого и сильно затянулась. Предполагалось, что будет выполнено ещё два беспилотных пуска и только потом (когда?) — вывод корабля на орбиту с экипажем. И чего бы мы достигли? Лучше американцев сделать мы уже не могли, а сделать намного позже и, может быть, хуже не имело смысла. Система очень дорога и окупиться не смогла бы никогда, в основном из-за стоимости одноразовой ракеты «Энергия». А уж в наше теперешнее время работа была бы по денежным затратам совершенно непосильна для страны.

— С. А. Микоян