«Буран» и «Шаттл»: такие разные близнецы

Когда смотришь фотографии крылатых космических кораблей "Бурана" и "Шаттла" , то может сложиться впечатление, что они вполне идентичны. По крайней мере принципиальных различий будто бы и не должно быть. Несмотря на внешнюю схожесть, эти две космические системы всё же отличаются в корне.

"Шаттл" - многоразовый транспортный космический корабль (МТКК). Корабль имеет три жидкостных ракетных двигателя (ЖРД), работающих на водороде. Окислитель- жидкий кислород. Для совершения выхода на околоземную орбиту требуется огромное количество топлива и окислителя. Поэтому топливный бак является самым большим элементом системы "Спейс Шаттл". Космический корабль располагается на этом огромном баке и соединен с ним системой трубопроводов по которым подаётся топливо и окислитель на двигатели "Шаттла".
И всё равно, трех мощных двигателей крылатого корабля не хватает для выхода в космос. К центральному баку системы крепятся два твердотопливных ускорителя - самых мощных ракет в истории человечества на сегодняшний день. Наибольшая мощность необходима именно при старте, чтобы сдвинуть многотонный корабль и поднять его на первые четыре с половиной десятка километров. Твердотопливные ракетные ускорители берут на себя 83% нагрузки.

На высоте 45 км твердотопливные ускорители выработав все топливо отделяются от корабля и на парашютах приводняются в океане. Дальше, до высоты 113 км, "шаттл" поднимается с помощью трех ЖРД. После отделения бака, корабль летит еще 90 секунд по инерции и затем, на короткое время, включаются два двигателя орбитального маневрирования, работающие на самовоспламеняющемся топливе. И "шаттл" выходит на рабочую орбиту. А бак входит в атмосферу, где и сгорает. Отдельные его части падают в океан.

Двигатели орбитального маневрирования предназначены, как можно понять из их названия, для различных маневров в космосе: для изменения параметров орбиты, для причаливания к МКС или к другим космическим аппаратам находящихся на околоземной орбите. Так "шаттлы" несколько раз наведывались к орбитальному телескопу "Хаббл" для проведения сервисного обслуживания.

И, наконец, эти двигатели служат для создания тормозного импульса при возвращении на Землю.
Орбитальная ступень выполнена по аэродинамической схеме моноплана-бесхвостки с низкорасположенным дельтавидным крылом с двойной стреловидностью передней кромки и с вертикальным оперением обычной схемы. Для управления в атмосфере используются двухсекционный руль направления на киле (здесь же воздушный тормоз), элевоны на задней кромке крыла и балансировочный щиток под хвостовой частью фюзеляжа. Шасси убирающееся, трёхстоечное, с носовым колесом.
Длина 37,24 м, размах крыла 23,79 м, высота 17,27 м. «Сухой» вес аппарата около 68 т, взлётный – от 85 до 114 т (в зависимости от задачи и полезной нагрузки), посадочный с возвращаемым грузом на борту – 84,26 т.

Важнейшей особенностью конструкции планера является его теплозащита.
В самых теплонапряженных местах (расчётная температура до 1430º С) применен многослойный углерод-углеродный композит. Таких мест немного, это в основном носок фюзеляжа и передняя кромка крыла. Нижняя поверхность всего аппарата (разогрев от 650 до 1260º С) покрыта плитками из материала на основе кварцевого волокна. Верхняя и боковые поверхности частично защищаются плитками низкотемпературной изоляции – там, где температура составляет 315–650º С; в остальных местах, где температура не превышает 370º С, используется войлочный материал, покрытый силиконовой резиной.
Общий вес теплозащиты всех четырёх типов составляет 7164 кг.
Орбитальная ступень имеет двухпалубную кабину для семи астронавтов.

