Авиация Буран (космический корабль) - Причины и следствия различий систем «Энергия — Буран» и «Спейс Шаттл»

02 апреля 2011


Оглавление:
1. Буран (космический корабль)
2. Первый и единственный полёт
3. Технические характеристики
4. Отличия от «Спейс Шаттл»
5. Причины и следствия различий систем «Энергия — Буран» и «Спейс Шаттл»
6. Макеты
7. Перечень изделий

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 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,
• больше по габаритам,
• с меньшей тягой.

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, 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, до 8 астронавтов 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 должен был иметь вес 120 тонн. 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, 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 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 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, генерал-майор В. Е. Гудилин отмечал:

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 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 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, в результате внесённых изменений, при меньшем на 5 тонн весе полезной нагрузки, стартовый вес системы «Энергия — Буран» оказался на 370 тонн больше стартового веса системы спейс шаттл.

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. Центральный блок, являющийся второй ступенью вместе с двигателями, топливными баками, переходным и хвостовым отсеком, а также системами контроля и управления утрачиваются в процессе запуска.
• 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» весом 77 тонн.
• снижение коэффициента повторного использования наиболее дорогостоящих элементов резко повысило стоимость использования системы «Энергия — Буран».

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»:

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 — 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

Просмотров: 10320

<<< БОР-5

Буран 1.02 >>>