В случае расширенной программы полёта или при выполнении спасательных операций на борту шатла может находиться до десяти человек. В кабине – органы управления полётом, рабочие и спальные места, кухня, кладовая, санитарный отсек, шлюзовая камера, посты управления операциями и полезной нагрузкой, другое оборудование. Общий герметизированный объём кабины – 75 куб. м, система жизнеобеспечения поддерживает в нем давление 760 мм рт. ст. и температуру в диапазоне 18,3 – 26,6º С.
Эта система выполнена в открытом варианте, то есть без использования регенерации воздуха и воды. Такой выбор обусловлен тем, что продолжительность полётов шаттла была задана в семь суток, с возможностью её доведения до 30 суток при использовании дополнительных средств. При такой незначительной автономности установка аппаратуры регенерации означала бы неоправданное увеличение веса, потребляемой мощности и сложности бортового оборудования.
Запаса сжатых газов хватает на восстановления нормальной атмосферы в кабине в случае одной полной разгерметизации или на поддержание в ней давления 42,5 мм рт. ст. в течение 165 минут при образовании небольшого отверстия в корпусе вскоре после старта.

Грузовой отсек размерами 18,3 х 4,6 м и объемом 339,8 куб. м снабжен «трёхколенным» манипулятором длиной 15,3 м. При открытии створок отсека вместе с ними поворачиваются в рабочее положение радиаторы системы охлаждения. Отражательная способность панелей радиаторов такова, что они остаются холодными, даже когда на них светит Солнце.

Если представить себе систему в собранном виде, летящую горизонтально, мы увидим внешний топливный бак в качестве её центрального элемента; к нему сверху пристыкован орбитер, а по бокам – ускорители. Полная длина системы равна 56,1 м, а высота – 23,34 м. Габаритная ширина определяется размахом крыла орбитальной ступени, то есть составляет 23,79 м. Максимальная стартовая масса – около 2 041 000 кг.
О величине полезного груза столь однозначно говорить нельзя, так как она зависит от параметров целевой орбиты и от точки старта корабля. Приведем три варианта. Система «Спейс шаттл» способна выводить:
– 29 500 кг при пуске на восток с мыса Канаверал (Флорида, восточное побережье) на орбиту высотой 185 км и наклонением 28º;
– 11 300 кг при пуске из Центра космических полётов им. Кеннеди на орбиту высотой 500 км и наклонением 55º;
– 14 500 кг при пуске с базы ВВС «Ванденберг» (Калифорния, западное побережье) на приполярную орбиту высотой 185 км.
Для шаттлов были оборудованы две посадочные полосы. Если шаттл садился вдали от космодрома, домой возвращался верхом на Боинге-747

Всего было построено пять шаттлов (два из них погибли в катастрофах) и один прототип.
При разработке предусматривалось, что шаттлы будут совершать по 24 старта в год, и каждый из них совершит до 100 полётов в космос. На практике же они использовались значительно меньше — к закрытию программы летом 2011 года было произведено 135 пусков, из них «Дискавери» — 39, «Атлантис» — 33, «Колумбия» — 28, «Индевор» — 25, «Челленджер» — 10.
Экипаж шаттла состоит из двух астронавтов — командира и пилота. Наибольший экипаж шаттла — восемь астронавтов («Challenger», 1985 год).

На руководителей СССР разработка "шаттла" произвела большое впечатление. Посчитали, что американцы разрабатывают орбитальный бомбардировщик вооруженный ракетами "космос - земля". Огромные размеры "шаттла" и его возможность возвращать на Землю груз до 14,5 тонн были истолкованы как явная угроза похищения советских спутников и даже советских военных космических станций типа "Алмаз", которые летали в космосе под названием "Салют". Эти оценки были ошибочными, так как США еще в 1962 году отказались от идеи космического бомбардировщика в связи с успешным развитием атомного подводного флота и баллистических ракет наземного базирования.

Советские эксперты не могли понять зачем нужны 60 запусков "шаттлов" в год - один запуск в неделю! Откуда должны были взяться множество космических спутников и станций для которых необходим будет "Шаттл"? Советские люди, живущие в рамках другой экономической системы, не могли даже себе представить, что руководством НАСА, усиленно проталкивающим новую космическую программу в правительстве и конгрессе, руководил страх остаться без работы. Лунная программа близилась к завершению и тысячи высококвалифицированных специалистов оказывались не у дел. И, самое главное, перед уважаемыми и очень хорошо оплачиваемыми руководителям НАСА возникала неутешительная перспектива расставания с обжитыми кабинетами.
Поэтому было подготовлено экономическое обоснование о большой финансовой выгоде многоразовых транспортных космических кораблей в случае отказа от одноразовых ракет. Но для советских людей было абсолютно непонятно, что президент и конгресс могут тратить общенациональные средства только с большой оглядкой на мнение своих избирателей. В связи с чем в СССР воцарилось мнение, что американцы создают новый КК под какие-то будущие непонятные задачи, скорее всего военные.

В Советском Союзе первоначально планировалось создать усовершенствованную копию "Шаттла" - орбитальный самолет ОС-120, весом в 120 тонн.(Американский челнок весил 110 тонн при полной загрузке) .В отличие от "Шаттла" предполагалось снабдить "Буран" катапультируемой кабиной для двух пилотов и турбореактивными двигателями для посадки на аэродроме.
На почти полном копировании "шаттла" настаивало руководство вооруженных сил СССР. Советская разведка сумела к этому времени добыть много информации по американскому КК. Но оказалось не все так просто. Отечественные водородно-кислородные ЖРД оказались большими по размеру и более тяжелыми, чем американские. К тому же по мощности они уступали заокеанским. Поэтому вместо трех ЖРД надо было устанавливать четыре. Но на орбитальном самолете для четырех маршевых двигателей места просто не было.

У "шаттла" 83 % нагрузки на старте несли два твердотопливных ускорителя. В Советском Союзе таких мощных твердотопливных ракет разработать не удалось. Ракеты подобного типа использовались в качестве баллистических носителей ядерных зарядов морского и наземного базирования. Но они не дотягивали до нужной мощности очень и очень много. Поэтому у советских конструкторов была единственная возможность - использовать в качестве ускорителей жидкостные ракеты. По программе "Энергия-Буран" были созданы очень удачные керосино-кислородные РД-170, которые и послужили альтернативой твердотопливным ускорителям.
Само расположение космодрома Байконур вынуждало конструкторов увеличивать мощность своих ракет-носителей. Известно, что чем ближе стартовая площадка к экватору, тем больший груз одна и та же ракета может вывести на орбиту. У американского космодрома на мысе Канаверал преимущество перед Байконуром составляет 15%! То есть, если ракета стартующая с Байконура может поднять 100 тонн, то она же при запуске с мыса Канаверал выведет на орбиту 115 тонн!
Географические условия, отличия в технологии, характеристики созданных двигателей и разный конструкторский подход - оказали своё влияние на облик "Бурана". Исходя из всех этих реалий была разработана новая концепция и новый орбитальный корабль ОК-92, весом 92 тонны. Четыре кислородно-водородных двигателя перенесли на центральный топливный бак и получилась вторая ступень ракеты-носителя "Энергия". Вместо двух твердотопливных ускорителей было решено применить четыре ракеты на жидком топливе керосин-кислород с четырехкамерными двигателями РД-170. Четырехкамерный - это значит с четырьмя соплами.Сопло большого диаметра изготовить крайне сложно. Поэтому конструкторы идут на усложнение и утяжеление двигателя проектируя его с несколькими соплами меньшего размера. Сколько сопел, столько и камер сгорания с кучей трубопроводов подачи топлива и окислителя и со всеми "причандалами" . Эта связка выполнена по традиционной, "королёвской" ,схеме, аналогичной "союзам" и "востокам", стала первой ступенью "Энергии".

Сам крылатый корабль "Буран" стал третьей ступенью ракеты-носителя, подобно тем же "Союзам". Разница лишь в том, что "Буран" располагался на боку второй ступени, а "Союзы" на самой верхушке ракеты-носителя. Таким образом получилась классическая схема трехступенчатой одноразовой космической системы, с тем лишь отличием, что орбитальный корабль был многоразовым.
Многоразовость была еще одной проблемой системы "Энергия - Буран". У американцев, "шаттлы" были рассчитаны на 100 полетов. Например, двигатели орбитального маневрирования могли выдержать до 1000 включений. Все элементы (кроме топливного бака) после профилактики были пригодны для запуска в космос.

вердотопливные ускорители опускались на парашютах в океан, подбирались специальными судами НАСА и доставлялись на завод изготовитель, где проходили профилактику и начинялись топливом. Сам "Шаттл" тоже проходил тщательную проверку, профилактику и ремонт.
Министр обороны Устинов в ультимативной форме требовал, чтобы система "Энергия - Буран" была максимально пригодной к повторному использованию. Поэтому конструкторы вынуждены были заняться этой проблемой. Формально боковые ускорители числились многоразовыми, пригодными для десяти пусков. Но фактически до этого дело не дошло по многим причинам. Взять хотя бы то, что американские ускорители шлепались в океан, а советские падали в казахстанской степи, где условия приземления были не такие щадящие как теплые океанские воды. Да и жидкостная ракета- создание более нежное. чем твердотопливная."Буран" тоже был рассчитан на 10 полетов.
В общем многоразовой системы не получилось, хотя достижения были очевидными. Советский орбитальный корабль, освобожденный от больших маршевых двигателей, получил более мощные двигатели для маневрирования на орбите. Что, в случае его использования в качестве космического "истребителя-бомбардировщика", давало ему большие преимущества. И плюс ещё турбореактивные двигатели для полета и посадки в атмосфере. Кроме этого была создана мощная ракета с первой ступенью на керосиновом топливе, а вторая на водородном. Именно такой ракеты не хватало СССР чтобы выиграть лунную гонку. "Энергия" по своим характеристикам была практически равноценна американской ракете "Сатурн-5" отправившей на Луну "Аполлон-11".
«Бурaн» имeет бoльшoе внeшнeе cхoдcтвo c aмeрикaнcким «Шaттлoм». Кoрaбль пocтрoен пo cхeмe cамoлeтa типa «бecхвocткa» c трeугoльным крылoм пeрeмeннoй cтрeлoвиднocти, имeет aэрoдинaмичecкиe oргaны упрaвлeния, рaбoтaющиe при пocадкe пocлe вoзврaщeния в плoтныe cлoи aтмocфeры – руль нaпрaвлeния и элeвoны. Oн был cпocобeн cовeршaть упрaвляeмый cпуcк в aтмocфeрe c бoкoвым мaнeврoм дo 2000 килoмeтрoв.
Длинa «Бурaнa» – 36,4 мeтрa, рaзмaх крылa – oкoлo 24 мeтрa, выcотa кoрaбля нa шacси – бoлeе 16 мeтрoв. Cтaртoвaя мacсa кoрaбля – бoлeе 100 тoнн, из кoтoрых 14 тoнн прихoдитcя нa тoпливo. В нocовoй oтcек вcтaвлeнa гeрмeтичнaя цeльнocвaрнaя кaбинa для экипaжa и бoльшeй чacти aппaрaтуры для oбecпeчeния пoлeтa в cоcтaвe рaкeтнo-кocмичecкoгo кoмплeкcа, aвтoнoмнoгo пoлeтa нa oрбитe, cпуcкa и пocадки. Oбъeм кaбины – бoлeе 70 кубичecких мeтрoв.

При вoзврaщeнии в плoтныe cлoи aтмocфeры нaибoлeе тeплoнaпряжeнныe учacтки пoвeрхнocти кoрaбля рacкaляютcя дo 1600 грaдуcов, тeплo жe, дoхoдящeе нeпocрeдcтвeннo дo мeтaлличecкoй кoнcтрукции кoрaбля, нe дoлжнo прeвышaть 150 грaдуcов. Пoэтoму «Бурaн» oтличaлa мoщнaя тeплoвaя зaщитa, oбecпeчивaющaя нoрмaльныe тeмпeрaтурныe уcлoвия для кoнcтрукции кoрaбля при прoхoждeнии плoтных cлoев aтмocфeры вo врeмя пocадки.
Тeплoзaщитнoе пoкрытиe из бoлeе 38 тыcяч плитoк изгoтoвлeнo из cпeциaльных мaтeриaлoв: квaрцeвoе вoлoкнo, выcокoтeмпeрaтурныe oргaничecкиe вoлoкнa, чacтичнo мaтeриaл нa ocнoвe углeрoдa. Кeрaмичecкaя брoня oблaдaeт cпocобнocтью aккумулирoвaть тeплo, нe прoпуcкaя eгo к кoрпуcу кoрaбля. Oбщaя мacсa этoй брoни cоcтaвилa oкoлo 9 тoнн.
Длинa грузoвoгo oтcекa «Бурaнa» – oкoлo 18 мeтрoв. В eгo oбширнoм грузoвoм oтcекe мoг рaзмecтитьcя пoлeзный груз мacсoй дo 30 тoнн. Тудa мoжнo былo пoмecтить крупнoгaбaритныe кocмичecкиe aппaрaты – бoльшиe cпутники, блoки oрбитaльных cтaнций. Пocадoчнaя мacсa кoрaбля – 82 тoнны.

Для доставки "Бурана" на Байконур КБ Антонова был разработан и выпущен самолет сверхбольшой грузоподъемности АН-225 "Мрия"

«Бурaн» ocнacтили вcеми нeoбхoдимыми cиcтeмaми и oбoрудoвaниeм кaк для aвтoмaтичecкoгo, тaк и для пилoтируeмoгo пoлeтa. Этo и cрeдcтвa нaвигaции и упрaвлeния, и рaдиoтeхничecкиe и тeлeвизиoнныe cиcтeмы, и aвтoмaтичecкиe уcтрoйcтвa рeгулирoвaния тeплoвoгo рeжимa, и cиcтeмa жизнeoбecпeчeния экипaжa, и мнoгoе-мнoгoе другoе.
Ocнoвнaя двигaтeльнaя уcтaнoвкa, двe группы двигaтeлeй для мaнeврирoвaния рacпoлoжeны в кoнцe хвocтoвoгo oтcекa и в пeрeднeй чacти кoрпуcа.

Свой первый и единственный космический полёт «Буран» совершил 15 ноября 1988 года. Космический корабль был выведен на околоземную орбиту ракетой-носителем «Энергия», стартовавшим с площадки 110 космодрома Байконур. Продолжительность полёта составила 205 минут, корабль совершил два витка вокруг Земли, после чего произвёл посадку на аэродроме «Юбилейный» на Байконуре. Полёт прошёл без экипажа в автоматическом режиме с использованием бортового компьютера и бортового программного обеспечения, в отличие от американского «Шаттла», который традиционно совершает предпосадочные манёвры и посадку на ручном управлении (вход в атмосферу и торможение до скорости звука в обоих случаях полностью компьютеризованы). Данный факт — полёт космического аппарата в космос и спуск его на Землю в автоматическом режиме под управлением бортового компьютера — вошёл в книгу рекордов Гиннесса. Над акваторией Тихого океана «Буран» сопровождал корабль измерительного комплекса ВМФ СССР «Маршал Неделин» и научно-исследовательское судно АН СССР «Космонавт Георгий Добровольский».

Всего намечалось построить 5 орбитальных кораблей. Кроме "Бурана" была почти готова "Буря" и почти наполовину "Байкал". Еще два корабля находящиеся в начальной стадии изготовления названий не получили. Системе "Энергия-Буран" не повезло - она родилась в неудачное для неё время. Экономика СССР уже была не в состоянии финансировать дорогостоящие космические программы. И какой-то рок преследовал космонавтов готовившихся к полётам на "Буране". Лётчики-испытатели В.Букреев и А.Лысенко погибли в авиакатастрофах в 1977 году, еще до перехода в группу космонавтов. В 1980 году погиб летчик-испытатель О.Кононенко. 1988 год забрал жизни А.Левченко и А Щукина. Уже после полета "Бурана" погиб в авиакатастрофе Р.Станкявичус - второй пилот для пилотируемого полёта крылатого КК. Первым пилотом был назначен И. Волк.

Не повезло и "Бурану". После первого и единственного успешного полёта корабль хранился в ангаре на космодроме "Байконур". 12 мая 2002 года обрушилось перекрытие цеха в котором находились " Буран" и макет "Энергии". На этом печальном аккорде и закончилось существование крылатого космического корабля, подававшего столь большие надежды.